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超低对比剂剂量和流率在头颈部CT血管造影中的应用研究

作者及机构
本研究由谢孟臻、吴斌（通信作者）、刘于宝、侯严振、杜牧（南方医科大学深圳医院医学影像中心）和贺雄军（南方医科大学深圳医院神经内科）共同完成，发表于《中国医学物理学杂志》2022年9月第39卷第9期。

学术背景

头颈部CT血管造影（CT angiography, CTA）是临床常用的无创血管成像技术，但传统方法需使用大剂量碘对比剂（通常50 ml，流率5 ml/s），可能引发对比剂肾病（contrast-induced nephropathy, CIN）或对比剂外渗等风险，尤其对肾功能低下、糖尿病或外周血管脆弱的患者。近年来，能谱CT技术的发展为降低对比剂用量提供了可能，其中双层探测器光谱CT（dual-layer spectral detector CT）通过虚拟单能谱重建（monoenergetic spectral imaging）可提升低剂量对比剂的成像质量。然而，此前研究多聚焦于常规剂量或中等剂量对比剂，对超低剂量（20 ml）和超低流率（2 ml/s）的探索尚未见报道。本研究旨在验证此类方案在低耐受度患者中的可行性及优势。

研究流程与方法

1. 研究对象与分组
- 观察组：40例对比剂低耐受患者（肾功能低下、糖尿病或化疗后血管脆弱），注射对比剂20 ml（碘海醇，350 mgI/ml），流率2 ml/s。
- 对照组：40例普通患者，对比剂50 ml，流率5 ml/s。两组患者体质量均≤70 kg，年龄、性别无统计学差异（p>0.05）。

2. 扫描与图像重建
- 设备：Philips IQon Spectral CT（双层探测器光谱CT）。
- 扫描参数：管电压120 kVp，管电流自动调制（ATCM），触发阈值120 HU，延迟5 s。
- 重建方案：观察组采用40 keV单能谱重建（投影空间光谱重建，spectral L5），对照组为混合迭代重建（iDose4 L5）。

3. 图像质量评估
- 主观评分：由2名资深医师双盲评估，包括血管充盈度（5分制）、大脑中动脉远端显影（M1-M3段，5分制）及静脉污染（锁骨下静脉残留对比剂程度，5分制）。
- 客观指标：测量主动脉弓、颈总动脉分叉处、大脑中动脉M1段的CT值、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR），并在胸锁乳突肌区域计算噪声（SD）。

4. 辐射剂量统计
记录容积CT剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP），并计算有效辐射剂量（ED=DLP×0.0054）。

5. 统计学分析
采用SPSS 20.0，正态分布数据以均数±标准差表示（t检验），非正态数据以中位数（四分位数）表示（Wilcox检验），显著性阈值p<0.05。

主要结果

1. 图像质量
- 主观评分：两组动脉显影总分无差异（观察组9分 vs. 对照组10分，p=0.249），但观察组静脉污染评分显著更低（3.20±0.67 vs. 3.95±0.68，p<0.001），提示超低剂量方案可减少静脉干扰。 - **客观指标**： - 主动脉弓水平：观察组CT值（484.90±124.83 HU）、SNR（115.56±69.22）和CNR（99.93±64.89）均显著高于对照组（p<0.05），得益于40 keV单能谱对碘信号的增强效应。 - 颈动脉及大脑中动脉：两组CT值无差异（p>0.05），但观察组SNR和CNR仍更高（p<0.05），表明低能谱重建可优化噪声性能。

2. 辐射剂量
两组CTDIvol、DLP和ED无统计学差异（p>0.05），说明超低剂量方案未增加辐射风险。

3. 临床适用性
观察组2例因心率波动导致大脑中动脉显影评分较低（3分），提示需优化扫描时间窗；其余病例均满足诊断需求。

结论与价值

1. 科学价值：首次证实双层探测器光谱CT联合40 keV单能谱重建可在20 ml对比剂、2 ml/s流率下获得与传统方案相当的图像质量，且SNR/CNR更优。
   
2. 临床意义：
   
   • 降低60%对比剂用量，显著减少CIN和外渗风险，尤其适用于肾功能不全或血管脆弱患者。
     
   • 无需额外辐射剂量，符合ALARA（合理最低剂量）原则。
     
3. 技术创新：
   
   • 利用投影空间光谱重建和反相关噪声抑制技术，克服低剂量图像的噪声问题。
     
   • 为超低剂量CTA的能谱选择（40 keV）提供了实证依据。
     

研究亮点

1. 超低剂量突破：对比剂用量（20 ml）和流率（2 ml/s）为同类研究最低，且首次在头颈CTA中验证其可行性。
   
2. 能谱技术优化：40 keV单能谱重建显著提升血管CT值和信噪比，弥补低剂量缺陷。
   
3. 临床普适性：研究纳入多种低耐受患者，结论具有广泛推广价值。
   

局限性：样本量较小（80例），未覆盖BMI>70 kg患者，未来需扩大人群并探索个体化剂量方案。

此研究为低耐受患者头颈CTA提供了安全、高效的解决方案，推动了能谱CT在临床中的精准应用。