關(guān)于降低顯影劑劑量消減頭頸CTA硬束偽影的研究

林智勝，王建偉，鄧婕，季麗雅，趙宇

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬明基醫(yī)院 影像科，江蘇 南京 210000；2.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210000；3.南京醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院 醫(yī)學(xué)影像學(xué)系，江蘇 南京 210000

引言

使用CT進(jìn)行頭頸部動(dòng)脈血管造影（CT Angiography，CTA）已經(jīng)被大量用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的成像方式[1-2]，例如數(shù)字減影血管造影和多普勒超聲。CTA可以用于評估中風(fēng)或短暫性缺血發(fā)作[3]、冠狀動(dòng)脈疾病等[4-5]。然而，由于使用CT來做檢查會(huì)帶來高輻射暴露而導(dǎo)致的健康損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)[6]，再加上注射碘造影劑也可能引起人體的不適和過敏反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)[7]，這都是進(jìn)行CTA檢查時(shí)必須考慮的重要因素。更有研究指出低輻射劑量和低顯劑的CTA檢查應(yīng)需要擴(kuò)展到人體各部位的檢查，例如用于評價(jià)冠狀動(dòng)脈和顱頸動(dòng)脈，以防止患者受到輻射和腎損傷[8-12]。

對比劑通過靜脈注射時(shí)，過多的對比劑會(huì)在鎖骨下靜脈、頸內(nèi)靜脈等靜脈系統(tǒng)中淤積，不但無助于檢查結(jié)果，還會(huì)在CT圖像上極易形成線束硬化偽影（Beam-Hardening Artifact，BHA）影響影像質(zhì)量[13-14]，不利于頸內(nèi)動(dòng)脈和椎動(dòng)脈起始部的顯示。文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為，對比劑劑量和速率等注射方案的優(yōu)化可以減輕對比劑在鎖骨下靜脈的淤積[15-16]。因此，本研究的主要目的是不使用直接觀查法進(jìn)行CT掃描的啟動(dòng)，而是進(jìn)行CT掃描前進(jìn)行對比劑的小劑量測試，經(jīng)測試后，計(jì)算出對比劑正確的到達(dá)頸動(dòng)脤的檢查時(shí)間，再進(jìn)行掃描的啟動(dòng)，并且運(yùn)用提高對比劑注射速率增加單位體積的對比劑濃度，減少對比劑用量改善硬射束偽影，保持圖像質(zhì)量，設(shè)計(jì)出適用于傳統(tǒng)的多探測器CT檢查的掃描方案和對比劑注射策略的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)，并取得患者知情同意，前瞻性收集我院2017年6月至2018年3月間，頭頸部血管CTA檢查的受檢者58例，其中男32例，女26例，年齡42～81歲，平均年齡（63.5±14.1）歲。受試者均簽署知情同意書。

1.2 方法

掃描機(jī)型為美國通用公司GE 64排VCT成像系統(tǒng)，掃描參數(shù)為：管電壓120 kV、管電流625 mAs、層厚0.625 mm、層間距0.625 mm、螺距0.984。高壓注射器參數(shù)：MALLINCKRODT，P/N：844100-D，S/N：CiC309B546。

依據(jù)顯影劑和生理鹽水的注射劑量將病例隨機(jī)分為三組。A組：注射60mL碘克沙醇（生產(chǎn)商：恒瑞，規(guī)格：320 mgI/mL，100 mL，產(chǎn)品批號(hào)：180725DD），40 mL生理鹽水（規(guī)格：濃度0.9%，100 mL，產(chǎn)品批號(hào)：180172）；B組：注射50 mL碘克沙醇，50 mL生理鹽水；C組：注射40 mL碘克沙醇，60 mL生理鹽水[17]。三組均行頭頸部CT平掃和CTA序列掃描，掃描范圍由主動(dòng)脈弓至顱頂，CTA掃描方案采用小劑量團(tuán)注法，具體如下：首先行測試序列掃描，顯影劑注射流速為5 mL/s，注射劑量為顯影劑20 mL、生理鹽水20 mL，選取第3、4頸椎間的層面為測試層面，以該層面頸總動(dòng)脈為示蹤血管，注射顯影劑同時(shí)啟動(dòng)測試序列，在監(jiān)測到頸總動(dòng)脈內(nèi)的CT值到達(dá)峰值并開始下降后停止掃描，采用GE工作站AW 4.2_07計(jì)算出頸總動(dòng)脈CT值達(dá)到峰值的時(shí)間為n，以CTA序列的掃描時(shí)間為A，利用計(jì)算公式t=6+2n-A[6]，計(jì)算出顯影劑到達(dá)頭頸動(dòng)脈系統(tǒng)的達(dá)峰時(shí)間t，再設(shè)置CTA序列的延遲時(shí)間為t1，即注射顯影劑t1秒后行CTA序列掃描。

1.3 圖像處理方法

圖像后處理和分析在GE工作站AW 4.2_07上進(jìn)行，由兩位資深放射科醫(yī)師分別獨(dú)立對圖像進(jìn)行定性和定量分析內(nèi)靜脈內(nèi)殘留造影劑超過頸總動(dòng)脈分叉水平。靜脈內(nèi)殘留造影劑超過頸總動(dòng)脈分叉水平。結(jié)果不一致時(shí)兩人重新觀察圖像，經(jīng)商議后得出一致結(jié)論。兩定量分析的觀察指標(biāo)為感興趣血管的CT值，方法為：選擇右側(cè)鎖骨下靜脈、升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左頸總動(dòng)脈、右頸總動(dòng)脈、左大腦中動(dòng)脈、右大腦中動(dòng)脈為感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），手繪測量ROI部位的血管CT值，ROI面積大小占血管截面積的80%，測量時(shí)注意避開血管鈣化點(diǎn)、軟斑塊和狹窄等區(qū)域，每個(gè)ROI測量三次，以均值納入后續(xù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

定性分析包括右側(cè)鎖骨下靜脈硬束偽影和最大密度投影（Maximum Intensity Projections，MIP）后圖像總體質(zhì)量。鎖骨下靜脈硬束偽影評分標(biāo)準(zhǔn)為：1分為優(yōu)良無偽影，2分是有輕度偽影，3分是為有明顯偽影。MIP重建后整體影像質(zhì)量的評分標(biāo)準(zhǔn)為：1分，動(dòng)脈密度高，強(qiáng)化均勻，動(dòng)脈表面光滑銳利，無靜脈干擾；2分，動(dòng)脈密度尚可，強(qiáng)化較均勻，動(dòng)脈表面呈顆粒狀，靜脈略顯影，但不影響診斷；3分，動(dòng)脈強(qiáng)化影淡，動(dòng)靜脈密度相近難以區(qū)分，比較其差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析均采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行，定量資料采用表示，多組間均數(shù)比較采用方差分析；定性資料多組間比較采用Kruskal-Wallis H秩和檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組病例感興趣血管CT值的比較結(jié)果

A、B、C三組CT值比較結(jié)果，見表1。三組病例在升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左頸總動(dòng)脈、右頸總動(dòng)脈、左大腦中動(dòng)脈、右大腦中動(dòng)脈的CT值比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（升主動(dòng)脈，P=0.659；降主動(dòng)脈，P=0.375；頸總動(dòng)脈（左側(cè)），P=0.273；頸總動(dòng)脈（右側(cè)），P=0.195；大腦中動(dòng)脈（左側(cè)），P=0.136；大腦中動(dòng)脈（右側(cè)），P=0.248，但在右鎖骨下靜脈存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。進(jìn)一步使用單因數(shù)方差分析進(jìn)行兩兩比較，可得知A組B組比較時(shí)兩組并無差異（P=3.01），但C組相較于A組與B組時(shí)有較低的CT值并且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。三組影像圖如圖1所示。

表1 各組感興趣區(qū)CT值比較（，HU）

表1 各組感興趣區(qū)CT值比較（，HU）

圖1 三組病例右鎖骨下靜脈層面的影像

2.2 三組病例圖像質(zhì)量定性分析結(jié)果

圖像質(zhì)量主觀評價(jià)部分名由兩名醫(yī)師對三組重建圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評價(jià)，包含對鎖骨下靜脈偽影定性評估與MIP重組圖像整體質(zhì)量的評估，經(jīng)Kappa值檢驗(yàn)（Kappa值為0.64～0.82），主觀評分的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）；在進(jìn)行圖像質(zhì)量主鎖骨下靜脈偽影定性評估的結(jié)果，見表2，C組圖像偽影最少（均值1.14±0.64），其中無偽影的有11例，輕度偽影的6例，有明顯偽影的3例；B組（均值2.2±0.69）圖像中無偽影的有0例，輕度偽影的9例，有明顯偽影的10例；A組（均值2.25±0.78）圖像中無偽影的有6例，輕度偽影的8例，有明顯偽影的5例，進(jìn)行比較后具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P0.05）。將影像進(jìn)行MIP重組后評詁圖像整體質(zhì)量的評估結(jié)果，見表2，經(jīng)秩和檢驗(yàn)后，三組評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表2 右側(cè)鎖骨下靜脈偽影評分（例）

3 討論

3.1 線束硬化偽影及其形成的原因

CT重建算法是基于假設(shè)X線為單能射線，其衰減系數(shù)與穿透物體的厚度呈線性關(guān)系，但是實(shí)際上CT球管產(chǎn)生的X線為寬能譜射線，其衰減系數(shù)與穿透物體厚度為非線性關(guān)系，這種假設(shè)與現(xiàn)實(shí)之間的差距會(huì)在CT圖像上高密度物質(zhì)之間形成明暗相間的條帶狀偽影，此即為線束硬化偽影[18-19]。頭頸部CTA常采用靜脈團(tuán)注法注射顯影劑，顯影劑的循環(huán)路徑是由上肢靜脈注射點(diǎn)經(jīng)上腔靜脈系統(tǒng)回心，再由心臟注入頭頸部動(dòng)脈系統(tǒng)，此過程中，常會(huì)在靜脈系統(tǒng)，特別是鎖骨下靜脈淤積較高濃度的顯影劑，不僅會(huì)造成靜脈污染，還容易形成上述的線束硬化偽影，嚴(yán)重影響對頭頸部動(dòng)脈，特別是雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈及椎動(dòng)脈起始段的顯示。

3.2 顯影劑劑量減小對線束硬化偽影消減的討論

顯影劑的理化特性和注射方案（總劑量、注射速率和生理鹽水的沖刷等）是影響CTA靶血管強(qiáng)化的重要因素。顯影劑劑量增加可以成比例的增加靶血管的強(qiáng)化，但是顯影劑劑量過大會(huì)造成顯影劑淤積在靜脈系統(tǒng)，導(dǎo)致線束硬化偽影[7]，因此，本研究將顯影劑劑量由60 mL減少到40 mL，以期減少顯影劑在靜脈系統(tǒng)中的淤積。本前瞻性研究之實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期設(shè)計(jì)一致，表明隨著顯影劑劑量下降，其在右鎖骨下靜脈中的淤積減少（右鎖骨下靜脈CT值減?。?，而線束硬化偽影也隨之改善，但是顯影劑劑量減少不僅會(huì)降低靜脈系統(tǒng)中顯影劑濃度，也會(huì)同時(shí)降低頭頸動(dòng)脈中顯影劑濃度，針對此問題，F(xiàn)leischmann[16]研究提出，高注射速率可以彌補(bǔ)劑量下降帶來的靶血管強(qiáng)化的不足。本研究采用5 mL/s的高注射速率，結(jié)果與文獻(xiàn)研究一致，三組病例頭頸部動(dòng)脈系統(tǒng)CT值以及MIP重建圖像后的圖像質(zhì)量評詁比較均無差異，究其機(jī)制，可能是高注射速率維持了血管內(nèi)高注射壓，保證了單位時(shí)間內(nèi)足夠高濃度的顯影劑通過靶血管，彌補(bǔ)了劑量下降帶來的靶血管強(qiáng)化不足。另外，生理鹽水的沖刷也起到了維持血管內(nèi)注射壓的作用，既可以加速靜脈系統(tǒng)中顯影劑的廓清，也避免了注射同樣劑量顯影劑帶來的靜脈淤積等問題。

3.3 小劑量注射法的討論

有相關(guān)研究指出，進(jìn)行CTA檢查時(shí)，透過參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整，可以考慮減少對比劑的劑量而仍然可以維持良好的影像質(zhì)量，降低腎毒性，進(jìn)而維護(hù)病患的安全[20-21]。不同的心率帶來的是循環(huán)時(shí)間的改變。高心率帶來的問題是，循環(huán)時(shí)間快的病人，如果掃描速度過快的話，那很可能顱內(nèi)動(dòng)脈血管還沒有完全達(dá)到強(qiáng)化的最高峰掃描就結(jié)束了，導(dǎo)致動(dòng)脈濃度過淡顯影不清影響診斷。反之，亦然。還有患者的自身因素，如心排出量等也會(huì)影響CTA頭頸動(dòng)脈的強(qiáng)化速度與程度[22]，因此，本研究采用小劑量團(tuán)注法：小劑量測試計(jì)算延遲時(shí)間的方法，通過相同速率的造影劑和生理鹽水的預(yù)注射，實(shí)際在人體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中監(jiān)測循環(huán)時(shí)間與強(qiáng)化程度，形成一個(gè)完整的時(shí)間-密度曲線圖，通過這個(gè)曲線，就能掌握病人體內(nèi)的循環(huán)時(shí)間和特點(diǎn)，精準(zhǔn)控制掃描延遲時(shí)間，從而保證了頭部血管CTA檢查的成功率。較之傳統(tǒng)的目標(biāo)血管示蹤法更為精確的兼顧了個(gè)體循環(huán)速度差異。本實(shí)驗(yàn)中，將測試點(diǎn)定于頸3、4椎體之間的頸總動(dòng)脈，該位置是整個(gè)頭頸部動(dòng)脈系統(tǒng)掃描范圍的中點(diǎn)，因此示蹤出來的CT值達(dá)峰時(shí)間n是整個(gè)頭頸動(dòng)脈系統(tǒng)CT值達(dá)峰時(shí)間的一半，整個(gè)頭頸部動(dòng)脈系統(tǒng)CT值的達(dá)峰時(shí)間即是2n。根據(jù)Fleischmann提出的造影劑注射模型公式[16]，本實(shí)驗(yàn)依據(jù)病例心功能設(shè)置的個(gè)性化的延遲時(shí)間保證了CT整個(gè)序列的掃描時(shí)間和動(dòng)脈系統(tǒng)達(dá)峰時(shí)間的重疊，使得在CT掃描時(shí)間內(nèi)，頭頸部動(dòng)脈系統(tǒng)的顯影劑濃度維持在較高水平，處于最佳的強(qiáng)化狀態(tài)。

當(dāng)然，本研究也存在一定的局限性。①樣本量較小，今后可擴(kuò)大樣本量進(jìn)行更深更廣的研究；②CTA靶血管的強(qiáng)化還受到顯影劑的碘含量、患者體重、研究中并未對此因素進(jìn)行分析；③本研究為了減少混雜因素對結(jié)果的影響，僅僅闡述了顯影劑劑量對CTA圖像質(zhì)量的影響，其他因素對于CTA圖像質(zhì)量的影響也是今后有待進(jìn)一步深入研究的地方?？傊^頸部CTA合理減少顯影劑劑量并不會(huì)影響整體影像質(zhì)量，但可以改善鎖骨下靜脈淤塞而造成線束硬化偽影。