低管電壓結(jié)合個(gè)性化對(duì)比劑用量及迭代重建在支氣管動(dòng)脈成像中的應(yīng)用

姜一，秦立新，田葵，余輝山，李寶學(xué)

武漢市肺科醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430000

引言

咯血是一種急性臨床綜合征，重者可能因窒息或失血量過多而危及生命，因此對(duì)咯血患者進(jìn)行早期及時(shí)的臨床診治顯得尤為重要[1-2]。眾所周知，支氣管動(dòng)脈是咯血的主要責(zé)任血管，如何在短時(shí)間內(nèi)找到咯血責(zé)任支氣管動(dòng)脈并精確定位其開口成為手術(shù)醫(yī)生的關(guān)注要點(diǎn)[3-4]。CT血管造影（Computed Tomography Angiography，CTA）是將含碘對(duì)比劑快速注入患者靜脈后，通過計(jì)算機(jī)后處理技術(shù)，重建出血管的三維影像，具備無創(chuàng)、簡便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，可清楚顯示血管開口、走行，了解血管病變部位及狹窄程度。目前支氣管動(dòng)脈CTA掃描已成為咯血患者行支氣管動(dòng)脈介入栓塞術(shù)前的首選檢查。研究證實(shí)咯血患者介入術(shù)前行支氣管動(dòng)脈CTA檢查，有助于提高手術(shù)的成功率[5-7]。然而隨著CTA檢查的廣泛應(yīng)用，給患者帶來的輻射劑量及對(duì)比劑腎?。–ontrast-Induced Nephropathy，CIN）逐漸引起臨床及影像醫(yī)生的重視。既往研究報(bào)道放射線存在致癌、致畸風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)高濃度的碘對(duì)比劑較低碘濃度對(duì)比劑更易誘發(fā)腎功能不全[8-9]。近些年來，越來越多的研究人員將“雙低”（低輻射劑量和低劑量對(duì)比劑）技術(shù)應(yīng)用于CTA檢查中，并且取得不錯(cuò)的效果。基于此，本研究探究低管電壓結(jié)合個(gè)性化對(duì)比劑用量及迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）在不影響圖像質(zhì)量的條件下，降低輻射劑量及減少碘攝入量、降低患者對(duì)比劑腎病發(fā)生概率的方法，以期為支氣管動(dòng)脈CTA檢查的進(jìn)步提供參考。

1 對(duì)象與方法

1.1 一般資料

選擇2018年12月至2019年6月體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）＜24 kg/m2的60例咯血患者，其中男34例，女26例，年齡20～78歲。采用隨機(jī)數(shù)字表法將60例患者分為兩個(gè)小組，每組30例。A組：男20例，女10例，年齡（47.9±16.50）歲，BMI為（20.23±1.78）kg/m2，引起咯血原因包括肺結(jié)核13例、支氣管擴(kuò)張11例、肺癌6例；B組：男17例，女13例，年齡（52.8±16.86）歲，BMI為（19.81±1.98）kg/m2，引起咯血的原因包括肺結(jié)核12例、支氣管擴(kuò)張10例、肺癌8例。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 心、腎功能不全者；② 對(duì)含碘對(duì)比劑過敏者；③ 孕婦及哺乳期者；④ 甲狀腺功能亢進(jìn)者；⑤ 有精神障礙及昏迷者。本文研究通過武漢市肺科醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，所有被檢者均簽署知情同意書。

1.2 方法

支氣管動(dòng)脈CTA采用GE optima CT660 64排128層螺旋CT機(jī)進(jìn)行檢查。檢查前對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練并除去掃描范圍內(nèi)的可移動(dòng)的金屬異物，患者仰臥于檢查床，足先進(jìn)，雙手舉過頭頂，吸氣后屏住呼吸進(jìn)行掃描。A組管電壓120 kV，對(duì)比劑用量80 mL，濾波反投影（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）重建；B組管電壓80 kV，對(duì)比劑用量為1.0 mL/kg×體重（kg），50% ASIR重建。其余掃描參數(shù)設(shè)為噪聲指數(shù)10，管電流調(diào)制范圍50～280 mA，準(zhǔn)直器寬度0.625×64 mm，螺距0.984，轉(zhuǎn)速0.5 s/周，層厚層距7.5 mm，重建層厚層距0.625 mm。利用對(duì)比劑智能追蹤技術(shù)，掃描范圍為第六頸椎至第三腰椎，監(jiān)測位置取支氣管隆突下1 cm的降主動(dòng)脈，在監(jiān)測位置處設(shè)置感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）面積60 mm2，盡量選擇中心區(qū)域測量，監(jiān)測管電流30 mA，目標(biāo)閾值120 HU，待CT值到設(shè)定閾值時(shí)自動(dòng)觸發(fā)延遲7 s掃描。選擇雙筒高壓注射器將對(duì)比劑快速注入患者靜脈，對(duì)比劑為300 mgI/mL碘海醇，注射流速4.5 mL/s，待注射完畢后以相同流速追加生理鹽水30 mL。將重建層厚層距為0.625 mm的CTA圖像傳至GE AW4.6工作站，通過多層面重建、最大密度投影（Max Imumintensity Projection，MIP）、容積再現(xiàn)成像等技術(shù)對(duì)CTA圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分及客觀評(píng)價(jià)。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 圖像質(zhì)量主觀評(píng)分

由2名主管技師按照要求操作CTA，2名具備副高以上放射科醫(yī)生采用雙盲法對(duì)兩組支氣管動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，如發(fā)現(xiàn)意見不一致，尋求主任技師幫助，給出最終評(píng)分。采用5分法[10]：無上腔靜脈偽影，可以清晰顯示支氣管動(dòng)脈為5分；輕度偽影，對(duì)支氣管動(dòng)脈走行診斷信心較高為4分；中度偽影，可以做出有無支氣管動(dòng)脈起源及走行變異的診斷為3分；嚴(yán)重偽影，不能確定支氣管動(dòng)脈走行為2分；不能顯示支氣管動(dòng)脈為1分。5分為優(yōu)，4分為良，3分為一般，2分為差，1分不能分辨。3～5分滿足臨床診斷要求。

1.3.2 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

在縱隔窗選取約（80±5）mm2ROI測量支氣管隆突層面上腔靜脈、降主動(dòng)脈及同層面胸椎旁兩側(cè)豎脊肌、第一肝門旁腹主動(dòng)脈的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差SD，盡量選擇中心區(qū)域，避開血管壁及上腔靜脈引起對(duì)比劑偽影的區(qū)域，重復(fù)測量3次，取其平均值。計(jì)算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、對(duì)比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR），SNR=主動(dòng)脈CT值/噪聲，CNR=（主動(dòng)脈CT值-肌肉CT值）/噪聲，噪聲用標(biāo)準(zhǔn)差SD來表示。主動(dòng)脈CT值為降主動(dòng)脈及腹主動(dòng)脈兩者CT值的平均值，肌肉CT值為兩側(cè)豎脊肌CT值的平均值，噪聲為降主動(dòng)脈及腹主動(dòng)脈兩者標(biāo)準(zhǔn)差SD的平均值。

1.3.3 輻射劑量

記錄每個(gè)患者CTA結(jié)束后CT機(jī)顯示的容積CT劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。計(jì)算有效劑量（Effective Dose，ED），ED=DLP×k，k取值 0.014 mSv/mGy ·cm[11]。碘攝入量=對(duì)比劑濃度×對(duì)比劑用量/1000。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，非正態(tài)分布采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。采用χ2檢驗(yàn)對(duì)兩組患者性別、咯血原因進(jìn)行比較；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組患者年齡、BMI、掃描范圍、圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)（主動(dòng)脈CT值、上腔靜脈CT值、噪聲、SNR、CNR）、輻射劑量（CTDIvol、DLP、ED）及碘攝入量進(jìn)行比較；采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)對(duì)兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分進(jìn)行比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2名放射科醫(yī)生對(duì)兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性用Kappa檢驗(yàn)來評(píng)價(jià)（Kappa≥0.75表示一致性很好）。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者臨床資料

兩組患者性別、年齡、BMI、咯血原因差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表 1。

表1 兩組患者臨床資料比較

2.2 兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較

A組、B組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性很好分別為（Kappa=0.826、0.885）。A組、B組圖像主觀評(píng)分分別為（4.70±0.59）、（4.78±0.52 ）分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-0.897、P=0.370），見圖 1～2。

圖1 支氣管動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

圖2 支氣管動(dòng)脈CTA圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

2.3 兩組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)比較

兩組主動(dòng)脈CT、上腔靜脈CT、噪聲、SNR、CNR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。B組主動(dòng)脈CT值高于A組，較A組增加約23.2%，B組上腔靜脈CT值低于B組，較A組減少約37.3%；B組圖像噪聲低于A組，而且圖像SNR、CNR高于A組，見表2。

表2 兩組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)比較

2.4 兩組輻射劑量、掃描范圍及碘攝入量比較

兩組輻射劑量及碘攝入量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）；兩組掃描范圍差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。B組CTDIvol、DLP、ED均低于A組，B組輻射劑量ED較A組降低約49.9%；B組碘攝入量低于A組，較A組減少約24.8%，見表3。

表3 兩組輻射劑量、掃描范圍及碘攝入量比較

3 討論

支氣管動(dòng)脈CTA檢查是臨床診治咯血患者的一項(xiàng)重要手段。在支氣管動(dòng)脈介入栓塞術(shù)前，咯血患者都必須進(jìn)行支氣管動(dòng)脈CTA檢查，目的是用來確定支氣管動(dòng)脈開口及走行，以防術(shù)中出現(xiàn)遺漏，增加術(shù)后效果不佳的風(fēng)險(xiǎn)。由于支氣管動(dòng)脈解剖變異較多，因此在進(jìn)行支氣管動(dòng)脈CTA掃描時(shí)，必須加大掃描范圍包括頸部、胸部、腹部三個(gè)部位，但是加大掃描范圍必然導(dǎo)致CT輻射劑量升高。目前降低管電壓、減少管電流是降低CT輻射劑量普遍使用的2種方法。因輻射劑量與管電壓的指數(shù)成正比，與管電流成正比，所以降低管電壓可以更有效地降低輻射劑量[12-13]。孫繼全等[14]與Chen等[15]的研究分別表明管電壓80 kV輻射劑量與管電壓120 kV相比降低約46.9%；管電壓從120 kV降到80 kV，可減少輻射劑量約48%。本研究顯示B組輻射劑量ED（3.81±0.51）mSv低于A組（7.6±0.81）mSv差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，較A組相比輻射劑量下降約49.9%，但降低管電壓導(dǎo)致X線穿透性減低，X線光子容易被人體吸收，圖像噪聲增加，圖像質(zhì)量也隨之下降。本研究顯示B組圖像噪聲低于A組，而且兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。是因?yàn)锽組采用50% ASIR重建，ASIR作為目前較廣泛的迭代重建算法，具有降低圖像噪聲，優(yōu)化圖像質(zhì)量的作用，而且在一定范圍內(nèi)，隨著ASIR權(quán)重的增加，其降噪能力越強(qiáng)。本研究顯示B組主動(dòng)脈CT（422.20±62.67）HU高于A組（342.58±48.93）HU差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，較A組相比CT值增加約23.2%，同時(shí)B組圖像SNR、CNR高于A組，是由于當(dāng)B組管電壓降到80 kV時(shí)，X線光子能量更接近碘的K臨界值（33.2 keV），光電效應(yīng)發(fā)生概率明顯增大，X線光子大部分被碘對(duì)比劑吸收，碘CT值明顯增加，血管對(duì)比度也隨之明顯升高，而且胸部自身具有良好的天然對(duì)比的特點(diǎn)，因此B組主動(dòng)脈CT值及圖像SNR、CNR得到一定程度的提升，解決因采用低劑量對(duì)比劑導(dǎo)致CTA圖像質(zhì)量下降的問題。

由于支氣管動(dòng)脈CTA掃描部位較多，臨床上大多數(shù)給患者注入大劑量的碘對(duì)比劑來保證CTA成像效果，而大劑量碘對(duì)比劑的應(yīng)用加重腎臟的負(fù)擔(dān)，易增加對(duì)比劑腎病的發(fā)生概率。胡學(xué)梅等[16]研究表明對(duì)比劑不良反應(yīng)發(fā)生率與碘對(duì)比劑總量及濃度呈正相關(guān)，總量的降低可通過減少對(duì)比劑用量或應(yīng)用低濃度對(duì)比劑實(shí)現(xiàn)。以往有關(guān)研究人員在CTA檢查中經(jīng)常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定恒定對(duì)比劑用量的方法來達(dá)到減少對(duì)比劑用量的目的。杜曉峰等[17]研究顯示在CTPA中采用對(duì)比劑用量50 mL注射來減少碘攝入量，一定程度上降低了不良反應(yīng)的發(fā)生率。曹治婷等[18]研究顯示在支氣管動(dòng)脈CT成像中注射對(duì)比劑用量60 mL來減少碘總量，降低對(duì)比劑腎病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。然而在對(duì)比劑用量和掃描參數(shù)相同的情況下，CTA成像中血管的強(qiáng)化程度與患者體重呈負(fù)相關(guān)[19]，這就意味著當(dāng)對(duì)比劑用量處于恒定時(shí)，對(duì)于體重偏重的患者注入對(duì)比劑用量可能不夠，導(dǎo)致無法取得較好的CTA成像效果，對(duì)于體重偏輕的患者注入對(duì)比劑用量可能過多，導(dǎo)致上腔靜脈內(nèi)對(duì)比劑充盈，對(duì)比劑濃度增加，容易引起線束硬化偽影，影響鄰近的動(dòng)脈顯示，同時(shí)也容易誘發(fā)對(duì)比劑腎病。黃濤等[20]研究顯示在頭頸部CTA中根據(jù)體重采用個(gè)體化對(duì)比劑用量的方法可以在降低對(duì)比劑用量的同時(shí)提高圖像質(zhì)量。因此，臨床中采用個(gè)性化對(duì)比劑用量使患者接受的對(duì)比劑更加合理安全。本研究B組根據(jù)患者體重來設(shè)定個(gè)性化對(duì)比劑用量為1.0 mL/kg×體重（kg），結(jié)果顯示B組上腔靜脈CT值（134.05±33.14）HU低于A組（213.67±39.68）HU，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，較A組減少約37.3%；B組碘攝入量（18.06±1.64）gl低于A組（24.00±0）gl，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，較A組減少約24.8%，表明在滿足圖像診斷要求的前提下，采用個(gè)性化對(duì)比劑用量可以減少上腔靜脈線束硬化偽影，同時(shí)顯著減少碘攝入量，減輕腎臟的負(fù)擔(dān)，降低患者對(duì)比劑腎病的發(fā)生幾率。

本研究局限性：① 研究的樣本量較少，對(duì)于BMI≥24 kg/m2患者采用個(gè)性化對(duì)比劑用量是否能夠滿足圖像質(zhì)量診斷要求，需以后增加樣本量來進(jìn)行研究；② 沒有將上述兩組研究的支氣管動(dòng)脈結(jié)果與DSA金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，有待以后進(jìn)一步深入研究。

總之，在支氣管動(dòng)脈CTA檢查中，采用80 kV低管電壓結(jié)合個(gè)性化對(duì)比劑用量及迭代重建能夠滿足支氣管動(dòng)脈圖像診斷要求，還能有效降低輻射劑量及減少碘攝入量，最大限度地降低患者對(duì)比劑腎病的發(fā)生概率，值得臨床推廣。