2020, Vol. 40
CT肺动脉成像(CT pulmonary angiography, CTPA)技术作为一种检查手段, 以其快速准确的特性在临床上得到了普遍应用, 使得肺栓塞患者能够得到及时救治。随着人们受到的辐射剂量及对比剂用量逐渐增加, 近年来控制辐射剂量、降低对比剂用量("双低")成为CT检查的关注热点。由于生活条件的改善和生活方式的改变, 超重及肥胖患者日益增加, 而为了保证图像质量, 其扫描参数较正常体质量指数(BMI)者进一步升高, 这些人群则需要更加重视控制辐射剂量。Mourits等[1]研究表明, 降低管电压(80 kVp)同时减少对比剂用量(50 ml)后, 肺动脉CTA图像质量与120 kVp联合100 ml对比剂的图像质量相当。因此, 低管电压不仅可以降低辐射剂量, 同时可以减少对比剂用量, 并且保证了图像质量, 是一种有效的控制辐射剂量的手段。之前由于硬件等技术的限制, 管电压最低为80 kVp。随着第3代双源CT的引进, 70 kVp管电压拓展了其在不同部位的应用价值[2-6]。虽然低管电压可提高图像的CT值, 但相应的图像噪声也会增大, 因此需要对原始图像进一步重建优化。第3代双源CT的高级模拟迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction, ADMIRE)技术可以降低图像噪声, 提高低管电压的图像质量[3, 7]。非线性融合技术能够降低图像噪声, 信噪比及对比噪声比高于线性融合图像, 已经常规用于血管CTA评估。之前对于患者体质量指数与肺动脉CTA图像质量方面的相关研究较少, 所以本研究对比30 ml对比剂用量下正常体质量指数及超重患者70 kVp联合ADMIRE和非线性融合图像质量, 进而评估对于超重患者70 kV/sn150 kV双能量肺动脉CTA模式的临床应用价值。
资料与方法1.试验对象:2018年10月至2019年3月于郑州大学第一附属医院行第3代双源CT双能量肺动脉CTA的疑似肺栓塞患者共70例, 均采用70 kV/sn150 kV扫描模式。BMI正常者(18.5 kg/m2≤ BMI < 25 kg/m2)35例, 年龄23~82岁。超重者(25 kg/m2≤BMI < 30 kg/m2)35例, 年龄23~86岁。所有患者均签署知情同意书。患者纳入标准:无碘过敏史、无严重的心脏疾病、无明显肺动脉高压、无肾衰竭。排除标准:严重的心肺疾病、心率 < 60次/min和心率>90次/min、心律不齐、无自主呼吸、肾功能不全。
2.试验方法:采用第3代双源CT(SOMATOM Definition Force CT), 管电压70 kVp和Sn150 kVp, 管电流161 mA和46 mA, 准直192×0.6 mm, 机架旋转时间0.25 s, 螺距0.7, 层厚5 mm, 重建层厚1 mm, 重建间隔1 mm, 视野(FOV) 363 mm。
扫描均采用足头方向, 范围自膈肌水平至胸廓入口; 对比剂应用碘海醇(350 mg Ⅰ/ml), 流率5 ml/s, 注射30 ml后注射生理盐水50 ml。采用人工智能触发扫描方式, 将感兴趣区(ROI)设于肺动脉主干, 当CT值达50 HU时, 延迟3 s后自动开始扫描。扫描采用实时曝光剂量调节技术(Care Dose 4D)。
扫描后每个患者均获得70 kVp、150 kVp、线性融合、非线性融合图像, 将图像传至西门子后处理器(Siemens Healthcare, Syngo.via VB 20, 德国西门子公司), 将70 kVp+ADMIRE(系数3)、非线性融合图像分别标记为4组, 即组1(体质量指数正常者70 kVp图像)、组2(体质量指数正常者非线性融合图像)、组3(超重者70 kVp图像)、组4(超重者非线性融合图像), 测量图像中肺动脉主干、左肺动脉干、左肺上叶动脉、段动脉、亚段动脉及左肺动脉干同层面背部肌肉的CT值和噪声标准差(SD), 计算信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)。SNR=肺动脉CT值/SD值, CNR=(肺动脉CT值-肌肉CT值)/SD值。测量CT值时避开有栓子的管腔, ROI面积≥管腔最大层面的1/2。所有数据均测量3次, 取平均值。记录辐射剂量参数有CT容积剂量指数(CT dose index volume, CTDIvol)、剂量长度乘积(dose-length production, DLP)。计算有效剂量(effective dose, E)=DLP × k, k为胸部权重因子, k=0.014 mSv·mGy-1·cm-1。
3.统计学处理:采用SPSS 23.0软件包分析。正态分布数据以x±s 表示, 非正态分布数据以中位数(Q25, Q75)表示。患者年龄差异采用Kruskal-Wallis秩和检验进行比较, 性别比采用Chi-square检验。比较4组图像肺动脉的CT、SD、SNR及CNR值, 采用单因素方差分析正态分布数据差异, 方差齐时采用LSD-t检验、方差不齐时采用Dunnett-t检验进行两两比较; 采用Kruskal-Wallis检验分析非正态分布数据差异, Bonferroni法进行两两比较。P < 0.05为差异有统计学意义。
结果1.临床资料比较:35例体质量指数正常者和35例超重者的性别、年龄差异均无统计学意义(P>0.05)。体质量指数差异有统计学意义(χ2=34.500, P < 0.05)。见表 1。
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表 1 70例可疑肺动脉栓塞患者的临床资料 Table 1 Characteristics of 70 patients with suspected pulmonary embolism |
2.CT值比较:肺动脉主干、左肺动脉干、左肺上叶动脉、段动脉、亚段动脉CT值均高于300 HU, 4组间差异无统计学意义(P>0.05), 达到了血管CTA诊断所需CT值, 见表 2。
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表 2 70例疑似肺动脉栓塞患者图像肺动脉CT值比较(HU, x±s) Table 2 Comparison of CT value in 70 patients suspected pulmonary embolism (HU, ±s) |
3.SD值比较:段动脉SD值组1高于组4(t=2.69, P < 0.05), 其余组间SD值差异无统计学意义(P>0.05)。肺动脉主干、左肺动脉干、左肺上叶动脉、亚段动脉SD值4组间差异无统计学意义(P>0.05)。体质量指数正常者、超重者70 kVp图像噪声略高于非线性融合图像, 且超重者非线性融合图像段动脉测得噪声值明显低于体质量指数正常者70 kVp图像, 这些证明了非线性融合技术能够有效地降低图像噪声。见表 3及图 1。
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表 3 70例疑似肺动脉栓塞患者图像肺动脉SD值比较(x±s) Table 3 Comparison of SD value in 70 patients suspected pulmonary embolism(x±s) |
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注: A为超重者70 kVp+ ADMIRE图像，图示右肺上叶动脉远端分支内小栓子; B为超重者非线性融合图像,图示右肺上叶动脉远端分支内小栓子; C为超重者70 kVp图像VR后处理; D为超重者非线性融合图像VR后处理; E为正常体质量指数者70kVp+ADMIRE图像，图示右肺下叶前基底段动脉内栓子;F为正常体质量指数者非线性融合图像,图示右肺下叶前基底段动脉内栓子;G为正常体质量指数者70kVp图像VR后处理;H为正常体质量指数者非线性融合图像VR后处理 图 1 超重者和正常体质量指数者70kV/sn150kV肺动脉CTA图像的比较 Figure 1 Comparison of 70 kV/sn 150 kV CTA images between overweight and nommal BMI patients |
4. SNR值比较:肺动脉主干、亚段动脉SNR值组2高于组3(t=1.44、5.40, P < 0.05), 其余组间差异无统计学意义(P>0.05)。左肺动脉干SNR值组2高于组3、组4(t=1.52、1.52, P < 0.05), 其余组间差异无统计学意义(P>0.05)。左肺上叶动脉、段动脉SNR值4组间差异无统计学意义(P>0.05)。体质量指数正常者、超重者非线性融合图像信噪比略高于70 kVp图像, 这是由于非线性融合图像噪声较低, 而肺动脉CT值无明显差异所致, 见表 4。
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表 4 70例可疑肺动脉栓塞患者图像肺动脉SNR值比较(x±s) Table 4 Comparison of SNR Value in 70 patients suspected pulmonary embolism(x±s) |
5. CNR值比较:肺动脉主干、亚段动脉CNR值组2高于组3(t=1.45、5.01, P < 0.05), 其余组间差异无统计学意义(P>0.05)。左肺动脉干CNR值组2高于组3、组4(t=1.50、1.50, P < 0.05), 其余组间差异无统计学意义(P>0.05)。左肺上叶动脉、段动脉CNR值4组间差异无统计学意义(P>0.05)。体质量指数正常者、超重者非线性融合图像CNR值略高于70 kVp图像, 说明非线性融合图像对比度优于70 kVp图像, 见表 5。
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表 5 70例可疑肺动脉栓塞患者图像肺动脉CNR值比较(x±s) Table 5 Comparison of CNR Value in 70 patients suspected pulmonary embolism(x±s) |
6.辐射剂量比较:正常体质量指数组CTDIvol (3.49±1.09)mGy, DLP(114.29±38.49)mGy·cm, E(1.60±0.54)mSv。超重组CTDIvol(4.29±0.98)mGy, DLP(133.94±32.31)mGy.cm, E(1.88±0.45)mSv。
讨论近年来, 降低辐射剂量、减少对比剂用量即所谓"双低"一直是国际关注热点。降低辐射剂量的方法主要有降低管电流和管电压、增大螺距、增加探测器宽度、Care Dose 4D、Care kV(个体化扫描)及迭代重建技术等。低管电压产生的X射线光谱平均能量更接近碘的K边缘值(约33 keV), 光电作用更大, 强化效果更好, 所以降低管电压的同时可以提高血管的CT值, 从而也可以相应的减少对比剂用量[8-10]。Wichmann等[11]证明了肺动脉CTA试验组(双源70 kV, 对比剂300 mg Ⅰ/ml)的血管强化程度高于对照组(单源70 kV、100 kV, 对比剂400 mg Ⅰ/ml)。
管电压降低会使X射线穿透力降低, 随之噪声会增大, 特别是超重及肥胖人群, 因此, 常适当提高管电流及采用迭代重建技术来减少噪声。第3代双源CT采用高级模拟迭代重建技术, 综合了原始数据域、图像域与模型域3个方面的统计数据, 对于微小病变的边缘显示更具优势[12-14]。
Vectron X射线管及stellar光子探测器使得第3代双源CT有了更大的技术进步。如管电压从70~150 kV共11档, 管球电流功率由2×100 kW增加至2×120 kW, 最大管电流达到1 300 mA。X射线管旋转速度由280 ms提高到250 ms, 单扇区时间分辨率由75 ms提高到66 ms, 长轴方向准直的覆盖范围由38 mm增加到58 mm。这些技术的创新又拓展了低剂量CT检查的可行性[15-16]。尤其是70 kVp管电压在CTA、胸部低剂量扫描的广泛应用[2-6, 17]。
本研究结果显示, 70 kV/sn150 kV扫描模式中不管是正常体质量指数者还是超重者, 对比剂用量为30 ml的4组图像肺动脉CT值尤其到亚段动脉CT值均为300 HU以上, 而70 kVp结合ADMIRE迭代重建图像进一步提高了肺动脉强化程度。70 kVp图像噪声略高于非线性融合图像, 当高于30 ml时, 可能对于远端细小分支内小栓子的观察有一定影响。由SNR、CNR值的比较结果可知, 体质量指数正常者非线性融合图像肺动脉主干、左肺动脉干、亚段动脉SNR值、CNR值高于超重者70 kVp图像, 左肺动脉干SNR值、CNR值高于超重者非线性融合图像, 其余4组图像中肺动脉分支SNR值、CNR值差异无统计学意义。较早前德国一项肺动脉CTA的大样本调查中表明, 在选择适当的成像参数时, 大多数情况下有效辐射剂量为3~4 mSv[18]。本研究中, 正常体质量指数组及超重组的有效剂量分别为(1.60±0.54)、(1.88±0.45)mSv, 因此70 kV/sn150 kV联合ADMIRE迭代重建能够保证较低的辐射剂量, 这对于体质量指数较高以及需要频繁复查的患者来说更具有意义。之前研究中肺动脉CTA对比剂用量一般为50 ml以上, 虽然能够保证检查的成功率, 但存在头臂静脉、上腔静脉放射状伪影大及肺静脉显影等影响诊断的因素, 而对比剂用量降低, 可以减少伪影及肺静脉的显示率, 且第3代双源CT X射线管转速加快, 能够充分跟踪肺动脉强化高峰, 保证了检查的成功率。本次研究70例患者30 ml对比剂用量肺动脉CTA图像均符合诊断要求。
本研究中不足之处首先是研究样本量较少, 文中设定的70 kV/sn150 kV双能量扫描参数适用于大部分体质量指数正常者, 为了保证检查的成功率, 仅入组了体质量指数在30 kg/m2以下的患者, 对于体质量指数更高的患者, 仍需大样本资料及更优化的扫描参数进行对比研究和验证。其次, 样本搜集时控制了患者其他因素, 如心率、其他心肺疾病等, 而在临床中肺栓塞患者常常合并有其他并发症及呼吸系统和循环系统疾病, 对于这些患者, 30 ml对比剂用量能否使肺动脉强化及分支显示程度满足临床诊断需求有待进一步研究。最后, 由于血管管腔细小, 特别是段及亚段动脉, 数据测量存在一定误差。
总之, 在30 ml对比剂用量下, 对于超重者70 kV/sn150 kV双能量肺动脉CTA扫描模式联合ADMIRE迭代重建的图像质量可满足临床诊断需求, 且辐射剂量较低。
利益冲突 全体作者未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益, 在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 梁晓雪负责数据整理、收集病例、统计数据及起草论文; 高剑波负责设计研究方案与审阅论文; 梁丽丹、张亚歌、刘星负责收集病例、测量数据
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