不同濃度對比劑聯(lián)合能譜CT掃描在腎動脈CT血管成像中的應(yīng)用

趙永霞ZHAO Yongxia?！〗駽HANG Jin左紫薇ZUO Ziwei索紅娜SUO Hongna李盛藍(lán)LI Shenglan王　賽WANG Sai

作者單位1.天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院天津 3000722.河北大學(xué)附屬醫(yī)院放射科 河北保定0710003.天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 天津 3000724.河北大學(xué)醫(yī)學(xué)院 河北保定 071000

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不同濃度對比劑聯(lián)合能譜CT掃描在腎動脈CT血管成像中的應(yīng)用

趙永霞1,2ZHAO Yongxia
常津3CHANG Jin
左紫薇2ZUO Ziwei
索紅娜4SUO Hongna
李盛藍(lán)4LI Shenglan
王賽4WANG Sai

作者單位
1.天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院天津 300072
2.河北大學(xué)附屬醫(yī)院放射科 河北保定071000
3.天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院 天津 300072
4.河北大學(xué)醫(yī)學(xué)院 河北保定 071000

【摘要】目的 采用不同濃度對比劑聯(lián)合能譜CT進(jìn)行腎動脈CT血管成像（CTA）檢查，探討減少患者碘攝入量并保證影像質(zhì)量的可行性。資料與方法 100例患者隨機分為5組行腎動脈能譜CT腎動脈造影檢查，對比劑總量為1 ml/kg，5組患者注射對比劑濃度為370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml、222 mgI/ml，用層厚0.625 mm的最佳對比噪聲比（CNR）keV圖像對腎動脈行容積再現(xiàn)和最大密度投影。計算圖像信噪比（SNR）及CNR，比較5組圖像質(zhì)量主觀評分，并評價2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量主觀評價的一致性。結(jié)果 腎動脈最佳CNR單能量范圍為48～53 keV。370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml組圖像SNR、CNR 及2名醫(yī)師評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；上述對比劑濃度組與222 mgI/ml組圖像SNR、CNR及2名醫(yī)師評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。2名醫(yī)師評價上述對比劑濃度組圖像質(zhì)量的一致性（Kappa=0.83，P<0.05）高于222 mgI/ml組（Kappa=0.63，P<0.05）。結(jié)論 能譜CT在腎動脈CTA檢查中能顯著降低對比劑濃度。

【關(guān)鍵詞】腎疾病；腎動脈；體層攝影術(shù)，X線計算機；血管造影術(shù)；造影劑；濃度；碘；質(zhì)量控制

School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, School of Life Sciences, Tianjin University, Tianjin300072, China

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河北省政府資助臨床醫(yī)學(xué)優(yōu)秀人才培養(yǎng)和基礎(chǔ)課題研究項目計劃；河北大學(xué)國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201510075026）；河北大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項目（YJ11-33）；河北大學(xué)附屬醫(yī)院青年基金（2015Q 002，2015 Q 017）。

修回日期：2015-10-18

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第2期：153-156

隨著碘對比劑的廣泛應(yīng)用，對比劑腎病（contrast induced nephropathy，CIN）日益受到關(guān)注[1]。腎動脈CT血管成像（CTA）是診斷腎動脈疾病的主要影像學(xué)檢查方法，該檢查中需要高濃度碘對比劑以維持腎動脈內(nèi)的碘濃度，從而得到較好的圖像質(zhì)量。但使用高濃度對比劑會大大提高CIN的發(fā)生率[2]。因此，應(yīng)盡量減少對比劑的濃度，以降低CIN的發(fā)生率。近年能譜CT的臨床應(yīng)用逐漸受到重視[3]。本研究使用不同濃度碘對比劑聯(lián)合能譜CT掃描對腎動脈進(jìn)行CTA檢查，并優(yōu)選出最佳濃度的碘對比劑。

1　資料與方法

1.1研究對象選擇2013年3—5月在河北大學(xué)附屬醫(yī)院行腎動脈能譜CT增強掃描的100例患者，男62例，女38例；年齡17～72歲，平均（46±5）歲，隨機分為5組。所有患者意識清楚，無碘過敏史，無心、肝、腎等重要器官衰竭。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法采用 GE Healthcare Discovery CT 750 HD能譜CT掃描儀，對5組患者進(jìn)行腎動脈能譜CT掃描，掃描范圍自雙腎上極至下極。掃描條件：螺距0.984，層厚、層間距5 mm，視野40 cm×40 cm，管電流采用自動mAs調(diào)制。對比劑為碘普羅胺（370 mgI/ml），注射總量為1 ml/kg。5組患者注射對比劑濃度分別為370 mgI/ml、333 mgI/ml（90%對比劑+ 10%生理鹽水混合液）、296 mgI/ml（80%對比劑+ 20%生理鹽水混合液）、259 mgI/ml（70%對比劑+ 30%生理鹽水混合液）、222 mgI/ml（60%對比劑+ 40%生理鹽水混合液），注射速度4.5 ml/s，注射完畢后繼續(xù)注射50 ml生理鹽水，采用觸發(fā)掃描，將觸發(fā)區(qū)放在腹主動脈的腎門水平，當(dāng)腹主動脈的CT值到100 HU時進(jìn)行觸發(fā)掃描。

1.3圖像質(zhì)量評價5組患者掃描結(jié)束后，將層厚為5 mm的圖像建薄為0.625 mm，并傳至AW 4.5工作站，用能譜成像分析軟件獲得腎動脈與同一層面背部肌肉豎脊肌的最佳對比噪聲比（CNR）曲線，此曲線可顯示腎動脈與周圍組織對比最佳的單能量keV圖像，用最佳單能量keV圖像重建出腎動脈的容積再現(xiàn)（VR）和最大密度投影（MIP）圖像。

1.3.1信噪比（SNR）及CNR計算將最佳單能量keV圖像傳至AW 4.5工作站Viewer界面中，將圖像位置放置在顯示腎動脈最佳層面上，用（10±2）mm2的感興趣區(qū)測量腎動脈和相同層面豎脊肌的平均CT值及標(biāo)準(zhǔn)差（SD），并根據(jù)公式（1）及公式（2）計算SNR及CNR。

其中，CT腎動脈是腎動脈的CT值，SD腎動脈是腎動脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，CT豎脊肌是豎脊肌的CT值。

1.3.2主觀評價由2名影像學(xué)醫(yī)師對5組患者腎動脈VR和MIP圖像進(jìn)行評價，采用雙盲5分評價法[4]：5分，腎動脈清晰銳利，與周圍組織界限清晰可辨，可顯示腎動脈第4級屬支；4分，腎動脈邊緣較銳利，顯示清晰，與周圍組織對比明顯，能顯示腎動脈第3級屬支；3分，腎動脈較清晰，與周圍組織分辨較銳利，能顯示腎動脈第2級屬支；2分，腎動脈顯示較差，與周圍組織對比較差，僅顯示腎動脈第1級屬支；1分，腎動脈顯示模糊，與周圍組織分界不清，僅能顯示腎動脈主干。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 18.0軟件，計量資料多組間比較采用單因素方差分析，2名醫(yī)師評價5組腎動脈圖像的一致性采用Kappa檢驗，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml組圖像SNR、CNR及2名醫(yī)師主觀評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（F=37.521、35.341、36.033，P>0.05）；370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml與222 mgI/ml圖像SNR、CNR及2名醫(yī)師主觀評分比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（F=7.341、6.122、6.792，P<0.05）。2名醫(yī)師對370 mgI/ml、333 mgI/ml、296 mgI/ml、259 mgI/ml組圖像質(zhì)量評價的一致性（Kappa=0.83，P<0.05）高于222 mgI/ml組（Kappa=0.63，P<0.05）。各組圖像SNR、CNR及2名醫(yī)師對圖像主觀評分比較見表1，不同濃度對比劑所得圖像見圖1～5。5組患者最佳單能量keV的范圍為48～53 keV。

表1　不同濃度對比劑所得圖像SNR、CNR及2名醫(yī)師對圖像主觀評分比較

圖1　男，61歲，左腎占位。使用222 mgI/ml對比劑所得腎動脈CTA圖像，MIP（A）及VR（B）圖像示腎動脈主干（箭）及2級分支（箭頭）清晰，邊緣銳利，3級以下分支顯示欠佳，評分為3.3分

圖2　女，39歲，惡性高血壓。使用259 mgI/ml對比劑所得腎動脈CTA圖像，MIP（A）及VR（B）圖像示腎動脈主干（箭）清晰，邊緣銳利，3級分支（箭頭）顯示較好；左腎動脈主干狹窄（星號），評分為4.2分

圖3　女，40歲，左腎下極占位。使用296 mgI/ml對比劑所得腎動脈CTA圖像，MIP（A）及VR（B）圖像示腎動脈主干（箭）清晰，邊緣銳利，3級分支（箭頭）顯示較清晰，評分為4.3分

圖4　男，52歲，右腎小錯構(gòu)瘤。使用333 mgI/ml對比劑所得腎動脈CTA圖像，MIP（A）及VR（B）圖像示腎動脈主干（箭）清晰，邊緣銳利，3級分支（箭頭）顯示清晰，評分為4.5分

圖5　男，60歲，右腎占位。使用370 mgI/ml對比劑所得腎動脈CTA圖像，MIP（A）及VR（B）圖像示腎動脈主干（箭）清晰，邊緣銳利，3級分支（箭頭）顯示清晰，4級分支顯示尚可，評分為4.6分

3　討論

3.1提高腎動脈CTA圖像質(zhì)量的主要方法及問題腎動脈疾病是臨床常見疾病之一，診斷和治療腎動脈疾病需詳細(xì)掌握腎動脈走行、分支及血管變異等情況，避免引起誤診、漏診而影響治療。腎動脈CTA可以無創(chuàng)顯示肺動脈主干及各級分支，已成為臨床診斷腎動脈相關(guān)疾病的有效檢查方法。因此，腎動脈CTA對腎動脈疾病的診斷和治療及評估具有非常重要的意義。但進(jìn)行腎動脈CTA檢查所用碘對比劑的高滲透壓及對腎小管內(nèi)皮的毒性以及黏度過大等因素均與CIN的發(fā)生密切相關(guān)[5-7]。此外，在進(jìn)行CTA檢查時需在很短時間內(nèi)注射大劑量、高濃度的對比劑，這對腎組織具有毒性，可導(dǎo)致腎功能突然減退，使對比劑的代謝產(chǎn)物蓄積于血液中，進(jìn)而誘發(fā)急性腎損害。預(yù)防CIN及其副作用最關(guān)鍵的因素是對比劑濃度和劑量的限量使用，低濃度、低速度、低劑量成為減少CIN的重要措施。因此，合理降低對比劑濃度可以減少 CIN 的發(fā)生。本研究中，使用259 mgI/ml對比劑與370 mgI/ml對比劑所得圖像進(jìn)行比較，兩者圖像質(zhì)量無明顯差異，但259 mgI/ml對比劑用量較370 mgI/ml對比劑降低了30%，提示使用較低濃度的對比劑也可獲得滿足診斷要求的圖像，并能降低患者的碘攝入量，降低CIN的發(fā)生率。

3.2能譜CT在腎動脈CTA的應(yīng)用近年來能譜CT在臨床應(yīng)用越來越廣泛[8-9]，能譜CT可以在0.5 ms內(nèi)完成高低能量切換，通過投影數(shù)據(jù)空間的分析，在40～140 keV 內(nèi)實現(xiàn)101個單能量影像重建[7]。利用其分析軟件獲得兩種組織之間的最佳CNR曲線，此曲線可以將動脈血管和周圍組織的最佳對比度以單能量keV顯示，可以利用此單能量keV獲得動脈血管和周圍組織最好的對比度，使腎動脈顯示更加清晰[10-11]。本研究顯示腎動脈最佳單能量keV在48～53 keV，此能量范圍與田士峰等[12]及曹東興等[13]的研究結(jié)果一致，但本研究的能量范圍更低，因為本研究使用對比劑濃度（259 mgI/ml）較其使用的最低濃度對比劑（270 mgI/ml）更低。這是因為在48～53 keV單能量范圍內(nèi)的X線與人體組織相互作用時主要以光電效應(yīng)為主，當(dāng)X線能量降低到接近碘吸收的K峰（33 keV）時能被大量吸收，大量X線被血管內(nèi)碘吸收，從而增加血管與周圍組織的對比而有利于血管的清晰顯示，提高了腎動脈CTA的圖像質(zhì)量。另外，碘的原子序數(shù)（53）與血管周圍組織相差較大，當(dāng)傳統(tǒng)的混合能量X線穿過血管內(nèi)高濃度的碘對比劑時易形成“硬化偽影”而影響血管圖像質(zhì)量。而能譜CT的單能量X線由于單色性好、keV較低，能消除由于碘對比劑引起的“硬化偽影”，使細(xì)小的動脈血管影像更加清晰，并可減少對比劑的濃度和劑量。本研究使用能譜CT的最佳keV并聯(lián)合低濃度對比劑顯著降低了上述因素引起的血管影像的“硬化偽影”，使各級腎動脈血管均能清晰顯示。

3.3本研究的特點自能譜CT在臨床應(yīng)用以來，應(yīng)用能譜CT最佳keV來提高血管CTA圖像質(zhì)量的研究已有報道[14-15]，其科研設(shè)計多為用能譜CT最佳keV圖像與常規(guī)kV或能譜CT的混合能量比較，注射370 mgI/ml、350 mgI/ml 等常規(guī)高濃度對比劑，而關(guān)于對比劑對 CTA 圖像質(zhì)量的影響也多集中在對比劑用量方面。本研究采用5種不同濃度對比劑聯(lián)合能譜CT的最佳keV進(jìn)行腎動脈CTA成像，對5種濃度對比劑圖像進(jìn)行相互比較而優(yōu)選出在保證影像質(zhì)量前提下的最低對比劑濃度，從而證明低濃度對比劑聯(lián)合能譜CT的最佳keV對于腎動脈細(xì)小分支的顯示能力。本研究還優(yōu)選出最低對比劑濃度下顯示腎動脈的最佳 keV值范圍為48～53 keV，可以使影像學(xué)醫(yī)師非常容易地從此能量范圍內(nèi)直接選擇不同單能量keV圖像，以便更清晰地顯示腎動脈的各級分支，更好地觀察不同血管的細(xì)節(jié)。

總之，采用能譜CT掃描最佳單能量keV進(jìn)行腎動脈CTA檢查可以降低對比劑濃度，減少患者的碘攝入量和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。

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（本文編輯張春輝）

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24(2): 153-156

Different Concentrations of Contrast Media Combined with Spectral CT Imaging in Renal CT Angiography

【Abstract】Purpose To explore the feasibility of reducing patients iodine intake and ensuring image quality as well by using different concentration of contrast media combined with spectral CT imaging in renal CT angiography (CTA). Materials and Methods One hundred patients who underwent renal spectral CT examination were randomly divided into 5 groups. The contrast media dose were offered at 1 ml/kg, and contrast media concentration for the 5 groups were 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml, 259 mgI/ml and 222 mgI/ml, respectively. The keV maps of the optimal contrast noise ratio (CNR) with a thickness of 0.625 mm were used to obtain volume rendering (VR) and maximum intensity projection (MIP) to show the renal artery. The signal noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) of the images were calculated. The overall imaging quality of 5 groups was evaluated by 2 radiologists. Consistence between 2 readers was evaluated. Results The monochromatic image at 48-53 keV was found to demonstrate the best CNR for the renal artery. There was no statistic difference for SNR, CNR and the consistence among the groups of contrast media concentration of 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml and 259 mgI/ml (P>0.05). While SNR, CNR and the consistence at the contrast media concentration of 222 mgI/ml were significantly different with other contrast media concentration groups (P<0.05). When compared with 222 mgI/ml group, the consistence between the two readers was higher for the contrast media concentration of 370 mgI/ml, 333 mgI/ml, 296 mgI/ml, 259 mgI/ml groups (P<0.05). Conclusion The spectral CT can significantly reduce the contrast media concentration in renal artery CTA.

【Key words】Kidney diseases; Renal artery; Tomography, X-ray computed; Angiography; Contrast media; Concentration; Iodine; Quality control

收稿日期：2015-08-12

中圖分類號R445.3

基金項目

通訊作者常 津

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.02.018