能譜CT多參數(shù)評(píng)估5種濃度碘對(duì)比劑對(duì)胸主動(dòng)脈增強(qiáng)效能的研究

王婷婷 曹 鋒 王裴培 陳玉蘭 王傳彬 吳瑤媛 董江寧*

近年來，能譜CT掃描在全身血管成像中應(yīng)用廣泛。既往研究表明，在常規(guī)增強(qiáng)CT掃描中，通過規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化不同濃度碘對(duì)比劑注射方案，即將碘注射率(Iodine delivery rate，IDR，g I/s)和碘總量(mg I/kg)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行個(gè)體化對(duì)比劑劑量方案時(shí)，圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。而在相關(guān)能譜CT掃描等相關(guān)研究方面，也多在低濃度、低劑量對(duì)比劑的使用方案中能獲得優(yōu)異的血管圖像質(zhì)量等研究。本研究旨在通過利用能譜多參數(shù)及定量分析的方法，驗(yàn)證5種不同濃度碘對(duì)比劑在胸主動(dòng)脈增強(qiáng)效能方面的研究，進(jìn)一步通過定量的分析方法比較不同品種對(duì)比劑在胸部血管中能否達(dá)到相同增強(qiáng)效能及獲得優(yōu)異的圖像質(zhì)量，為不同品種對(duì)比劑應(yīng)用提供更多選擇方案。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年1月至2019年3月在安徽省腫瘤醫(yī)院就診的150例行胸部CT增強(qiáng)掃描患者，其中男性86例，女性64例；年齡28～74歲，平均年齡(45.6±7.2)歲。采用數(shù)表法將其隨機(jī)分為5組，每組30例，5組胸部CT增強(qiáng)掃描患者采用5種不同的碘對(duì)比劑濃度，分別為270 mg I/ml(270組)、300 mg I/ml(300組)、320 mg I/ml(320組)、350 mg I/ml(350組)和370 mg I/ml(370組)。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)18.5～24.9 kg/m2；②需行胸部CT增強(qiáng)掃描患者；③無心肺功能不全。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①心肺功能不全、循環(huán)功能障礙以及其他影響胸部血管循環(huán)的疾??；②對(duì)碘對(duì)比劑過敏。

1.3 儀器設(shè)備

采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT機(jī)(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

(1)采用Discovery CT 750 HD型寶石能譜CT機(jī)對(duì)所有患者進(jìn)行掃描前，訓(xùn)練患者呼吸運(yùn)動(dòng)，掃描范圍從胸廓入口至兩側(cè)肋膈角下緣水平。采用寶石能譜CT成像(gemstone spectral imaging，GSI)掃描模式進(jìn)行胸部平掃及雙期動(dòng)態(tài)增強(qiáng)，管電壓為120 kV，管電流為375 mA，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.7 s，螺距為1.375∶1，視野為50 cm×50 cm，層厚為5.0 mm，重建間隔為5.0 mm，重建算法采用標(biāo)準(zhǔn)軟組織算法。

(2)雙筒高壓注射器經(jīng)外周靜脈團(tuán)注對(duì)比劑，根據(jù)公式碘注射率=(對(duì)比劑濃度)×對(duì)比劑注射速率；碘總量=(對(duì)比劑濃度)×對(duì)比劑劑量。5組的注射速率及總劑量分別為：270組(碘克沙醇)4.1 ml/s，1.6 ml/kg；300組(碘海醇)3.6 ml/s，1.4 ml/kg；320組(碘克沙醇)3.4 ml/s，1.3 ml/kg；350組(碘佛醇)3.1 ml/s，1.2 ml/kg；370組(碘普羅胺)3.0 ml/s，1.1 ml/kg，注射前將對(duì)比劑預(yù)熱至37 ℃。應(yīng)用智能追蹤技術(shù)(Smart prep)，將氣管隆突下水平胸主動(dòng)脈作為興趣區(qū)，觸發(fā)閾值為120 HU，達(dá)到閾值后即刻動(dòng)脈期掃描；動(dòng)脈期掃描結(jié)束后延遲30 s靜脈期掃描。

1.5 圖像處理及數(shù)據(jù)分析

掃描結(jié)束后，自動(dòng)重建層厚和間隔均為1.25 mm的原始圖像，將數(shù)據(jù)傳至AW4.6工作站，利用GSI Viewer軟件進(jìn)行后處理，重建出70 keV的單能量圖像，測量氣管隆突下緣水平胸主動(dòng)脈CT值(CT胸主動(dòng)脈)，同層面豎脊肌CT值(CT豎脊肌)、同層皮下脂肪的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)覆蓋胸主動(dòng)脈血管斷面面積的1/2～2/3，同時(shí)避開血管壁及鈣化區(qū)。上述所有數(shù)據(jù)均測量3次，取平均值作為最終結(jié)果，計(jì)算對(duì)比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)值和信噪比(signal noise ratio，SNR)值。

CNR=(CT胸主動(dòng)脈-CT豎脊肌)÷SD；SNR=CT胸主動(dòng)脈＋SD。測量并記錄有效原子序數(shù)、碘基值及水基值，同時(shí)記錄40 keV和110 keV的CT胸主動(dòng)脈值，并計(jì)算出能譜增強(qiáng)曲線斜率。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理數(shù)據(jù)。經(jīng)檢驗(yàn)計(jì)量資料均符合正態(tài)分布和方差齊性，數(shù)據(jù)采用()表示。CT胸主動(dòng)脈值、CNR、SNR、能譜增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值和水基值采用LSD-t檢驗(yàn)進(jìn)行兩兩比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 五種不同碘濃度對(duì)比劑組間胸主動(dòng)脈CT值、CNR及SNR值的比較

使用不同計(jì)量對(duì)比劑的5組患者CT胸主動(dòng)脈值、CNR和SNR均服從正態(tài)分布，組間進(jìn)行兩兩比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.652，F(xiàn)=0.988，F(xiàn)=0.143；P＞0.05)，見表1。

表1 五種不同碘濃度對(duì)比劑組間CT值、CNR及SNR值的比較()

表1 五種不同碘濃度對(duì)比劑組間CT值、CNR及SNR值的比較()

注：表中CNR為對(duì)比噪聲比；SNR為信噪比

2.2 五組間能譜曲線增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值比較

使用不同計(jì)量對(duì)比劑的5組患者間，能譜增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值差異性均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.544，F(xiàn)=1.224，F(xiàn)=0.710，F(xiàn)=0.589；P＞0.05)，見表2。

3 討論

隨著能譜CT的快速發(fā)展，有越來越多的研究表明，能譜CT掃描技術(shù)除了結(jié)合低濃度或低劑量對(duì)比劑能獲得優(yōu)異的圖像質(zhì)量[1]之外，還可獲得較多的定量信息，以綜合評(píng)價(jià)胸主動(dòng)脈血管增強(qiáng)效能。既往研究中，對(duì)比劑使用種類繁多、濃度不固定，盡管臨床實(shí)際工作中可以通過調(diào)整對(duì)比劑的注射速率和對(duì)比劑的濃度達(dá)到胸主動(dòng)脈血管強(qiáng)化程度相對(duì)滿意的增強(qiáng)效果，但是造影劑的應(yīng)用尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2-3]。

表2 五組間能譜曲線斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值比較()

表2 五組間能譜曲線斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值比較()

本研究旨在通過對(duì)5種不同碘濃度對(duì)比劑進(jìn)行個(gè)體化對(duì)比劑應(yīng)用方案，即碘注射率為1.2 g I/s和碘總量為420 m I/kg的條件下，通過比較5種不同濃度造影劑在應(yīng)用能譜增強(qiáng)CT掃描條件時(shí)，動(dòng)脈期胸主動(dòng)脈血管CT值、CNR、SNR、能譜增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值以及水基值等能譜參數(shù)差異是否存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，探討不同碘濃度對(duì)比劑能否在胸部血管增強(qiáng)方面達(dá)到相似的增強(qiáng)效能，為不同品種對(duì)比劑的選擇應(yīng)用提供參考依據(jù)。

眾所周知，碘作為CT對(duì)比增強(qiáng)的主要成分，能譜碘基物質(zhì)圖能夠客觀、直接的反映對(duì)比增強(qiáng)后被檢組織的真實(shí)碘含量，相對(duì)于CT增強(qiáng)掃描強(qiáng)化程度而言，碘濃度含量是增強(qiáng)后組織對(duì)碘對(duì)比劑攝取的直接量化反應(yīng)。而能譜CT是近年來應(yīng)用于臨床的一種新技術(shù)，是具有多參數(shù)、定量分析的新型成像模式，其在雙能量掃描條件下實(shí)現(xiàn)的CT功能成像技術(shù)，可瞬時(shí)完成高低能量切換，在40～140 keV范圍內(nèi)形成單能量圖像重建，對(duì)血管與周圍組織進(jìn)行有效顯示[4-6]。

由于70 keV單能圖像的CT值最接近120 kVp混合能量CT圖像，因此本研究在70 keV單能圖像上進(jìn)行相關(guān)能譜參數(shù)的測量和統(tǒng)計(jì)分析[7]。本研究測量氣管隆突水平胸主動(dòng)脈管腔CT值、同層面豎脊肌CT值以及同層面皮下脂肪SD，并記錄相關(guān)能譜參數(shù)。經(jīng)記錄并計(jì)算得到胸主動(dòng)脈管腔內(nèi)CT值、CNR及SNR，通過統(tǒng)計(jì)分析得出5組間CT值、CNR及SNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這表明在相同碘注射率及碘總量條件下，能譜增強(qiáng)CT掃描與常規(guī)增強(qiáng)CT掃描在評(píng)價(jià)血管增強(qiáng)效能方面一致，即獲得相似的血管增強(qiáng)效果及圖像質(zhì)量，這與曹鋒等[8]研究結(jié)果一致。

同時(shí)，本研究比較了5組間能譜增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值等能譜參數(shù)值，且差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中能譜曲線是物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的衰減(CT值)隨X射線能量變化的曲線，不同成分的物質(zhì)，其衰減曲線斜率會(huì)存在差異，而斜率相近，表明兩者之間具有同源性，即表明本研究中5種不同濃度對(duì)比劑在標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用方案時(shí)具有相似的血管增強(qiáng)效能[9]；而有效原子序數(shù)是能譜成像中對(duì)無機(jī)物精確分析的重要方法[10]。本研究中5組間有效原子序數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明5組間不同對(duì)比劑對(duì)X射線衰減無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。本研究中，碘基值及水基值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中，碘基物質(zhì)圖是通過注射含碘對(duì)比劑后，利用物質(zhì)分離的功能定量測量不同組織區(qū)域內(nèi)含碘濃度值，即表明在標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比應(yīng)用方案前提下，5組間胸主動(dòng)脈血管管腔內(nèi)含碘量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，同時(shí)血管腔內(nèi)含水量差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[11]。

本研究不足之處為：未在每個(gè)病例圖像最佳單能量條件下進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測定及比較，而僅進(jìn)行了胸主動(dòng)脈血管能譜增強(qiáng)效能比較，未進(jìn)行相關(guān)胸部細(xì)小血管增強(qiáng)效能比較，且未對(duì)實(shí)質(zhì)臟器進(jìn)行增強(qiáng)效能研究。

4 結(jié)論

本研究通過標(biāo)準(zhǔn)化碘對(duì)比劑應(yīng)用方案，采用能譜CT掃描時(shí)，除進(jìn)行比較常規(guī)增強(qiáng)CT掃描血管增強(qiáng)效能的評(píng)價(jià)指標(biāo)CT值、CNR和SNR以外，還進(jìn)一步比較了能譜相關(guān)參數(shù)，即能譜增強(qiáng)斜率、有效原子序數(shù)、碘基值及水基值等能譜定量參數(shù)，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其結(jié)果表明，不同濃度造影劑在相同碘注射率與碘總量條件下，均能夠獲得相似的增強(qiáng)效果，為臨床提供更為精準(zhǔn)和直接的血管增強(qiáng)效能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以及為臨床靈活選擇使用不同品種對(duì)比劑提供參考依據(jù)。