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1. 郑州大学第一附属医院放射科，河南郑州 450052；2. 第四军医大学西京医院放射科，陕西西安 710032

[摘要]目的与常规扫描相比，评价超低剂量对比剂主动脉CT成像中联合应用能谱单能量成像和自适应统计迭代重建技术（ASIR）对于血管强化程度及图像质量的影响。方法收集2014年6月至2015年4月因怀疑主动脉夹层于我院行能谱CT扫描的62例患者，按先后顺序依照完全随机设计法编号，根据随机表随机分为实验组和对照组：实验组（31例）为超低剂量对比剂能谱扫描组，对比剂用量为0.4 mL/kg，注射速率为对比剂总量/(曝光时间+延迟时间)，重建图像A组（55 keV+50%ASIR组）和B组（70 keV+FBP组）；对照组（31例）为常规剂量对比剂120 kVp扫描组，对比剂用量为70 mL，注射流率为5 mL/s，重建图像C组（120 KVp+FBP组）。测量三组主动脉及其各分支血管CT值，计算其对比噪声比（CNR），并分别记录实验组和对照组对比剂剂量及注射流率，采用单因素方差分析联合Bonferroni法进行差异性比较。采用Kruskal-Wallis检验三组图像质量主观评分进行比较分析。结果A、B、C组主动脉各分支CNR：升主动脉CNR分别为（18.1±5.8）、（12.1±4.0）和（13.2±1.8），降主动脉CNR分别为（18.3±5.8）、（12.2±3.8）和（12.3±1.8），腹腔干CNR分别为（16.8±4.7）、（11.5±3.7）和（12.4±2.1），肾动脉CNR分别为（17.2±4.7）、（11.6±3.2）和（12.5±1.9），差异均有统计学意义（P值均＜0.05）；A、B、C组主动脉各分支CT值：升主动脉CT值分别为（358±69）、（213±91）和（374±34）HU，降主动脉CT值分别为（361±64）、（216±37）和（353±30）HU，腹腔干CT值分别为（336±55）、（205±34）和（354±36）HU，肾动脉CT值分别为（333±54）、（201±34）和（356±54）HU，两两比较A 组与B组，B组与C组差异有统计学意义（P值均＜0.05），A组与C组差异无统计学意义（P＞0.05）。对照组C组每例患者对比剂用量为70mL，实验组每例患者人均对比剂用量为（28.6±4.5）mL，比较差异有统计学意义（P=0.000）。对照组注射流率为5.0 mL/s，实验组注射流率为（2.4±0.3）mL/s，比较差异有统计学意义（P=0.000）。结论能谱CT单能量成像联合自适应统计迭代重建技术（ASIR）在主动脉能谱CT超低剂量对比剂成像中是可行的，与常规成像方案相比，对比剂用量降低了约60%，且图像质量得到了适当的提高。

多排螺旋CT主动脉成像在临床上应用广泛，具有扫描速度快以及更薄的重建厚度，使主动脉CT血管成像（CT Angiography，CTA）变得更简单、快捷。对于主动脉病变而言，高流率、大剂量注射对比剂会带来渗漏风险及对比剂不良反应：如对比剂肾病（Contrast-Induced Nephropathy，CIN）等。因此，在不影响图像质量的前提下尽量减少对比剂用量已成为亟待解决的难点。

CT能谱成像通过高、低电压（140、80 kVp）瞬时切换技术并结合其能谱成像浏览器可产生40～140 keV共101个连续的单能量图像。低单能量水平成像可以提高碘汇聚能力使目标血管CT值得到增加，使进一步研究低剂量对比剂CTA成像成为可能，但低能量水平增加了图像噪声[1]。自适应性统计迭代（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）重建技术理论上可降低低能量水平图像的噪声，提升图像质量[2]。本研究旨在探讨超低剂量对比剂主动脉CT成像中联合应用能谱单能量成像和自适应统计迭代重建技术（ASIR）对于血管强化程度及图像质量的影响，并与常规扫描进行比较。

1 材料与方法

收集我院2014年6月至2015年4月，需行主动脉能谱CT扫描的62例患者，严重的心、肾功能不全患者排除在外。其中男46例，女16例，平均年龄（52±13）岁；平均体质量指数（25.1±2.3）kg/m2。按先后顺序依照完全随机设计法编号，根据随机表随机分为实验组和对照组，每组31例。本研究经本院伦理委员会审批同意，所有患者均签署知情同意书。

所有患者均采用GE HealthCare Discovery CT扫描仪，自主动脉弓上2 cm至耻骨联合上缘扫描。实验组采用能谱成像技术扫描，管电压为140和80 kVp的瞬时（0.5 ms）切换，管电流为360 mA，CTDIvol=7.40 mGy；对照组采用常规扫描，管电压120 kVp。余扫描参数相同：螺距1.375：1，球管旋转时间0.5 s/周，探测器宽度4 cm；扫描层厚5 mm，层间隔5 mm。图像重建均采用标准算法，重建层厚1.25 mm，层间隔1.25 mm。其中实验组重建55 keV+50%ASIR的图像为A组，70 keV+FBP 图像为B组，对照组重建120 kVp+FBP图像为C组；采用双筒高压注射器经肘静脉团注对比剂欧乃派克350 mg/mL，均采用对比剂智能自动追踪技术，监测层为主动脉弓层面，实验组CT阈值达到50 HU时自动触发扫描，对照组CT阈值达到100 HU时自动触发扫描。

注射方案：实验组（A组和B组），对比剂注射采用个体化注射方案，采用公式计算对比剂用量=体质量（kg）×λ，λ为注射对比剂比例（mL/kg），其中λ为0.4 mL/kg（含碘140 mg/kg）。注射流率=对比剂用量/（曝光时间+延迟时间）。随即用同样的速度注射生理盐水30 mL。对照组A组：对比剂总量为70 mL，注射流率为5 mL/s，随即用同样的速度注射生理盐水50 mL。

（1）图像客观评价：由一名有5年放射诊断经验的放射科医师在美国GE HealthCare ADW4.6工作站进行图像分析及测量。测量所有组CT图像中升主动脉、降主动脉、腹腔干、肾动脉CT值，同时测量背部肌肉CT值以及标准差值，计算对比噪声比，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值的标准差。不同患者间相同解剖测量点位置、大小尽量一致，对于主动脉夹层患者，将感兴趣区ROI放置于真腔内。

（2）图像主观评价：由2名副主任医师以上职称的放射科医师盲法下进行独立阅片，对图像质量进行主观评价。依据肾动脉分支的质量评分标准对图像质量进行评价，肾动脉1级分支为主干；2级分支为前后支；3级分支为段支动脉；4级分支为段支以下的细小分支。动脉能够清晰显示段支动脉及细小分支，血管边缘光滑为图像质量优秀；动脉能够较为清晰显示肾动脉前后分支，但血管边缘欠光滑为良好；动脉能够清晰显示左、右肾动脉主干，血管边缘模糊为一般。

采用SPSS17.0软件，对实验组及对照组患者年龄、体重、BMI、对比剂注射流率和剂量及CT剂量指数（CTDIvol）比较采用独立样本t检验，主动脉及主要分支血管CT值及CNR进行单因素方差分析联合Bonferroni法进行比较，主观评价结果采用Kruskal-Wallis检验比较评分差异。采用Kappa检验评价2名医师评分的一致性，Kappa值＜0.40为一致性差，Kappa值为0.40～0.75为一致性中等，Kappa值＞0.75为一致性好。P＜0.05为差异性有统计学意义。

表1 2组行主动脉CTA检查患者基本状况比较

注：实验组为超低剂量对比剂能谱扫描组，对照组为常规剂量120 kVp扫描组。

表2 3组行主动脉CTA检查患者各部位CT值结果比较

注：A组和B组为超低剂量能谱组：A组为55 keV+50%ASIR图像，B组为70 keV+FBP图像；C组为常规剂量120 kVp+FBP图像。组内两两比较，除A组和C组间差异无统计学意义（P＞0.05），其余各组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。

表3 3组行主动脉CTA检查患者各部位CNR值结果比较

注：A组和B组为超低剂量能谱组：A组为55 keV+50%ASIR图像，B组为70 keV+FBP图像；C组为常规剂量120 kVp+FBP图像。组内两两比较，除B组和C组间差异无统计学意义（P＞0.05），其余各组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。

2 结果

2组患者年龄、体重及BMI差异无统计学意义，故2组资料间具有可比性（表1）。实验组对比剂注射流率、对比剂总量和CT剂量指数（CTDIvol）均低于对照组，其差异均有统计学意义（P=0.000）。

3组主动脉各血管及分支血管CT值，A组和C组的主动脉强化值相当，均高于B组，两两比较A 组与B组，B组与C组差异有统计学意义（P均＜0.05），A组与C组差异无统计学意义（P＞0.05）（表2）；3组主动脉各分支CNR值，A组高于B组和C组，两两比较A组与B组、A组与C组差异有统计学意义（P均＜0.05），B组与C组差异无统计学意义（P＞0.05）（表3）。

图像质量为优秀、良好和一般者，实验组A组患者分别为23/31(75%)、7/31（22.5%）和1/31（2.5%）例，常规组C组分别为25/31（81%）、5/31（16%）和1/31（3%）例，差异无统计学意义（P=0.479）。2名医师评价结果一致性较好（Kappa值为0.674，P＜0.05）。实验组患者图像质量可以满足诊断需要，可清晰显示主动脉夹层破口的位置及大小（图1）。

图1 实验组A组同一患者，VR及MPR重建显示主动脉夹层术后支架情况

注：可清晰显示主动脉夹层术后支架外出现渗漏现象。该患者体质量65 kg，身高163 cm，BMI为24.4 kg/m2，对比剂剂量为26 mL，注射流率为2.0 mL/s.

3 讨论

CTA是临床诊断主动脉疾病的主要检查方法。随着碘对比剂应用的增多，对比剂不良反应：如对比剂肾病的问题也引起关注，对比剂肾病的发生可能与碘对比剂的高渗透压、对肾小管内皮的毒性以及对对比剂本身的黏度等有关[3]。预防对比剂肾病的关键因素是限制对比剂浓度、剂量及注射速度，但主动脉血管成像时为了得到高质量的图像必须使用高浓度大剂量的对比剂来维持血管内碘剂的浓度，与减少对CIN发生率的因素相悖。这一矛盾亟待解决。

能谱CT可在0.5 ms内瞬时完成高低能量切换，重建出40～140共101个单能量keV图像。能谱CT通过双能量成像获得的基物质密度数据来演算出不同能量水平下的单能量图像，能有效的减除硬化伪影，获得准确的CT值，改善图像质量和病灶检出[4]。单能量图像在不同能量水平下具有不同的特征，高能量水平图像硬化伪影减少，但组织对比剂减弱；低能量水平图像组织对比增强，但噪声增高。常规混合能量CT为了获得更好的CTA图像，需通过增加对比剂浓度、剂量或采用特定的高管电压扫描条件实现，而能谱CT低keV管电压可以明显提高血管和周围组织的对比，可使降低主动脉对比剂剂量成为可能。有研究表明，CTA检查管腔内CT值高于250～350 HU即可满足诊断[5]。本研究中实验组采用超低剂量对比剂（降低约60%剂量）能谱扫描，A组重建55 keV单能量水平图像，主动脉各分支血管CT值与常规剂量120 kVp组CT值相当，均在300～430 HU之间，完全可以满足诊断要求，与刘义军[6]等的研究结果一致。虽然低能量水平图像组织对比增强，但噪声增高。ASIR技术使图像噪声降低。随着ASIR权重增加，图像噪声水平不断下降，在胸部、腹部扫描中，ASIR权重设置在50%时，图像质量无明显降低[7]。本研究中实验A组55 keV单能量图像联合50%ASIR迭代重建，其主动脉CNR较对照组C组高，实验B组70 keV单能量图像与对照组C组CNR值相当，可见单能量值联合ASIR重建可适当提高图像对比度。

碘对比剂带来的不良反应主要为对比剂肾病、全身过敏反应及血管外渗等[3]，不良反应的发生与对比剂剂量、注射流率等因素相关。一方面，加快注射速率，能提高主动脉强化峰值，与降低管电压效果相似，然而注射流率过高时，尤其是对于外周静脉血管较差及长期化疗的癌症患者，不仅对比剂局部外渗和血管壁破裂风险加大，还会加重患者肾脏负担，增大诱发对比剂肾病风险[8]。因此，在CT增强成像时，适当地减少对比剂用量以减少对比剂肾病的发生率变得尤为重要，同时也降低了CT检查的成本。付传明等[9]于主动脉CTA检查中注射60 mL对比剂+40 mL生理盐水，图像质量与应用80 mL对比剂无差异。刘杰等[10]应用非线性融合技术，使用0.5 mL/kg对比剂剂量，主动脉CTA图像质量可明显得到提高。本研究中实验组采用个性化对比剂注射方案，减少了约60%对比剂用量及注射流率，同时图像质量可以满足临床诊断需要。

本研究的局限性在于，对于单能量水平的选择只采用了55 keV，并非是最佳单能量水平，且采用ASIR重建权重设置只有50%，未对其他权重系数进行研究，有待进一步的研究。

综上所述，能谱CT单能量成像联合自适应统计迭代重建技术（ASIR）在主动脉能谱CT超低剂量对比剂成像中是可行的，与常规成像方案相比，对比剂用量降低了约60%，在获得相当增强效果的同时图像质量得到了适当的提高。

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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

Abstract：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.

超低剂量对比剂主动脉CTA检查联合单能量成像和ASIR技术的可行性

1 材料与方法

2 结果

3 讨论