64排螺旋CT低管電壓掃描對(duì)腹部血管成像病變顯示及圖像質(zhì)量的影響

顧生榮等

【摘要】 目的：評(píng)估低管電壓（80 kV）掃描降低腹部CT血管成像檢查輻射劑量的作用及對(duì)病變顯示和圖像質(zhì)量的影響。方法：將36例做腹部CTA檢查的患者按照隨機(jī)數(shù)字表法分成試驗(yàn)組和對(duì)照組各18例，分別采用管電壓80 kV和120 kV，管電流采用自動(dòng)毫安。比較兩組的病變顯示、圖像質(zhì)量、腹主動(dòng)脈CT值及平均輻射劑量，分別對(duì)所得的各組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：試驗(yàn)組的血管強(qiáng)化值（604.9±132.3）HU明顯高于對(duì)照組的（378.3±94.3）HU，圖像質(zhì)量評(píng)分（3.61±0.16）分明顯低于對(duì)照組的（4.56±0.12）分，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。試驗(yàn)組的原始圖像噪聲高于對(duì)照組，但兩組信噪比、對(duì)比信噪比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。試驗(yàn)組血管重建成像圖像質(zhì)量、病變顯示與對(duì)照組無(wú)明顯差異，兩組圖像質(zhì)量均能滿(mǎn)足診斷要求。試驗(yàn)組的容積CT劑量指數(shù)（CTDI）、劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）及有效劑量（ED）較對(duì)照組分別降低66.2%、69.7%及69.8%。結(jié)論：64排螺旋CT腹部血管成像采用低管電壓（80 kV）可降低輻射劑量，病變顯示較滿(mǎn)意，獲得圖像可符合臨床診斷要求，但原始圖像噪聲偏高，相關(guān)參數(shù)及管電流需進(jìn)一步優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】 低管電壓； CT血管成像； 輻射劑量

【Abstract】 Objective：To evaluate the effect of low tube voltage （80 kV） abdominal CT angiography scanning in reducing the radiation dose and lesion visualization and image quality.Method：36 patients with abdominal CTA examination were randomly divided into the experimental group and the control group，18 cases in each group，respectively by 80 kV and 120 kV tube voltage，with tube current automatic mA.The lesion visualization，image quality，arterial enhancement CT value and the average radiation dose between the two groups were compared.The data obtained were analyzed by statistical analysis.Result：The vascular enhancement CT value of the experimental group was （604.9±132.3）HU，it was significantly higher than （378.3±94.3）HU of control group，the image quality score of experimental group was （3.61±0.16）score，it was significantly lower than （4.56±0.12）score of the control group，the differences were statistically significant（P<0.05）.The noise of original image was higher than that of control group，but there were no statistically significant differences in SNR and CNR between the two groups.The image quality of vascular reconstruction and lesion visualization could meet the diagnostic requirements，and no significant differences with control group.Volume CT dose index （CTDI），dose length product （DLP） and the effective dose （ED） in the experimental group decreased by 66.2%，69.7% and 69.8% respectively compared with the control group.Conclusion：The scanning of 64-slice spiral CT abdominal angiography with low tube voltage （80 kV） can reduce X-ray radiation dose.Lesions show satisfactory and the images obtained can consistent with the clinical requirements.The noise of original image is high.The relevant parameters and tube current need further optimization.

【Key words】 Low tube voltage； CT angiography； Radiation dose

First-authors address：The Second Affiliated Hospital of Nanjing Medical University，Nanjing 210011，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2014.25.026

腹部多層螺旋CT血管成像（CT angiography，CTA）是常用的檢查方法之一，由于腹部組織密度較高，體積較大，腹部CT掃描范圍大以及多期掃描等特點(diǎn)，造成腹部CT掃描X線輻射劑量增加[1]。本研究試圖通過(guò)降低管電壓（80 kV）的方法降低64排螺旋CT腹部血管成像的輻射劑量，與常規(guī)管電壓組（120 kV）對(duì)比，評(píng)價(jià)低管電壓掃描對(duì)病變顯示、圖像質(zhì)量、血管強(qiáng)化等因素的影響，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2013年6-11月在本院就診臨床需要做腹部CT血管成像的成年患者36例。排除曾行血管支架置入術(shù)、體重超過(guò)80 kg者。其中男20例，女16例，年齡22～82歲，平均54歲。按照隨機(jī)數(shù)字表法將所有患者分為試驗(yàn)組和對(duì)照組各18例，其中試驗(yàn)組為低管電壓（80 kV），對(duì)照組為常規(guī)電壓（120 kV）。兩組患者一般資料比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

1.2 掃描方法 采用Philips Brilliance 64層螺旋CT容積掃描，掃描參數(shù)：準(zhǔn)直0.625 mm，螺距1.172，層厚、層間距1 mm，電流350～390 mA。掃描范圍：從膈頂至恥骨聯(lián)合下緣，各期掃描時(shí)間為5～8 s。試驗(yàn)組：管電壓80 kV；對(duì)照組：管電壓120 kV；對(duì)比劑使用碘普羅胺（370 mgI/mL，優(yōu)維顯），用量按1.5 mL/kg，注射流速4 mL/s，靜脈團(tuán)注，動(dòng)脈期掃描利用對(duì)比劑跟蹤軟件，興趣區(qū)設(shè)在胸主動(dòng)脈下段，自動(dòng)觸發(fā)閾值120 HU，靜脈期在動(dòng)脈期掃描完成后28 s進(jìn)行，所有圖像數(shù)據(jù)傳至EBW工作站進(jìn)行多平面重組（multi-planar reformatting，MPR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）等后處理。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 血管強(qiáng)化程度 利用腹主動(dòng)脈CT值來(lái)評(píng)價(jià)血管強(qiáng)化程度，動(dòng)脈CT值（signal intensity，SI）的測(cè)量及計(jì)算是在腹腔干根部層面測(cè)量腹主動(dòng)脈CT值，興趣區(qū)（region of interest，ROI）ROI避開(kāi)所有眼觀不均勻密度部分，且ROI面積為100 mm2；同時(shí)測(cè)量該層面肝臟CT值及其SD值；其SD值作為噪聲計(jì)算，肝CT值作為背景值，對(duì)比度=主動(dòng)脈CT值-背景值（肝CT值），信噪比（SNR）=主動(dòng)脈CT值/SD，對(duì)比噪聲比（CNR）=（主動(dòng)脈CT值-背景值）/SD。

1.3.2 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 在不知道掃描參數(shù)的情況下，對(duì)原始圖像、二維及三維圖像的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。取平均值作為該病例的圖像質(zhì)量評(píng)分。圖像質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：5分：圖像非常好，噪聲控制好，無(wú)偽影，可觀察到腹主動(dòng)脈的4級(jí)分支血管；4分：圖像好噪聲和偽影少，可觀察到腹主動(dòng)脈的3～4級(jí)分支血管；3分：圖像一般，有一些噪聲和/或偽影，可觀察到腹主動(dòng)脈的2～3級(jí)分支血管，不影響診斷；2分：圖像較差，有嚴(yán)重噪聲和/或偽影，僅可觀察到腹主動(dòng)脈的1～2級(jí)分支血管，影響診斷；1分：檢查失敗，圖像噪聲和/或偽影太大，無(wú)法診斷[2]。

1.4 CT輻射劑量指標(biāo) 記錄由機(jī)器自動(dòng)生成的CT劑量指數(shù)（CT Dose index，CTDI）和劑量長(zhǎng)度乘積（Dose-Length Products，DLP）。有效劑量（Effective Doses，ED）根據(jù)ED=DLP×C公式計(jì)算，其中C為有效劑量權(quán)重因子，腹部的平均值為0.015，分別計(jì)算各組的ED值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 18.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用 字2檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 血管強(qiáng)化程度、信噪比及圖像質(zhì)量 試驗(yàn)組的血管強(qiáng)化值（604.9±132.3）HU明顯高于對(duì)照組的（378.3±94.3）HU，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000）。試驗(yàn)組的原始圖像噪聲高于對(duì)照組，但兩組信噪比、對(duì)比信噪比差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.056、0.106）。試驗(yàn)組、對(duì)照組的圖像質(zhì)量評(píng)分總分分別為65分、82分，均分分別為（3.61±0.16）分、（4.56±0.12）分，兩組圖像質(zhì)量平均分比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。兩組均可觀察到腹主動(dòng)脈的3～4級(jí)分支血管。

2.2 輻射劑量 兩組的CT劑量指數(shù)（CTDI）、CT劑量長(zhǎng)度（DLP）及有效劑量（ED）比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），試驗(yàn)組較對(duì)照組CTDI降低66.2%，DLP降低69.7%，ED降低69.8%，試驗(yàn)組較對(duì)照組平均降低18.5 mSv，見(jiàn)表2。

3 討論

3.1 低仟伏值對(duì)輻射劑量和血管增強(qiáng)效果的影響 國(guó)內(nèi)外多數(shù)研究通過(guò)降低管電流來(lái)降低輻射劑量，降低管電流具有簡(jiǎn)單、易掌握的優(yōu)點(diǎn)，是目前CT低劑量掃描的主要方法。從X射線強(qiáng)度計(jì)算公式I=KiZU2（I：X射線強(qiáng)度，i：管電流，K：比例系數(shù)，Z：陽(yáng)極靶材料的原子序數(shù)，U：管電壓）可見(jiàn)X射線的強(qiáng)度與X射線管管電壓的平方相關(guān)，降低管電壓能更有效地降低輻射劑量[3-4]。但是降低管電壓較降低管電流更為復(fù)雜，降低管電壓可能導(dǎo)致X線的穿透力不夠、圖像噪聲增加及軟組織對(duì)比度降低等，因而運(yùn)用受到限制。

降低管電壓技術(shù)較早應(yīng)用于肺動(dòng)脈CTA，國(guó)外曾有學(xué)者將管電壓降至100 kV，并與常規(guī)電壓（120 kV或140 kV）進(jìn)行比較，認(rèn)為100 kV可以獲得更好的血管強(qiáng)化效果而并不影響圖像質(zhì)量。Szucs-Farkas等[3]做肺動(dòng)脈CTA降低管電壓的研究結(jié)果證實(shí)，80 kV組的平均血管強(qiáng)化值較100 kV組明顯增高，且有效劑量降低40%，因此認(rèn)為采用80 kV的管電壓值，通過(guò)適當(dāng)增加管電流進(jìn)行補(bǔ)償以減少噪聲，不僅可以獲得更好的血管強(qiáng)化、降低輻射劑量，還可以有效地降低對(duì)比劑用量。Nakayama等[5]對(duì)主動(dòng)脈的低劑量研究進(jìn)一步細(xì)化，研究基于使輻射劑量降低約30%的原則，根據(jù)受檢者的體重分組分別采用不用的管電流，以彌補(bǔ)降低管電壓后引起的圖像噪聲的增加，研究結(jié)果顯示，兩組的平均血管強(qiáng)化值比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同時(shí)也顯示隨著受檢者體重增大，血管強(qiáng)化值減低；圖像噪聲與體重呈反比，但是主觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)兩組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Sigal-Cinqualbre等[6]進(jìn)行血管成像低管電壓研究時(shí)，也是根據(jù)受檢者的體重級(jí)別設(shè)定個(gè)體化掃描參數(shù)，他們也通過(guò)將體重分級(jí)別，采用120 kV及80 kV與不同的管電流組合，使得輻射劑量降低的同時(shí)，圖像質(zhì)量比單純降低管電壓而管電流固定的掃描圖像質(zhì)量明顯提高。

由于Philips Brilliance 64層螺旋CT管電壓檔沒(méi)有100 kV檔，所以本研究選擇80 kV做低管電壓組，跨度偏大。結(jié)果顯示，兩組的CT劑量指數(shù)（CTDI）、劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）及有效劑量（ED）比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，試驗(yàn)組較對(duì)照組CTDI降低68%，DLP降低74%，ED降低75%。本研究結(jié)果也證實(shí)了將腹部血管CTA檢查的管電壓由常規(guī)120 kV降至80 kV時(shí)，受檢者的輻射劑量降低了69.8%，而病變顯示與圖像質(zhì)量受影響有限。

Thomas等[7]體外研究認(rèn)為，使用80 kV的管電壓較120 kV管電壓對(duì)于檢測(cè)冠狀動(dòng)脈鈣化更有利，這是因?yàn)楫?dāng)管電壓從120 kV降至80 kV時(shí)，光子能力從66 keV降至52 keV，高原子序數(shù)的鈣原子與周?chē)驮有驍?shù)的水、組織或血液的吸收對(duì)比增強(qiáng)，從而使圖像鈣化與周?chē)M織對(duì)比度增強(qiáng)，有利于鈣化的檢查。適當(dāng)減低管電壓可以增加強(qiáng)化后血管的CT值，從而補(bǔ)償?shù)碗妷阂鸬脑肼曉龈撸瑸榈蛣┝繏呙杼峁┛赡躘8-9]。

本研究結(jié)果顯示，試驗(yàn)組與對(duì)照組的腹主動(dòng)脈平均動(dòng)脈強(qiáng)化值分別為（604.9±132.3）HU、（378.3±94.3）HU，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），說(shuō)明減低管電壓可以增加強(qiáng)化后血管的CT值。而有研究顯示，不同造影劑濃度對(duì)動(dòng)脈血管強(qiáng)化程度影響有顯著差異[10]。Suzuki等[11]研究發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)對(duì)比劑密度和合理的重建卷積核都是影響圖像的重要參數(shù)，也就是血管強(qiáng)化CT值是CTA的重要影響因素。低管電壓組動(dòng)脈強(qiáng)化值明顯高于常規(guī)管電壓組，這與文獻(xiàn)[11]報(bào)道當(dāng)管電壓從120 kV降至100 kV時(shí)血管強(qiáng)化CT值增加20%～40%相同。

3.2 CTA圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及噪聲的影響 理想的腹主動(dòng)脈CTA參數(shù)選擇的目標(biāo)：腹主動(dòng)脈的密度盡可能高于軟骨和骨組織密度，使動(dòng)脈周?chē)Y(jié)構(gòu)（如下腔靜脈、軟組織、實(shí)質(zhì)臟器等）盡可能不強(qiáng)化或少?gòu)?qiáng)化，以減少本底密度和靜脈的重疊[12]。

本研究顯示，兩組腹部動(dòng)脈強(qiáng)化值與鄰近實(shí)質(zhì)臟器CT值差值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而重建血管的邊緣情況、腹主動(dòng)脈的分支血管顯示無(wú)明顯差異。兩組重建血管的二維及三維圖像（包括VR、MIP及MPR）圖像質(zhì)量均能滿(mǎn)足臨床血管疾病診斷要求。兩組所得的圖像均可觀察到腹主動(dòng)脈的3～4級(jí)分支血管，對(duì)管壁鈣化性及非鈣化性斑塊顯示滿(mǎn)意，能判斷出病變管腔中重度狹窄程度。

降低仟伏值不可避免地增加一些噪聲，圖像噪聲使影像出現(xiàn)顆粒性，影響圖像質(zhì)量甚至影響診斷。量子噪聲與管電壓的平方根呈反比，管電壓降低噪聲增加時(shí)低對(duì)比的分辨力降低，但是對(duì)高對(duì)比的分辨力影響很小，而圖像的噪聲也是圖像質(zhì)量的重要構(gòu)成成分[13]。對(duì)于腹主動(dòng)脈CTA來(lái)說(shuō)，降低管電壓是噪聲增加對(duì)于實(shí)質(zhì)臟器可能產(chǎn)生影響，但是強(qiáng)化的血管與鄰近軟組織有較高的對(duì)比分辨力，因此一定的圖像噪聲對(duì)于觀察血管病變影響不會(huì)太大[12]。本組研究80 kV組的圖像噪聲較120 kV偏高，而其動(dòng)脈強(qiáng)化值高于120 kV組，重建血管圖像質(zhì)量無(wú)下降，原始圖像腹部實(shí)質(zhì)臟器顆粒性增多，圖像分辨率低，影響血管外相關(guān)疾病的診斷。

兩組圖像質(zhì)量主客觀評(píng)分均分分別為（3.61±0.16）分、（4.56±0.12）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），主要差異是試驗(yàn)組原始圖像噪聲偏高，影響了對(duì)血管外組織和病變的清晰顯示。

3.3 CTA技術(shù)優(yōu)化及參數(shù)選擇 為獲得較好的血管強(qiáng)化密度需要選擇合理的參數(shù)，包括管電流、對(duì)比劑劑量、濃度和注射速率及掃描延遲時(shí)間等。CTA成功的關(guān)鍵之一是對(duì)比劑在動(dòng)脈充盈CT密度值達(dá)峰時(shí)立即掃描，掃描期間峰值持續(xù)至掃描結(jié)束，掌握合適的掃描時(shí)間窗主要包括對(duì)比劑峰值到達(dá)時(shí)間和保持時(shí)間兩個(gè)方面[6]。影響這些參數(shù)的因素包括個(gè)體因素及疾病因素、注射容積及流率、碘對(duì)比劑的濃度及是否追加鹽水、對(duì)比劑跟蹤技術(shù)（bolus-tracking）等[14-15]。在MDCT上，圖像的層厚是由探測(cè)器的結(jié)構(gòu)決定的，并可以根據(jù)組合設(shè)置進(jìn)行不同層厚的重建。薄層圖像可以提供好的Z軸分辨率和空間分辨力，但由于接受的光子量相對(duì)較少會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，為了維持相對(duì)高質(zhì)量的圖像，必須增加管電流，可以將薄層采集的圖像進(jìn)行厚層重建，這樣即使不用較高的劑量也可以減小噪聲，并獲得較高的圖像分辨力[16]。

本研究結(jié)果表明，腹部血管64排螺旋CT采用低管電壓（80 kV）掃描，可以有效地降低受檢者的輻射劑量，得到較好的血管強(qiáng)化值。雖然原始圖像噪聲偏高，但是所獲得的圖像可滿(mǎn)足臨床診斷要求，要使原始圖像質(zhì)量更佳，相關(guān)參數(shù)及管電流需進(jìn)一步優(yōu)化。

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（收稿日期：2014-02-13） （本文編輯：歐麗）