低濃度低劑量對比劑寶石能譜CT肺動(dòng)脈成像的初步研究

何霖， 萬正國， 尹喜， 王成偉

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·心血管影像學(xué)·

低濃度低劑量對比劑寶石能譜CT肺動(dòng)脈成像的初步研究

何霖， 萬正國， 尹喜， 王成偉

目的：探討應(yīng)用低濃度、低劑量對比劑寶石能譜CT肺動(dòng)脈成像的可行性。方法：60例臨床擬診為肺動(dòng)脈栓塞(PE)的患者隨機(jī)分成兩組，每組30例，行CT肺動(dòng)脈血管成像(CTPA)檢查。A組為常規(guī)組，使用濃度為370 mg I/mL的對比劑碘帕醇，用量為60 mL，掃描管電壓為120 kVp。B組為能譜組，使用濃度為300 mg I/mL的對比劑碘帕醇，用量為20 mL，掃描方式為能譜模式(GSI)。比較常規(guī)組和能譜最佳單能量組肺動(dòng)脈CT值、圖像背景噪聲、信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)、CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)、有效輻射劑量(ED)及圖像質(zhì)量主觀評分的差異。結(jié)果：B組肺動(dòng)脈最佳單能量圖像能量水平集中在63～68 keV。能譜組(7.5g)較常規(guī)組(24.0g)所用的碘總量明顯下降，兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。能譜最佳單能量組圖像質(zhì)量與常規(guī)組CTPA相比，兩者肺動(dòng)脈CT值、圖像噪聲、SNR、CNR、DLP、ED以及主觀評分之間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論:寶石能譜CT低濃度、低劑量對比劑CTPA檢查，在降低人體碘攝入量的同時(shí)，能達(dá)到與常規(guī)120 kVp結(jié)合高濃度、常規(guī)劑量對比劑相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，且輻射劑量未增加。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 肺動(dòng)脈； 對比劑； 輻射劑量

多排螺旋CT肺動(dòng)脈血管成像(computed tomography pulmonary angiography，CTPA)已經(jīng)成為臨床懷疑肺動(dòng)脈栓塞(pulmonary embolism，PE)患者首選的影像檢查方法[1]。在進(jìn)行CTPA檢查時(shí)必然要使用對比劑，目前使用的碘對比劑相對來說是安全的，但是一些對比劑的不良反應(yīng)如對比劑腎病還是有一定的發(fā)生率[2]。對比劑腎病的發(fā)生與機(jī)體攝入的碘總量有著密切關(guān)系[3]，減少對比劑用量或降低對比劑濃度都能降低對比劑腎病的發(fā)生率。本研究擬通過能譜CT最佳單能量圖像結(jié)合低濃度、低劑量對比劑CTPA檢查，以期達(dá)到與常規(guī)120 kVp掃描結(jié)合高濃度、常規(guī)劑量對比劑相似的肺動(dòng)脈強(qiáng)化效果，從而減少碘對比劑的用量及降低對比劑腎病的發(fā)生率。

材料與方法

1.病例資料

搜集2014年12月-2015年5月我院擬診為肺動(dòng)脈栓塞行CTPA檢查的60例患者。按照不同掃描方式及對比劑用量隨機(jī)分為A、B兩組，A組(120 kV、對比劑用量60 mL，碘帕醇370 mg/mL)及B組(能譜模式，對比劑用量20 mL，碘帕醇300 mg/mL)各30例。其中A組男18例，女12例，年齡40～78歲，平均(63.9±8.7)歲，體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)20.42～24.61 kg/m2，平均(22.6±1.3) kg/m2。B組男19例，女11例，年齡45～80歲，平均(62.9±11.1)，BMI16.14～27.58 kg/m2，平均(22.8±3.2) kg/m2。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對比劑過敏、嚴(yán)重肝腎功能不全、嚴(yán)重失代償性心功能不全、BMI>28 kg/m2的患者。本研究系前瞻性研究，已通過醫(yī)院倫理委員會的審查，所有研究對象均簽署了知情同意書。

2.檢查方法

采用GE Discovery CT 750HD 64排螺旋CT掃描儀。掃描參數(shù)：A組管電壓120 kV，自動(dòng)管電流技術(shù)，噪聲指數(shù)Ni=15，探測器寬度64×0.625 mm，螺距1.375，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度0.4 s/r；B組采用寶石能譜成像(gemstome spectral imaging，GSI)掃描模式，管電壓在0.5 ms內(nèi)進(jìn)行140 kV和80 kV切換，管電流600 mA，探測器寬度64×0.625 mm，螺距1.375，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度0.4 s/r。掃描范圍為肺底至肺尖。兩組掃描數(shù)據(jù)均進(jìn)行0.625 mm層厚的重建，將重建數(shù)據(jù)傳輸至AW4.6工作站。

3.對比劑注射方案

使用Medrad高壓雙筒注射器注射對比劑。首先采用小劑量團(tuán)注測試法，將5 mL對比劑以5 mL/s的流率經(jīng)右側(cè)肘靜脈注射，追加10 mL生理鹽水，于對比劑注射開始后延時(shí)4 s在靶平面開始低劑量監(jiān)測掃描(80 kV，20 ms)，掃描時(shí)間為0.5 s，間隔為1.5 s，共20層。選擇肺動(dòng)脈主干為興趣區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，獲得肺動(dòng)脈主干的時(shí)間-密度曲線，計(jì)算峰值時(shí)間，根據(jù)曲線形態(tài)加2～3 s的經(jīng)驗(yàn)值為檢查的延時(shí)時(shí)間T。兩組注射流率均為5 mL/s，以同樣的流率追加生理鹽水40 mL。在開始注射對比劑后延時(shí)T時(shí)間開始掃描，其中包括5 s為指導(dǎo)患者屏氣和患者執(zhí)行屏氣的時(shí)間。

4.圖像評價(jià)

客觀評價(jià)：將采集的原始數(shù)據(jù)傳輸至GE AW4.6工作站。測量肺動(dòng)脈主干、左右肺動(dòng)脈干、左右上葉肺動(dòng)脈(氣管隆突層面)、左右基底段肺動(dòng)脈(大致左心房層面)、左右基底段肺動(dòng)脈亞段(大致左心室層面)的CT值，同時(shí)測量相鄰上下兩個(gè)層面該肺動(dòng)脈CT值，對3個(gè)數(shù)據(jù)取平均值并記錄。每次放置興趣區(qū)(region of interest，ROI)的位置、大小、面積盡量一致。當(dāng)有肺動(dòng)脈栓塞時(shí)，ROI應(yīng)避開栓子處或放棄測量。測量圖像噪聲(以胸大肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差為圖像噪聲)、信噪比(signal noise ratio,SNR)及對比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR),其中SNR=肺動(dòng)脈主干CT值/胸大肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，CNR=(肺動(dòng)脈主干CT值-胸大肌CT值)/胸大肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。B組的GSI數(shù)據(jù)在工作站載入到GSI Volume Viewer界面中，測量肺動(dòng)脈主干與胸大肌之間的具有最佳CNR時(shí)對應(yīng)的單能量值，此時(shí)該組圖像的單能量值就是其最佳單能量值，然后在該最佳單能量對應(yīng)的圖像上進(jìn)行上述測量。

主觀評價(jià)：采用5級評分標(biāo)準(zhǔn)對圖像質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，圖像質(zhì)量評分如下：5分，血管邊緣平滑銳利，分支及遠(yuǎn)端顯示好，可用于診斷；4分，血管顯示較好，分支顯示較好，遠(yuǎn)端顯示較好，可用于診斷；3分，血管主干顯示較好，主要分支顯示較好，遠(yuǎn)端顯示欠佳，可用于診斷；2分，血管邊緣毛糙，分支及遠(yuǎn)端顯示差，診斷困難；1分，血管邊緣毛糙，主干、分支顯示均欠佳，無法診斷[4]。圖像主觀評分3～5分符合診斷要求，1～2分不符合診斷要求。上述圖像質(zhì)量評價(jià)由2位放射科醫(yī)師采用雙盲法完成，意見不同時(shí)經(jīng)討論達(dá)成一致。

5.輻射劑量參數(shù)

記錄掃描后容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product，DLP)以及有效劑量(effective dose，ED),ED=DLP×0.014)。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。對兩組患者年齡、身高、體重及體質(zhì)指數(shù)進(jìn)行兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)，對男女比例及陽性率(CTPA檢查確診為肺動(dòng)脈栓塞的患者數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比)進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，對肺動(dòng)脈CT值、圖像噪聲、SNR及CNR值進(jìn)行t檢驗(yàn)，對輻射劑量參數(shù)CTDIvol、DLP及ED值進(jìn)行t檢驗(yàn)。所有數(shù)據(jù)行t檢驗(yàn)之前進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)，若數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布則采用Mann-Whitney U非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。對主觀評分進(jìn)行Mann-Whitney U 非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)　果

兩組患者的基本臨床資料見表1，在性別、年齡、身高、體重、BMI、陽性率之間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。

表1　兩組患者基本臨床資料比較

注：a：χ2值；b：t值；c：Z值。

2.最佳單能量的選擇

對于B組30例患者的GSI掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，發(fā)現(xiàn)肺動(dòng)脈最佳單能量圖像能量水平集中在63～68 keV(圖1)。

3.常規(guī)組與最佳單能量組比較

常規(guī)組與最佳單能量組進(jìn)行圖像客觀質(zhì)量以及輻射劑量參數(shù)比較，兩組間CTDIvol差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其余圖像質(zhì)量客觀評價(jià)指標(biāo)及輻射劑量參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05，表2)。

表2　常規(guī)組與最佳單能量組圖像質(zhì)量及輻射劑量參數(shù)的比較

4.圖像質(zhì)量主觀評分

常規(guī)組和最佳單能量組的圖像質(zhì)量均符合診斷要求，其中常規(guī)組中評分為5分者16例，4分者10例，3分者4例(圖2)；最佳單能量組中評分為5分者17例，4分者8例，3分者5例(圖3)。兩組圖像主觀評分間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.698，P=0.089)。

討　論

CTPA的圖像質(zhì)量與肺動(dòng)脈的強(qiáng)化程度有很大關(guān)系，而肺動(dòng)脈的強(qiáng)化又與對比劑的種類、用量、注射流率以及患者個(gè)體因素密切相關(guān)。單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入肺動(dòng)脈內(nèi)的含碘對比劑越多，管腔的強(qiáng)化程度就越好，圖像質(zhì)量更佳，但是對比劑劑量的增加又會使對比劑腎病的發(fā)病率增高[5]；單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入肺動(dòng)脈的含碘對比劑減少將影響肺動(dòng)脈的強(qiáng)化程度，可能無法顯示栓子而造成漏診。如何在滿足臨床診斷要求和降低對比劑腎病的發(fā)生率之間達(dá)到平衡，已經(jīng)成為臨床及影像工作者需要共同面對的問題。低濃度、低劑量對比劑CTPA檢查在普通CT中難以實(shí)現(xiàn)，但雙能CT單能量成像技術(shù)使得該問題的解決成為可能。

單能量圖像是指處于某一能量水平的X線穿過物質(zhì)后產(chǎn)生的衰減圖像，對于同一能量水平的單能量圖像，物質(zhì)的衰減系數(shù)取決于其本身密度，從而保證了同一物質(zhì)衰減系數(shù)的恒定，避免了硬化效應(yīng)的產(chǎn)生，圖像質(zhì)量得到改善[6]。與傳統(tǒng)混合能量圖像相比，單能量圖像能夠大大降低硬化偽影的影響并獲得相對純凈CT值的圖像，并且提高圖像的CNR。本研究首先使用優(yōu)化圖像質(zhì)量和對比噪聲比功能確定最大CNR，然后確定在最大CNR時(shí)該組圖像的最佳keV值，最后重建出具有最大CNR的最佳單能量圖像。本研究發(fā)現(xiàn)在使用低濃度、低劑量對比劑條件下肺動(dòng)脈最佳單能量范圍為63～68 keV。Cheng等[7]使用能譜CT發(fā)現(xiàn)肺動(dòng)脈栓子的最佳keV值為65～70 keV，此時(shí)圖像具有較低的噪聲和較高的CNR，并且能夠滿足臨床診斷要求，本研究的最佳keV略低于Cheng等的結(jié)果，主要原因可能是由于使用的對比劑濃度不同，其使用的是高濃度對比劑(370 mg I/mL)，本研究使用的是低濃度對比劑(300 mg I/mL)。

目前臨床上對進(jìn)行CTPA檢查的對比劑用量尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)文獻(xiàn)采用的對比劑用量為60～100 mL[8，9]。肺動(dòng)脈CTA檢查一般采用肘靜脈給藥的方式，對比劑的循環(huán)途徑為：肘靜脈-上腔靜脈-右心房-右心室-肺動(dòng)脈，由于它不經(jīng)過體循環(huán)，可以不必按照體重來計(jì)算對比劑用量。Singh等[10]采用120 kV、200～340 mAs的掃描參數(shù)對24例腎功能不全且懷疑肺動(dòng)脈栓塞的患者行CTPA檢查，使用30 mL對比劑(350 mg I/mL)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肺動(dòng)脈的強(qiáng)化程度很高，肺動(dòng)脈主干及葉肺動(dòng)脈平均CT值為247 HU，段及亞段肺動(dòng)脈CT值也超過200 HU。本研究采用的對比劑劑量、濃度都低于Singh等的研究，若采用120 kV掃描方式，肺動(dòng)脈內(nèi)CT值勢必會下降，從而影響對疾病的診斷，所以筆者又結(jié)合能譜CT最佳單能量圖像以增加圖像的對比度。比較最佳單能量組和常規(guī)組肺動(dòng)脈CT值、圖像噪聲、SNR、CNR，雖然最佳單能量組各級肺動(dòng)脈的CT值均低于常規(guī)組，但是兩組之間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且最佳單能量組的SNR、CNR值均高于常規(guī)組。Bae等[11]研究報(bào)道當(dāng)肺動(dòng)脈內(nèi)CT值>250 HU就能夠達(dá)到診斷肺動(dòng)脈栓塞的要求，本研究中肺動(dòng)脈各級分支管腔CT值均>250 HU，并且常規(guī)組和最佳單能量組圖像主觀評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，均能滿足診斷要求。在診斷肺動(dòng)脈栓塞陽性率方面，常規(guī)組的陽性率為30%，能譜組為27%，兩組差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

本研究中常規(guī)組人體攝入的碘總量為24.0 g，能譜組為7.5 g，因?yàn)楸狙芯坎捎玫氖切┝繄F(tuán)注測試法計(jì)算延時(shí)時(shí)間，相對于團(tuán)注對比劑跟蹤技術(shù)要多用5 mL的對比劑，如果采用團(tuán)注對比劑跟蹤技術(shù)，那么人體碘的攝入量可降為6 g。Marenzi等[12]認(rèn)為碘對比劑用量是導(dǎo)致對比劑腎病發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，在滿足臨床診斷要求的同時(shí)盡量減少碘對比劑用量，可有效降低對比劑腎病的發(fā)生率。

雖然本研究中能譜組ED值較常規(guī)組高，但兩組之間差異無統(tǒng)計(jì)意義。在GSI掃描模式中使用的管電流為600 mA，在本文發(fā)稿過程中我科的能譜CT進(jìn)行了升級，升級后GSI掃描模式能夠選擇不同的CTDIvol值。筆者在CTDIvol為8.79 mGy、管電流為440 mA時(shí)做了幾例低濃度、低劑量CTPA初期測試，其DLP約為210 mGy·cm，ED約為2.9 mSv，但是在增加樣本量以后，其在圖像質(zhì)量及輻射劑量方面與常規(guī)組是否有差異，有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，能譜CT最佳單能量圖像結(jié)合低濃度、低劑量對比劑進(jìn)行CTPA檢查，在降低人體碘攝入的同時(shí)，能夠達(dá)到與常規(guī)120 kV結(jié)合高濃度、常規(guī)劑量對比劑相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，同時(shí)滿足臨床診斷要求。

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Preliminary study of low dose,low concentration contrast media in CT pulmonary angiography with spectrum gemstone CT

HE Lin，WANG Zheng-guo，YIN Xi，et al.

Department of CT Room，the First Affiliated Hospital of the Medical College of Shihezi University，Xinjiang 832002，P.R.China

Objective：To evaluate the feasibility of low dose,low concentration contrast agent in CT pulmonary angiography (CTPA) with spectrum gemstone CT.Methods:A total of 60 patients with suspected pulmonary embolism (PE) were randomly divided into 2 groups,with 30 patients in each group,CTPA was performed.Group A (conventional group) received 60mL (370mg I/mL) lopamidol at tube voltage as 120kVp;group B (spectrum group) were scanned with GSI mode,20mL (300mg I/mL) lopamidol was used.The differences of CT value of pulmonary artery,image noise,signal-to-noise ratio (SNR),contrast-to-noise ratio (CNR),volume CT dose index (CTDIvol),dose length product (DLP),effective dose (ED) and the subjective scoring of image quality of these 2 groups were compared.Results：The optimal monochromatic images of pulmonary artery in group B were at 63～68keV.The total amount of iodine in group B was obviously lower than that in group A (7.5 vs 24.0g),with statistically significant difference (P<0.05).No statistical differences between these two groups were found in CT values of pulmonary arteries,image noise,SNR,CNR,DLP,ED and subjective scoring of image quality (P>0.05).Conclusions:Spectral CT monochromatic imaging with low concentration and low dosage of contrast agent can provide the same image quality as that of the conventional (120kVp) CTPA technique,without an increase of radiation dosage.

Tomography，X-ray computed； Pulmonary artery； Contrast medium; Radiation dose

832002新疆，石河子大學(xué)醫(yī)學(xué)院(何霖、萬正國)；832002石河子大學(xué)第一附屬醫(yī)院CT室(尹喜、王成偉)

何霖(1986-)，男，甘肅天水人，碩士研究生，主要從事腫瘤與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的影像診斷工作。

王成偉，E-mail：308199733@qq.com

R543.2; R814.42

A

1000-0313(2016)01-0059-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.01.014

2015-06-29

2015-09-02)