低剂量CT血管成像技术在下肢动脉硬化闭塞症中的应用进展
引言下肢动脉硬化性闭塞症是动脉粥样硬化累及下肢动脉，导致动脉狭窄或闭塞而引起肢体缺血症状的慢性疾病。DSA检查是下肢动脉硬化性闭塞症诊断的“金标准”，但因其有创性一般不作为首选检查[1]。下肢动脉CT血管成像（CT Angiography，CTA）检查在评估下肢动脉病变方面有较高的准确性，在一定程度上代替DSA检查[2]。当然，下肢CTA检查也存在一定的弊端，其扫描范围从腹主动脉下端至足底，辐射剂量大，存在电离损伤的危害，尤其是对外阴生殖器，使患者罹患癌症的风险增高[3]。另外，常规扫描方法所用对比剂用量大，有对比剂不良反应发生的风险，特别是下肢动脉硬化闭塞的患者，常伴有肾功能受损，对比剂肾病发生风险更高[3]。为了更加合理的减少辐射剂量及对比剂用量，多种技术随之应生，本文就近年来低辐射剂量CTA技术诊断下肢动脉硬化闭塞症的研究进展进行综述。 1 降低辐射剂量的方法辐射剂量与多种因素有关，包括管电压、管电流、螺距、扫描长度等。辐射剂量与管电压的平方成正比，与管电流成正线性相关，所以降低管电压或管电流是临床工作中常用的方法。降低辐射剂量必然影响原始图像的质量，这也推动了各种重建技术及后处理技术的发展。在图像重建环节使用CT低剂量技术，是在不影响诊断准确性的前提下，提高对高噪声图像的容忍度，从而可以在扫描环节进一步的降低辐射剂量。 1.1 降低管电压管电压影响X射线的穿透力，降低管电压能使X线束中每个光电子所获能量减少，产生的高能X射线成分减少，所以降低管电压能有效的降低辐射剂量。在国外学者Oca等[4]的研究中，将怀疑下肢动脉硬化闭塞症的患者分为80 kVp及100 kVp组，使用64排螺旋CT扫描，其余扫描参数相同，最终80 kVp管电压组有效辐射剂量（Effective Radiation Dose，ERD）由9.6 mSv降低到4.7 mSv，图像质量并未受到影响。Iezzi等[5]将管电压由120 kVp降低到80 kVp时，容积CT剂量指数（volume CT Dose Index，CTDIvol）减少了61% (5.89 mGy vs. 12.96 mGy)。在葛涌钱等[6]的研究中，100 kVp管电压与120 kVp管电压相比，剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）及ED分别降低38.66% 和38.65%，这与李爱静等[7]将辐射剂量降低约35%相似。另外，周淑琴等[8]将管电压降低到100 kVp，所得图像与120 kVp管电压相比，辐射剂量降低了约34.6%，且获得了较高的图像质量。赵小英等[9]在下肢动脉扫描中使用的80 kVp管电压时ERD较120 kVp管电压减少了约64.4%，图像质量无统计学差异。 第二代双源CT的使用，可以进一步的降低检查管电压，例如在Qi等[10]在下肢CTA检查时，用70 kVp管电压与第一代双源CT 120 kVp管电压扫描对比， CTDIvol由3.8 mGy降至2.4 mGy，低剂量组信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）也得到提高，且获得了较高的图像质量。Duan等[3]对下肢动脉硬化闭塞症的患者进行CTA检查时，使用70 kVp管电压扫描（有效管电流312 mAs，螺距0.8）的方式去降低辐射剂量，并评价其诊断效能，结果与DSA比较，检查灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及诊断率分别为100%、93.5%、90.86%、100%和96.05%，证明下肢动脉低剂量CTA检查有较高的灵敏度和特异度，能够提供可靠的诊断信息。然而，增加图像噪声是低管电压带来的最主要影响，尤其对于肥胖病人[1]。双源CT的智能最佳kV扫描技术（CARE kV）能够根据CT检查目的和受检者的体型自动确定最优化的管电压和管电流[11]，Beeres等[12]用CARE kV组与非CARE kV组对比，发现CARE kV组辐射剂量较非CARE kV组减少了40.6%，且获得了更高的图像质量，CARE kV组平均CT值为439 HU，明显高于非CARE kV组的290 HU，这与碘原子K层电子的结合能有关，该文建议在临床实际工作中下肢动脉CTA检查中使用100 kVp甚至80 kVp管电压，因为在CARE kV组中，最终自动选择低管电压扫描的病例占97%。 另外，降低管电压能可以减少对比剂的用量。这是由于低管电压扫描所产生的X射线光子能量降低，但更接近碘原子K层电子结合能（33.2 keV），使光电效应增加，血管腔内强化更明显。例如Oca等[4]的研究中，将管电压由100 kVp降低到80 kVp时，血管腔强化程度提高了约100 HU；在Qi等[10]的研究中，70 kVp管电压扫描较120 kVp管电压扫描图像CT值提高了近123%，低剂量组在虽然降低管电压后图像噪声会略增加，但因CT值的明显提高，图像对比噪声比和信噪比会提高，甚至可以通过适当提高管电流来减低噪声。大量研究表明，血管腔CT值在350～550 HU时为合适强化值[4]，过高的强化程度可能掩盖血管壁的钙化灶。故在保证强化充分的条件下，降低管电压的同时可以适当减少对比剂用量，使X线束的有效能量与K层电子结合能更加匹配。张大明等[13]使用第3代双源CT70 kVp+50 mL普罗帕胺扫描方案运用在腹主动脉及下肢动脉CTA检查中，结果与第2代双源CT70 kVp+90 mL普罗帕胺相比，前一种方案能在显著降低辐射剂量（57%）和对比剂用量的同时保证图像质量，当然这与第3代双源CT的高级模拟迭代重建（Advanced Modeled Iterative Reconstruction，ADMIRE）技术有关。 1.2 降低管电流管电流能影响X射线的光子数，从而影响X射线的强度。由于盆腹腔至下肢扫描部位粗细变化较大，X线的吸收不尽相同，若采用固定管电流技术，可能造成盆腹部曝光不足影响图像质量或远端肢体曝光过多使辐射剂量增高的情况。自动管电流调节技术[14-15]（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）是一种个体化的辐射剂量控制技术，即在所设置的噪声指数的基础上根据不同部位X射线衰减系数的差异动态调整管电流，使X射线在扫描过程中得到合理的分布，既可以提高射线的利用效率从而降低辐射剂量，又能保证图像质量，这种技术尤其适合形态变化较的下肢动脉CTA检查。毛光品等[16]在下肢CTA检查中运用ATCM技术，将噪声指数设为10时，有效辐射剂量降低了46.65%，并且推测肥胖患者用该方法降低辐射剂量的效果有限，且图像噪声和有效吸收剂量可能会更大。自动管电流调节技术常与其他技术相组合应用，例如在李佩玲等研究中，与80 kVp管电压结合使用时辐射剂量减少了50%以上，且能获得比较好的图像质量。在Schreiner等[17]的下肢动脉低剂量CTA研究中，管电压均设置为80 kVp，根据体重指数（Body Mass Index，BMI）的大小设置不同的管电流调节范围，BMI＜25 kg/m的病例有效管电流120 mAs，25 kg/m2＜BIM＜30 kg/m2病例作为对照，有效管电流150 mAs，结果低管电流组辐射剂量降低显著降低（CTDIvol由4.18 mGy减少至1.97 mGy）还能得到相似的图像质量，且与DSA比较，888个节段血管中有856个节段是可以诊断的，且灵敏度、特异度及诊断准确率均为90%以上。 1.3 增大螺距降低辐射剂量的方法还包括增加螺距。X线辐射剂量与螺距呈反比,合理增加螺距可减少扫描时间，降低辐射剂量，但不降低图像质量。增加螺距扫描同样也能减少造影剂的用量，这是由于扫描时间变短，对血管强化峰值窗口期要求也变短，造影剂用量也减少[18-20]。目前，在下肢动脉CTA 检查中，螺距并不作为一种单独降低辐射剂量的方法，更多是与其他方法结合使用。如Qi等[20]在下肢CTA检查中用低剂量扫描方案（第2代双源CT，管电压70 kVp，螺距2.2，造影剂普罗帕胺80 mL）与常规剂量扫描方案（第1代双源CT，管电压120 kVp，螺距0.85，造影剂120 mL）比较，结果显示低剂量组辐射剂量及造影剂用量分别减少了83%和33.3%，而两组间图像质量却无统计学差别，且低剂量组平均血管腔内CT值超过500 HU，提示还有进一步降低造影剂量的可能。 2 迭代重建技术的应用重建技术并不能直接减少检查中的辐射剂量，但能在数据重建过程中尽可能的降低图像噪声和伪影，最大程度的还原真实信息的情况，以促进低剂量的发展[4]。在传统的重建方法中，图像锐利度的增加必然以噪声的增加为代价，反之亦然，图像噪声的降低会引起锐利度的降低。滤波反投影重建（Filtered Back Projection，FBP）是CT重建的标准算法[21]，适用于大部分情况，当遇到辐射剂量低或病态肥胖患者时重建图像会产生较严重的伪影和噪声，这限制了低剂量CT技术的发展。近年来，各大CT生产商先后推出了各自的迭代重建平台，迭代重建（Iterative Reconstruction，IR）技术因其较高的降噪性能而被广泛运用于临床，研究表明，原始数据迭代重建至少能降低50%的辐射剂量[19]。相比传统的FBP技术，迭代重建技术优势在于可利用先验知识对CT 系统成像进行适当模拟，对数据要求低，能够降低图像噪声和提高图像质量[22]。如GE公司的自适应统计迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）及基于模型的迭代重建技术（Model-Based Iterative Reconstruction，MBIR）、西门子公司的影像空间迭代重建（Iterative Reconstruction in Image Space，IRIS）及正弦图确定迭代重建（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）、东芝的自适应迭代剂量降低算法（Adaptive Iterative Reconstruction Dose Reduction，AIDR）、Philips 公司的iDose技术[23]及全模型迭代重建（Iterative Model Reconstruction，IMR）。近年，Philips公司推出新一代迭代技术IMR技术[19]，可以在低剂量的条件下更大程度的去除噪声和提高对比度，以保持图像质量。IMR技术[24-25]在数据域与图像域进行不断的重建，使统计学模型及系统模型进行对比矫正，更精确的还原扫描信息而达到降噪的目的，其在低剂量冠脉CTA检查中的研究较多，而在低剂量下肢CTA中的研究少有[26-27]。钱伟亮等[28]的在下肢动脉CTA的研究中，80 kVp管电压联合自动管电流调节技术扫描得到的数据使用IMR重建时，图像质量较FBP及idose4重建明显提高。 3 总结在下肢动脉硬化性闭塞性疾病的多种检查方法中，下肢动脉CTA检查应其无创性、易行性及准确性被广泛用于下术前评估和术后随访。临床工作中，在获得符合临床诊断需要的图像同时，应该制定合理的扫描参数，尽量减少患者所受的辐射剂量。在CT检查成为主要医源性辐射的今天[29]，降低CT检查的辐射剂量要求研究者不断探索各种新技术外，更好地服务于广大患者。当然，合理的临床决策也同样重要，即临床医生在考虑到CT检查带来的信息价值时，也应该考虑到其带来的危害及费用问题，使CT检查用到其处，而不能滥用。 [1] Nakaura T,Awai K,Oda S,et al.Low-kilovoltage, high-tubecurrent mdct of liver in thin adults: Pilot study evaluating radiation dose, image quality, and 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Application Progress of Low Dose CT Angiography in Lower Limb Arteriosclerosis Obliterans |