肺癌患者CT肺動(dòng)脈成像優(yōu)化掃描研究*

李海烈， 何長久， 肖乾坤， 周鵬， 胡仕北， 劉舫

610041成都，四川省腫瘤醫(yī)院·研究所，四川省癌癥防治中心，電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院 影像科

在我國,肺癌占男性惡性腫瘤發(fā)病率第一位,占女性惡性腫瘤發(fā)病率第二位，肺癌占男女惡性腫瘤死亡率均為第一位[1]。肺癌患者在治療的過程中容易引起多種并發(fā)癥，在各種惡性腫瘤中是血栓發(fā)生率最高的疾病之一，肺栓塞(Pulmonary embolism,PE)就是最常見的一種[2]。文獻(xiàn)報(bào)道肺栓塞是惡性腫瘤常見的并發(fā)癥，原因主要與惡性腫瘤引起機(jī)體的凝血與纖維溶解機(jī)制異常，易出現(xiàn)血栓性或出血性疾病有關(guān)[3]。激素、靶向藥物治療可破壞腫瘤細(xì)胞，誘發(fā)急性腫瘤溶解綜合征，可加重患者高凝狀態(tài)引發(fā)血栓，而放療以及血管生長抑制劑的使用均可增加腫瘤患者肺栓塞的發(fā)生率[4]。惡性腫瘤可使肺栓塞的發(fā)病率增加4倍[5]，且病死率、致殘率及臨床漏診率均較高[6]。因此，若能及早發(fā)現(xiàn)肺栓塞，對(duì)挽救患者的生命尤為重要。DSA雖能做出明確診斷，但其具有創(chuàng)傷性。多層螺旋CT 肺動(dòng)脈成像(CT pulmonary angiography，CTPA)以其快速的容積掃描和較高的空間和時(shí)間分辨率給血管系統(tǒng)疾病檢查創(chuàng)造了有利條件，它不僅可以判斷PE的程度、范圍、急慢性，還可觀察心腔內(nèi)有無血栓、肺組織灌注情況、肺梗死病灶以及評(píng)估心功能狀態(tài)和其他并發(fā)癥等[7]。隨著肺癌患者PE篩查人數(shù)增加和PE 病人常需要行多次CTPA 檢查來了解栓子吸收及心肺功能恢復(fù)情況，會(huì)造成輻射劑量的增大，因此降低輻射劑量非常重要。CT 電離輻射是目前醫(yī)學(xué)輻射主要來源，在發(fā)達(dá)國家占年人均輻射量1/4[8]。由于胸部具有良好的天然對(duì)比，適用于低劑量技術(shù)，低劑量CTPA是未來的發(fā)展趨勢(shì)。隨著近年來各種技術(shù)革新，低劑量掃描研究較多，本文通過降低管電流和管電流的方法對(duì)CT肺動(dòng)脈成像進(jìn)行研究。

1 資料與方法

1.1 患者資料

對(duì)2016年1月至2016年5月來四川省腫瘤醫(yī)院醫(yī)院就診，并符合下列標(biāo)準(zhǔn)患者進(jìn)行研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)肺癌確診懷疑肺動(dòng)脈栓塞(PE),需行CT肺動(dòng)脈成像(CTPA)；(2)年齡≥18歲；(3)體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)為18～25 kg/m2；(4)自愿簽署碘過敏知情同意書；(5)自愿簽署科研項(xiàng)目知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)碘對(duì)比劑過敏；(2)嚴(yán)重心功能不全；(3)嚴(yán)重腎功能不全；(4)檢查過程中不能配合完成檢查。

60名肺癌患者(男性30名、女性30名)納入研究，依據(jù)掃描參數(shù)不同隨機(jī)分成三組，每組20名，男女各10名。對(duì)照組、降管電流組和降管電壓組年齡分別為(56.6±13.6)、(57.9±10.6)、(62.0±8.8) 歲，P=0.435,各組年齡差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；三組體質(zhì)量指數(shù)分別為(22.4±1.1)、(22.8±1.1)、(22.7±1.2)kg/m2，P=0.709,各組體質(zhì)量指數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 檢查方法

采用Philips Briliance iCT256層螺旋CT進(jìn)行肺動(dòng)脈成像掃描。患者仰臥位，兩手舉過頭頂，囑咐患者掃描時(shí)身體不能移動(dòng)，掃描時(shí)少量吸氣后憋住氣保持胸部不動(dòng)，掃描范圍為胸鎖關(guān)節(jié)水平至肋隔角水平。增強(qiáng)對(duì)比劑為碘比樂，對(duì)比劑含碘370 mg/ml，使用雙筒高壓注射器以4.0 ml/s流率先注射20 ml生理鹽水測試血管壓力，壓力能夠承受后以相同流率注射對(duì)比劑20 ml，注射對(duì)比劑后再以相同流率再注射20 ml生理鹽水。掃描采用閾值自動(dòng)觸發(fā)技術(shù)，監(jiān)測線設(shè)于胸鎖關(guān)節(jié)水平頭臂干靜脈處，閾值設(shè)定61 HU,觸發(fā)后延遲5 s掃描，掃描起始位置與監(jiān)測線完全重合。對(duì)照組、降管電流組和降管電壓組的管電壓和管電流分別為120 KV、200 mAs，120 KV、100 mAs，80 KV、200 mAs。螺距0.915，掃描層厚0.9 mm，層間距0.45 mm,轉(zhuǎn)速0.4 s/周，矩陣512×512，掃描圖像均進(jìn)行迭代算法(iDose4)重組。

1.3 圖像分析方法

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由兩名影像主治醫(yī)師先采用雙盲法對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便分析評(píng)價(jià)結(jié)果一致性，再共同評(píng)分取得一致意見用于比較不同方案的圖像質(zhì)量。(1)圖像質(zhì)量評(píng)分：1分：不接受；2分：接受；3分：良；4分：優(yōu)。(2)圖像噪聲評(píng)分：1分：噪聲明顯，不接受；2分：噪聲偏大，細(xì)節(jié)顯示不清；3分：有噪聲但細(xì)節(jié)可辨識(shí)；4分：有噪聲或很小，細(xì)節(jié)顯示清楚。(3)圖像銳利度評(píng)分：根據(jù)血管邊緣銳利度進(jìn)行評(píng)價(jià)。1分：不合格，血管邊緣模糊；2分：較差，血管邊緣毛躁，勉強(qiáng)能診斷；3分：良好，血管邊緣光滑，顯示較好；4分：優(yōu)秀，血管邊緣非常銳利。以上評(píng)分≥3分可滿足臨床診斷需求。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 由兩名影像主治醫(yī)生共同對(duì)圖像進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。分別測量肺動(dòng)脈干、右肺動(dòng)脈、左肺動(dòng)脈、右肺動(dòng)脈降支、左肺動(dòng)脈降支CT值(SI)和標(biāo)準(zhǔn)差(SD)，以SD作為噪聲，SI/SD作為信噪比(SNR)，ROI置于血管內(nèi)，并避開血管壁，面積均選取相應(yīng)血管中段斷面的1/3以避免容積效應(yīng)影響，同一血管測量三次取平均值作為最終結(jié)果。SNR=SI靶血管/SD靶血管；CNR=(SI靶血管-SI豎脊肌)/SD靶血管，其中SI豎脊肌為肺動(dòng)脈干分岔層面豎脊肌CT值[9]。測量面積為52.3 mm2，取三次測量平均值。

1.3.3 輻射劑量 記錄各組掃描的CT劑量容積指數(shù)(CT volume dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose long product,DLP)。有效輻射劑量(effective dose,ED)根據(jù)公式ED=K×DLP，其中K為轉(zhuǎn)換因子，采用歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南提出的胸部平均值為0.014mSv.mGy-1.cm-1[10]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。連續(xù)變量用(x±s)表示，離散變量用中位數(shù)(M)表示。采用方差分析比較不同方案下肺動(dòng)脈干，左、右肺動(dòng)脈，左、右肺動(dòng)脈降支的CT值、噪聲、SNR和CNR，兩兩比較采用LSD法。采用非參數(shù)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)比較不同掃描方案下各肺動(dòng)脈血管的圖像評(píng)分。采用Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師評(píng)分的一致性，Kappa值<0.4為一致性差，Kappa值為0.4～0.75為一致性中等，Kappa>0.75為一致性好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 PE檢出結(jié)果

掃描圖像經(jīng)主治醫(yī)師診斷，對(duì)照組檢出明顯PE患者4名，早期PE樣改變患者4名，降管電流組檢出明顯PE患者3名，早期PE樣改變患者3名，降管電壓組檢出明顯PE患者4名，早期PE樣改變患者3名。

2.2 圖像主觀評(píng)價(jià)

2名醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分、圖像噪聲評(píng)分、圖像銳利度評(píng)分的一致性好，Kappa值分別為0.778、0.776、0.753。各掃描方案圖像的以上各項(xiàng)評(píng)分均≥3分，均可滿足臨床診斷要求(圖1～3)。不同方案肺動(dòng)脈成像的圖像間評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P分別為0.161、0.133、0.148，均>0.05)(表1)。

圖1 為對(duì)照組(采用常規(guī)掃描參數(shù))肺動(dòng)脈成像，肺動(dòng)脈強(qiáng)化明顯，顯示清楚，噪聲較小，能夠較好滿足診斷需求

圖2 為降管電流組肺動(dòng)脈成像，肺動(dòng)脈強(qiáng)化明顯，顯示清楚，噪聲小，能夠滿足診斷需求

圖3 為降管電壓組肺動(dòng)脈成像，肺動(dòng)脈強(qiáng)化明顯，顯示清楚，噪聲小，能夠滿足診斷需求

2.3 圖像客觀評(píng)價(jià)

2.3.1 CT值評(píng)價(jià) 所測各肺動(dòng)脈CT值，降管電流組與對(duì)照組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.198、0.413、0.346、0.481、0.585,均>0.05),降管電壓組高于對(duì)照組和降管電流組，與對(duì)照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.000、0.001、0.001、0.003、0.001，均<0.01)，與降管電流組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均為0.000，均<0.01)(表2)。實(shí)驗(yàn)表明在管電流不變，降低管電壓可明顯增加肺動(dòng)脈CT值。

2.3.2 噪聲評(píng)價(jià) 所測各肺動(dòng)脈噪聲，降管電流組與對(duì)照組在肺動(dòng)脈干和右肺動(dòng)脈上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.032、0.046，均<0.05)，在左肺動(dòng)脈、右肺動(dòng)脈降支和左肺動(dòng)脈降支上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.061、0.360、0.334，均>0.05)，降管電壓組高于對(duì)照組和降管電流組，與對(duì)照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均為0.000，均<0.01)，與降管電流組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.008、0.000、0.000、0.000、0.000，均<0.01)。實(shí)驗(yàn)表明降低管電流或管電壓，肺動(dòng)脈噪聲均會(huì)增加，降低管電壓時(shí)噪聲增加更明顯(表2)。

表1 采用不同掃描方案對(duì)患者行肺動(dòng)脈造影掃描各部位的圖像評(píng)分結(jié)果

注：M：中位數(shù)；P25，P75：上、下四分位數(shù)

表2 采用不同掃描方案對(duì)患者行肺動(dòng)脈造影掃描各部位的CT值和噪聲結(jié)果比較

2.3.3 信噪比(SNR)評(píng)價(jià) 所測各肺動(dòng)脈SNR，降管電流組與對(duì)照組在肺動(dòng)脈干、右肺動(dòng)脈和左肺動(dòng)脈上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.000、0.004、0.012，均<0.05),在右肺動(dòng)脈降支和左肺動(dòng)脈降支上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.183、0.058，均>0.05),降管電壓組與對(duì)照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.006、0.003、0.008、0.027、0.034，均<0.05),降管電壓組與降管電流組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.222、0.920、0.995、0.402、0.895，均>0.05)，對(duì)照組最高。實(shí)驗(yàn)表明降低管電壓或管電流，SNR均會(huì)降低，降管電壓組和降管電流組差異不明顯(表3)。

表3 采用不同掃描方案對(duì)患者行肺動(dòng)脈造影掃描各部位的SNR和CNR結(jié)果比較

注：SNR：信噪比，CNR：對(duì)信噪比

2.3.4 對(duì)比信噪比(CNR)評(píng)價(jià) 所測各肺動(dòng)脈CNR，降管電流組與對(duì)照組在肺動(dòng)脈干、右肺動(dòng)脈和左肺動(dòng)脈上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.001、0.010、0.020，均<0.05)，在右肺動(dòng)脈降支和左肺動(dòng)脈降支上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.237、0.089，均>0.05)，降管電壓組與對(duì)照組在肺動(dòng)脈干、右肺動(dòng)脈和左肺動(dòng)脈上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.025、0.025、0.033，均<0.05)，在右肺動(dòng)脈降支和左肺動(dòng)脈降支上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.073、0.111>0.05)，降管電壓組與降管電流組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P為0.114、0.580、0.716、0.579、0.830，均>0.05)，對(duì)照組最高(表3)。實(shí)驗(yàn)表明降低管電壓或管電流，CNR均會(huì)降低，降管電壓組和降管電流組差異不明顯。

2.4 輻射劑量

對(duì)照組、降管電流組和降管電壓組的CTDIvol和DLP均值分別為13.51 mGy、6.74 mGy、3.91 mGy和(372.73±29.76)mGy.cm、(200.33±16.90)mGy.cm、(127.59±15.70)mGy.cm。5種掃描方案輻射劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F為431.294，P=0.000<0.05)，對(duì)照組輻射劑量最大，降管電壓組最小。

3 討 論

3.1 圖像質(zhì)量與輻射劑量

3.1.1 降低管電流對(duì)圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響

降低管電流是目前國內(nèi)外CT低劑量掃描多采用的方法。管電流與輻射劑量呈線性關(guān)系,X 線球管的管電流決定了陰極燈絲發(fā)射電子數(shù)量，即管電流愈大，陰極發(fā)射電子數(shù)愈多，電子撞擊陽極靶產(chǎn)生的X 線劑量也愈大。管電流下降雖然降低了信噪比，但對(duì)于肺這種高對(duì)比器官作用不甚明顯[11]。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2、表3)可以看出管電壓120 KV，管電流從200 mAs降至100mAs，所測血管CT值與200 mAs組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，圖像噪聲值增加，SNR和CNR降低，輻射劑量均值降為200mAs組的53.6%。由于肺部組織有著良好的天然對(duì)比性，100 mAs組和200 mAs組圖像評(píng)分均≥3分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)，能夠滿足診斷要求。姜英健等[12]采用管電壓120 kV 對(duì)可疑PE 病人行雙期CTPA 研究，第1 期管電流280 mAs，第2 期管電流60 mAs。結(jié)果顯示，血管內(nèi)強(qiáng)化評(píng)分，60 mAs 組與280 mAs組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，管電流60 mAs 時(shí)輻射劑量相當(dāng)于280 mAs 時(shí)的21.42%。Henes 等[13]也對(duì)同一個(gè)體(豬PE 模型)120 kV/120 mAs、120 kV/80 mAs組CTPA 進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，管電壓120 kV 不變，管電流自 120 mAs降至 80 mAs，影像質(zhì)量下降不明顯，CTDIvol和DLP分別為：7.1、4.7 mGy；3.39、2.25mSv，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，輻射劑量明顯下降。本實(shí)驗(yàn)通過降低管電流對(duì)低劑量CTPA掃描的研究與上面兩組實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果類似。

3.1.2 降低管電壓對(duì)圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響 CT 輻射劑量與管電壓的平方成正比，降低管電壓可增加高原子序數(shù)物質(zhì)的CT 值，雖然噪聲增加，但CNR 并不降低，甚至有所增加，因此降低管電壓成為減少CTPA 輻射劑量簡單而有效的方法[14-16]。采用低管電壓CT掃描可以降低輻射劑量，增加血管強(qiáng)化程度[17-18]。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2、表3)可以看出，管電流200 mAs不變，管電壓由120 KV降至80 KV時(shí)CT值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，CT值明顯高于120 KV組，圖像噪聲值增加，SNR和CNR降低，輻射劑量均值降至120KV組的34.3%。由于肺部組織有著良好的天然對(duì)比性，120 KV組和80 KV組圖像評(píng)分均≥3分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)，能夠滿足診斷要求。Bjorkdahl 等[19]研究表明管電壓自120 kV 降至100 kV 時(shí)， 平均DLP 及ED 分別降低42%及45%，CTDIvol降低40%，而CNR 無下降，主觀影像質(zhì)量評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Schueller-Weidekamm等[15]將管電壓從140 kV 降至100 kV，段及亞段肺動(dòng)脈顯示率增高， 同時(shí)CTDIvol從10.4 mGy 下降至3.4 mGy。胡偉等[20]研究128 層螺旋CT 管電流調(diào)節(jié)CTPA，80 kV組CTDIvol、DLP 及ED 均低于100 KV 組，ED 降低約56.35%。本實(shí)驗(yàn)通過降低管電壓對(duì)低劑量CTPA掃描的研究與上面兩組實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果類似。

3.1.3 降低管電壓與降低管電流對(duì)圖像質(zhì)量與輻射劑量的影響比較 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(表2、表3)可知，降管電流組(120 KV、100 mAs)和降管電壓組(80 KV、200 mAs)相比，所測肺動(dòng)脈血管CT值和噪聲值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，CT后者明顯高于前者，噪聲值后者較前者高，SNR和CNR兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，輻射劑量均值后者為前者的64.1%。兩組掃描方案圖像評(píng)分均≥3分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)，均能滿足診斷要求。對(duì)于肺這種高對(duì)比組織，降低管電壓較降低管電流比較能夠更加明顯強(qiáng)化肺動(dòng)脈血管，雖然噪聲有所增加，但SNR和CNR并未降低，輻射劑量明顯降低。通過降低管電壓能夠更好實(shí)現(xiàn)CT肺動(dòng)脈成像低劑量掃描，80KV結(jié)合200mAs可作為CT肺動(dòng)脈成像優(yōu)化掃描方案。由于低能量光子被病人吸收增多，造成低管電壓時(shí)影像噪聲增大，因此不宜一味地降低管電壓，而應(yīng)尋求一個(gè)最優(yōu)化的管電壓，以得到最好的影像質(zhì)量和最低輻射劑量，該最優(yōu)化管電壓更多依賴于病人體型及具體診斷需求[21]。

3.2 優(yōu)化掃描在肺癌患者CTPA中的重要意義

肺部臨近于一些最敏感、最重要器官和組織，包括心臟、食管和脊髓。這些結(jié)構(gòu)對(duì)于輻射非常敏感，即使低劑量的輻射，對(duì)于這些組織的破壞也會(huì)導(dǎo)致明顯的副作用，危及患者的生活質(zhì)量。本身罹患肺癌患者，經(jīng)過手術(shù)、放化療及長時(shí)間缺乏活動(dòng)，身體極其虛弱，過多的劑量照射將對(duì)患者身體狀況產(chǎn)生重要影響，這在肺癌患者放射檢查中是一個(gè)主要關(guān)注的問題。另外，由于肺部具有良好的天然對(duì)比，通過本文的研究適當(dāng)降低管電壓可以明顯增加肺動(dòng)脈血管的CT值，雖然噪聲有所增加，但對(duì)各級(jí)肺動(dòng)脈血管的顯示影響不大，診斷上也能滿足需求。當(dāng)管電壓降低到80KV時(shí)，患者一次輻射劑量將減少三分之二，很大程度上降低了肺癌患者的輻射風(fēng)險(xiǎn)，充分顯示了優(yōu)化掃描方案在肺癌患者CTPA中的重要意義，對(duì)肺癌患者后期的治療至關(guān)重要。

由于實(shí)際狀況所限，未能收集足夠大的實(shí)驗(yàn)患者數(shù)據(jù)。掃描采用閾值觸發(fā)，不同個(gè)體身體狀況各有差異，掃描圖像質(zhì)量不能完全保持一致，略有差異。低劑量CT實(shí)現(xiàn)的方法很多，如大螺距掃描、減小掃描覆蓋范圍、前瞻性心電門控、重建算法等等。本文僅從降低管電壓、管電流參數(shù)研究，不夠全面，今后還將進(jìn)行更加深入的研究。

作者聲明：本文第一作者對(duì)于研究和撰寫的論文出現(xiàn)的不端行為承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任；

利益沖突：本文全部作者均認(rèn)同文章無相關(guān)利益沖突；

學(xué)術(shù)不端：本文在初審、返修及出版前均通過中國知網(wǎng)(CNKI)科技期刊學(xué)術(shù)不端文獻(xiàn)檢測系統(tǒng)學(xué)術(shù)不端檢測；

同行評(píng)議：經(jīng)同行專家雙盲外審，達(dá)到刊發(fā)要求。

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