低管電壓結(jié)合自動(dòng)毫安技術(shù)對(duì)降低頭頸部數(shù)字減影CTA輻射劑量的可行性研究

華海琴， 康德強(qiáng)， 徐曉娟， 趙晶， 彭楠， 王玲璞， 李超， 劉冰， 劉明， 王志群

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·影像技術(shù)學(xué)·

低管電壓結(jié)合自動(dòng)毫安技術(shù)對(duì)降低頭頸部數(shù)字減影CTA輻射劑量的可行性研究

華海琴， 康德強(qiáng)， 徐曉娟， 趙晶， 彭楠， 王玲璞， 李超， 劉冰， 劉明， 王志群

目的：探討低管電壓結(jié)合自動(dòng)毫安調(diào)制技術(shù)降低頭頸部數(shù)字減影CT血管成像(DSCTA)輻射劑量的可行性。方法：將36例患者分為3組進(jìn)行頭頸部DSCTA檢查。A組：平掃管電壓80 kV，增強(qiáng)掃描管電壓120 kV，管電流固定為400 mA；B組：平掃管電壓80 kV、增強(qiáng)掃描管電壓120 kV，使用管電流調(diào)制技術(shù)，實(shí)際管電流為150～400 mA；C組：平掃管電壓80 kV、增強(qiáng)掃描管電壓100 kV，使用管電流調(diào)制技術(shù)，范圍為150～400 mA。記錄3組的輻射劑量，包括容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(DLP)及有效吸收劑量。對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀及主觀分析，客觀分析包括測(cè)量頸總動(dòng)脈分叉部及基底動(dòng)脈中段的CT值、信噪比，主觀分析包括對(duì)血管進(jìn)行容積再現(xiàn)、最大密度投影、曲面重組并結(jié)合橫軸面圖像進(jìn)行評(píng)分。結(jié)果：三組間CTDIvol、DLP及ED的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，且各指標(biāo)值均為A組>B組>C組。對(duì)DSCTA圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，三組間雙側(cè)頸總動(dòng)脈及基底動(dòng)脈的強(qiáng)化值、圖像噪聲及信噪比的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。三組圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論：采用低管電壓蒙片結(jié)合自動(dòng)毫安技術(shù)能明顯降低頭頸部DSCTA檢查的輻射劑量，并能保證圖像質(zhì)量。

頸動(dòng)脈； 體層攝影術(shù)，X 線計(jì)算機(jī)； 血管成像； 低劑量

隨著臨床上多層CT血管成像(CTA)的廣泛應(yīng)用，頭頸動(dòng)脈CTA 檢查也逐漸增多[1]。但顱底骨質(zhì)較厚，血管與顱骨骨質(zhì)緊密，分離困難[2]。頭頸部數(shù)字減影CT血管成像(digital subtraction CTA，DSCTA)能有效地將血管與骨骼分離，能更清晰地顯示頭頸部血管，但與常規(guī)CTA相比，這種掃描方式增加了一個(gè)掃描序列，患者所受輻射劑量也相應(yīng)增大[3-5]，如何在保證DSCTA圖像質(zhì)量的前提下最大限度地降低輻射劑量，成為目前亟待解決的重要問(wèn)題。本文探討將超低管電壓蒙片技術(shù)和低管電壓自動(dòng)毫安技術(shù)相結(jié)合，在降低頭頸動(dòng)脈DSCTA掃描輻射劑量的可行性。

表1　三組中一般情況的比較

材料與方法

1.研究對(duì)象

對(duì)我院神經(jīng)內(nèi)科擬診頭頸動(dòng)脈血管病變或術(shù)前需要進(jìn)行動(dòng)脈評(píng)價(jià)的36例患者行頭頸動(dòng)脈DSCTA檢查。其中，男18例，女18例。將患者隨機(jī)分為A、B、C三組。A組：13例，男6例，女7例，平均年齡(62.38±7.43)歲；B組15例，男7例，女8例，平均年齡(62.93±14.78)歲；C組8例，男5例，女3例，平均年齡(69.25±10.54)歲。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者簽署了知情同意書。

2.CTA檢查

使用GE VCT 64排CT機(jī)?；颊呷⊙雠P位，雙臂自然下垂，頭先進(jìn)，用壓束帶固定額部和下頜。先行頭頸部正側(cè)位定位像掃描，掃描范圍自主動(dòng)脈弓至頭頂部。告知患者平靜呼吸，避免吞咽及眨眼動(dòng)作，去除掃描范圍內(nèi)金屬或玉石飾物。采用20G靜脈留置套管針經(jīng)肘靜脈注射，先采用小劑量對(duì)比劑碘佛醇(320 mg I/mL)20 mL團(tuán)注，注射流率5 mL/s，進(jìn)行同層動(dòng)態(tài)掃描，監(jiān)測(cè)層面設(shè)在頸4水平，注射對(duì)比劑4 s后啟動(dòng)掃描，獲得頸動(dòng)脈的時(shí)間-密度曲線，從而得到最佳掃描延遲時(shí)間。掃描參數(shù)：64i×0.625 mm，0.5 s/r，螺距0.984，視野25 cm×25 cm，矩陣512×512，掃描層厚及層間距均為5 mm。

掃描方案：使用同一種掃描序列行CT平掃及增強(qiáng)掃描。平掃時(shí)3組管電壓均設(shè)為80 kV，A組采用固定毫安技術(shù)，管電流為400 mA；B、C組采用自動(dòng)毫安技術(shù)，管電流調(diào)制范圍為150～400 mA。增強(qiáng)掃描時(shí)A組管電壓為120 kV，管電流設(shè)為400 mA；B組管電壓120 kV，管電流調(diào)制范圍為150～400 mA；C組管電壓100 kV，管電流調(diào)制范圍為150～400 mA。噪聲指數(shù)為7 HU。使用高壓注射器經(jīng)肘前靜脈注射碘佛醇(320 mg I/mL)55 mL，隨后用20 mL生理鹽水沖管，注射流率均為5 mL/s，在注射對(duì)比劑后最佳延遲時(shí)間觸發(fā)掃描。重建數(shù)據(jù)傳至GE ADW 4.6工作站進(jìn)行圖像后處理，包括容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)和曲面重組(curve planar reformation，CPR)。

3.輻射劑量指標(biāo)及測(cè)量

三種掃描技術(shù)的掃描長(zhǎng)度(Length，L)、容積CT劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)均由設(shè)備根據(jù)掃描參數(shù)自動(dòng)生成。有效輻射劑量(effective dose，ED)為DLP與W的乘積，其中W為不同器官的權(quán)重因子，顱腦為0.0032[6]。在齒狀突中部層面記錄管電流值。采用CTDIvol、DLP和ED評(píng)價(jià)輻射劑量。

4.圖像質(zhì)量分析和評(píng)價(jià)

圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：分別在平掃、增強(qiáng)和減影后圖像上進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，選擇左右頸動(dòng)脈分叉和基底動(dòng)脈中段層面測(cè)量動(dòng)脈腔內(nèi)CT值，用標(biāo)準(zhǔn)差(SD)來(lái)作為圖像噪聲(noise，N)，并計(jì)算動(dòng)脈的信噪比(signal noise ratio，SNR)：

(1)

圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：由2位副高職稱以上的放射科醫(yī)師采用單盲法分別對(duì)36例患者的橫軸面及重組圖像(VR、MIP、CPR)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，按噪聲、解剖細(xì)節(jié)顯示及能否滿足診斷要求來(lái)評(píng)分，意見不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致意見。圖像質(zhì)量分為優(yōu)、良、差3級(jí)，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：3分為優(yōu)，圖像上無(wú)明顯斑點(diǎn)和柵欄形偽影，6級(jí)以上血管樹等微細(xì)結(jié)構(gòu)顯示清楚；2分為良，圖像上有輕微斑點(diǎn)但無(wú)柵欄形偽影，6級(jí)以上血管樹等微細(xì)結(jié)構(gòu)顯示較清楚，不影響診斷；1分為差，圖像上斑點(diǎn)明顯，有偽影，6級(jí)以上血管樹等微細(xì)結(jié)構(gòu)顯示差，對(duì)診斷有影響。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

使用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。首先對(duì)三組中掃描長(zhǎng)度、患者年齡、輻射劑量指標(biāo)及圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，如方差齊性，使用最小顯著差異法(least-significant difference，LSD)進(jìn)行兩兩比較；如方差不齊，采用非參數(shù)檢驗(yàn)(Tamhane′s T2)進(jìn)行分析，圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的比較使用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)　果

三組間患者平均年齡及掃描長(zhǎng)度的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，管電流的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表1。與A組比較，B組管電流下降59.41%，C組僅下降23.81%。

三組中CT平掃及增強(qiáng)掃描的輻射劑量指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果及比較見表2。CT平掃：三組間DLP及ED的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，三組間CTDIvol的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步兩兩比較，A與B及A與C組間CTDIvol的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B與C組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。增強(qiáng)掃描：三組間CTDIvol、DLP及ED的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，且A組>B組>C組。

表2　三組間輻射劑量指標(biāo)的比較

表3　3組患者所選動(dòng)脈增強(qiáng)期CT值、噪聲及信噪比定量分析

表4　減影后動(dòng)脈CT值、噪聲及信噪比定量分析

三組間圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果及比較見表3、4。三組間頸動(dòng)脈和基底動(dòng)脈強(qiáng)化CT值的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。C組的圖像噪聲高于A、B組，信噪比低于A、B組，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。DSCTA減影后，三組間雙側(cè)頸動(dòng)脈和基底動(dòng)脈的強(qiáng)化值、圖像噪聲及信噪比的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

三組中DSCTA重組圖像上頸動(dòng)脈、椎動(dòng)脈及顱內(nèi)動(dòng)脈主干及分支均顯示清晰，無(wú)明顯偽影(圖1～3)，三組圖像質(zhì)量的綜合評(píng)分的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=0.289，P=0.865)。

表5　三組圖像質(zhì)量評(píng)分結(jié)果　(例)

討　論

CT數(shù)字減影血管成像技術(shù)是一種簡(jiǎn)便易行的CTA技術(shù)，適合于血管性病變的顯示，可作為血管性病變的首選檢查方法，替代有創(chuàng)性的DSA檢查[7]。然而，頭頸動(dòng)脈掃描范圍內(nèi)有甲狀腺和晶狀體等重要器官，這些器官對(duì)輻射敏感，常規(guī)劑量的頭頸CTA掃描可能使患者接收大量射線，從而增加誘發(fā)甲狀腺癌和晶狀體病變的風(fēng)險(xiǎn)，在可達(dá)到預(yù)期診斷前提下，盡可能地合理使用低劑量掃描方案，成為目前CT臨床和研究領(lǐng)域頗為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

降低輻射劑量的方法很多，包括降低管電壓、管電流、減少基礎(chǔ)平掃片劑量等。減低管電壓是最為有效的辦法。由于X線的輻射劑量與管電壓的平方呈反比，減低管電壓能極大的降低受檢者的輻射劑量。雖然降低管電壓可能導(dǎo)致X線的穿透力不夠，圖像噪聲增加[8]。但另一方面，增強(qiáng)期低電壓降低X線束能量加大了碘對(duì)比劑的強(qiáng)化程度，增加了血管和其周圍組織的強(qiáng)化對(duì)比程度[9]。因此，CTA掃描時(shí)適當(dāng)?shù)亟档凸茈妷涸O(shè)置不僅可以降低輻射劑量，而且可以增加強(qiáng)化后血管的CT值，從而補(bǔ)償?shù)碗妷簬?lái)的噪聲增高，圖像質(zhì)量并不會(huì)明顯降低[10]。

降低管電流也是常用的方法，但是減低管電流會(huì)增加噪聲水平。低劑量DSCTA多采用較低的固定管電流，但頭頸部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部位軟組織厚度不同，肩胸部等組織較厚，從而會(huì)增大主動(dòng)脈弓分支、頸總動(dòng)脈及椎動(dòng)脈起始部的圖像噪聲，本研究采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，由CT掃描儀自動(dòng)根據(jù)患者頭頸部軟組織厚度，精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)相應(yīng)的毫安量[11]，在肩胸等軟組織較厚的部位管電流保持在較高水平，保證了圖像質(zhì)量，在頸部等組織相對(duì)菲薄的部位，管電流自動(dòng)調(diào)制為較低值，從而在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低劑量掃描。在本研究中的三組患者中，B、C兩組與A組的固定毫安技術(shù)相比，齒狀突水平電流水平分別下降了23.81%和59.41%，而圖像質(zhì)量并無(wú)顯著差異。

除上述的低管電壓結(jié)合自動(dòng)毫安技術(shù)降低輻射劑量的方法外， 針對(duì)DSCTA掃描，如果能降低平掃期蒙片的輻射劑量，則能進(jìn)一步有效降低輻射總劑量。與常規(guī)CTA相比，DSCTA雙期掃描增加了一個(gè)掃描序列，輻射劑量有可能增加達(dá)一倍左右[12]。既往DSCTA血管成像掃描要求增強(qiáng)和平掃序列的掃描參數(shù)必須一致，實(shí)際上兩組的掃描條件如管電壓、管電流是可以不一致的，為保證圖像質(zhì)量，強(qiáng)化期的掃描條件通常不能顯著降低，而蒙片的圖像質(zhì)量可適當(dāng)降低，以進(jìn)一步降低總輻射劑量。國(guó)內(nèi)蔡武等[13]采用相同的平掃和增強(qiáng)掃描條件，管電壓為120 kV，采用固定毫安技術(shù)的觀察組中管電流為300 mA、自動(dòng)毫安組中管電流調(diào)制范圍為150～300 mA，兩組的總CTDIvol高達(dá)58和47 mGy，平掃的CTDIvol高達(dá)29和28 mGy。本研究中平掃使用超低管電壓，CTDIvol僅為10 mGy，而且三組均成功實(shí)現(xiàn)數(shù)字減影成像，說(shuō)明超低管電壓蒙片技術(shù)能有效降低平掃的輻射劑量，從而保證了頭頸動(dòng)脈減影成像的總輻射劑量降低。

本研究中采用3種措施控制掃描的輻射量，即超低管電壓蒙片結(jié)合低管電壓自動(dòng)毫安技術(shù)，既實(shí)現(xiàn)了低劑量掃描，同時(shí)保證了圖像質(zhì)量。三組中，C組采用較低管電壓結(jié)合自動(dòng)毫安技術(shù)，由于X線的輻射量與管電壓的平方成反比，與電流成正比，所以C組的總輻射量最低。與此同時(shí)，CTA減影后，C組中雙側(cè)頸動(dòng)脈、基底動(dòng)脈的強(qiáng)化值、噪聲及信噪比與其它2組間的差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，頸動(dòng)脈、椎動(dòng)脈及其分支的顯示情況及圖像質(zhì)量評(píng)分與其它2組間亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，即三組圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷要求。

綜述所述，通過(guò)平掃時(shí)使用超低管電壓技術(shù)、增強(qiáng)掃描采用低管電壓結(jié)合管電流自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，既能有效降低頭頸部數(shù)字減影血管成像的輻射劑量，又能保證圖像質(zhì)量。

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Low tube voltage combined with automatic tube current modulation technique for digital subtraction CT angiography of head and neck:a feasibility study

HUA Hai-qin,KANG De-qiang,XU Xiao-juan,et al.Department of Radiology,Dongfang Hospital of Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100078,China

Objective：To explore the feasibility of low tube voltage combined with automatic tube current modulation (ATCM) technique in the examination of head and neck digital subtraction CT angiography (DSCTA).Methods：A total of 36 patients were randomly and equally divided into three groups to undergo DSCTA of head and neck using three scan protocols:in group A,80kV for plain scan and 120kV for contrast enhanced (CE) scan,tube current was 400mA;in group B,80kV for plain scan and 120kV for CE scan,ATCM technique was used with actual tube current of 150～400mA;in group C:80kV for plain scan and 100kV for CE scan,ATCM technique was used with actual tube current of 150～400mA.The radiation dose in the three groups was calculated and compared.Both objective and subjective analysis of image quality were made.The objective evaluation included CT value of common carotid artery and basilar artery,the background noise and signal-to-noise ratio (SNR).The subjective analysis included assessing the image quality by volume rendering (VR),maximum intensity projection (MIP),curve planar reconstruction (CPR) and axial images.Results:There were significant differences of radiation dosage including CTDIvol,DLP and ED among the three groups, which presented as group A>group B>group C.No significant differences in enhanced CT value of the cervical and basil arteries,noise and signal noise ratio were found among the three groups (P>0.05).There were no significant differences of visualization scores among the three groups.Conclusion：By combination of super lower KV mask and low KV,ATCM technique in the examination of head and neck DSCTA can significantly reduced the radiation dosage and guarantee the imaging quality for diagnostic purpose．

Carotid artery； Tomography，X-ray computed； Angiography； Low dose

100078北京，北京中醫(yī)藥大學(xué)東方醫(yī)院放射科 (華海琴、趙晶、彭楠、王玲璞、李超、劉冰、劉明、王志群)；102206北京，北京大學(xué)北大國(guó)際醫(yī)院放射科(康德強(qiáng))；100087北京，北京師范大學(xué)醫(yī)院(徐曉娟)

華海琴(1976-)，男，江蘇東臺(tái)人，主治醫(yī)師，主要從事CT及周圍血管影像工作。

王志群，E-mail：wangzhiqun@126.com

R814.42； R543.4

A

1000-0313(2016)08-0781-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.08.025

2016-01-02

2016-03-25)