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,下肢動脈栓塞性疾病的發(fā)病率越來越高[1]。下肢動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,必須進行完整的影像學(xué)評估。數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)具有高空間和時間分辨率的特點。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)為是診斷下肢動脈栓塞病變的“金標(biāo)準(zhǔn)”[2]。計算機斷層成像血管造影(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,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]。已有許多下肢動脈掃描方案運用了多種方式的低劑量掃描[6-8]。本研究旨在評估采用低管電壓、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)的超低劑量下肢動脈CTA掃描策略的應(yīng)用價值。
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脈狹窄患者80例,均行下肢動脈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;估計腎小球濾過率>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)院倫理委員會批準(zhǔn)(倫理號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)上進行,仰臥位、頭先進。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沖刷。采用care bolus掃描方案,即造影劑注射開始后10 s,在主動脈的腎動脈起源水平進行第1次參考掃描,并每秒重復(fù)1次,直至主動脈出現(xiàn)150 HU的增強,延時8 s后啟動掃描,掃描范圍從雙腎動脈水平至足底。
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,分別在腹主動脈與髂總動脈分叉、股總動脈與股深動脈分叉、脛腓干及踝關(guān)節(jié)水平脛前動脈或脛后動脈的血管中心區(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,則測量其鄰近血管替代;同時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時應(yīng)選取密度均勻區(qū)域,同時避開硬化偽影、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,測其鄰近血管代替。按下列公式計算圖像的信號噪聲比(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置于腹主動脈與髂總動脈分叉處,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放置于股總動脈及股深動脈分叉水平,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 主觀評分 為評估診斷性能,每位患者的下肢血管分為4個血管區(qū)域(腹主動脈-髂動脈、股-腘動脈、腘下動脈和足動脈)。由兩位副主任醫(yī)師級別血管影像專家根據(jù)橫斷位和曲面重建(curved planar reconstruction, CPR)圖像獨立評估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分法進行評估,意見不一致時取兩位副主任醫(yī)師級別血管影像專家進行評估的平均分(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)。
2.1 客觀圖像質(zhì)量 超低劑量組中各個血管測量區(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:計算機斷層成像血管造影;MIP:最大密度投影;FBP:濾波反投影;CTDIvol:容積計算機體層成像劑量指數(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 圖像主觀評分 超低劑量組的圖像評分與標(biāo)準(zhǔn)化組比較,差別無統(tǒng)計學(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)量評分比較
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]評估了在下肢動脈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。其中一項前瞻性的隨機性研究[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,患者接受的電離輻射和圖像質(zhì)量的差異,證實了將管電壓從120 kV降至80 kV,可以顯著降低CTDIvol(約61%),同時對于圖像質(zhì)量的影響較小。DUAN等[11]和PARK等[12]的研究均證實,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,當(dāng)使用70 kV的管電壓進行掃描,盡管采用高級建模迭代重建(advanced modelled iterative reconstruction, ADMIRE)的算法進行圖像重建,但下肢動脈CTA的主觀圖像評分仍較低,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行調(diào)節(jié),降低實時管電流,以達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]。但實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),使用ATCM模式時,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,圖像的SNR和CNR會出現(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)進行迭代計算,從而達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,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% 進行調(diào)節(jié),權(quán)重值越高降噪能力越強(100%權(quán)重可以得到最強的降低噪聲能力)。但在實際臨床應(yīng)用中,ASiR-V權(quán)重值過高則會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,反而會降低主觀圖像質(zhì)量。另一項針對布-加綜合征患者門靜脈、肝靜脈及下腔靜脈的評估中[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,重建所需時間也越長[22]。因此,本研究的超低劑量組運用了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)量的主觀評分除超低劑量組腘下動脈節(jié)段高于標(biāo)準(zhǔn)化組外,差別無統(tǒng)計學(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]。可見相同kV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小血管的顯示可能欠佳,使得圖像質(zhì)量無法達到診斷需求,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)用同時可以減少造影的碘負荷。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)果進行比較,也未對診斷準(zhǔn)確率進行研究。(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,擴大納入標(biāo)準(zhǔn),計劃將25 kg/m2