双源CT低剂量自适应扫描序列在冠状动脉成像中的应用

阎 静，成官迅，刘国顺，虞康惠

（南方医科大学南方医院影像中心，广东 广州 510515）

双源CT前瞻性心电门控序列扫描模式在冠状动脉成像中的应用日趋成熟，获得满足临床诊断图像质量的同时，能够显著降低辐射剂量。但该技术只适用小部分心率低且稳定的患者。适应性序列门控扫描技术上的进一步改进，使得高心率患者的CT冠状动脉成像成为可能。本研究主要探讨双源CT自适应序列扫描模式在心率≥65 bpm患者中的可行性及应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2010年11月—2011年1月来南方医院影像中心行双源CT冠状动脉成像（Dual-source CT angiography，DSCTA）的 51 例患者（心率≥65 bpm），采用自适应序列门控扫描。病人资料见表1。

1.2 病人准备

扫描前于受检者桡静脉预埋18号留置针，先行静脉推注7～8 mg地塞米松及20 mL生理盐水以预防过敏反应并保证置管通畅。对患者进行严格的屏气训练，扫描前3 min在心率低于90 bpm的患者舌下喷硝酸甘油气雾剂0.5～1.0 mg。无硝酸甘油不良反应（心动过速、临床相关性血压下降）患者取仰卧位在胸部指定位置粘贴电极，正确连接心电监护监测心率，保证CT扫描和心电图同步。

Table 1 Baseline characteristics of patients in group A and B

1.3 扫描设备及参数

应用Siemens双源CT扫描仪（Somatom Definition）Adaptive Cardio Sequence序列，扫描范围自气管隆突下1 cm至心脏膈面。选用非离子型对比剂碘普罗胺（370 mgI/mL），应用美国MEDRAD双筒高压注射器以5.0～5.5 mL/s的流率注入70～85 mL对比剂（根据扫描时间确定）和相同流率30 mL生理盐水。应用对比剂示踪法在主动脉根部层面选择感兴趣区（ROI）监测CT值，当ROI内CT值达到 90 HU时，延迟6 s自动触发扫描。数据采集期相根据屏气后的心率设定：A组24例（65 bpm≤心率<75 bpm），采集期相设为70%R-R间期，B组27例（心率≥75 bpm），采集期相设为40%R-R间期，采集时间选择 0.38 s。管电压采用：BMI≥25 kg/m2，120 kV；BMI<25 kg/m2，100 kV；管电流根据 BMI适当调节：BMI≥25 kg/m2，249～400 mAs；BMI＜25 kg/m2，201～400 mAs。准直32×0.6 mm，采用Z轴飞焦点技术采集64层，层厚0.75 mm。

1.4 图像后处理

所有的图像传送到Syngo工作站进行数据分析，以2%为间隔重建32%～48%间期，层厚0.75 mm，重组卷积核采用细腻平滑B26f，选择显示血管最好的期相进行分析。图像处理包括容积再现（VR）、曲面重组（CPR）和最大密度投影（MIP）。

1.5 图像质量评价

根据美国心脏病学会15段冠状动脉分段法[1]，右冠状动脉（Right coronary artery，RCA）包括 1～4段，左冠状动脉主干（Left main artery，LMA）和前降支 （Left anterior descending，LAD）包括5～10段，左回旋支（Left circumflex artery，LCX） 包括11～15段，如有中间支，归为LAD。由2名有经验的高年资医师采用双盲法对重建好的图像评分，然后针对不一致的评判进行第二次共同阅片，达成一致意见。评分标准采用4级评分法：4分图像质量为优，冠状动脉显示清晰，管腔连续完整，无明显运动伪影和错层；3分图像质量为良好，管壁欠锐利或CPR上见轻度运动伪影，不影响诊断；2分图像质量为中等，管壁中度伪影或CPR图像上有阶梯状伪影，尚可以作出诊断；1分图像质量为差，冠状动脉错位、管壁严重伪影，不能作出诊断。所有起始端管径≥1.5 mm的节段都被评价，对于存在严重钙化和软斑块以及支架血管段不做评价。

1.6 CT辐射剂量评价

本研究的辐射剂量仅为CTCA的辐射剂量，不包括定位像和触发扫描的辐射剂量。通过CT自动计算得到容积CT剂量指数（CT dose index volume，CTIvol）和剂量长度乘积（Dose length product，DLP），由DLP乘以特定的转换系数k来评估有效剂量（Effective dose，ED），转换系数k值参考欧盟委员会关于CT 的质量最新标准指南[2]，k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.7 统计学分析

运用SPSS 13.0软件分析，采用Wilcoxon秩检验和两独立样本t检验对两组的图像质量和辐射剂量分别进行统计学分析。

2 结果

2.1 冠状动脉图像质量分析结果

见表2。共50例患者纳入评价（B组1例因屏气后的心率不稳定，扫描前平均心率85 bpm，扫描时降为68 bpm，扫描未成功）。A组（图1～3）共评价冠状动脉299段（存在中间支6段，52段因解剖变异未显示，7段管径<1.5 mm、8段存在支架未评价），B组（图4～6）共评价345段（存在中间支9段，39段因解剖变异未显示，15段管径<1.5 mm未评价）。按前述评分标准，A组图像质量评价为3～4分者占91.3%，1～2 分者 RCA 最多（12/29，41.4%），图像质量降低的主要原因是阶梯状伪影（16/29，55.2%），几乎全是远段或侧支。B组图像质量评价为3～4分者占92.2%，1～2分者RCA与LCX节段数相同，均为11段（22/27，81.5%），图像质量降低的主要原因是运动伪影（13/27，48.1%），以RCA的中段最多。A、B两组心率波动范围3～44 bpm，其中包括4例早搏患者，图像质量均为3～4分。可评价的所有冠状动脉图像质量评分，A组总体平均分为（3.53±0.73）分，其中 100 kV 组（3.58±0.61） 分，120 kV 组为（3.48±0.81）分，两组间差异无统计学意义（Z=-0.349，P=0.727）；B组图像质量总体平均分为（3.59±0.63）分，其中 100 kV 组（3.64±0.57）分，120 kV 组（3.55±0.67）分，两组间差异无统计学意义（Z=-1.044，P=0.296）。

Table 2 Comparison of image quality in group A and B

图1～3 同一患者，BMI为28.40 kg/m2，管电压120 kV，管电流270 mAs。图1：平均心率73 bpm，选择70%R-R间期扫描；图2：VR图像，各冠状动脉段显示清晰，无伪影；图3：CPR图像，右冠状动脉管壁光滑，无伪影，评分4分。图4～6 同一患者，BMI为23.92 kg/m2，管电压为100 kV，管电流362 mAs。图4：平均心率83 bpm，选择40%R-R间期扫描；图5：VR图像，各冠状动脉段显示清晰，无伪影；图6：CPR图像，右冠状动脉管壁光滑，无伪影，评分4分。Figure 1～3.Same patient with a body mass index of 28.40 kg/m2and a scanning protocol involving a tube voltage of 120 kV and a tube current-time of 270 mAs.Figure 1:The centre of the data acquisition window was set at 70%of the R-R interval as the patient with an average heart rate of 73 bpm;Figure 2:The image quality of volume rendering was considered clear and no artifact in any segments of the coronary artery;Figure 3:The image quality of curved planar reformation in RCA was considered 4 scores due to its smooth wall without artifact.Figure 4～6.Same patient with a body mass index of 23.92 kg/m2and a scanning protocol involving a tube voltage of 100 kV and a tube current-time of 362 mAs.Figure 4:The centre of the data acquisition window was set at 40%of the R-R interval as the patient with an average heart rate of 83 bpm;Figure 5:The image quality of volume rendering was considered clear and no artifact in any segments of the coronary artery;Figure 6:The image quality of curved planar reformation in RCA was considered 4 scores due to its smooth wall without artifact.

2.2 辐射剂量评价

见表3。A组总体平均有效剂量为（2.85±0.93）mSv，其中 100 kV 组（2.11±0.66）mSv，120 kV 组（3.48±0.60） mSv，两者间差异有统计学意义（t=-5.326，P＜0.001）；B 组总体平均有效剂量为（3.10±0.86） mSv，其中 100 kV 组（2.30±0.35） mSv，120 kV 组（3.68±0.61） mSv，两者间差异有统计学意义（t=-6.672，P＜0.001）。

Table 3 Comparison of radiation dose in group A and B

3 讨论

3.1 自适应门控序列扫描模式的优势

多层螺旋CT冠状动脉成像时如何降低辐射剂量成为研究的热点，根据国际放射防护委员会提出的“合理使用低剂量”原则，提高图像质量与降低辐射剂量统筹兼顾是我们追求的目标。国内外多项研究表明前瞻性心电门控扫描是降低辐射剂量行之有效的方法，在保证图像质量和诊断准确性的同时，辐射剂量较回顾性心电门控螺旋扫描模式显著降低[2-5]。但是该技术对心率和心律的要求非常严格，心率应控制在70 bpm以内，波动范围小于10 bpm，而且曝光时间窗为200 ms，只能在采集期相进行数据重组，图像如出现错层将无法弥补。自适应序列扫描模式是在前瞻性心电门控扫描基础上改进的一项新技术，扫描角度260°～460°，数据采集时间窗拓宽到380 ms，实现了重建相位调整，能在采集期相处±8%时相范围内选择最佳的重建期相[6-8]。此技术与双源CT 83ms的时间分辨率有机结合，使其在高心率患者中的应用成为可能。

3.2 双源CT自适应门控扫描的可行性与个性化扫描

双源CT具备对冠状动脉舒张期和收缩期双期成像的能力，心率较低时，最佳成像时相多数位于舒张中期，特别集中于R-R间期的70%左右；高心率时，最佳时相多数转移至收缩末期，特别集中于RR间期的40%左右[9-11]。因此本研究在扫描前观察屏气后心电图上的心率变化，对65 bpm≤心率<75 bpm患者，采集期相设在70%R-R间期扫描，心率≥75bpm患者，采集期相设在40%间期。结果表明两组均有90%以上的冠脉节段可达到优良（3～4分）的图像质量，与以往回顾性与前瞻性门控扫描结果一致[2-5]。Alkadhi等[4]研究证实采用前瞻性门控扫描时根据BMI调节管电压可以显著降低辐射剂量，而且对冠状动脉的图像质量无影响。因此本研究对于BMI在25kg/m2以下的患者采用100 kV管电压扫描，以上患者采用120 kV管电压扫描。结果显示A、B两组中100 kV组的有效剂量均显著低于120 kV组（P＜0.001）；而两组中100 kV组与120 kV组的图像质量评分无明显差异（P>0.05）。A、B两组图像质量总体评分为（3.53±0.73）分与（3.59±0.63）分，两者的有效剂量为（2.85±0.93） mSv与（3.10±0.86） mSv，明显低于回顾性门控扫描患者所接受的辐射剂量[2-5]，同时也低于国内文献报道的自适应心电门控扫描的辐射剂量[7-8]。因此，针对不同BMI患者适当调整扫描参数，能够进一步降低辐射剂量而对图像质量无影响。

3.3 心率和心律变化与图像质量的关系

本研究结果显示A、B两组中冠状动脉图像质量评分为1～2分者，RCA和LCX的节段数居多，心率≥75 bpm时，图像质量的下降主要与运动伪影有关，尤以RCA中段最显著，与文献报道的78 bpm是产生运动伪影的临界心率结果吻合[7]。作者认为上述结果的原因为冠状动脉的运动速度不一，其中RCA的运动速度最快，其次是LCX，LAD和LM运动速度最慢，且RCA、LCX最接近左、右心房，尤其是RCA中段走行于右侧房室间沟，最易受心脏搏动的影响[12]。本研究也表明心率<75 bpm时，图像质量的下降主要与阶梯状伪影有关，几乎全是远段或侧支，是否提示血管管径是影响阶梯状伪影的主要因素，而非心率高低。本研究两组心率波动范围3～44 bpm，其中包括4例早搏患者，均获得了满意的图像质量。这得益于自适应序列扫描模式提供了心律不齐补偿技术，当期前收缩发生时可自动识别并忽略扫描或重复扫描，而且在预设采集期相处前后±8%范围内进行数据采集，Z轴方向上数据重叠约10%，避免了心率波动对图像质量的影响。

总之，自适应序列扫描模式与双源CT 83 ms的时间分辨率有机结合，可以得到满意的图像质量，同时显著降低辐射剂量，具有广泛的应用前景。

[1]Austen WG,Edwards JE,Frye RL,et al.A reporting system on patients evaluated for coronary artery disease.Report of the Ad Hoc Committee for Grading of Coronary Artery Disease,Council on Cardiovascular Surgery[J].Circulation,1975,51(4 Suppl):5-40.

[2]Pflederer T,Jakstat J,Marwan M,et al.Radiation exposure and image quality in staged low-dose protocols for coronary dualsource CT angiography:a randomized comparison[J].Eur Radiol,2010,20(5):1197-1206.

[3]Stolzmann P,Goetti R,Baumueller S,et al.Prospective and retrospective ECG-gating for CT coronary angiography perform similarly accurate at low heart rates[J].Eur Radiol,2011,79(1):85-91.

[4]Alkadhi H,Stolzmann P,Scheffel H,et al.Radiation dose of cardiac dual-source CT:The effect of tailoring the protocol to patient-specific parameters[J].Eur Radiol,2008,68(3):385-391.

[5]Ketelsen D,Thomas C,Werner M,et al.Dual-source computed tomography:Estimation of radiation exposure of ECG-gated and ECG-triggered coronary angiography[J].Eur Radiol,2010,73(2):274-279.

[6]Xu L,Yang L,Zhang Z,et al.Low-dose adaptive sequential scan for dual-source CT coronary angiography in patients with high heart rate:comparison with retrospective ECG gating[J].Eur Radiol,2010,76(2):183-187.

[7]郭晓娟，马展鸿，刘敏，等.双源CT自适应心脏步进扫描技术在高心率患者冠状动脉成像中的应用[J].中国医学影像技术，2010，26（7）：1358-1362.

[8]鲁锦国，吕滨，唐翔，等.双源CT自适应前瞻性心电门控冠状动脉造影：与传统冠状动脉造影对照 [J].临床放射学杂志，2010，29（8）：1043-1048.

[9]Araoz PA,Kirsch J,Primak AN,et al.Optimal image reconstruction phase at low and high heart rates in dual-source CT coronary angiography[J].Int J Cardiovasc Imaging,2009,25(8):837-845.

[10]Seifarth H,Wienbeck S,Pusken M,et al.Optimal Systolic and Diastolic Reconstruction Windows for Coronary CT Angiography Using Dual-Source CT[J].AJR,2007,189(6):1317-1323.

[11]郑敏之，王小英，石明国，等.双源CT冠状动脉造影-高心率患者的图像质量与狭窄诊断[J]. 医疗卫生装备，2010，31（1）：10-12.

[12]Achenbach S,Ropers D,Holle J,et al.In-plane coronary arterial motion velocity:measurement with electron-beam CT[J].Radiology,2000,216(2):457-463.