下肢動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層成像血管造影的超低劑量成像分析

威晉，陳依林，王華，陳光亮，段青

近年來，隨著我國人口老齡化及生活方式的改變，下肢動(dòng)脈栓塞性疾病的發(fā)病率越來越高[1]。下肢動(dòng)脈栓塞性疾病通常表現(xiàn)為間歇性跛行、下肢疼痛、皮溫降低，同時(shí)常合并糖尿病、高血壓病、高脂血癥等。為了制定最佳治療方案，必須進(jìn)行完整的影像學(xué)評(píng)估。數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)具有高空間和時(shí)間分辨率的特點(diǎn)。盡管存在成本高、侵入性檢查、僅有二維圖像等局限性，DSA仍被認(rèn)為是診斷下肢動(dòng)脈栓塞病變的“金標(biāo)準(zhǔn)”[2]。計(jì)算機(jī)斷層成像血管造影(computed tomography angiography, CTA)具有診斷準(zhǔn)確率高及成本較低的優(yōu)勢，目前已發(fā)展成為間歇性跛行或嚴(yán)重肢體缺血患者影像學(xué)診斷及評(píng)估中替代DSA的方案，但大量的CTA造影劑使用有致腎損傷的風(fēng)險(xiǎn)，而且過多的電離輻射也可能致癌，限制了CTA的應(yīng)用[3]。

目前，減少輻射暴露的方法包括降低管電壓和調(diào)節(jié)管電流[4]。雖然電離輻射減少不可避免增加圖像噪聲，但可通過迭代重建方法來降低圖像噪聲[5]。已有許多下肢動(dòng)脈掃描方案運(yùn)用了多種方式的低劑量掃描[6-8]。本研究旨在評(píng)估采用低管電壓、低管電流的掃描方法結(jié)合自適應(yīng)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction-V, ASiR-V)的超低劑量下肢動(dòng)脈CTA掃描策略的應(yīng)用價(jià)值。

1 對象與方法

1.1 對象 收集2022年1月—2022年6月在筆者醫(yī)院住院治療的下肢動(dòng)脈狹窄患者80例，均行下肢動(dòng)脈CTA掃描，其中男性61例，女性19例，年齡(66.8±13.1)歲(30～94歲)。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡>18歲；體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)≤25 kg/m2；估計(jì)腎小球?yàn)V過率>60 mL/min；促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone, TSH)正常。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對比劑過敏史；嚴(yán)重肝腎功能不全者；掃描區(qū)域有金屬植入物。將患者分為2組：標(biāo)準(zhǔn)化低劑量掃描組(標(biāo)準(zhǔn)化組，n=40)和超低劑量掃描組(超低劑量組，n=40)。2 組患者的性別、年齡、身高等一般資料情況比較見表1。本研究經(jīng)筆者醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(倫理號(hào)2022KJT029)，患者均簽署書面知情同意書。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化組和超低劑量組的一般情況比較

1.2 方法

1.2.1 CTA掃描參數(shù) 所有CTA 掃描均在GE 革命CT上(GE Revolution CT, GE Healthcare, Milwaukee, Wisconsin, USA)上進(jìn)行，仰臥位、頭先進(jìn)。所有患者掃描前均右肘正中靜脈埋置18 G留置針。標(biāo)準(zhǔn)化組采用100 kV的管電壓，管電流為自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)模式(automatic tube current modulation, ATCM)，使用濾波反投影(filtered back projection, FBP)模式進(jìn)行重建；而超低劑量組管電壓均為80 kV，使用固定管電流50 mA，采用50%權(quán)重的ASiR-V(ASiR-V 50%)進(jìn)行圖像重建。其余參數(shù)均相同，其中準(zhǔn)直器寬度=0.6 mm，層厚=1.25 mm，重建間隔=1.0 mm，螺距=0.984，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間=1 rot/s。對比劑注射方案：非離子碘化造影劑(碘邁倫，400 mg/I，中國博萊科公司)，流速3.0 mL/s，總量70 mL，30 mL生理鹽水以同樣流速?zèng)_刷。采用care bolus掃描方案，即造影劑注射開始后10 s，在主動(dòng)脈的腎動(dòng)脈起源水平進(jìn)行第1次參考掃描，并每秒重復(fù)1次，直至主動(dòng)脈出現(xiàn)150 HU的增強(qiáng)，延時(shí)8 s后啟動(dòng)掃描，掃描范圍從雙腎動(dòng)脈水平至足底。

1.2.2 客觀圖像質(zhì)量及輻射劑量 在GE AW 4.7后處理工作站上，分別在腹主動(dòng)脈與髂總動(dòng)脈分叉、股總動(dòng)脈與股深動(dòng)脈分叉、脛腓干及踝關(guān)節(jié)水平脛前動(dòng)脈或脛后動(dòng)脈的血管中心區(qū)測量其CT值與標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)值，所繪制感興趣區(qū)域(region of interest, ROI)為圓形。應(yīng)選取血管中心處且接近管腔大小，同時(shí)應(yīng)盡量避開管壁、軟板塊或鈣化斑塊等。當(dāng)有血管完全閉塞時(shí)，則測量其鄰近血管替代；同時(shí)測量同層面血管旁肌肉組織的CT值和SD值。ROI大小與同層面血管測量的ROI相似，但應(yīng)不小于40 mm2。繪制ROI時(shí)應(yīng)選取密度均勻區(qū)域，同時(shí)避開硬化偽影、血管等(圖1)。所有ROI各測量3次，取其平均值。當(dāng)有血管完全閉塞時(shí)，測其鄰近血管代替。按下列公式計(jì)算圖像的信號(hào)噪聲比(signal-to-noise ratio, SNR)、對比噪聲比(contrast-to-noise ratio, CNR)[9]：

ROI：感興趣區(qū)域。A：73歲男性患者，采用標(biāo)準(zhǔn)化低劑量掃描，血管ROI置于腹主動(dòng)脈與髂總動(dòng)脈分叉處，另一ROI置于同層面腰大肌。B：75歲男性患者，采用超低劑量掃描，血管ROI放置于股總動(dòng)脈及股深動(dòng)脈分叉水平，另一ROI置于血管旁肌肉。

SNR=血管平均CT值/血管SD值；

CNR=(血管平均CT值-肌肉平均CT值)/肌肉SD值

記錄所有患者的容積CT劑量指數(shù)(computed tomography dose index volume, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product, DLP)。

1.2.3 主觀評(píng)分 為評(píng)估診斷性能，每位患者的下肢血管分為4個(gè)血管區(qū)域(腹主動(dòng)脈-髂動(dòng)脈、股-腘動(dòng)脈、腘下動(dòng)脈和足動(dòng)脈)。由兩位副主任醫(yī)師級(jí)別血管影像專家根據(jù)橫斷位和曲面重建(curved planar reconstruction, CPR)圖像獨(dú)立評(píng)估CTA質(zhì)量?；趫D像空間分辨率、血管是否顯示清晰、是否有偽影等方面采用5分法進(jìn)行評(píng)估，意見不一致時(shí)取兩位副主任醫(yī)師級(jí)別血管影像專家進(jìn)行評(píng)估的平均分(1分為圖像質(zhì)量差，無法觀察血管；5分為圖像質(zhì)量良好，血管顯示清晰。1、2分圖像無法用于診斷，3～5分圖像可用于診斷)。

2 結(jié) 果

2.1 客觀圖像質(zhì)量 超低劑量組中各個(gè)血管測量區(qū)的CT值均高于標(biāo)準(zhǔn)化組(P<0.05)，且擁有更高的CNR(P<0.05)和SNR(P<0.05，表2)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)化組和超低劑量組的CT值、CNR和SNR比較

2.2 輻射劑量 與標(biāo)準(zhǔn)化組比較，超低劑量組的CTDI明顯下降，每次掃描從(5.63±1.28)mGy[(3.6～8.66)mGy]降至(1.09±0.00)mGy[(1.09～1.09)mGy](P<0.05)，降低約81%；超低劑量組的DLP顯著下降，從(714.94±189.23)mGy·cm[(385.27～1 249.26)mGy·cm]降至(131.05±5.50)mGy·cm[(116.22～141.84)mGy·cm](P<0.05)(圖2)。

CTA：計(jì)算機(jī)斷層成像血管造影；MIP：最大密度投影；FBP：濾波反投影；CTDIvol：容積計(jì)算機(jī)體層成像劑量指數(shù)；DLP：劑量長度乘積；ASiR-V 50%：50%權(quán)重的自適應(yīng)迭代重建。A：73歲男性患者，采用標(biāo)準(zhǔn)化的低劑量掃描(100 kV，自動(dòng)管電流)+FBP圖像重建模式，CTDIvol及DLP分別為5.87 mGy和773.65 mGy·cm；B：75歲男性患者，采用超低劑量掃描方案(管電壓80 kV，管電流50 mA)+ASiR-V 50%圖像重建模式，CTDIvol及DLP分別為1.09 mGy和132.86 mGy·cm。

2.3 圖像主觀評(píng)分 超低劑量組的圖像評(píng)分與標(biāo)準(zhǔn)化組比較，差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3)。

表3 標(biāo)準(zhǔn)化組與超低劑量組主觀圖像質(zhì)量評(píng)分比較

3 討 論

本研究發(fā)現(xiàn)，采用低管電壓和低管電流并結(jié)合ASiR-V技術(shù)的下肢CTA掃描協(xié)議有助于顯著減少輻射暴露，且能保持較高的圖像質(zhì)量。

已有研究[10-12]評(píng)估了在下肢動(dòng)脈CTA掃描中，采用較低管電壓對輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響。其中一項(xiàng)前瞻性的隨機(jī)性研究[10]比較了在64排螺旋CT中采用不同的管電壓預(yù)設(shè)值時(shí)，患者接受的電離輻射和圖像質(zhì)量的差異，證實(shí)了將管電壓從120 kV降至80 kV，可以顯著降低CTDIvol(約61%)，同時(shí)對于圖像質(zhì)量的影響較小。DUAN等[11]和PARK等[12]的研究均證實(shí)，使用70 kV的管電壓可得到更低的平均CTDIvol，圖像質(zhì)量雖有下降但仍可用于診斷。由于 70 kV的超低管電壓在患者中容易產(chǎn)生較大的射線硬化偽影，其臨床應(yīng)用一直存在較大爭議。PARK等[13]證實(shí)，當(dāng)使用70 kV的管電壓進(jìn)行掃描，盡管采用高級(jí)建模迭代重建(advanced modelled iterative reconstruction, ADMIRE)的算法進(jìn)行圖像重建，但下肢動(dòng)脈CTA的主觀圖像評(píng)分仍較低，影響診斷信度。因此，本研究選擇80 kV為超低劑量組的管電壓，以確保圖像質(zhì)量滿足診斷。

除了降低管電壓外，降低管電流同樣可以減少電離輻射。本研究中，筆者醫(yī)院的標(biāo)準(zhǔn)低劑量掃描采用ATCM模式，此模式可以依據(jù)患者的軟組織厚度等對每一掃描層面的管電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低實(shí)時(shí)管電流，以達(dá)到降低總輻射劑量的目的，在胸部和腹部掃描中已被廣泛應(yīng)用于低劑量掃描[14-15]。但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，使用ATCM模式時(shí)，由于骨盆皮下軟組織較厚、骨組織較多，在骨盆水平測得的實(shí)際管電流較大。雖然ATCM模式降低了總掃描劑量，但盆腔重要器官如子宮、附件或前列腺等所接受的輻射劑量較大，無法達(dá)到真正的降低輻射的目的[16]。本研究超低劑量掃描組中，將管電流固定于50 mA的超低水平，使得盆腔范圍的管電流相對較低且總輻射劑量不高。

由于在其他條件不變的情況下，管電壓和管電流均降低時(shí)，圖像的SNR和CNR會(huì)出現(xiàn)較大幅度下降而影響診斷信度。因此，為了保持圖像質(zhì)量，通常應(yīng)用迭代重建模式替代傳統(tǒng)的FBP重建模式[17]。ASiR-V技術(shù)是通過自適應(yīng)技術(shù)對掃描的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代計(jì)算，從而達(dá)到降低圖像噪聲的目的，適用于減少管電壓和管電流后由于光子數(shù)的不足所致圖像噪聲顯著升高的情況。研究[18]證實(shí)，在 80 kV管電壓模式下，采用更低的管電流(140 mAs)和迭代重建模式后，圖像質(zhì)量與使用 120 kV、180 mAs及FBP重建的掃描策略相當(dāng)，而輻射劑量顯著降低。ASiR-V的重建權(quán)重可以從 0%～100% 間隔 10% 進(jìn)行調(diào)節(jié)，權(quán)重值越高降噪能力越強(qiáng)(100%權(quán)重可以得到最強(qiáng)的降低噪聲能力)。但在實(shí)際臨床應(yīng)用中，ASiR-V權(quán)重值過高則會(huì)使得圖像均勻性增高，圖像表現(xiàn)出“塑料樣”偽影而無法滿足診斷要求。研究[19-20]表明，采用 60%～70% 的ASiR-V權(quán)重時(shí)，反而會(huì)降低主觀圖像質(zhì)量。另一項(xiàng)針對布-加綜合征患者門靜脈、肝靜脈及下腔靜脈的評(píng)估中[21]，分析了迭代重建權(quán)重從0%～100%的圖像質(zhì)量，認(rèn)為 50% 的重建權(quán)重可以得到最佳的圖像質(zhì)量用于診斷。此外，迭代重建的權(quán)重越高，重建所需時(shí)間也越長[22]。因此，本研究的超低劑量組運(yùn)用了ASiR-V 50%的重建模式以提高低管電壓和管電流條件下的圖像質(zhì)量，結(jié)果表明，與筆者醫(yī)院下肢動(dòng)脈CTA的標(biāo)準(zhǔn)低劑量掃描策略比較，這種低管電壓、低管電流輔以ASiR-V 50% 的組合可以顯著降低輻射劑量，其中CTDIvol約降低81%，DLP則從(714.94±189.23)mGy·cm降至(131.05±5.50)mGy·cm。而在圖像質(zhì)量方面，超低劑量組下肢血管的CT值均高于標(biāo)準(zhǔn)化低劑量組，且具有更高的SNR和CNR，即超低劑量組客觀圖像質(zhì)量更佳；兩者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分除超低劑量組腘下動(dòng)脈節(jié)段高于標(biāo)準(zhǔn)化組外，差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見此超低劑量掃描方案不僅可使患者接受的輻射劑量顯著降低，還能夠提供優(yōu)質(zhì)的圖像。國內(nèi)有研究[23]采用80 kV管電壓結(jié)合ATCM技術(shù)行下肢動(dòng)脈CTA成像，得到的CTDIvol高于本次超低劑量組80 kV結(jié)合50 mA固定管電流組合的CTDIvol[(2.25±0.45)mGyvs(1.09±0.00)mGy]?？梢娤嗤琸V下，采用較低的固定管電流可能較ATCM技術(shù)得到更低的輻射劑量。本研究的管電流選擇50 mA 而沒有選擇更低值，主要是考慮若過于降低管電流，在更低輻射劑量下，對于小腿和足部相對細(xì)小血管的顯示可能欠佳，使得圖像質(zhì)量無法達(dá)到診斷需求，此種情況下患者需要重新接受掃描，于倫理不符。此外，低管電壓的應(yīng)用同時(shí)可以減少造影的碘負(fù)荷。本研究中的標(biāo)準(zhǔn)低劑量掃描和超低劑量掃描均采用3.0 mL/s的造影劑注射速率和70 mL 的注射總量，較國內(nèi)外一些研究低[2,10]。

本研究的局限在于：(1)受試者數(shù)量較少。(2)未將診斷結(jié)果與DSA結(jié)果進(jìn)行比較，也未對診斷準(zhǔn)確率進(jìn)行研究。(3)本研究未將高BMI患者(BMI>25 kg/m2)納入研究。下一步研究希望募集更多受試者，擴(kuò)大納入標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)劃將25 kg/m2