Based on the Effect of Different Pitches on Neck CTA Radiation Dose and Image Quality under Automatic Tube Current Modulation Technology
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摘要:
目的：研究基于自动管电流调制技术下不同螺距对颈部CTA辐射剂量及图像质量的影响。资料与方法：选择上海市金山区亭林医院2022年9月至2023年5月临床进行颈部CTA检查的患者共120例，男性52例，女性68例，年龄在45～86岁，平均年龄66.76岁。根据不同螺距使用随机表法将患者分配到A、B、C三组，A组为0.8螺距共40例、B组为1.0螺距共40例、C组为1.2螺距共40例。采用单因素ANOVA检验，比较3组间的性别、年龄、身高、体重、扫描总时长；3组间的颈动脉分叉处以及同层的颈静脉、胸锁乳突肌的CT值、SD值、SNR、CNR；3组间的图像质量主观评分；设备自动生成的TDLP以及计算得出的ED。采用Kappa检验法，检验两名医师主观评分的一致性。结果：3组间性别、年龄、身高、体重无统计学差异，机器自动生成TDLP以及计算得出的ED无统计学差异；3组间颈动脉分叉处CT值、同层胸锁乳突肌CT值无统计学差异，3组间的颈动脉分叉处SD、SNR、CNR及同层胸锁乳突肌SD值有统计学差异；3组间的同层颈静脉CT值、扫描总时长有统计学差异；3组间的颈动脉评分无统计学差异；3组间的修正评分有统计学差异。结论：基于自动管电流调制技术前提下，可有效减少辐射剂量，即使采用不同螺距也不会增加或减少辐射剂量，但是随着螺距的增大，扫描时间更短，可有效减少静脉对图像质量的干扰、减少运动伪影，从而提升颈部CTA的图像质量。
Abstract:Objective: To study the effect of different tube pitches on neck CTA radiation dose and image quality under automatic tube current modulation technology. Data and methods: A total of 120 patients were selected for neck CTA examination in Tinglin Hospital of Jinshan District, Shanghai from September 2022 to May 2023, including 52 males and 68 females, aged 45~86 years, with an average age of 66.76 years. According to different pitches, patients were assigned to three groups: A, B and C, with a total of 40 cases of 0.8 pitch in group A, 40 cases with 1.0 pitch in group B, and 40 cases with 1.2 pitch in group C. Univariate ANOVA test was used to compare gender, age, height, weight, and total scan duration between the three groups. CT value, SD value, SNR, CNR of the carotid artery bifurcation between the three groups and the jugular vein and sternocleidomastoid muscle in the same layer; Subjective scoring of image quality between the three groups; TDLP automatically generated by the device and calculated ED. Kappa test was used to test the consistency of subjective scores of the two physicians. Results: There were no significant differences in gender, age, height and weight between the three groups, and there was no significant difference in automatic TDLP and calculated ED. There were no significant differences in CT values at the carotid bifurcation and CT values of the same layer of sternocleidomastoid muscle, SD, SCR, CNR and SD values of the carotid artery bifurcation between the three groups, and the modified score between the three groups. Conclusion: Based on the premise of automatic tube current modulation technology, radiation dose can be effectively reduced. Even if different pitches are used, radiation dose will not increase or decrease. However, as the pitch increases, the scanning time is shorter, which can effectively reduce the interference of veins on image quality, reduce motion artifacts, and improve the image quality of neck CTA.
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Keywords:
- neck CTA /
- pitch /
- radiation dose /
- image quality.
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颈部CTA检查技术是诊断及长期随访颈部血管病变的首选的影像学检查方法，在颈部动脉瘤、血管畸形、血管狭窄、夹层及颈部肿瘤等疾病的临床诊疗中具有重要的意义[1]。但是颈部CTA扫描范围大、辐射剂量大，根据国际辐射防护委员会的要求，患者的辐射防护是建立在实践正当化及剂量最佳化的基本原则上，其最终目标是找到图像质量和辐射剂量间的最佳平衡[2]。
为了降低辐射剂量，目前多采用降低管电压、降低管电流、增加螺距和自动管电流调制技术等方式进行扫描[3-6]；目前基于自动管电流调制技术下不同螺距对颈部CTA辐射剂量及图像质量的影响研究较少。因此，本研究选择本院颈部CTA共120例，观察基于自动管电流调制技术下不同螺距对颈部CTA辐射剂量以及图像质量的影响。
1. 材料和方法
1.1 一般资料
选择上海市金山区亭林医院2022年9月至2023年5月临床进行颈部CTA检查的患者共120例，男性52例，女性68例，年龄45～86岁，平均年龄66.76岁。根据不同螺距使用随机表法将患者分配到A、B、C三组，A组螺距为0.8共40例、B组螺距为1.0共40例、C组螺距为1.2共40例。
纳入标准：临床上进行颈部CTA检查的患者，临床出现恶心、呕吐、头晕、意识障碍和行走不稳等症状。排除标准：①碘对比剂过敏史；②哮喘病史；③严重的心衰及肝、肾功能不全；④孕妇或哺乳期妇女；⑤不能平卧者。
本研究方案经过医院伦理委员会批准，患者及家属检查前均已签署知情同意书。
1.2 机器设备、试剂和注射方案
所有检查在联影Uct760-64排螺旋CT进行，所得图像发送至联影工作站进行后处理，在工作站上进行VR及MIP图像重建。高压注射器采用美德瑞达双筒Salient注射器。
对比剂选用非离子型对比剂（碘海醇注射液350 mgI/mL）。注射方案：3组均以4.5 mL/s流率注射对比剂60 mL，然后以相同流率跟随注射生理盐水30 mL[7]。
1.3 检查方法
患者常规取仰卧位，正中矢状面垂直于床面，双肩轻度下沉，平静呼吸，右肘正中静脉埋置18 G静脉套管针。扫描范围从主动脉弓顶点下缘4 cm开始扫描至颅顶结束。触发点置于主动脉弓部，触发阈值为150 HU，触发后3 s开始扫描。
平扫与增强均采用自动管电流调制技术。扫描管电压100 kV。A组螺距0.8、B组螺距1.0、C组螺距为1.2。平扫重建层厚5.0 mm，层间距5.0 mm；增强重建层厚1.5 mm，层间距1.0 mm。
1.4 评判标准
1.4.1 图像客观评判
在3组横断位图像上分别测量颈动脉分叉处CT值、以及同层颈静脉、同层胸锁乳突肌的CT值与标准差；设同层胸锁乳突肌的标准差代表背景噪声（SD）。根据公式计算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR），以及对比信噪比（contrast-to-noise ratio，CNR）[8]。
$$ \mathrm{SNR}=\mathrm{CT}值/\mathrm{SD}值， $$ (1) $$ \mathrm{CNR}=(血管\mathrm{CT}值-胸锁乳突肌\mathrm{CT}值)/胸锁乳突肌\mathrm{SD}值。 $$ (2) 1.4.2 图像主观评分
颈动脉评分：由两位高年资主治医师采用双盲法对3组患者的横断面图像、VR、MIP图像质量进行评分。评分标准采用5分法[7]。5分：颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰；4分：颈动脉血管显示较清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构较清晰；3分：颈动脉血管显示一般，与周围组织界限尚可分辨，噪声略大；2分：颈动脉血管显示较差，与周围组织界限不清，噪声较重；1分：颈动脉血管显示差，与周围组织界限无法分辨，噪声极为严重。评分≥3分视为满足诊断需求。
修正评分：在此得到颈动脉的评分基础上，增加一项颈静脉对图像干扰的修正评分，如果颈静脉显示CT值大于500 HU或颈静脉超过颈动脉CT值时，-1分（图1～图3）。
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图 1 0.8螺距下的横断位、VR、MIP图像注：（a）～（c）分别为0.8螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分4分，左侧颈静脉明显强化；红箭头所示。Figure 1. Transverse position, VR, MIP images under 0.8 pitch![]()
图 2 1.0螺距下的横断位、VR、MIP图像注：（a）～（c）分别为1.0螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分4分，左侧颈静脉强化；红箭头所示。Figure 2. Transverse position, VR, MIP images under 1.0 pitch![]()
图 3 1.2螺距下的横断位、VR、MIP图像注：（a）～（c）分别为1.2螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分5分，颈静脉未见明显强化，CT值明显低于颈动脉；红箭头所示。Figure 3. Transverse position, VR, MIP images under 1.2 pitch1.4.3 辐射剂量
每位患者的总辐射长度乘积（total dose-length product，TDLP）由设备自行生成，有效辐射量（effective dose，ED）由公式（ED=TDLP×K）计算得出，Kappa=0.00823[8]。
1.5 统计学方法
所得数据均使用SPSS 19.0软件对其进行统计学分析。采用单因素ANOVA检验，比较3组间的性别、年龄、身高、体重、扫描总时长；3组间的颈内动脉起始部CT值、SD值、SNR、CNR以及同层颈静脉、胸锁乳突肌的CT值、SD值；3组间的颈动脉评分、修正评分；3组间扫描后机器自动生成的TDLP以及计算得出的ED。以P<0.05为具有统计学意义。两名医师主观评分的一致性使用Kappa检验法进行检验。
2. 结果
2.1 一般情况及辐射剂量比较
本次研究共选择120例患者，使用随机表法将患者分配到A、B、C三组，3组间性别、年龄、身高、体重均无统计学差异，说明3组基线一致，可以进行比较；3组间机器自动生成的TDLP以及ED差异无统计学差异（表1）。
表 1 三组患者一般资料、主观评分和辐射剂量的比较Table 1. Comparison of general information, subjective scores, and radiation doses across the three groups项目 组别 统计检验 A组 B组 C组 F P 男/女 18/22 18/22 16/24 0.88 0.42 年龄/岁 67.45±10.79 64.15±9.69 68.63±10.16 2.06 0.14 身高/mm 160.70±7.77 161.48±6.70 160.73±7.20 1.02 0.61 体重/kg 62.14±10.07 63.04±8.00 60.90±10.12 0.51 0.17 颈动脉评分/分 4.38±0.67 4.45±0.68 4.48±0.68 0.24 0.79 修正评分/分 3.58±0.64 3.98±0.75 4.36±0.44 35.86 0.00 扫描总时长/s 6.31±0.44 4.88±0.31 4.31±0.32 383.78 0.00 TDLP/mGycm 909.62±63.57 905.37±58.52 894.06±66.17 0.68 0.51 ED/mGycm 7.49±0.52 7.45±0.48 7.36±0.54 0.68 0.51 2.2 图像质量客观比较
3组间颈动脉分叉处CT值及同层胸锁乳突肌CT值无统计学差异；3组间的颈动脉分叉处SD值、SNR、CNR及同层胸锁乳突肌SD值有统计学差异；3组间的同层的颈静脉CT值差异有统计学差异；3组间的扫描总时长有统计学差异（表2）。
表 2 三组患者CT值、SD值、SNR及CNR的比较Table 2. Comparison of CT values, SD values, SNR and CNR in the three groups部位 参数 组别 统计检验 A组 B组 C组 F P 颈动脉分叉 血管CT值/HU 482.83±79.72 446.43±61.94 461.68±61.95 1.97 0.14 SD 5.47±1.90 7.61±5.25 6.26±5.25 3.96 0.02 SNR 100.35±41.24 82.27±45.10 79.26±25.96 3.54 0.03 CNR 125.38±45.06 109.96±44.20 97.00±38.40 4.52 0.01 颈静脉 血管CT值/HU 396.58±69.42 146.17±46.94 104.02±23.51 12.24 0.00 SD 14.61±28.43 7.03±6.20 7.52±4.19 2.50 0.08 胸锁乳突肌 软组织CT值/HU 58.67±4.72 59.35±7.19 58.66±5.82 0.18 0.84 SD 3.69±1.10 4.09±1.72 4.96±1.42 3.93 0.02 2.3 图像质量主观比较
3组间的颈动脉评分无统计学差异；3组间的修正评分有统计学差异（表1）。两名医师主观评分的一致性使用Kappa检验法进行检验，Kappa=0.79，一致性评价具有高度的一致性。
3. 讨论
3.1 基于自动管电流调制技术下不同螺距对辐射剂量的影响
由于颈部CTA检查技术的扫描范围较大，其中包括了晶状体、甲状腺等辐射敏感器官，同时累积的CT辐射剂量还会导致辐射诱导的相关疾病[9]。目前影像科技师多采用自动管电流调制技术方式来降低辐射剂量，有效减少辐射剂量可达40％～60％[10-12]。单纯增大螺距可以使Z轴扫描速度加快，从而减少扫描时间来减少辐射剂量，但是噪声会增加，导致图像质量下降，缩小螺距虽然会提高图像质量，但是辐射剂量会随之增加[13-15]。
根据国际辐射防护委员会的要求，患者的辐射防护是建立在实践正当化及剂量最佳化的基本原则上，其最终目标是找到图像质量和辐射剂量间的最佳平衡。在使用自动管电流调制技术的前提下采用不同螺距，其对图像质量及辐射剂量的影响目前国内外研究结果尚存在争议。袁颖等[16]在对3组胸部仿真体模基于自动管电流调制技术下进行不同螺距的胸部CT扫描，结果显示在使用自动管电流调制技术下，螺距在0.516～1.375间的3组图像噪声均没有显著变化，螺距小于1时减小螺距可使辐射剂量显著减少，螺距大于1时增加螺距辐射剂量没有显著变化。Martin等[10]研究认为，在保证图像质量的前提下，当螺距降低时，mA会跟随降低，因此整体辐射剂量及图像质量均没有显著变化。
本研究结果表明，基于自动管电流调制技术下，螺距分别设置在0.8、1.0和1.2时，TDLP分别为（909.62±63.57）、（905.37±58.52）、（894.06±66.17），ED分别为（7.49±0.52）、（7.45±0.48）、（7.36±0.54），均无统计学差异，与Martin等[10]研究结果一致，即：基于自动管电流调制技术前提下，可有效减少辐射剂量，采用不同螺距不会增加或减少辐射剂量。
3.2 基于自动管电流调制技术下不同螺距对图像质量的影响
随着螺距增大使同样扫描范围内的光子数量减少，此时自动管电流调制技术为保证图像质量，会补偿性增加电流量以增加光子数量，因此3组间辐射剂量并无显著差异，颈动脉CT值没有显著差异，因此图像质量均能满足诊断要求。
本研究结果表明，基于自动管电流调制技术下，螺距分别设置在0.8、1.0和1.2时，TDLP、ED、颈动脉分叉处CT值、同层胸锁乳突肌CT值均无统计学差异。虽然螺距增大仍然会增加图像背景噪声，但是背景噪声不是颈部CTA观察的主要内容，所以并不影响总体图像质量。颈动脉CTA关注在颈动脉本身，由于颈部血管血流速度极快，颈动脉期的时间窗仅为8 s左右[17]。颈部CTA扫描范围大，扫描时间长，流至静脉的造影剂可以干扰颈部动脉图像的观察，甚至形成假血管瘤现象，想要保证动脉成像的同时尽可能降低静脉显影，就必须缩短扫描时间。因此我们的研究评分除了观察颈动脉本身的评分外，还增加了颈静脉的修正评分，这样保证对颈部CTA的评分更加科学。
本研究结果表明，基于自动管电流调制技术下，螺距分别设置在0.8、1.0和1.2，扫描总时长分别为：（6.31±0.44）s、（4.88±0.31）s、（4.31±0.32）s，同层颈静脉CT值分别为：（396.58±69.42）HU、（146.17±46.94）HU、（104.02±23.51）HU，修正评分分别为：（3.58±0.64）、（3.98±0.75）、（4.36±0.44），均有统计学差异。本研究表明，随着螺距的增大，扫描时间更短，在捕捉到最佳的动脉显像的同时，也有效减少静脉干扰对图像质量的影响，从而提升图像质量。与此同时，随着扫描时间的缩短，还减少了运动伪影，也是提升图像质量的一个因素。
综上所述，基于自动管电流调制技术前提下，可有效减少辐射剂量，即使采用不同螺距也不会增加或减少辐射剂量，但是随着螺距的增大，扫描时间更短，可有效减少静脉对图像质量的干扰、减少运动伪影，从而提升颈部CTA的图像质量。
本次研究存在一定的局限性。本研究样本量较少，为单中心研究，期待未来进一步扩大样本量，引用多中心研究及人工智能技术，不断深化研究的内涵。
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图 1 0.8螺距下的横断位、VR、MIP图像
注：（a）～（c）分别为0.8螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分4分，左侧颈静脉明显强化；红箭头所示。
Figure 1. Transverse position, VR, MIP images under 0.8 pitch
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图 2 1.0螺距下的横断位、VR、MIP图像
注：（a）～（c）分别为1.0螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分4分，左侧颈静脉强化；红箭头所示。
Figure 2. Transverse position, VR, MIP images under 1.0 pitch
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图 3 1.2螺距下的横断位、VR、MIP图像
注：（a）～（c）分别为1.2螺距下横断位、VR、MIP图像，颈动脉血管显示清晰，与周围组织界限清晰可辨，细小动脉解剖结构清晰，颈动脉评分：5分；修正评分5分，颈静脉未见明显强化，CT值明显低于颈动脉；红箭头所示。
Figure 3. Transverse position, VR, MIP images under 1.2 pitch
表 1 三组患者一般资料、主观评分和辐射剂量的比较
Table 1 Comparison of general information, subjective scores, and radiation doses across the three groups
项目 组别 统计检验 A组 B组 C组 F P 男/女 18/22 18/22 16/24 0.88 0.42 年龄/岁 67.45±10.79 64.15±9.69 68.63±10.16 2.06 0.14 身高/mm 160.70±7.77 161.48±6.70 160.73±7.20 1.02 0.61 体重/kg 62.14±10.07 63.04±8.00 60.90±10.12 0.51 0.17 颈动脉评分/分 4.38±0.67 4.45±0.68 4.48±0.68 0.24 0.79 修正评分/分 3.58±0.64 3.98±0.75 4.36±0.44 35.86 0.00 扫描总时长/s 6.31±0.44 4.88±0.31 4.31±0.32 383.78 0.00 TDLP/mGycm 909.62±63.57 905.37±58.52 894.06±66.17 0.68 0.51 ED/mGycm 7.49±0.52 7.45±0.48 7.36±0.54 0.68 0.51 
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表 2 三组患者CT值、SD值、SNR及CNR的比较
Table 2 Comparison of CT values, SD values, SNR and CNR in the three groups
部位 参数 组别 统计检验 A组 B组 C组 F P 颈动脉分叉 血管CT值/HU 482.83±79.72 446.43±61.94 461.68±61.95 1.97 0.14 SD 5.47±1.90 7.61±5.25 6.26±5.25 3.96 0.02 SNR 100.35±41.24 82.27±45.10 79.26±25.96 3.54 0.03 CNR 125.38±45.06 109.96±44.20 97.00±38.40 4.52 0.01 颈静脉 血管CT值/HU 396.58±69.42 146.17±46.94 104.02±23.51 12.24 0.00 SD 14.61±28.43 7.03±6.20 7.52±4.19 2.50 0.08 胸锁乳突肌 软组织CT值/HU 58.67±4.72 59.35±7.19 58.66±5.82 0.18 0.84 SD 3.69±1.10 4.09±1.72 4.96±1.42 3.93 0.02
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期刊类型引用(1)
1. 姚铮铮. 自动管电流调制技术对CT血管成像辐射剂量及图像质量的影响. 中外医药研究. 2025(12): 151-153 . 
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