目前,主动脉CT血管造影(CTA)检查已成为诊断主动脉疾病的首选检查方法之一。评价主动脉是否有病变必须依靠对比剂,大量使用对比剂或对比剂碘量使用不合理,有可能导致对比剂潜在风险大大增加^[1]。另外,主动脉CTA扫描范围大,辐射致癌风险已引起公众广泛关注。因此,合理使用对比剂、设定优化的扫描参数成为当今CT临床应用研究的主要目标之一。本研究旨在探讨"双低"(低管电压与低对比剂碘量)技术在主动脉CTA检查中应用效果。

1.一般资料:选择2013年6月至2014年7月就诊于我院的临床疑诊为主动脉疾病患者70例,其中男性43例,女性27例,年龄35~81岁,平均54岁。排除标准:严重心率失常、高热、严重心、肺、肾功能不全、孕妇及对比剂碘过敏者;纳入标准:临床疑诊为主动脉病变患者。采用随机数字表法,将患者分为对照组和双低组,每组35例,两组的性别、年龄、体质量指数(BMI)差异均无统计学意义(P>0.05,表 1)。CT检查前均签知情同意书,并经医院伦理委员审查批准。

2.设备与检查方法:美国GE公司64排螺旋CT(Light speed VCT)。对照组:管电压120 kVp,双低组:管电压100 kVp,两组其他扫描参数相同,扫描机架旋转1周时间为0.6 s,准直器宽度0.625 mm×64,螺距1.375:1,噪声指数(NI)11.57,自动管电流调制(ATCM)技术,管电流选择50~500 mA,重建方法为滤波反投影法(filtered back projection,FBP),扫描范围自主动脉弓上1 cm至双侧髂动脉分叉水平以下。扫描延迟时间采用对比剂实时监控手动触发扫描,监测点置于气管分叉水平的降主动脉,触发感兴趣区60 mm²,注射对比剂后10 s开始监测,每2秒扫描一次,当阈值达到150 HU按下手动触发按钮,3 s后CTA扫描自动开始。对比剂注射方式:均采用双筒双流技术经右肘前静脉穿刺(20G套管针)以4 ml/s注射速率注射对比剂,对照组100 ml碘海醇 (350 mgI/ml),双低组1.0 ml/kg碘海醇(300 mgI/ml),对比剂注射完后以同样速率注射0.9%生理盐水40 ml。

3.记录内容:记录70例患者CTA扫描序列的CT容积剂量指数(CTDI_vol)和剂量长度乘积(DLP),有效剂量(E)的计算公式为E=DLP×k,单位是mSv,k为换算因子,根据国际放射防护委员会(ICRP)公布的标准,k为0.017。计算70例患者对比剂碘量,对照组:碘量(g)=对比剂用量(ml)×碘浓度(350 mgI/ml)/1 000,双低组:碘量(g)=对比剂用量(ml)×碘浓度(300 mgI/ml)/1 000。

4.图像后处理及评价:将采集的数据传输到A4.4工作站,在工作站进行测量及图像重组,图像重组采用容积再现技术(VRT)、最大密度投影(MIP)、多平面重组(MPR)。客观评价采用背景噪声、信噪比(signal to noise ratios,SNR)和对比噪声比(contrast to noise ratios,CNR)来评价。由1名副主任技师在轴位图像上分别测量并记录主动脉弓、第7胸椎水平处降主动脉、第4腰椎水平处腹主动脉、双侧髂动脉、肠系膜上动脉、双侧肾动脉起始部等处CT值;主动脉兴趣区(region of interest,ROI)大小设为60 mm²,分支血管ROI﹤20 mm²,测量时避开假腔、钙化、软斑块及支架区域。以第4腰椎水平处腹主动脉CT值的平均值作为信号值,第4腰椎水平处背侧脂肪CT值的平均值作为背景噪声,再以双侧腰大肌CT值的平均值作为对比信号值。SNR=信号值/背景噪声,CNR=(信号值-对比信号值)/背景噪声。

主观评价由2位副主任医师以双盲法对图像质量进行评价,采用5级评分法分析主动脉及分支血管的图像质量。标准:5分,血管显示很好,边界清晰锐利;4分,血管显示良好,边界较清楚,有轻微的噪声;3分,血管显示一般,可评价;2分,血管显示差,边缘不清;1分,血管无法显示。图像评价3~5分为符合诊断要求,1~2分为不符合诊断要求,检查失败。

5.统计学处理:使用SPSS 19.0软件进行统计分析。两组患者性别、年龄、BMI等指标以x±s形式表示。两组间图像主观评分比较采用非参数Mann-Whitney U检验。不同部位CT值、SNR、CNR、CTDI_vol、E的对比采用两独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

1.两组患者辐射剂量相关指标测量结果:见表 2。两组CTDI_vol、DLP、E的差异均有统计学意义(t=-15.279、-3.601、-3.597, P<0.05);双低组CTDI_vol降低了24.14%,E降低了19.66%。

2.两组患者图像质量的主观评价:均在3分以上,符合诊断要求(图 1A、1B),对照组中5分23例,4分8例,3分4例;双低组35例中5分24例,4分7例,3分4例。两组图像主观评分差异无统计学意义(t=-0.171,P=0.865)。

3.两组图像质量的客观评价:见表 3。两组在主动脉弓、第7胸椎水平处降主动脉、第4腰椎水平处腹主动脉、双侧髂动脉、肠系膜上动脉、双侧肾动脉起始部等处CT值均>300 HU(图 1C、1D ),差异无统计学意义(P>0.05);图像质量的SNR、CNR之间差异也无统计学意义(P>0.05),双低组图像噪声略高于对照组,但不影响临床诊断。

4.对比剂碘量比较:双低组平均每人对比剂碘量(20.03±3.08)g,对照组每人对比剂碘量(35.00±0.00)g,与对照组相比,双低组平均减少碘量约为42.77%,两组之间差异有统计学意义(t=-6.252,P＜0.05)。

医学影像技术的发展与更新导致CT越来越广泛被用于临床疾病的诊断及评估中。特别是后64排螺旋CT的使用,主动脉CTA因其能非侵袭性地显示主动脉结构及病变的优势^[2],已成为诊断主动脉病变的首选检查方法之一。在临床应用中,开展主动脉CTA检查医院,目前多数CT室都采用管电压120 kVp、固定管电流及使用高浓度和大剂量对比剂来获得高质量的图像,但增加患者存在潜在的辐射损伤和对比剂肾病(contrast-induced nephropathy,CIN)的风险^[1]。因此,如何在保证影像诊断质量的前提下,合理地降低患者辐射剂量及注入的碘量成为当前医学影像同道研究的热点。

低剂量CT扫描技术近年来得到迅速发展,目前,国内外文献报道降低辐射剂量研究主要有3个方面:扫描参数优化,计算机软件及硬件更新^[3]。计算机软硬件的更新同样存在临床应用层面的可行性研究;本研究并不仅限于管电压变量,管电流的设置采用ATCM技术。

X射线辐射剂量与管电压平方成正比关系,因此,降低管电压可有效减少患者辐射剂量。另外,从X射线特性可知,物质吸收系数是随管电压变化而改变的;CTA成像时,降低管电压可增加碘信号幅度,及其与周围组织的物体对比,因此,可在维持相同CNR前提下,减少碘注入总量,从而降低CIN发生的风险^[1]。本研究两组获得的图像,分别在主动脉弓、第7胸椎水平处降主动脉、第4腰椎水平处腹主动脉、双侧髂动脉、肠系膜上动脉、双侧肾动脉起始部等处CT值均>300 HU,两组之间差异不具有统计学意义,均满足临床诊断要求。

根据以往的研究,在120 kVp与100 kVp条件下,采用固定管电流,使用高浓度对比剂,获得图像主观评价及客观评价的差异均无统计学意义,在100 kVp条件下CTDI_vol降低了44.50%^[6]。本研究显示双低组结论与上述结果略有差异,CTDI_vol降低了24.14%,因两组均采用ATCM技术,导致双低组CTDI_vol降低不明显。CTA检查中,合适的低管电压扫描图像噪声虽然增加明显,但含碘的血管发生光电效应却大大增加,这样图像的信噪比和对比噪声比就会提高,也就放宽了对噪声和对比剂用量的要求,因此,在评估CT血管成像时,低管电压为当前研究的热点。本研究两组在评价主动脉及分支血管时,结果主观评分均在3分以上,符合诊断要求;客观评价两组间信噪比和对比噪声比的差异都不具有统计学意义,双低组的图像噪声略高于对照组,但不影响临床诊断。

放射工作应严格遵循辐射防护最优化(as low as reasonably achievable,ALARA)原则,针对不同体型、疾病、检查部位患者,实现CT扫描方案的合理化和辐射剂量的最优化,在保证图像诊断质量的同时,将辐射剂量控制在合理的最低水平^[5]。目前CTA主要检查方法是低管电压联合ATCM技术,可以显著降低患者辐射剂量,图像噪声值增加也不明显;而单独采用低管电压扫描会明显增加图像噪声值。ATCM技术是在扫描期间,根据受检区域的衰减变化实时调整管电流,以保证最终获取的系列图像具有相同的质量(噪声水平),其使用不受管电压限制;单纯针对ATCM技术而言,为维持相同图像质量,瘦小患者需降低mA,肥胖患者则需增加mA,因此,并非减少所有患者的辐射剂量,只能说避免患者接受不必要的辐射。通常情况下,降低管电压时,需适当增加管电流以弥补其在噪声方面的负面影响,如与ATCM技术联合使用,则应适当调整预设的质量指标(NI或mAs/rot等)。本研究两组与ATCM技术联合使用,双低组E比对照组降低了19.66%,图像噪声略有差异,但符合诊断要求,结果和Rizzo等^[6]一致。

除了降低辐射剂量之外,近年来降低对比剂碘量也是CT血管成像临床研究的另一重大方面。降低对比剂碘量可以减少对比剂肾病的发生率,特别是肾功能不全患者。在诊断X射线能量范围内,碘的X射线衰减规律与人体其他组织(譬如致密骨或软组织)相似,是随X射线光子能量的增加而逐步衰落,但在碘的K缘处有显著的不连续性。当射线能量等于或稍大于碘原子的K电子结合能时,X射线衰减突然产生跃变,而人体组织的衰减系数没有这种特征,这个能量值(管电压为63 kVp)称为碘K缘。因此,如X射线光子能量接近碘的K缘时,碘信号的检测效率将出现较大跃升,碘的CT值最大,与周围软组织结构的物体对比也最强,这是碘的X射线衰减特性决定的。X射线管的激发电压与窗口处的滤过条件,是决定X射线管所发射X射线束线质的重要条件。管电压的峰值决定了X射线束的最大光子能量,CT成像的X射线束是经过重复滤过,滤除软射线,其平均能量只能愈加趋近与管电压对应的最大值。而本组病例是100与120 kVp的对比,其能量与碘的K缘相去甚远。也就是说,本组研究仅适用于碘的X射线衰减系数特性曲线的总趋势,即随着X射线光子能量降低,光电吸收比例增加,碘的检测效率增加。本组研究实验数据证实,随着管电压降低,碘信号的CT值将增加。双低组管电压100 kVp,对比剂量1.0 ml/kg,碘浓度300 mgI/ml与对照组管电压120 kVp,对比剂量100 ml,碘浓度350 mgI/ml分别在各点测得CT值之间差异不具有统计学意义,说明双低组碘信号的CT值增加了和上述理论一致。在其余条件完全相同的情况下,设120 kVp时的碘信号幅度为100%,则100 kVp时为117%,80 kVp时为140%,而140 kVp时为87%。有文献报道,80 kVp对应的X射线能量约为43.7 keV,更接近碘的K缘,碘信号的检测效率更高。因此,在以后的工作中将进一步完成管电压80 kVp 在主动脉CTA中的临床应用研究。

本研究不足是不能进行迭代重建,随着机器性能更新,未来的图像质量会进一步改善。

总之,在100 kVp条件下,注射对比剂1.0 ml/kg(300 mgI/ml),结合ATCM在主动脉CTA中的应用是可行的,既保证图像诊断质量,又有效地降低辐射剂量及碘量,达到了双赢目的。