非迭代重建時頭頸部雙低CTA管電流選擇的探索

李明志， 于艷妮， 武希慶， 馮坤， 牛慶亮

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·低kV低濃度對比劑專題·

非迭代重建時頭頸部雙低CTA管電流選擇的探索

李明志， 于艷妮， 武希慶， 馮坤， 牛慶亮

目的：探討非迭代重建條件下，身體體質(zhì)指數(shù)(BMI)<24 kg/m2的患者行頭頸部雙低劑量(管電壓100kVp，對比劑濃度270 mg I/mL)CTA檢查時，既能滿足臨床診斷需求又能降低輻射劑量的管電流范圍。方法：將BMI<24 kg/m2，行頭頸部雙低劑量CTA檢查的61例患者分為A、B、C三組。A組：管電流200 mA，43例；B組：管電流250 mA，10例；C組：管電流310 mA，8例。測量、計算三組患者主動脈弓、左右頸總動脈分叉部及左右大腦中動脈起始部的CT值、噪聲、信噪比(SNR)、信號噪聲比(CNR)、容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)及劑量長度乘積(DLP)后進行統(tǒng)計學(xué)分析。采用雙盲法由兩位高年資的CT診斷醫(yī)師采用5分法對圖像質(zhì)量進行主觀評分。結(jié)果：A、B、C三組患者年齡和BMI的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；三組患者各層面CT值、噪聲、SNR、CNR的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；三組間圖像主觀評分的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。三組間CTDIvol、DLP差異有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論：在非迭代重建條件下，BMI<24 kg/m2的患者使用頭頸部雙低CTA檢查時，圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診斷需求且輻射劑量降低的管電流范圍是200～250 mA。

腦動脈； 頸動脈； 血管成像； 體層攝影術(shù)，X線計算機； 對比劑; 輻射劑量

頭頸部CTA作為顱腦及頸部動脈疾患的有效檢查手段，應(yīng)用越來越廣泛，但隨之帶來的輻射危害及對比劑不良反應(yīng)也日益引起社會的關(guān)注。以往對于非迭代重建時雙低劑量的研究主要集中于降低管電壓及高濃度對比劑用量上[1-3]，很少探討低濃度對比劑的相關(guān)研究；或僅簡單對比常規(guī)管電壓與低管電壓之間圖像質(zhì)量的差異，未進一步探討如何在保證圖像質(zhì)量前提下，選擇最優(yōu)化的掃描參數(shù)，以減少患者的輻射劑量。本研究以身體體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)<24 kg/m2患者為研究對象，旨在探討非迭代重建條件下，行雙低劑量(管電壓100 kVp，對比劑濃度270 mg I/mL)頭頸部CTA檢查時，既能滿足臨床診斷的需求又可降低輻射劑量的管電流范圍。

材料與方法

1.一般資料

選擇2015年1-6月臨床可疑頭頸部動脈疾患、需行頭頸部CTA檢查的61例患者，男37例，女24例，年齡44～80歲；BMI 15.6～23.9 kg/m2。所有患者均采用雙低劑量(100 kVp、碘克沙醇270 mgI/mL)掃描模式。根據(jù)管電流大小將患者分為3組：A組，管電流200 mAs，43例；B組，管電流250 mAs，10例；C組，管電流310 mAs，8例。三組對比劑用量均為50 mL，生理鹽水40 mL。檢查前已排除心、肝、腎功能不全者、碘過敏者、不能配合完成檢查者及妊娠婦女，本研究獲本院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

圖1 男，58歲，BMI=21.7 kg/m2，行頭頸部雙低CTA檢查，管電流200 mAs。a) 測量主動脈弓層面ROI、ROC的CT值及SD值； b) 測量雙側(cè)頸總動脈分叉部ROI、ROC的CT值及SD值； c) 測量右側(cè)大腦中動脈起始部ROI、ROC的CT值及SD值。

2.儀器與檢查方法

預(yù)置18G套管針，檢查前囑患者不要進行吞咽動作。采用Philips 256層iCT，使用Medrad Stellant雙筒高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈以4.5～5.0 mL/s流率注射對比劑，然后以相同流率注射生理鹽水。采用對比劑跟蹤技術(shù)，在主動脈弓降部勾畫興趣區(qū)(region of interest，ROI)，觸發(fā)閾值為100 HU，觸發(fā)后延遲掃描時間為4.5 s，掃描范圍自主動脈弓至頭皮下。其他掃描參數(shù)：X線球管準直器寬度128i×0.625 mm，旋轉(zhuǎn)時間為0.5 s，螺距0.993，視野250 mm×250 mm，矩陣512×512，重建層厚0.9 mm，層間距0.45 mm。掃描結(jié)束后記錄設(shè)備上顯示的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)。所有原始數(shù)據(jù)均采用常規(guī)濾波反投影(filtered back projection,FBP)重建。

3.圖像處理與分析

定量分析：測量感興趣區(qū)(ROI)即主動脈根部、雙側(cè)頸總動脈分叉部、雙側(cè)大腦中動脈起始部以及對比區(qū)域(region of contrast，ROC)即同層面胸大肌、同側(cè)胸鎖乳突肌、同側(cè)腦實質(zhì)的CT值及噪聲(SD值)(圖1)。為使測量數(shù)據(jù)準確，連續(xù)測量上下3個層面，取平均值。測量主動脈弓時設(shè)置大小為80 mm2的圓形ROI及30 mm2的圓形ROC；測量頸總動脈分叉部及大腦中動脈起始部時設(shè)置盡量貼近血管壁的圓形ROI及20 mm2的圓形ROC；測量ROI時盡量避開存在動脈粥樣斑塊的層面；測量ROC時盡量選擇密度均勻的區(qū)域。利用公式(1)、(2)分別計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。

(1)

(2)

定性分析：將原始數(shù)據(jù)傳至Philips IntelliSpace Portal工作站，采用容積再現(xiàn)(VR)、曲面重組(CPR)及最大密度投影(MIP)技術(shù)進行圖像重組(圖2)，由兩位高年資醫(yī)師采用5分法對圖像整體評分。評分標準：1分，對比增強不滿意，動脈顯示不清，或存在嚴重偽影而影響圖像的解釋，無法評價；2分，對比增強較低，動脈顯示模糊，或存在較大偽影而影響圖像的解釋，無法評價；3分，可接受或良好的對比增強，動脈顯示略模糊，或存在偽影，但不影響圖像的解釋，可評價；4分，良好或卓越的對比增強，動脈顯示清晰，有或無偽影，對圖像的解釋無影響，可評價；5分，卓越的對比增強，動脈顯示非常清晰，無偽影，可評價。圖像整體評分≥3分為符合臨床診斷要求，而≤2分為不符合臨床診斷要求。

4.輻射劑量

掃描結(jié)束后記錄輻射劑量，包括容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product，DLP)和掃描長度(Length)，其中DLP(mGy·cm)=CTDIvol(mGy)×Length(cm)。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

圖2 男，56歲，BMI=21.9 kg/m2，行頭頸部雙低CTA掃描，管電流200 mAs，圖像主觀評分5分。a、b) VR圖示頭頸部各血管壁光滑、清晰； c) CPR圖示右側(cè)頸總動脈動脈及頸內(nèi)動脈顯示清晰、銳利，對比度強，無偽影； d) MIP圖示雙側(cè)大腦中動脈顯示清晰，能夠很好的顯示四級以上分支。

結(jié) 果

A、B、C 3組患者的主要臨床資料及統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果見表1，三組患者的年齡及BMI差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。

表1 3組患者的臨床資料及比較

A、B、C組各測量層面的CT值、噪聲、SNR及CNR測量值及比較見表2。三組患者各測量層面CT值、噪聲、SNR、CNR的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。雖然三組患者各測量層面噪聲的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，但是隨著管電流從200 mAs提高到310 mAs，各測量層面噪聲的平均值依次降低。

A、B、C 3組患者的圖像質(zhì)量主觀評分見表3，三組間圖像質(zhì)量主觀評分的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.791>0.05)，三組圖像均為可評價圖像。

A、B、C 3組患者的輻射劑量相關(guān)指標的測量值及比較見表4，三組患者間CTDIvol、DLP的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，A、B組CTDIvol、DLP較C組分別約降低1/5和1/3。

表3 3組患者的圖像質(zhì)量主觀評分

表4 3組患者輻射劑量相關(guān)指標比較

討 論

頭頸部的器官如眼晶狀體、甲狀腺等對X線非常敏感，尤其是眼晶狀體，過量照射可導(dǎo)致白內(nèi)障等[4]。對比劑腎病(contrast induced nephropathy,CIN)是CT對比增強檢查的重要不良反應(yīng)之一。有研究[5,6]顯示，CIN大約占所有院內(nèi)腎功能衰竭的12%，且可能與碘的用量有關(guān)。因此，降低頭頸部CTA的輻射劑量及碘攝入量非常重要。

影響CT輻射劑量的因素有多種，主要包括管電壓、管電流、掃描層數(shù)、螺距等[7]。降低輻射劑量最主要的方法是降低管電壓。降低管電壓能夠明顯提升強化血管內(nèi)的CT值，有研究[2,8]表明管電壓從120 kVp降至100 kVp時，強化血管內(nèi)的CT值大約升高17%～27%，而輻射劑量卻降低約45%[3]。使用低濃度對比劑在降低碘攝入量的同時，也會減低血管腔內(nèi)的CT值。因此，使用低管電壓及低濃度對比劑掃描時，仍可達到與常規(guī)方法相似的血管對比[9]。然而降低輻射劑量的同時會導(dǎo)致圖像噪聲增大，可能會影響圖像質(zhì)量，那么在沒有迭代降噪軟件的情況下行頭頸部雙低劑量(100 kVp、270 mg I/mL)CTA檢查，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整管電流的大小是必要的[10]。

表2 A、B、C三組患者各測量層面CT值、噪聲、SNR及CNR比較

本研究中3組患者各測量層面CT值的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，由此可見，調(diào)整管電流對CT值無明顯影響。管電流主要決定發(fā)出的X線光子的數(shù)量，不會影響X線的穿透力，因此，降低管電流不會影響物質(zhì)的X線衰減系數(shù)。

3組患者各測量層面噪聲的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，但隨著管電流的降低，其噪聲依次增加，與以往的研究一致[11]。由此可見，調(diào)整管電流能夠在一定范圍內(nèi)調(diào)整圖像質(zhì)量。

3組患者各測量層面SNR、CNR及圖像主觀評分的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。由此可見，在BMI<24 kg/m2的患者中，200 mAs能夠滿足頭頸部雙低劑量掃描的診斷需求。本研究中，A組圖像評分為4分的10例患者中，8例BMI>23 kg/m2，提示，對于BMI越大的患者(<24 kg/m2)可適當(dāng)增加管電流的大小，以使圖像更好地滿足診斷需求。

3組患者的CTDIvol、DLP的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，A、B組CTDIvol、DLP較C組分別約降低1/5和1/3，說明隨著管電流的增強，輻射劑量相應(yīng)增加。從既能降低輻射劑量又能滿足臨床診斷需求的角度，我們建議在非迭代重建條件下，BMI<24 kg/m2的患者行100 kVp、碘克沙醇(270 mg I/mL)頭頸部CTA檢查合理的管電流范圍是200～250 mAs。本研究A組患者中體重過輕(BMI<18.5 kg/m2)者(5/43)的圖像質(zhì)量評分均為5分，因此，建議BMI<18.5 kg/m2者可采用更低的管電流。

迭代重建(iterative reconstruction,IR)現(xiàn)已被證實是一種較濾波反投影(filtered back projection,FBP)更能有效降低圖像噪聲的方法[12,13]，近兩年已經(jīng)成為新裝機高端CT設(shè)備的標配。但是與FBP相比，IR對計算機硬件要求較高，對已有CT設(shè)備進行更新?lián)Q代需要高額的費用，導(dǎo)致很多基層醫(yī)院沒有對CT設(shè)備進行升級。因此，本研究對于基層醫(yī)院進行頭頸部雙低劑量CTA掃描有一定的意義。

本研究的不足之處是針對BMI<24 kg/m2的人群進行研究，因此，適用范圍受到一定的限制；另外，本研究B、C兩組樣本量偏小，患者間的個體差異可能造成數(shù)據(jù)存在一定偏差，而影響分析結(jié)果，仍需擴大樣本量來證實本研究的結(jié)論。

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Objective:Under the circumstance of non iterative reconstruction algorithm techniques,to evaluate the range of tube current which can not only satisfy the diagnostic image quality but also achieve the lowest possible radiation dose in low tube voltage (100kVp) and low concentration contrast media (270mg I/mL) head and neck CT angiography (CTA) of patient′s BMI<24kg/m2.Methods:61 patients were divided into three groups:In group A,tube current 200mA was used,n=43;group B,250mA,n=10;group C,310mA,n=8.The CT value,artery noise,signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) of the three groups were measured in the aortic arch,carotid artery bifurcation and middle cerebral artery.Moreover,the subjective image quality of all the three groups were also respectively evaluated and compared.Results:There were no significant statistic differences in age and BMI among the three groups (P>0.05).There were no significant statistic differences in CT value,artery noise,SNR and CNR among the three groups (P>0.05).There was no significant statistic differences in subjective image quality score among the three groups (P>0.05).Conclusion:On the condition of non iterative reconstruction,the range of tube current between 200mA to 250mA can not only satisfy the diagnostic image quality but also achieve the lowest possible radiation dose in 100kVp and 270mg I/mL head and neck CTA of patients' BMI<24kg/m2.

Cerebral artery； Carotid artery； Angiography; Tomography,X-ray computed; Contrast medium; Radiation dose

261041 山東，濰坊市中醫(yī)院影像中心(李明志、武希慶、馮坤、牛慶亮)；261041 山東，濰坊市人民醫(yī)院超聲科(于艷妮)

李明志(1986-)，男，山東濰坊人，住院醫(yī)師，主要從事CT影像診斷工作。

牛慶亮，E-mail:qingliangniu@126.com

R814.42; R543.4

A

1000-0313(2015)10-0989-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.10.004

2015-08-05

2015-08-31)

An exploration about the choice of tube current range in low tube voltage and low concentration contrast media head and neck CT angiography on the condition of non iterative reconstruction algorithm LI Ming-zhi,YU Yan-ni,WU Xi-qing,et al.Imaging Center of Weifang Traditional Chinese Hospital,Shandong 261041，P.R.China