双源CT中等螺距扫描模式在主动脉血管造影中的应用研究

引言

主动脉相关疾病包括动脉瘤、主动脉夹层等一系列危重病例，部分疾病致残率和死亡率很高，早期正确鉴别该疾病能指导临床及时选择合适的治疗方案，手术或药物治疗后的患者还需要多次定期随访以观察疗效和并发症[1-3]。目前CT是最快速、可靠的检查方法，但随着检查次数的增多，患者的受辐射剂量也不断累积。第二代双源CT机配有两个独立运行的球管，可以选择双能量或单能量扫描模式，螺距最大理论值达3.4[4-5]，国内外的研究结果显示其高螺距扫描模式能明显减少主动脉CT血管造影（Computed Tomography Angiography，CTA）的数据采集时间和辐射剂量，但图像质量也有下降[6-7]。已有的文献对中等螺距扫描模式在主动脉CTA中的价值尚缺乏研究，双能量和单能量扫描的辐射剂量比较也鲜有报道。我们设计的这项前瞻性研究应用了高、中、低3种螺距模式，并同时对双能量和单能量技术进行了比较，以探讨如何选择是主动脉CTA的最佳扫描方案。

1 资料和方法

1.1 患者资料与分组

2015年1月至2017年3月期间共90例患者进行主动脉全程CT造影，男72例，女18例，年龄范围26～82岁，平均年龄（53.02±2.05）岁，90例检查中术前患者43例，术后复查患者47例。连续30例患者（A组）应用螺距为1.0的双能量标准螺距扫描法，连续30例患者（B组）应用螺距为2.0的单能量中等扫描法，连续30例患者（C组）应用螺距为3.2的单能量大螺距扫描法。所有患者检查前均签署了知情同意书。纳入研究的患者包括临床初次怀疑主动脉疾病的患者和主动脉术后复查的患者。研究对象不包括碘剂过敏患者、严重的肾功能不全患者、重度心衰及高龄不能耐受检查的患者。本研究已获得院伦理委员会批准。

1.2 双源CT检查方法

采用西门子第二代双源CT机（Definition Flash），先做肺部CT平扫后再进行主动脉全程CTA扫描，扫描范围从甲状软骨至髋臼上缘，指示患者深吸气并屏气后从头至足进行扫描。A组采用双能量扫描模式，准直器128 mm×0.6 mm，管球转速0.33 s/周，螺距为1.0，电压为100 kV和功率140 kV，重建图像电压配比为0.5。B组和C组均采用单能量扫描模式，螺距分别为2.0和3.2，管电压120 kVp，准直器2 mm×64 mm×0.6 mm，球管转速0.28 s/周。3组均应用CareDose4D法自动追踪电流。经双筒高压注射器以4.0 mL/s速率经右侧肘静脉注射非离子型造影剂（优维显，370 mgI/mL，拜耳医药公司，德国）75 mL，继以同样流速注射40 mL生理盐水进行冲洗。于降主动脉近端设触发扫描感兴趣区（阈值100 HU），CT值达到100 HU后分别延迟5、7和10 s开始扫描。

1.3 图像重建

在主机上采集原始数据后重建薄层图像并发送至工作站，薄层重建的层厚为0.75 mm，层间隔0.7 mm，重建技术采用血管造影模式，重建算法为Safire叠代算法，滤过参数3。A组应用双能量重建软件，B、C组采用Inspace重建软件，分别自动去除骨骼结构。重建方法包括多平面重建、曲面重建、容积再现和最强密度投影等技术。

1.4 图像质量评价

计算图像信噪比进行质量分析，方法是分别在升主动脉、胸主动脉、腹主动脉中段测量强化后的CT值、背景噪声（Background Noise，BN），计算对比噪声比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）和信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）。按以下方法测量计算：BN为测量升主动脉起始部水平胸壁前空气的CT值的标准差，SNR=主动脉CT值/BN，CNR=（主动脉CT值-背部肌肉CT值）/BN。主观评价采用双盲法，由两位放射科医师在不知道扫描参数的情况下，根据主动脉强化程度、分支血管的显示情况、有无伪影、图像清晰度等进行质量评价并进行分级，结果分为4级，相应评为1～4分：4分为主动脉及小分支血管显示清晰，真假腔对比明显，能显示主动脉夹层内膜片、破口位置，三维重建效果良好；3分为主动脉及小分支血管显示清晰，真假腔对比明显，能显示主动脉夹层内膜片、破口位置，三维重建效果较好；2分为主动脉血管显示清晰，小分支血管显示较清晰，真假腔对比稍模糊，主动脉夹层内膜片、破口位置显示模糊，三维重建效果一般。1分为主动脉及小分支血管显示模糊，真假腔对比模糊，不能显示主动脉夹层内膜片、破口位置，三维重建效果较差。质量评为3分以上的为合格图像，3分以下为不合格图像，取2名医师评分的平均值作为该病例的图像质量评分。

1.5 辐射剂量指标

本研究中辐射剂量的计算仅包括单次主动脉成像扫描的剂量，定位像采集、胸部平扫和对比剂浓度检测等的辐射剂量没有纳入统计数据。扫描时CT机自动计算患者所受辐射剂量，具体采集的数据包括单次加权CT剂量指数（Weighted CT Dose Index Volume，CTDIvol）和剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP），有效辐射剂量（Effective Dose，ED）等于DLP乘以转换系数k（k=0.017 mSv/mGy×cm）。

1.6 统计学分析

比较A、B、C三组患者的扫描长度、辐射剂量CDTIvol、DLP和ED，比较图像质量主观评分、SNR值和CNR值。两名医生评价图像质量的一致性用κ检验，κ值0.81表示一致性很好。连续变量用平均值±标准差表示，分类变量用频率或百分比表示。定量样本分析应用t检验。统计分析软件版本SPSS 19.0。

2 结果

2.1 基本临床资料

所有病例全部成功完成检查，没有出现不良反应或危重状况。图像质量均达到主动脉诊断要求。共发现主动脉夹层39例，其中DebakeyⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型分别为18、2和19例。发现壁间血肿8例，动脉瘤16例，主动脉粥样硬化20例，主动脉穿透性溃疡9例，主动脉夹层或动脉瘤腔内支架植入术后25例，升主主动脉置换术后2例，杂交术后4例，马凡氏综合征2例，正常10例。

2.2 三组患者扫描时间比较

3组扫描长度差异均无显著性意义。A、B、C三组的扫描时间逐渐缩短，差异均有显著性意义。A、B、C三组有效辐射剂量逐渐减少，A与B、C组之间的差异均有显著性意义，B、C之间的差异无显著性意义。3种检查方法的主动脉图像均达合格标准。C组图像噪声较高，颗粒感较明显，信噪比较低，图像质量主观评价得分较低，三组图像质量的评分差异均有统计学意义。观察者间评分结果一致率为96.1% （κ=0.85）。双能量组重建图像更平滑、细腻，微血管显示更丰富。具体数据资料详，见表1～2。

2.3 三组影像学结果

三种扫描方式均能正确诊断主动脉疾病，主动脉夹层表现为内膜撕裂，可见破口和真假腔形成；主动脉壁间血肿表现为主动脉内外膜间等密度影，没有破口和增强；主动脉瘤表现为圆形或梭形扩张；主动脉穿透性溃疡表现为在动脉粥样硬化斑块形成的基础上见龛影形成（图1～3）。

3 讨论

随着中国大陆人均寿命和医疗技术的进步，越来越多的主动脉瘤和急性主动脉综合征被发现，及时、恰当的诊断与治疗可以改善疾病的预后，提高患者的生存质量。CT在主动脉病变诊断与随访中应用最为广泛，具有其他检查方法不可比拟的优越性，能同时显示主动脉以外更多的鉴别诊断信息，为临床治疗决策的制订提供了重要依据[8-10]。

主动脉全程CTA检查因扫描范围大、成像时间长，整个主动脉CTA的辐射剂量较多，尤其是术后复查的患者需要定期、多次进行主动脉全程CT造影，会因此产生具有伤害性的累积辐射效应。因为对必须的诊断任务来讲最高质量的影像并不都是必须的，在保证图像质量不降低的情况下，更少的辐射剂量更符合患者利益。降低辐射剂量的方法有多种[11-13]，包括降低电流、电压、增大螺距等。随着螺距增大，辐射剂量会降低，但图像质量也有下降；较小螺距的图像质量更高，但辐射剂量也增加。如果能选择最佳的螺距则可以在保证成像质量的同时尽可能降低辐射剂量。本研究中设计的高、中、低多螺距扫描方案为解决此问题提供了比较可靠的量化比较结果。有研究认为心电门控技术可以进一步减低辐射剂量，但该技术并不适用于心率不齐和心率较快的患者，而且增加了检查时间，因此我们的研究也未采用同步的心电门控技术。

双源CT单能量扫描时两只球管独立运行，每个球管各需采集一半数据，进床速度明显增加，螺距的最大理论值可以达到3.4。研究发现，螺距为3.0时主动脉CTA的采集时间和DLP分别为1.74 s和273 mGy[14-16]，我们的结果与此相近。本研究中分别应用了螺距为2.0和3.2的数据采集技术，低螺距图像质量最佳，中、高螺距图像的主动脉及分支血管显示同样清晰，撕裂的内膜和破口均能明确显示，所有图像均能满足诊断需要。研究结果显示随着螺距的逐渐增大，采集时间明显缩短，辐射剂量显著降低，2.0螺距的采集时间和ED分别比1.0螺距减少46%和40%。2.0螺距的图像质量高于3.0螺距的图像，但两者的辐射剂量接近，有效辐射剂量差异无显著性意义。高螺距扫描的采集时间最短，理论上升主动脉搏动伪影最少，但与中等螺距相比没有明显差异，而且高螺距CTA的噪声偏高，图像的密度差异和细节显示均不够清晰，当肝脏等实质脏器有微小病变时容易漏诊。根据临床应用经验，螺距太大时采集时间非常短，仅有2 s左右，部分患者的腹部血管图像显示模糊，甚至会导致检查失败，原因可能是设定的采集延迟时间较短，也可能是夹层患者的真腔内血流循环较慢。中等螺距扫描采集时间稍长，避免了类似情况。因此我们认为在同样水平的辐射剂量条件下应该选择图像质量较高的中等螺距（2.0）采集模式，而不主张应用采集速度最快的大螺距扫描模式，这是我们的研究结果独特之处，目前国内外均未见类似研究成果。

总之，本研究认为目前双能量低螺距扫描模式适用于初次进行主动脉疾病筛查的患者，尤其是需要进行主动脉外疾病鉴别诊断的患者；单能量、中等螺距CTA辐射剂量明显减低，适用于主动脉疾病随访的患者；高螺距图像质量下降，但辐射剂量并不能进一步降低，在主动脉疾病检查中不推荐该扫描技术。

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