320排容積CT“雙低”技術(shù)在頭頸部CTA中的應(yīng)用

王芮，李恒國

1.廣州市婦女兒童醫(yī)療中心 放射科，廣東 廣州 510623；2.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像中心，廣東 廣州 510632

引言

隨著新一代CT技術(shù)的發(fā)展，全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）技術(shù)及自動管電流調(diào)制技術(shù)（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床，它能夠在不降低圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量。雖然高端CT的使用大大提高了圖像的質(zhì)量，使病人能夠更早地得到準(zhǔn)確的診斷，但CT檢查中病人接受的電離輻射對健康的損害仍不可忽視，頭頸部CTA掃描范圍內(nèi)包含了對X射線敏感的器官，如甲狀腺、晶狀體、腦組織、內(nèi)耳等。雖然CTA使用碘對比劑的不良反應(yīng)比較少，但并非沒有風(fēng)險，其中急性腎功能衰竭是最嚴重的并發(fā)癥之一[1-2]。因此在頭頸部進行低劑量研究是必要的。因此，本研究通過技術(shù)優(yōu)化及合理參數(shù)選擇，進一步探討320排容積CT低管電壓結(jié)合低濃度對比劑在頭頸部CT血管成像應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性收集從2015年6月至2016年3月在暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院就診并需要做頭頸部CTA的成年患者60例。男性30例，女性30例，年齡28～85歲，平均年齡（60.59±13.10）歲。將60例患者按先后順序分別編入A、B、C三組使用不同掃描方案，每組分別為20、21、19例。A組為常規(guī)組，管電壓120 kV，對比劑優(yōu)維顯（370 mgI/mL）；B組為低管電壓組，管電壓100 kV，對比劑優(yōu)維顯（370 mgI/mL）C組為“雙低”組，管電壓80 kV，對比劑碘比樂（Iopamiro，300 mgI/mL）。三組病例基本資料對比，見表1。排除標(biāo)準(zhǔn)：曾行血管支架置入術(shù)的患者，兒童及青少年（＜18歲），哺乳期的婦女，患有嚴重心肝腎功能衰竭、含碘對比劑過敏者、重癥甲狀腺疾患或其他不能配合本研究的其他嚴重疾病。所有患者均被告知并簽署知情同意書。

表1 A、B、C三組病例基本資料（）

表1 A、B、C三組病例基本資料（）

項目 A組 B組 C組病例數(shù) (例) 20 21 19性別 (男/女) 11/9 13/8 6/13年齡 (歲) 55.50±12.66 62.00±11.51 60.63±15.05身高 (cm) 165.67±5.75 161.38±6.64 158.55±8.12體重 (kg) 63.00±9.98 55.17±6.69 60.89±12.93 BMI (kg/m2) 23.96±2.68 21.18±2.33 24.07±3.95掃描范圍 (mm)328.08±30.70321.64±41.78328.89±23.23

1.2 儀器與方法

采用東芝Aquilion320排/640層容積CT掃描儀、Vitrea工作站、PACS（華海公司）、雙筒高壓注射器（日本Nemoto）?；颊呷⊙雠P位，平靜呼吸，從足側(cè)向頭側(cè)。掃描范圍從主動脈弓至頭頂部（包括主動脈弓上三支分支動脈起始部及大腦前動脈主要分支），使用雙筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈均以5 mL/s的速率注射不同濃度的非離子型含碘對比劑40～50 mL，并以相同的速率再注射生理鹽水40 mL。根據(jù)不同體重指數(shù)（Body Mass Index，BMI），對比劑用量不同，如表2所示。

表2 不同體重指數(shù)對比劑用量及注射速度

1.3 圖像重建

掃描完成后記錄輻射劑量并將原始圖像傳至后處理Vitrea工作站，均采用自適應(yīng)迭代劑量減低（Adaptive Iterative Dose Reduction，AIDR）算法重建。重建層厚 0.5 mm，重建間距0.3 mm，重建函數(shù)FC43。應(yīng)用血管分析軟件將增強容積數(shù)據(jù)進行容積再現(xiàn)（Volume Representation，VR）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）、多平面重建（Multiple Planar Reconstruction，MPR）等。

1.4 圖像質(zhì)量評價

客觀評價包括：① 血管信號強度（Signal Intensity，SI）的測量：在薄層軸位增強圖像上分別測量主動脈弓部、雙側(cè)頸總動脈、雙側(cè)頸內(nèi)動脈及雙側(cè)大腦中動脈的血管CT值，雙側(cè)測量者取平均值，ROI盡可能選擇大些，測量時盡量避開骨質(zhì)及鈣化區(qū)測量；② 背景噪聲測量：在增強圖像的鼻咽腔空氣內(nèi)放置ROI，測量CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD）作為圖像噪聲，ROI面積為0.5 cm2；③ 背景SI的測量：由于椎前肌（頭長?。┦苎苡绊戄^小，密度較均勻，所以選擇測量增強圖像上椎前肌的CT值作為血管背景，測量雙側(cè)錐前肌并取平均值，ROI面積為0.2 cm2；④ 信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）是血管衰減值與背景噪聲的比值，即：SNR＝平均血管SI/背景噪聲。對比噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）是血管衰減值和背景衰減值之間的差值與背景噪聲的比值，即：CNR＝（平均血管SI－背景SI）/背景噪聲。

主觀評價包括：① 圖像評分：重建出的VR、MIP、MPR圖像由2名有經(jīng)驗的影像科診斷醫(yī)師按評分標(biāo)準(zhǔn)分別評分，取平均值作為相應(yīng)項目的評分結(jié)果，評分內(nèi)容還包括圖像整體質(zhì)量；② 主觀評分標(biāo)準(zhǔn)：評分的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)放射診斷攝影影像的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]，并參考其他文獻中關(guān)于頭頸部CTA圖像質(zhì)量的評分標(biāo)準(zhǔn)制定，本研究采取4分制評分：4分為圖像質(zhì)量非常好，無或僅有少許偽影，完全滿足臨床診斷要求；3分為圖像質(zhì)量良好，有一些偽影，基本滿足診斷要求；2分為圖像質(zhì)量欠佳，偽影較多，勉強能進行診斷；1分為圖像質(zhì)量差，偽影多，難以進行正確診斷。

1.5 輻射劑量及碘攝入量的評價

記錄320排CT機自動生成的增強掃描期X線劑量參數(shù)值，參數(shù)包括容積 CT 劑量指數(shù)（CT Dose Index Volume，CTDIvol，單位 mGy）和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP，單位mGy·cm）。計算有效劑量（Effective Dose，ED，單位mSv），即DLP×k，其中k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，參考國際輻射防護委員會關(guān)于CT的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南[3]，頭頸 部 CTA 掃描時 k 的取值為 0.0023 mSv·mGy-1·cm-1。CTDIvol沒有評價掃描的范圍，用CTDIvol乘以掃描長度（L）得出劑量長度乘積（DLP），其代表CT檢查的整體輻射劑量。根據(jù)患者體重指數(shù)選擇對比劑用量，再根據(jù)所用對比劑濃度計算出碘攝入量。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

所有統(tǒng)計分析均采用SPSS19.0（IBM，USA）軟件實施，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示。應(yīng)用單因素方差分析（One-Way ANOVA）比較三組病例之間基本資料、增強血管CT值、背景噪聲、背景、CNR、SNR及輻射劑量值的差異性，首先進行方差齊性檢驗，方差齊者用S-N-K法分析，方差不齊用Tamhane's T2法分析；比較三組病例間圖像質(zhì)量的主觀性評分的差異性，采用非參數(shù)秩和檢驗；檢驗水準(zhǔn)α=0.05，P＜0.05被認為是有顯著性統(tǒng)計學(xué)意義。兩名醫(yī)師圖像質(zhì)量評分的一致性，應(yīng)用Kappa值評價，Kappa值＜0.4，表示一致性差，0.4～0.75為一致性較好，大于0.75為一致性好。

2 結(jié)果

2.1 比較A、B、C三組病例的基本資料

60例患者隨機分配為三組，三組病例在年齡、身高、BMI、掃描長度平均值之間的比較，見表3。

表3 A、B、C三組病例基本資料的比較（）

表3 A、B、C三組病例基本資料的比較（）

注：a表示C組與B組之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

項目 A組 (n=20) B組 (n=21) C組 (n=19) F P年齡 (歲) 55.50±12.66 62.00±11.51 60.63±15.050.560.57身高 (cm)165.67±5.75 161.38±6.64 158.55±8.12 2.36 0.11體重 (kg) 63.00±9.98 55.17±6.69 60.89±12.932.910.65 BMI (kg/m2) 23.96±2.68 21.18±2.332 4.07±3.95a4.28 ＜0.05掃描長度(mm) 328.08±30.70321.64±41.78328.89±23.230.25 0.78

由表3可知，三組病例在性別、年齡、體重、身高及掃描長度上的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而體重指數(shù)的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 圖像質(zhì)量的客觀評價分析

A、B、C三組圖像主動脈弓、頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈四段增強血管CT值、背景噪聲、背景及各段動脈水平SNR、CNR結(jié)果，見表4。

表4 A、B、C三組病例所選動脈定量指標(biāo)分析比較（）

表4 A、B、C三組病例所選動脈定量指標(biāo)分析比較（）

注：a表示C組與A組之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.5），b表示C組與A、B組之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.5）。

指標(biāo) A組 (120 kV) B組 (100 kV) C組 (80 kV) F P SI (HU)主動脈弓 381.50±71.21 441.95±82.41 524.79±123.98a 5.91 ＜0.05頸總動脈 457.58±135.64 593.05±137.51 721.87±197.80a 6.72 ＜0.05頸內(nèi)動脈 430.58±154.62 559.40±152.76 692.63±200.65a 6.06 ＜0.05大腦中動脈 354.00±128.71 435.57±115.90 552.65±114.06b 8.62 ＜0.05背景噪聲 12.46±4.81 12.16±4.56 18.89±3.89b 13.23 ＜0.05背景 79.25±15.77 77.50±19.60 82.89±16.44 0.457 0.64 SNR頸總動脈 33.11±8.84 46.90±15.65 41.82±14.13 1.87 0.17頸內(nèi)動脈 31.19±13.22 44.24±16.54 40.01±14.03 1.48 0.24大腦中動脈 25.57±6.9 35.50±15.00 30.91±7.34 1.55 0.23 CNR頸總動脈 26.34±9.18 40.77±14.15 37.10±13.64 2.31 0.11頸內(nèi)動脈 24.42±13.11 38.11±15.14 35.29±13.04 1.85 0.17大腦中動脈 18.79±11.58 29.37±13.04 26.62±11.06 1.87 0.17

由表4可見，A、B、C三組間各增強血管CT值及背景噪聲的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，C組中的主動脈弓、頸總動脈、頸內(nèi)動脈增強CT值比A組高，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義；大腦中動脈CT值及背景噪聲在C組中較A、B組高且差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但與A組與B組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。由此可見管電壓降低至80 kV，頭頸部血管各段CT強化值及背景噪聲也相應(yīng)增高。A、B、C三組的背景及各段血管的SNR、CNR差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義。

2.3 圖像質(zhì)量的主觀評價結(jié)果

兩名醫(yī)師主觀評分的Kappa一致性檢驗統(tǒng)計分析結(jié)果為Kappa值＝0.76＞0.75，表示兩名醫(yī)師的評分一致性好。

A、B、C三組圖像后處理及圖像整體質(zhì)量評分統(tǒng)計學(xué)分析，見表5。

表5 三組圖像質(zhì)量的主觀評分的分析（）

表5 三組圖像質(zhì)量的主觀評分的分析（）

評分項目 A組 B組 C組 χ2 P VR 4.00±0.713.70±0.574.10±0.421.360.51 MIP 4.20±0.27 3.9±0.42 4.00±0.501.400.50 MPR 4.10±0.553.8±0.84 3.6±0.82 1.460.48圖像整體質(zhì)量 4.20±0.574.00±0.353.90±0.651.270.53

由表5可見，各項評分中，三組圖像質(zhì)量評分均在3分以上，隨著管電壓的降低，雖然各項評分結(jié)果A組＞B組＞C組，但三組間各項目評分的差異均無明顯統(tǒng)計學(xué)意義，說明三組病例圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷要求（圖1）。

2.4 輻射劑量比較

由表6可知，三組之間的輻射劑量指標(biāo)，即CTDIvol、DLP及ED均有顯著性差異，C組（80 kV）的CTDIvol、DLP及有效劑量ED均較A、B組低，其中C組較A組分別降低約45%、48%、48%，A組及B組間輻射劑量值無顯著性差異。

圖1 患者影像學(xué)圖片

表6 三組輻射劑量值的比較（）

表6 三組輻射劑量值的比較（）

注：a表示C組與A、B組之間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

參數(shù) A組 (120 kV） B組 (100 kV) C組 (80 kV) F P CTDIvol(mGy) 5.75±1.23 4.14±1.32 3.15±0.48a 14.940.00 DLP (m Gy·cm) 209.68±55.28145.18±37.95109.74±19.43a19.880.00 ED (mSv) 0.48±0.12 0.33±0.09 0.25±0.04a 19.880.00

2.5 碘攝入量的比較

根據(jù)患者不同體重指數(shù)，選用不同對比劑用量，A、B組用對比劑濃度 370 mgI/mL，C 組則用 300 mgI/mL。在不同體重指數(shù)患者中，C組的碘攝入量均較A、B組降低19%，見表7。

表7 三組碘攝入量的比較

3 討論

隨著CT血管技術(shù)在臨床上廣泛應(yīng)用，其帶來的較高輻射劑量危害及對比劑的不良反應(yīng)也日漸受到關(guān)注。由X線強度計算公式I＝KiZU2可知X射線管的強度與管電壓的平方成正比可知，降低U較降低i在降低輻射劑量方面更有效[4]。由于碘在原子序數(shù)排列中的特性，適當(dāng)降低管電壓后越接近碘的結(jié)合能，能夠更好地吸收X線，增加強化后血管的CT值，與周圍組織的密度對比度越高，這樣我們用較少的碘得到相同的增強效果。也有研究表明[5]，提高的CT值對碘負荷是一種補償。影響CT輻射劑量的因素有很多，包括硬件和軟件方面，在本研究中，除研究因素外，我們將通過對其他人為可控的相關(guān)參數(shù)及技術(shù)的選擇實現(xiàn)降低輻射劑量的最優(yōu)化。

本研究采用ATCM，并選用NI為10。頭頸部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，密度厚薄不均，ATCM根據(jù)定位像獲得密度信息，在密度高的地方增加管電流的輸出，而密度低的層面減少輸出，自動設(shè)置受檢者Z軸方向上的動態(tài)管電流值，在不影響圖像質(zhì)量的情況下自動進行管電流調(diào)節(jié)來降低曝光劑量[6]。噪聲調(diào)節(jié)至操作者希望達到的水平可以實現(xiàn)輻射劑量和圖像質(zhì)量之間最優(yōu)匹配，Namasivayam等[7]研究顯示頸部CT掃描噪聲指數(shù)為10時輻射劑量減低33%。

本研究采用團注自動追蹤觸發(fā)掃描，能有效使用對比劑，避免了不必要的器官強化。以往采用的延遲時間技術(shù)法會因受檢者的個體差異等各方面因素而使掃描圖像質(zhì)量受影響[8]；用自動追蹤觸發(fā)掃描技術(shù)能很好地解決這些問題，將ROI放在主動脈弓水平，當(dāng)ROI內(nèi)CT值達到閾值時自動觸發(fā)掃描，體現(xiàn)了個體化、最優(yōu)化的原則[9]。血管的強化程度與對比劑的濃度和注入速度密切相關(guān)，其中碘的注入速度對于血管強化的影響較大，這主要是因為碘的注入速度越大，對團注碘的壓縮也越大，故而強化效果相應(yīng)更加明顯[10]，結(jié)合文獻研究及經(jīng)驗，本研究采用速率的為 5 mL/s。

本研究均通過AIDR算法進行重建。對于原始的FBP技術(shù)，降低管電壓，圖像噪聲將增大，而為了保證圖像質(zhì)量在降低管電壓的同時要適當(dāng)增大管電流。迭代重建算法首先建立噪聲模型，就會對噪聲進行較強的抑制，可以使輻射劑量明顯降低同時減少計算量來提高重建速度。在數(shù)據(jù)不完全、不一致或噪聲較大時，迭代重建算法相對于FBP有明顯的優(yōu)勢，通過降低重建圖像中的噪聲，我們能獲得劑量上的優(yōu)勢。

本次研究結(jié)果也顯示，隨著管電壓的降低，各段增強血管的CT值均較常規(guī)管電壓組增高，三組之間各段增強血管CT值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，80 kV組較120 kV組血管強化值增加明顯。在低管電壓時，由于血管中高原子序數(shù)碘的存在，使其對X射線衰減的光電效應(yīng)較其他成分增強[11]?；诖嗽?，當(dāng)采用低管電壓時，可提高血管的強化水平。在我們的研究中顯示，雖然C組碘攝入量較A、B組降低了19%，但各個層面圖像的CT值有較明顯的提高，與王海林等[12]研究一致。

在本研究中，對圖像質(zhì)量的評估采用主觀評分和客觀測量兩種方法相結(jié)合。主觀評價包括重建圖像及圖像整體質(zhì)量；客觀評價包括增強血管CT值、背景噪聲、背景、SNR、CNR。本研究結(jié)果顯示，三組圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷要求；客觀評價中C組的背景噪聲較A、B組高，由此可見隨著管電壓降低至80 kV，背景噪聲也相應(yīng)增高。噪聲是評價圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)。是指在均勻物質(zhì)的圖像中的某一區(qū)域內(nèi)CT值偏離平均值的程度，用ROI內(nèi)均勻物質(zhì)的值的標(biāo)準(zhǔn)差表示。在CT上，噪聲主要是圖像上的顆粒、條紋、雪花狀等結(jié)構(gòu)。已有實驗表明[13]，圖像噪聲隨著管電流、管電壓、層厚、掃描時間、重建視野的增大而減小，噪聲與管電壓的平方根呈反比。有研究顯示80 kV管電壓掃描，在NI為10時胸部掃描時，由于受最大管電流調(diào)制限制，不能滿足設(shè)置的圖像噪聲水平[14]。相同NI下，管電壓越高，管電流輸出越少，而在低管電壓下，明顯增加管電流的輸出，由于圖像噪聲對管電壓非常敏感，管電壓的變化對腫瘤檢出率的影響高于管電流對其的影響。所以低管電壓的ATCM技術(shù)主要用于血管成像[15]或過小體型患者低劑量胸部掃描[16]。對于頭頸部CTA，降低管電壓，強化的血管與鄰近軟組織有較高的對比分辨力，所以一定量的噪聲對于圖像質(zhì)量影響不會太大，在本研究中，三組圖像的背景及各段動脈的SNR、CNR的差異無明顯統(tǒng)計學(xué)意義也說明了這點。

降低輻射劑量的方法很多，本研究通過降低管電壓及對比劑濃度進行研究。采用常用的評價輻射劑量的三個指標(biāo)進行比較，本研究結(jié)果顯示“雙低”C組的CTDIvol、DLP及ED三個指標(biāo)均較“低管電壓”B組及“常規(guī)”A組降低。在不同體重指數(shù)患者中，C組的碘攝入量均較A、B組降低19%。研究充分證明了應(yīng)用80 kV管電壓和300 mgI/mL濃度的對比劑可明顯降低輻射劑量及碘攝入量，并且通過技術(shù)優(yōu)化及合理的參數(shù)選擇可在保證圖像質(zhì)量情況下降低輻射劑量，本研究與同類研究相比，輻射劑量降低更明顯。

當(dāng)然，本研究存在一些局限性，因樣本量不足，結(jié)果可能存在一些偏倚；本研究的重點是頭頸部血管的圖像質(zhì)量評價，未對頭頸部血管以外的其他部位圖像質(zhì)量進行分析。綜上所述，本研究通過技術(shù)優(yōu)化及合理參數(shù)選擇，320排容積CT采用低管電壓（80 kV）結(jié)合低濃度對比劑能在不影響圖像質(zhì)量的前提下應(yīng)用于頭頸部CTA檢查中，有效地降低受檢者接受的輻射劑量。