個(gè)性化雙低劑量CTA研究進(jìn)展

曾國(guó)飛 楊華 梁仁容*

CT血管成像（CTA）在全身血管疾病診斷中的應(yīng)用日趨廣泛，對(duì)血管疾病診斷的敏感性和特異性非常高，對(duì)管壁的評(píng)價(jià)甚至優(yōu)于數(shù)字減影血管造影（DSA），已成為臨床懷疑血管病變時(shí)的首選無創(chuàng)檢查方案[1]。隨著CTA的廣泛開展，電離輻射及碘對(duì)比劑給人體帶來的潛在傷害也逐漸引起了人們的關(guān)注，較高的電離輻射對(duì)敏感性腺體、器官有致癌的風(fēng)險(xiǎn)，較高的碘對(duì)比劑用量也存在很大的腎毒性，可誘發(fā)碘對(duì)比劑腎病的發(fā)生。因此，如何在保證影像質(zhì)量的情況下盡量降低受檢者所受輻射劑量及對(duì)比劑用量是臨床亟需解決的問題[2]。為受檢者制定個(gè)性化掃描方案是降低輻射劑量及碘對(duì)比劑用量的最佳手段，近年來備受推崇。本文就個(gè)性化掃描方案在CTA中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 CTA低劑量技術(shù)

為提升影像的信噪比及分辨力，CTA檢查時(shí)常注射大劑量高濃度的對(duì)比劑，同時(shí)采用較高的掃描條件進(jìn)行薄層大容積掃描，這無疑增加了受檢者的輻射劑量及碘吸收量而帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)[3]，因此如何在滿足診斷的前提下盡量降低受檢者的輻射劑量及對(duì)比劑用量是目前大家所關(guān)注的。除掃描設(shè)備、重建算法等因素外，影響輻射劑量的因素還包括掃描模式、管電壓、管電流、曝光時(shí)間、掃描范圍、螺距及視野等[4]。

輻射劑量與管電流呈線性相關(guān)，與管電壓呈指數(shù)相關(guān)，一般管電流調(diào)整容易實(shí)現(xiàn)，而管電壓相對(duì)固定，調(diào)整的可行性比較差[5]。1990年，Jan等[6]首次采用降低管電流方式來降低受檢者的輻射劑量，并提出了低劑量CT(low dose CT,LDCT)的概念。目前LDCT掃描技術(shù)主要應(yīng)用于天然對(duì)比度較高的肺部、副鼻竇等部位，且多采用降低管電流的方法來減少輻射劑量。研究[7]顯示采用低管電流的胸部低劑量掃描方案，其輻射劑量較常規(guī)掃描降低約60%。但管電流降低過多可致影像噪聲增加、影像質(zhì)量下降，影響后期的診斷，甚至出現(xiàn)假陰性、假陽(yáng)性結(jié)果。目前多采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（automatic tube current modulation,ATCM）來調(diào)整管電流，ATCM技術(shù)是基于個(gè)體化因素、解剖結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱以及掃描區(qū)域內(nèi)組織構(gòu)成對(duì)X線衰減差異較大等因素，通過探測(cè)器的感光識(shí)別自動(dòng)控制管電流，以較合理的曝光量獲得可靠的成像效果[8]。

研究[9]表明掃描部位的CT值會(huì)隨管電壓的降低而增高，低管電壓有利于提升碘對(duì)比增強(qiáng)時(shí)血管腔與血管壁間的對(duì)比度，使血管顯得相對(duì)更亮。但LDCT中如果應(yīng)用低管電壓技術(shù)，會(huì)引起影像噪聲顯著增加，因此其應(yīng)用受到限制。隨著迭代技術(shù)的出現(xiàn)，減少了低管電壓帶來的噪聲影響，使低管電壓、低碘濃度對(duì)比劑的“雙低”技術(shù)應(yīng)用成為可能。采用標(biāo)準(zhǔn)卷積濾過反投影（FBP）重建算法的低管電壓技術(shù)可以在增強(qiáng)掃描中減少輻射劑量并增加血管對(duì)比度，但不能補(bǔ)償?shù)凸茈妷核碌母咴肼暋Ｗ赃m應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建 （adaptive statistical IR，ASIR）能夠在降低輻射劑量的基礎(chǔ)上維持空間分辨力，故可通過降低管電壓、管電流或管電流時(shí)間乘積的方法來降低輻射劑量，同時(shí)影像質(zhì)量不受影響，與FBP重建相比，ASIR可以降低量子噪聲并改善影像質(zhì)量[10]。Ippolito等[11]分別采用120、100和80 kV管電壓對(duì)碘濃度分別為370、350和320 mg/mL的對(duì)比劑進(jìn)行模擬CTA成像，采用ASIR重建，結(jié)果顯示80 kV、含碘320 mg/mL組與120 kV、含碘370 mg/mL組影像信噪比分別為 60.82±9.38、60.74±9.21， 影像質(zhì)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而輻射劑量降低了51.88%，碘對(duì)比劑用量減少了62%，為雙低技術(shù)的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。但對(duì)于不同個(gè)體，由于X線的穿透力隨受檢者體積、皮下脂肪及肌肉厚度的增加而減弱，因此不同體質(zhì)量的個(gè)體應(yīng)采用不同檢查條件，以受檢者個(gè)體差異而進(jìn)行掃描參數(shù)設(shè)定的個(gè)性化掃描方案勢(shì)在必行[12]。

2 個(gè)性化檢查方案

個(gè)性化檢查方案是指根據(jù)受檢者的檢查部位、年齡、身高、體質(zhì)量等個(gè)體化信息設(shè)定最佳的檢查參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)效果最優(yōu)化及危害最小化的檢查方案，被認(rèn)為是CTA檢查輻射劑量及對(duì)比劑用量最優(yōu)化的方案[13]。

碘對(duì)比劑屬于藥品范疇，其使用說明書對(duì)不同年齡段、不同體質(zhì)量受檢者的用量進(jìn)行了大致的規(guī)范，具有一定的個(gè)性化用藥原則。Li等[14]在頭頸CTA檢查中根據(jù)受檢者體質(zhì)量分為＜60、61～80、81～100 kg 3組，分別采用40、60、80 mL的對(duì)比劑用量，結(jié)果顯示低體質(zhì)量指數(shù)（BMI）受檢者在對(duì)比劑用量明顯減少的情況下，血管成像質(zhì)量未受明顯影響。對(duì)比劑分段注射是一種全新的給藥方法，即第一階段以低劑量高濃度對(duì)比劑快速充盈血管，隨后立即給予低劑量低濃度對(duì)比劑低速維持，以確保血管內(nèi)對(duì)比劑維持在最低檢查限度內(nèi)。雖然各階段給藥時(shí)間依據(jù)受檢者體質(zhì)量決定，但由于第二階段注射對(duì)比劑的用量較常規(guī)劑量減少，因此在不同檢查部位對(duì)比劑分段注射均可減少碘對(duì)比劑用量[15]。CTA的影像質(zhì)量與靶血管的對(duì)比劑濃度密切相關(guān)，實(shí)現(xiàn)最低的對(duì)比劑用量而保證適當(dāng)?shù)陌醒軆?nèi)對(duì)比劑濃度是雙低劑量CTA追求的目標(biāo)之一，由于靶血管的峰值濃度主要與循環(huán)時(shí)間和注射流率相關(guān)，因此個(gè)性化對(duì)比劑應(yīng)用方案需包括對(duì)比劑用量及注射方案等，這需要在今后的研究中進(jìn)一步細(xì)化。

在個(gè)性化CTA掃描方案方面，早期單純以受檢者的體質(zhì)量作為參考指標(biāo)，Naidich等[16]在腹主動(dòng)脈CTA檢查時(shí)根據(jù)受檢者體質(zhì)量采用不同的管電壓進(jìn)行掃描，對(duì)體質(zhì)量＜80 kg的受檢者采用80 kV的管電壓掃描，結(jié)果顯示與常規(guī)120 kV的管電壓相比，在不明顯影響影像質(zhì)量的情況下，可使輻射劑量降低約60%。但由于受檢者的體質(zhì)量與其胖瘦程度和身高密切相關(guān)，因此更為人們認(rèn)可的是基于BMI的個(gè)性化CTA檢查方案。2015年，世界衛(wèi)生組織認(rèn)定正常成人 BMI為 18.5～24.9 kg/m2，BMI≥25.0 kg/m2屬于肥胖，BMI＜18.5 kg/m2屬于消瘦，這種界定方式也在個(gè)性化CTA中廣泛采用[17]。

3 個(gè)性化CTA掃描方案的臨床應(yīng)用

個(gè)性化CTA掃描方案的建立，首先要以不同檢查部位為前提條件。冠狀動(dòng)脈CTA掃描，由于心率的控制效果直接影響成像質(zhì)量，需要根據(jù)受檢者的心率情況合理用藥，而其他部位檢查一般無需控制心率[18]。有研究[19]表明在不影響影像質(zhì)量的前提下，前瞻性心電門控觸發(fā)橫斷面掃描較回顧性心電門控掃描的輻射劑量至少降低50%，低至2.1～6.2 mSv，但是如何選擇心電門控，與個(gè)體心率及心律有關(guān)，對(duì)于心率控制在70次/min以內(nèi)且心律齊的受檢者，首選前瞻性心電門控[20]。大螺距掃描方案主要應(yīng)用在掃描范圍長(zhǎng)而內(nèi)徑相對(duì)較大的血管。Carmelinda等[21]在多層螺旋CT上應(yīng)用無心電門控的大螺距（螺距3.0）掃描方案檢查主動(dòng)脈疾病，結(jié)果顯示大螺距掃描的輻射劑量較常規(guī)螺距掃描降低約72%，并能顯著減少升主動(dòng)脈中的運(yùn)動(dòng)偽影。同時(shí)，輔以自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)能進(jìn)一步降低輻射劑量。研究[22]表明在其他檢查參數(shù)相同的情況下，采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)進(jìn)行下肢CTA檢查，輻射劑量可降低約66%，而影像質(zhì)量差異不明顯。

目前以BMI指數(shù)作為參考的個(gè)性化CTA成像的研究已經(jīng)比較深入。湯等[23]按 BMI＞24.9、18.5～24.9及＜18.5 kg/m2將60例成年受檢者分成3組，分別以120、100、80 kV 的管電壓及 250、200、150 mA 的管電流行頭頸部CTA檢查，結(jié)果顯示各組影像均能滿足臨床診斷需求，只是低BMI組的血管質(zhì)量評(píng)分略低于高BMI組。然而，與高BMI組相比，低BMI組的容積CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積及有效劑量均有明顯下降，其中容積CT劑量指數(shù)分別降低38.94%、51.23%。 同樣，Paul等[24]根據(jù)受檢者 BMI調(diào)整冠狀動(dòng)脈成像的管電壓和管電流，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在冠狀動(dòng)脈影像無明顯影響的情況下，低BMI組有效輻射劑量減低約71%。如果輔以迭代重建技術(shù)，能在數(shù)據(jù)不完全和低信噪比（低劑量）條件下成像，輻射劑量還可以進(jìn)一步減少[25]。

兒童作為一類特殊人群，由于性腺發(fā)育尚未成熟，對(duì)電離輻射更為敏感，建立兒童群體的個(gè)性化CTA掃描方案更顯重要。兒童定義為0～14歲之間的群體，由于該階段是人體發(fā)育最快速的階段，個(gè)體間差異極大，成人版的個(gè)性化掃描方案必然不適合兒童的CTA檢查，需建立兒童版的個(gè)性化掃描方案。兒童CTA檢查，管電流適合采用ATCM技術(shù)，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)管電壓的個(gè)性化設(shè)計(jì)[26]。Nievelstein等[27]提出管電壓80 kV的方案，嘗試用于8～14歲年齡段兒童頭頸部血管病變CT檢查，將管電壓從120 kV降到80 kV可減少65%的輻射劑量，同時(shí)能滿足臨床診斷需求。Lee等[28]通過建立兒童模型對(duì)比研究不同條件下的冠狀動(dòng)脈成像質(zhì)量，提出對(duì)于＜1歲的兒童冠狀動(dòng)脈檢查采用前瞻性心電門控技術(shù)掃描是平衡輻射劑量和影像質(zhì)量最優(yōu)的選擇。楊等[29]就兒童先天性主動(dòng)脈畸形低劑量CTA檢查進(jìn)行了相關(guān)研究，其根據(jù)患兒BMI分別選取80、100及120 kV管電壓，管電流自動(dòng)調(diào)節(jié)（在35～80 mA范圍變動(dòng)），X線輻射劑量比預(yù)設(shè)常規(guī)掃描模式減低20%～50%不等，所有病例影像均達(dá)到診斷標(biāo)準(zhǔn)，即對(duì)比度好、噪聲較小、血管邊緣銳利。

4 總結(jié)

以BMI指數(shù)為參考的個(gè)性化CTA掃描方案，可以在保證影像質(zhì)量的前提下大幅減低受檢者所受到的電離輻射并減少對(duì)比劑的用量，是實(shí)現(xiàn)CTA雙低劑量檢查應(yīng)用最廣泛的方案。同時(shí)也存在一定不足，如目前所采用的BMI指數(shù)區(qū)間值仍比較大，無法實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)體化掃描。以BMI為參考的兒童CTA檢查相關(guān)研究仍處于初期階段，相應(yīng)的掃描方案是否適合兒童還需要大量實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。今后希望通過長(zhǎng)期的臨床探索與總結(jié)，建立以檢查部位、年齡、更細(xì)分化的BMI指數(shù)值等參數(shù)為基礎(chǔ)的個(gè)性化雙低劑量掃描方案，真正實(shí)現(xiàn)輻射劑量低、對(duì)比劑用量少而影像質(zhì)量最優(yōu)化，并在臨床實(shí)際檢查中廣泛普及。