侯平，劉杰，蔣耀軍，高劍波，石明國

1. 鄭州大學第一附屬醫(yī)院 放射科，河南 鄭州 450052；2. 第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 710032

超低劑量對比劑主動脈CTA檢查聯(lián)合單能量成像和ASIR技術(shù)的可行性

侯平1，劉杰1，蔣耀軍1，高劍波1，石明國2

1. 鄭州大學第一附屬醫(yī)院 放射科，河南 鄭州 450052；2. 第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 710032

目的與常規(guī)掃描相比，評價超低劑量對比劑主動脈CT成像中聯(lián)合應(yīng)用能譜單能量成像和自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)（ASIR）對于血管強化程度及圖像質(zhì)量的影響。方法收集2014年6月至2015年4月因懷疑主動脈夾層于我院行能譜CT掃描的62例患者，按先后順序依照完全隨機設(shè)計法編號，根據(jù)隨機表隨機分為實驗組和對照組：實驗組（31例）為超低劑量對比劑能譜掃描組，對比劑用量為0.4 mL/kg，注射速率為對比劑總量/(曝光時間+延遲時間)，重建圖像A組（55 keV+50%ASIR組）和B組（70 keV+FBP組）；對照組（31例）為常規(guī)劑量對比劑120 kVp掃描組，對比劑用量為70 mL，注射流率為5 mL/s，重建圖像C組（120 KVp+FBP組）。測量三組主動脈及其各分支血管CT值，計算其對比噪聲比（CNR），并分別記錄實驗組和對照組對比劑劑量及注射流率，采用單因素方差分析聯(lián)合Bonferroni法進行差異性比較。采用Kruskal-Wallis檢驗三組圖像質(zhì)量主觀評分進行比較分析。結(jié)果A、B、C組主動脈各分支CNR：升主動脈CNR分別為（18.1±5.8）、（12.1±4.0）和（13.2±1.8），降主動脈CNR分別為（18.3±5.8）、（12.2±3.8）和（12.3±1.8），腹腔干CNR分別為（16.8±4.7）、（11.5±3.7）和（12.4±2.1），腎動脈CNR分別為（17.2±4.7）、（11.6±3.2）和（12.5±1.9），差異均有統(tǒng)計學意義（P值均＜0.05）；A、B、C組主動脈各分支CT值：升主動脈CT值分別為（358±69）、（213±91）和（374±34）HU，降主動脈CT值分別為（361±64）、（216±37）和（353±30）HU，腹腔干CT值分別為（336±55）、（205±34）和（354±36）HU，腎動脈CT值分別為（333±54）、（201±34）和（356±54）HU，兩兩比較A 組與B組，B組與C組差異有統(tǒng)計學意義（P值均＜0.05），A組與C組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。對照組C組每例患者對比劑用量為70mL，實驗組每例患者人均對比劑用量為（28.6±4.5）mL，比較差異有統(tǒng)計學意義（P=0.000）。對照組注射流率為5.0 mL/s，實驗組注射流率為（2.4±0.3）mL/s，比較差異有統(tǒng)計學意義（P=0.000）。結(jié)論能譜CT單能量成像聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)（ASIR）在主動脈能譜CT超低劑量對比劑成像中是可行的，與常規(guī)成像方案相比，對比劑用量降低了約60%，且圖像質(zhì)量得到了適當?shù)奶岣摺?/p>

主動脈；X線計算機；體層攝影術(shù)；造影劑

多排螺旋CT主動脈成像在臨床上應(yīng)用廣泛，具有掃描速度快以及更薄的重建厚度，使主動脈CT血管成像（CT Angiography，CTA）變得更簡單、快捷。對于主動脈病變而言，高流率、大劑量注射對比劑會帶來滲漏風險及對比劑不良反應(yīng)：如對比劑腎?。–ontrast-Induced Nephropathy，CIN）等。因此，在不影響圖像質(zhì)量的前提下盡量減少對比劑用量已成為亟待解決的難點。

CT能譜成像通過高、低電壓（140、80 kVp）瞬時切換技術(shù)并結(jié)合其能譜成像瀏覽器可產(chǎn)生40～140 keV共101個連續(xù)的單能量圖像。低單能量水平成像可以提高碘匯聚能力使目標血管CT值得到增加，使進一步研究低劑量對比劑CTA成像成為可能，但低能量水平增加了圖像噪聲[1]。自適應(yīng)性統(tǒng)計迭代（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）重建技術(shù)理論上可降低低能量水平圖像的噪聲，提升圖像質(zhì)量[2]。本研究旨在探討超低劑量對比劑主動脈CT成像中聯(lián)合應(yīng)用能譜單能量成像和自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)（ASIR）對于血管強化程度及圖像質(zhì)量的影響，并與常規(guī)掃描進行比較。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集我院2014年6月至2015年4月，需行主動脈能譜CT掃描的62例患者，嚴重的心、腎功能不全患者排除在外。其中男46例，女16例，平均年齡（52±13）歲；平均體質(zhì)量指數(shù)（25.1±2.3）kg/m2。按先后順序依照完全隨機設(shè)計法編號，根據(jù)隨機表隨機分為實驗組和對照組，每組31例。本研究經(jīng)本院倫理委員會審批同意，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 參數(shù)與方法

所有患者均采用GE HealthCare Discovery CT掃描儀，自主動脈弓上2 cm至恥骨聯(lián)合上緣掃描。實驗組采用能譜成像技術(shù)掃描，管電壓為140和80 kVp的瞬時（0.5 ms）切換，管電流為360 mA，CTDIvol=7.40 mGy；對照組采用常規(guī)掃描，管電壓120 kVp。余掃描參數(shù)相同：螺距1.375：1，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5 s/周，探測器寬度4 cm；掃描層厚5 mm，層間隔5 mm。圖像重建均采用標準算法，重建層厚1.25 mm，層間隔1.25 mm。其中實驗組重建55 keV+50%ASIR的圖像為A組，70 keV+FBP 圖像為B組，對照組重建120 kVp+FBP圖像為C組；采用雙筒高壓注射器經(jīng)肘靜脈團注對比劑歐乃派克350 mg/mL，均采用對比劑智能自動追蹤技術(shù)，監(jiān)測層為主動脈弓層面，實驗組CT閾值達到50 HU時自動觸發(fā)掃描，對照組CT閾值達到100 HU時自動觸發(fā)掃描。

注射方案：實驗組（A組和B組），對比劑注射采用個體化注射方案，采用公式計算對比劑用量=體質(zhì)量（kg）×λ，λ為注射對比劑比例（mL/kg），其中λ為0.4 mL/kg（含碘140 mg/kg）。注射流率=對比劑用量/（曝光時間+延遲時間）。隨即用同樣的速度注射生理鹽水30 mL。對照組A組：對比劑總量為70 mL，注射流率為5 mL/s，隨即用同樣的速度注射生理鹽水50 mL。

1.3 圖像后處理與分析

（1）圖像客觀評價：由一名有5年放射診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在美國GE HealthCare ADW4.6工作站進行圖像分析及測量。測量所有組CT圖像中升主動脈、降主動脈、腹腔干、腎動脈CT值，同時測量背部肌肉CT值以及標準差值，計算對比噪聲比，其中CT血管表示血管的CT值，CT肌肉表示背部肌肉的CT值，SD背景表示背部肌肉CT值的標準差。不同患者間相同解剖測量點位置、大小盡量一致，對于主動脈夾層患者，將感興趣區(qū)ROI放置于真腔內(nèi)。

（2）圖像主觀評價：由2名副主任醫(yī)師以上職稱的放射科醫(yī)師盲法下進行獨立閱片，對圖像質(zhì)量進行主觀評價。依據(jù)腎動脈分支的質(zhì)量評分標準對圖像質(zhì)量進行評價，腎動脈1級分支為主干；2級分支為前后支；3級分支為段支動脈；4級分支為段支以下的細小分支。動脈能夠清晰顯示段支動脈及細小分支，血管邊緣光滑為圖像質(zhì)量優(yōu)秀；動脈能夠較為清晰顯示腎動脈前后分支，但血管邊緣欠光滑為良好；動脈能夠清晰顯示左、右腎動脈主干，血管邊緣模糊為一般。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS17.0軟件，對實驗組及對照組患者年齡、體重、BMI、對比劑注射流率和劑量及CT劑量指數(shù)（CTDIvol）比較采用獨立樣本t檢驗，主動脈及主要分支血管CT值及CNR進行單因素方差分析聯(lián)合Bonferroni法進行比較，主觀評價結(jié)果采用Kruskal-Wallis檢驗比較評分差異。采用Kappa檢驗評價2名醫(yī)師評分的一致性，Kappa值＜0.40為一致性差，Kappa值為0.40～0.75為一致性中等，Kappa值＞0.75為一致性好。P＜0.05為差異性有統(tǒng)計學意義。

表1 2組行主動脈CTA檢查患者基本狀況比較

表2 3組行主動脈CTA檢查患者各部位CT值結(jié)果比較

表3 3組行主動脈CTA檢查患者各部位CNR值結(jié)果比較

2 結(jié)果

2.1 兩組患者一般資料和對比劑注射方案的比較

2組患者年齡、體重及BMI差異無統(tǒng)計學意義，故2組資料間具有可比性（表1）。實驗組對比劑注射流率、對比劑總量和CT劑量指數(shù)（CTDIvol）均低于對照組，其差異均有統(tǒng)計學意義（P=0.000）。

2.2 圖像質(zhì)量

2.2.1 客觀評價

3組主動脈各血管及分支血管CT值，A組和C組的主動脈強化值相當，均高于B組，兩兩比較A 組與B組，B組與C組差異有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05），A組與C組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）（表2）；3組主動脈各分支CNR值，A組高于B組和C組，兩兩比較A組與B組、A組與C組差異有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05），B組與C組差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）（表3）。

2.2.2 主觀評價

圖像質(zhì)量為優(yōu)秀、良好和一般者，實驗組A組患者分別為23/31(75%)、7/31（22.5%）和1/31（2.5%）例，常規(guī)組C組分別為25/31（81%）、5/31（16%）和1/31（3%）例，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.479）。2名醫(yī)師評價結(jié)果一致性較好（Kappa值為0.674，P＜0.05）。實驗組患者圖像質(zhì)量可以滿足診斷需要，可清晰顯示主動脈夾層破口的位置及大?。▓D1）。

圖1 實驗組A組同一患者，VR及MPR重建顯示主動脈夾層術(shù)后支架情況

3 討論

CTA是臨床診斷主動脈疾病的主要檢查方法。隨著碘對比劑應(yīng)用的增多，對比劑不良反應(yīng)：如對比劑腎病的問題也引起關(guān)注，對比劑腎病的發(fā)生可能與碘對比劑的高滲透壓、對腎小管內(nèi)皮的毒性以及對對比劑本身的黏度等有關(guān)[3]。預(yù)防對比劑腎病的關(guān)鍵因素是限制對比劑濃度、劑量及注射速度，但主動脈血管成像時為了得到高質(zhì)量的圖像必須使用高濃度大劑量的對比劑來維持血管內(nèi)碘劑的濃度，與減少對CIN發(fā)生率的因素相悖。這一矛盾亟待解決。

能譜CT可在0.5 ms內(nèi)瞬時完成高低能量切換，重建出40～140共101個單能量keV圖像。能譜CT通過雙能量成像獲得的基物質(zhì)密度數(shù)據(jù)來演算出不同能量水平下的單能量圖像，能有效的減除硬化偽影，獲得準確的CT值，改善圖像質(zhì)量和病灶檢出[4]。單能量圖像在不同能量水平下具有不同的特征，高能量水平圖像硬化偽影減少，但組織對比劑減弱；低能量水平圖像組織對比增強，但噪聲增高。常規(guī)混合能量CT為了獲得更好的CTA圖像，需通過增加對比劑濃度、劑量或采用特定的高管電壓掃描條件實現(xiàn)，而能譜CT低keV管電壓可以明顯提高血管和周圍組織的對比，可使降低主動脈對比劑劑量成為可能。有研究表明，CTA檢查管腔內(nèi)CT值高于250～350 HU即可滿足診斷[5]。本研究中實驗組采用超低劑量對比劑（降低約60%劑量）能譜掃描，A組重建55 keV單能量水平圖像，主動脈各分支血管CT值與常規(guī)劑量120 kVp組CT值相當，均在300～430 HU之間，完全可以滿足診斷要求，與劉義軍[6]等的研究結(jié)果一致。雖然低能量水平圖像組織對比增強，但噪聲增高。ASIR技術(shù)使圖像噪聲降低。隨著ASIR權(quán)重增加，圖像噪聲水平不斷下降，在胸部、腹部掃描中，ASIR權(quán)重設(shè)置在50%時，圖像質(zhì)量無明顯降低[7]。本研究中實驗A組55 keV單能量圖像聯(lián)合50%ASIR迭代重建，其主動脈CNR較對照組C組高，實驗B組70 keV單能量圖像與對照組C組CNR值相當，可見單能量值聯(lián)合ASIR重建可適當提高圖像對比度。

碘對比劑帶來的不良反應(yīng)主要為對比劑腎病、全身過敏反應(yīng)及血管外滲等[3]，不良反應(yīng)的發(fā)生與對比劑劑量、注射流率等因素相關(guān)。一方面，加快注射速率，能提高主動脈強化峰值，與降低管電壓效果相似，然而注射流率過高時，尤其是對于外周靜脈血管較差及長期化療的癌癥患者，不僅對比劑局部外滲和血管壁破裂風險加大，還會加重患者腎臟負擔，增大誘發(fā)對比劑腎病風險[8]。因此，在CT增強成像時，適當?shù)販p少對比劑用量以減少對比劑腎病的發(fā)生率變得尤為重要，同時也降低了CT檢查的成本。付傳明等[9]于主動脈CTA檢查中注射60 mL對比劑+40 mL生理鹽水，圖像質(zhì)量與應(yīng)用80 mL對比劑無差異。劉杰等[10]應(yīng)用非線性融合技術(shù)，使用0.5 mL/kg對比劑劑量，主動脈CTA圖像質(zhì)量可明顯得到提高。本研究中實驗組采用個性化對比劑注射方案，減少了約60%對比劑用量及注射流率，同時圖像質(zhì)量可以滿足臨床診斷需要。

本研究的局限性在于，對于單能量水平的選擇只采用了55 keV，并非是最佳單能量水平，且采用ASIR重建權(quán)重設(shè)置只有50%，未對其他權(quán)重系數(shù)進行研究，有待進一步的研究。

綜上所述，能譜CT單能量成像聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建技術(shù)（ASIR）在主動脈能譜CT超低劑量對比劑成像中是可行的，與常規(guī)成像方案相比，對比劑用量降低了約60%，在獲得相當增強效果的同時圖像質(zhì)量得到了適當?shù)奶岣摺?/p>

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Study on the Feasibility of Application of Aortic CT Angiography with Ultra-Low Volume Contrast Medium in Optimal Monochromatic Images of Spectral CT with ASIR Reconstruction

HOU Ping1， LIU Jie1，JIANG Yao-jun1，GAO Jian-bo1， SHI Ming-guo2
1. Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450052, China; 2. Xijing Hospital, the Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China

ObjectiveTo evaluate the vascular enhancement and image quality of ultra-low volume contrast medium at aortic CT angiography by using monochromatic images of spectral CT with ASIR reconstruction, in compared with conventional 120 kvp scan with 70 mL contrast medium.MethodsAltogether 62 patients who underwent aorta CTA examination on a spectral CT scanner were evenly and randomLy divided into 2 groups: Experiment Group and Control Group. Experiment Group was scanned by using GSI mode with contrast agent volume of 0.4 mL/kg and injection rate calculated as volume / (delay time + exposure time). After the examination, images using 55 keV (with 50%ASIR) and 70 keV (with filtered back projection, FBP) were reconstructed. Those two sets of images were regarded as Group A and B. Control Group was scanned by using 120 kVp with contrast agent volume of 70 mL and 5 mL/s injection rate. The obtained images using filtered back projection (FBP) were regarded as Group C. CT values and CNR of aorta and its branches were obtained and compared. Results were statistically analyzed by single-factor analysis of variance and Bonferroni correction among three groups. The subjective rating score among the three groups was compared by usingKruskal-WallisHtest.ResultsCNR values obtained in Group A, B and C were (18.1±5.8)vs(12.1±4.0)vs(13.2±1.8) in ascending aorta; (18.3±5.8)vs(12.1±3.8)vs(12.3±1.8) in descending aorta; (16.8±4.4)vs(11.5±3.7)vs(12.4±2.1) in celiac trunk; (17.2±4.7)vs(11.6±3.2)vs(12.5±1.9) in renal arteries, with signifcant differences among the three groups (Pvalues＜0.05). CT values for aorta and its branches were [(358±69), (213±91) and (374±34) HU in ascending aorta; (361±64), (216±37) and (353±30) HU in descending aorta; (336±55), (205±34) and (354±36) HU in celiac trunk; (333±54), (201±34) and (356±54) HU in renal arteries for Group A, B and C respectively, with signifcant differences among the three groups (P=0.00) and between Group A and B, Group B and C (P=0.00). There was no signifcant difference between Group A and C (P＞0.05). The amount of contrast agent for each patient in Experiment Group was (28.8±4.4) mL, while that in Control Group was 70 mL. There were signifcant differences of the contrast medium volume between the two groups (F=537.09,P=0.00). And the contrast injection fow rate for each patient in Control Group and Experiment Group was 5.0 mL/s and (2.4±0.3) mL/s, respectively, with significant differences between the groups (P=0.000).ConclusionMonochromatic images of 55 keV with 50% ASIR in spectral aortic CTA using ultra-low volume contrast medium was feasible. Compared with conventional 120 kVp scan, it could signifcantly reduce the amount of contrast agent and injection rate by 60% with improved image quality.

aorta; X-ray computer; computerized tomography; contrast agent

R816.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.007

1674-1633(2016)07-0022-04

2015-12-28

石明國，教授。

通訊作者郵箱：smg2002@163.com