刘 辉 王 卫 李卫东* 张晓亮 朱 砚

头颈部螺旋CT冠状动脉血管造影(computed tomography angiography，CTA)作为无创性诊断头颈部血管性疾病的检查方法，已常规应用于临床，并被证明是一种简单、快速及可靠的诊断方式[1]。数字减影CT血管造影(digital subtraction CT angiography，DSCTA)是一种简便易行的CTA技术，适合于全身各部位血管性病变的显示，可作为血管性疾病的首选检查方法，替代有创性的数字减影血管造影(digital subtraction angiography， DSA)检查[2]。由于头颈动脉CTA辐射剂量较大，且头颈部包括眼晶体和甲状腺等敏感器官，X射线辐射对被照射人群具有潜在危害，因此降低辐射剂量的研究近年来越来越受到社会群体和放射专家学者的关注[3-4]。自动毫安(auto mA，AM)技术基于人体定位像的X射线衰减涨落自动调节mA量，较固定毫安模式可以显著降低辐射剂量[5]。宝石能谱CT在软硬件上采用了多项新技术，在此基础上能谱成像(gemstone spectrum imaging，GSI)具有单能量图像、能谱曲线、物质分离基物质图像和有效原子系数四大应用平台[6]在临床应用上具有很高价值。但是，能谱扫描的基础是单源千伏峰值瞬时切换80 kVp和(或)140 kVp模式，只能使用固定毫安，不能采用AM模式[7]。本研究旨在探讨头颈血管CTA应用GSI模式与AM模式两者之间辐射剂量和成像质量的差异，为临床检查提供参考。

1 材料和方法

1.1 临床资料

随机选取40例拟行头颈动脉CTA的患者，按照扫描成像方法的不同将其分为GSI组和AM组，每组20例。GSI组中男性13例，女性7例；年龄35～76岁，平均年龄(61.8±11.84)岁；体重指数22.8 kg/m2。AM组中男性17例，女性3例；年龄31～74岁，平均年龄(57.5±10.70)岁；体重指数23.6 kg/m2。两组患者临床资料相比无差异，具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①临床拟诊头颈血管疾病；②年龄＞18岁。

(2)排除标准：①患甲亢、严重心脑疾病者；②意识不清，图像有明显移动伪影。

1.3 仪器设备

使用宝石能谱Discovery 750HD型CT及Advantage 4.6工作站(美国GE公司)；Ulrich双筒高压注射器(德国优利奇公司)；广州爱穗PACS工作站。

1.4 扫描参数与方法

(1)扫描参数。GSI组管电压80～140 kVp；管电流使用扫描协议为GSI-40：360 mA，容积CT剂量指数(CT dose index volume， CTDIvol)为12.28 mGy。AM组管电压120 kVp；AM为200～500 mA，噪声指数(noise index，NI)设为12。两组均设置探测器准直(detector coverage)64×0.625 mm，宽度40 mm；螺距0.984：1；球管旋转0.6 sec/rot；扫描速度(coverage speed)65.62 mm/s；层厚5 mm，层间隔5 mm，用标准算法重建5 mm质量控制(quality control，QC)图像。

(2)扫描方法。扫描前在准备间测量患者身高、体重和血压，在肘静脉留置18 G套管针，造影剂为碘帕醇(370 mg I/ml)；患者仰卧，头部用绑带固定，先扫正侧位定位像，将监测平面定于第4、第5颈椎之间，相当于颈总动脉近分叉处，扫描前用高压注射器于肘静脉团注生理盐水15 ml，观察患者血管无异常后，以5 ml/s团注20 ml碘帕醇+20 ml生理盐水，采用团注跟踪扫描方法显示时间-密度曲线，根据曲线最高点对应的时间计算出动脉期扫描延迟时间。开始扫描平扫期同时用高压注射器团注碘帕醇(370 mg I/ml)65 ml，速率为4.5～5 ml/s，跟注生理盐水30 ml；扫描范围从主动脉弓至头顶，扫描方向由主动脉弓至头侧，先扫平扫期获得蒙片图像，到达延迟时间自动扫描动脉期。

1.5 辐射剂量计算

扫描后在剂量报告记录CTDIvol和剂量长度乘积(dose-length product，DLP)。根据头颈有效剂量转换系数k=0.0031 mSv/(mGy·cm)[8]以mSv≈k×DLP计算有效剂量(effective dose，ED)。

1.6 颈厚指数计算

多数学者将研究对象分组时，需测量患者身高及体重、计算其体重指数，以此为根据统计组间患者扫描部位的体厚差异，但体重指数对头颈部CTA扫描区域组织厚度和密度的反映可能还存在着一定的局限性[9]。因此，设计颈厚指数，以能更准确地反映扫描目标区域的组织厚度。颈厚指数的计算为在正侧位定位像上第4、第5颈椎之间平面分别测量正侧位颈部厚度，然后将正侧位厚度相加得出。

1.7 图像后处理及分析

1.7.1 客观定量分析

(1)图像重建。AM组用60%滤波反投影(filtered back projection，FBP)、40%自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction， ASIR)分别重建两期0.625 mm图像；GSI组用60%的FBP、40%的ASIR和单能量70 keV重建两期0.625 mm图像；窗宽400，窗位40。重建图像传至GE Advantage 4.6工作站。

(2)增强期动脉CT值和噪声值测量方法。AM组在每例患者的增强期减影前和减影后轴位图像上、GSI组在单能量70 keV每例患者的增强期减影前和减影后轴位图像上分别测量主动脉弓、第4颈椎水平颈动脉窦、第1颈椎水平颈内动脉、大脑中动脉水平段管腔内CT值(mean值)和噪声值标准差(SD值)。测量时感兴趣区域(region of interest，ROI)置于血管中心，面积约等于血管面积的3/4。

(3)图像信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)计算为公式1：

1.7.2 主观定性评价

(1)辐射剂量评价方法。根据辐射剂量计算和统计结果，分析评价两组差异。

(2)图像质量评价方法。用动脉期图像减去平扫期蒙片图像得到减影图像，进行重组容积再现(volume rendering，VR)、曲面重组(curved planar reformation，CPR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)图像。由两位高年资主治医师采用双盲法在PACS工作站上用肉眼评价两组重组后的图像，如果两位医师评分不一致，则取两人分数和的平均值。按3分制标准评分：①3分为血管内造影剂充盈佳，血管边缘清晰锐利，血管内显示平滑均匀，无射线束硬化伪影和锯齿状伪影，图像质量优质，能完全满足诊断要求；②2分为血管内造影剂充盈尚佳，血管边缘较清晰，血管内显示较均匀，有少量射线束硬化伪影和锯齿状伪影，图像质量良好，能基本满足诊断要求；③1分为血管内造影剂充盈欠佳，血管边缘粗糙模糊，血管内造影剂显示不均匀，射线束硬化伪影较多，图像质量差，不能满足诊断要求。

1.8 统计学方法

使用SPSS 16.0版统计学分析软件进行统计学分析。两组计量数据用均值±标准差(x-±s)表示，临床资料组间计量数据比较采用两个独立样本t检验；两组辐射剂量和影像质量数据使用两个独立样本非参数秩和检验(Mann-Whitney U test)；以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组扫描毫安计量数据

GSI组毫安值固定为360 mA；AM组主动脉弓处mA均值大于GSI组，颈部和头部独立mA均值小于GSI组，在第1颈椎水平以上mA值为预设最低值200 mA，见表1。

表1 两组扫描毫安计量数据(mA)

2.2 两组辐射剂量统计结果

两组颈厚指数和扫描范围差异无统计学意义。GSI组的CTDIvol、平均DLP及ED较AM组均有降低，其中CTDIvol降低12.5%，DLP降低13.4%，ED降低12.9%，两组比较差异有统计学意义(Z=-4.048，Z=-3.679，Z=-3.531；P＜0.001)，见表2。

2.3 两组图像质量客观评价

2.3.1 减影前轴位图像质量比较

GSI组4个层面CT值较AM组均有增加，其中主动脉弓处的差异有统计学意义(Z=-3.381，P＜0.05)；GSI组4个层面SD值较AM组相差不大，但AM组颈动脉窦SD值略有增加，差异有统计学意义(Z=-2.00，P＜0.05)；GSI组主动脉弓和颈动脉窦SNR较AM组增高较多，主动脉弓处差异有统计学意义(Z=-2.27，P＜0.05)，见表3。

2.3.2 减影后轴位图像质量比较

GSI组4个层面CT值较AM组均有增加，其中主动脉弓、颈内动脉入颅处的差异有统计学意义(Z=-3.08，Z=-2.03；P＜0.05)；AM组颈动脉窦SD值略有增加，其差异有统计学意义(Z=-2.22，P＜0.05)；GSI组主动脉弓和大脑中动脉SNR较AM组降低，其中主动脉弓处SNR差异有统计学意义(Z=-2.18，P＜0.05)；GSI组颈动脉窦和颈内动脉入颅处SNR较AM组增加，其中颈动脉窦SNR差异有显著统计学意义(Z=-3.52，P＜0.001)，见表4。

表2 两组辐射剂量及统计结果(±s)

表2 两组辐射剂量及统计结果(±s)

注：表中CTDIvol为容积CT剂量指数；DLP为剂量长度乘积；ED为有效剂量。

组别 颈厚指数 扫描范围(mm) CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm) ED(mSv)GSI组 292.7±32.5 37.3±1.8 12.28±0.00 1060.8±57.8 3.30±0.18 AM组 311.3±37.4 37.9±1.7 14.04±1.48 1224.9±146.2 3.79±0.46 Z值 -1.745 -1.001 -4.048 -3.679 -3.531 P值 0.081 0.317 0.000 0.000 0.000

表3 两组减影前轴位图像质量定量数据(±s)

表3 两组减影前轴位图像质量定量数据(±s)

层面 参数 GSI组 AM组 Z值 P值主动脉弓CT值(HU) 476.2±122.6 345.1±86.3 -3.381 0.001 SD值(HU) 22.7±3.9 22.7±6.0 -0.43 0.665 SNR 22.2±8.1 11.3±4.3 -2.27 0.022颈动脉窦CT值(HU) 514.8±127.9 463.5±98.8 -0.87 0.387 SD值(HU) 13.3±11.5 15.5±9.8 -2.00 0.045 SNR 55.6±35.8 37.8±20.8 -1.87 0.062颈内动脉入颅处CT值(HU) 481.0±108.5 419.6±91.8 -1.57 0.117 SD值(HU) 31.2±18.1 29.9±19.2 -0.70 0.482 SNR 19.9±10.3 17.8±7.9 -0.12 0.903大脑中动脉水平段CT值(HU) 423.4±86.9 381.2±90.1 -1.68 0.094 SD值(HU) 42.0±26.7 44.2±21.5 -0.73 0.465 SNR 13.5±7.9 10.1±4.2 -1.57 0.117

2.4 两组辐射剂量评价

根据统计结果，GSI组的辐射剂量较AM组有所降低，具有显著差异。

表4 两组减影后轴位图像质量定量数据(±s)

表4 两组减影后轴位图像质量定量数据(±s)

层面 参数 GSI组 AM组 Z值 P值主动脉弓CT值(HU) 392.8±144.5 297.2±86.9 -3.08 0.002 SD值(HU) 30.5±5.6 27.2±4.7 -1.49 0.137 SNR 14.5±5.7 16.0±5.7 -2.18 0.029颈动脉窦CT值(HU) 451.4±124.3 403.0±106.4 -1.33 0.185 SD值（HU） 12.0±3.3 14.1±3.5 -2.22 0.027 SNR 39.8±15.1 27.5±10.6 -3.52 0.000颈内动脉入颅处CT值(HU) 425.8±100.5 367.1±105.7 -2.03 0.042 SD值(HU） 20.3±17.2 16.9±6.14 -0.30 0.766 SNR 28.3±12.6 24.0±10.4 -1.38 0.168大脑中动脉水平段CT值(HU) 354.6±80.1 336.8±87.0 -0.65 0.516 SD值(HU) 45.7±36.7 27.4±18.4 -1.79 0.074 SNR 12.4±9.7 17.7±15.1 -1.62 0.105

表5 两组轴位图像质量主观评价结果(分，±s)

表5 两组轴位图像质量主观评价结果(分，±s)

组别 主动脉弓 颈动脉窦 颈内动脉入颅 大脑中动脉 总评GSI组 2.80±0.34 3.0±0.00 3.0±0.00 2.98±0.11 2.94±0.19 AM组 2.73±0.41 3.0±0.00 2.95±0.22 2.90±0.26 2.89±0.28 Z值 -0.49 0.00 -1.00 -1.07 -1.06 P值 0.624 1.000 0.317 0.287 0.290

表6 两组三维图像质量主观评价结果(分，±s)

表6 两组三维图像质量主观评价结果(分，±s)

组别 主动脉弓 颈总动脉 颈内动脉 颅内动脉 总评GSI组 2.53±0.44 3.0±0.00 3.0±0.00 2.80±0.38 2.83±0.35 AM组 2.15±0.43 2.88±0.22 2.88±0.22 2.75±0.41 2.66±0.45 Z值 -2.48 -2.36 -2.36 -0.38 -2.77 P值 0.013 0.018 0.018 0.704 0.006

2.5 两组图像质量主观评价

两组的四段轴位图像评分均能达到2分以上，各段图像评分均值及总评分数均达到2.7分以上，其中颈动脉窦评分均为3分，两组间图像质量比较差异无统计学意义，见表5。

两组三维图像评分主动脉弓、颈总动脉及颈内动脉图像质量GSI组高于AM组，差异有统计学意义(Z=-2.48，Z=-2.36，Z=-2.36；P＜0.05)，颅内动脉图像质量无统计学差异；总评分数GSI组高于AM组，差异有统计学意义(Z=-2.77，P＜0.05)，均能满足临床诊断需求，见表6。

AM颈部血管三维图像显示：CPR图像肩部有少量伪影，VR图像显示良好，总评分为2.75分，见图1。

注：图中a为VR正位图像；b为CPR正位图像；c为CPR斜位图像。

GSI颈部血管三维图像显示：VR和CPR图像良好，总评分为3分，见图2。

图2 GSI颈部血管三维图像

AM及GSI头部血管三维图像显示：颅内血管显示清晰完整，图像质量评级均为3分，两组图像均显示良好，无明显差异，见图3。

图3 AM及GSI头部血管三维图像

3 讨论

3.1 辐射剂量

自动管电流调节技术可根据患者体型厚度变化来调节曝光量，使每层图像噪声水平保持在预设值，从而获取预期的图像，同时也降低了辐射剂量[10]。根据前期临床工作中预实验结果，本研究AM的NI值设定为12；NI过高则图像噪声水平上升，过低则会增加患者辐射剂量；在此噪声值水平下的图像质量可以满足临床诊断要求。由于头部和颈部体厚分布差异较大，通过AM扫描数据发现肩胸部毫安值较高、头颈部毫安值较低。在预设NI=12的条件下，实际上体质量较大患者肩胸部扫描毫安可达300 mAs以上，而所有患者头部可在100 mAs以下；预先设置auto mA范围为200～500 mA，是因为考虑到肩胸部血管较粗大且非主要观察区域，头颈部血管较纤细且为重点诊断部位，在保证图像质量的前提下，尽量减少肩胸部的扫描剂量，适当增加头颈部曝光量。

由于GSI扫描模式与AM不同，因而预置了诸多扫描协议，其中每个扫描协议具有固定的毫安值、球管转速和计算出的CTDIvol。本研究根据临床实践将扫描协议定为GSI-40，其毫安值为360 mA，GSI的mAs值是360 mA×0.6 sec/rot=216 mAs，从主动脉弓到头顶毫安值保持不变，因此较AM减少了肩胸部的剂量，增加了头颈部的剂量，其统计结果显示，GSI组较AM组扫描剂量降低，其中有效剂量降低12.9%，两组辐射剂量有较大差异，表明用GSI扫描比auto mA扫描时肩胸部剂量减少明显，而头颈部剂量GSI组较AM组增加较少。

由于头颈部血管成像范围较长，且头颈部DSCTA需进行平扫和动脉期两期扫描，X射线辐射剂量也随之较常规单期CTA增加一倍[11]。但是，DSCTA可以通过数字减影方法减去动脉以外的组织结构，简便高效地分离动脉血管，较常规单期CTA动脉显示清楚，组织伪影减少，能明显减少后处理时间，提高工作效率；尤其对颅底血管显示有明显优势，动脉瘤检出率提高[12-13]。

3.2 图像质量

通常认为在头颈部DSCTA中，肩部伪影对颈总动脉和椎动脉的成像干扰最为明显，因此在常规头颈CTA时需增加肩部的扫描剂量[14]。本研究结果得出主动脉弓扫描剂量GSI组比AM组低17%，但CT值GSI组比AM组高38%，两组轴位图像主观评分无统计学差异，三维图像评分GSI组比AM组高，有统计学差异。这是因为GSI组轴位图像是70 keV单能量图像，能谱CT单能量图像能够增加血管的CT值、信噪比和对比噪声比，优化血管的重建效果，图像质量明显优于混合能量模式[15-16]。

两组颈部的颈总动脉、颈内动脉和椎动脉轴位图像主观评分无统计学差异，三维图像评分GSI组比AM组高，有统计学差异。因为用肉眼主观评测三维血管比轴位图像血管更直接、更容易评判。GSI组图像质量比AM组高，归结于GSI组颈部扫描剂量和定量数据均高于AM组。

两组颅内动脉轴位和三维图像质量差别不大，GSI组稍高于AM组，差异无统计学意义。虽然GSI组扫描剂量是AM组的1.8倍，但是定量数据不是全部高于AM组，因此GSI组图像质量无明显提高，表明扫描剂量高低与图像质量的优劣具有相关性。AM组用200 mA即能保证图像质量，GSI组的360 mA则增加了多余的剂量，辐射剂量达到一定高度后，再增加辐射剂量对提高图像质量无相应益处，并使受检者增加了不必要的辐射剂量。所以使用AM时，预置的mA值的上下限范围要适当，过高或过低都无益于图像质量，要求放射工作者应注重研究辐射剂量与图像质量的关系，以期降低受检者的辐射剂量[17]。

头颈动脉DSCTA应用GSI虽然较AM增加了头颈部的剂量，但减少了肩胸部的剂量，总体明显降低了X射线辐射剂量，并可提高影像质量。