320排容积CT冠状动脉成像低剂量扫描技术的临床应用

蔡楚逸，曹国全，胡浩，张辉，叶小合，杨建涛，吴恩福

（温州医科大学附属第一医院 放射科，浙江 温州 325015）

随着现代经济的发展及社会的进步，近年来冠状动脉疾病的发病率及病死率呈逐渐升高趋势，据调查，大约每一分钟便会有一个美国人死于冠心病[1]。在中国，冠心病的发病率虽低于发达国家，但发病率仍以每年1.7%的速度在增长[2]。冠状动脉CT血管造影（CTA）检查作为一种无创性检查，能显示冠状动脉内斑块、钙化及狭窄率，因此也越来越广泛地被运用于临床。利用64排多层螺旋CT扫描冠状动脉辐射剂量较高，约为8～16 mSv[3]，而320排容积CT以其特有的前瞻性心电门控扫描模式，可以在一个心动周期中完成整个心脏的数据采集，有效地降低了辐射剂量。另外，采用ECG管电流调制的脉冲式曝光技术，对比高度重叠扫描的回顾性心电门控扫描，亦可减少对患者的辐射。本研究的目的在于探讨320排容积CT前瞻性心电门控技术及ECG管电流调制扫描技术在图像成像质量及降低扫描剂量方面的差异。

1 资料和方法

1.1 一般资料 对2013年1月至4月我院临床拟诊为冠心病的97例患者行冠状动脉CT检查。排除标准为严重心率不齐、冠状动脉搭桥、碘对比剂过敏、严重肝肾功能不全及屏气失败者。97例患者按先后顺序随机分组，53例患者为常规组（A组）行ECG管电流调制扫描，44例患者为低剂量组（B组）行前瞻性心电门控扫描。两组患者的性别、年龄、心率、体质量指数（body mass index，BMI）均具有良好的一致性（见表1）。

表1 两组行320排CT检查患者的基本资料比较（±s）

表1 两组行320排CT检查患者的基本资料比较（±s）

组别 n 性别 心率（次/min）BMI（kg/m2）年龄（岁）男女A组 53 34 19 70±13 24±3 56±10 B组 44 27 17 67±13 23±3 58±10 t 0.080 -1.050 -0.672 0.884 P 0.777 0.296 0.503 0.379

1.2 检查方法 所有检查均在320排CT（东芝Aquilion one动态容积CT）上进行，监测患者心率及血压，检查前3～5 min嘱患者舌下含服硝酸甘油，对于心率较快（＞90次/min）且无β受体阻滞剂禁忌者，嘱检查前1/2 h至1 h服25 mgβ受体阻滞剂（倍他乐克）。对所有患者进行呼吸训练，根据机器指示吸气后屏气。检查时患者取仰卧位，粘贴电极并连接心电监护，扫描范围为16 cm，自气管隆嵴下1 cm至心底。使用双筒高压注射器（Medrad，Stellant）经肘静脉注入非离子对比剂碘帕醇（370 mgI/mL）50 mL，流率5.0 mL/s。注射完毕后以同样流率注入0.9%氯化钠溶液20 mL。分别采用前瞻性心电门控及ECG管电流调制方案，管电压设为120 kV，管电流的大小根据患者的体型自行调节，参考范围为200～450 mA。对于前瞻性心电门控扫描的患者，当心率≤70次/min时，设置采集一个心动周期，采集时相为R-R间期70%～80%之间；当心率＞70次/min时，设备自动采集两个或多个心动周期，采集时相为R-R间期在35%～80%之间。而采用ECG管电流调制扫描的患者，在65%～85% R-R间期运用100%管电流输出，而其他时相为25%的管电流输出[4]。增强扫描应用SureStart造影剂追踪技术。设定降主动脉的阈值为180 HU，扫描后把数据导入Vitrea Advanced6.3工作站进行后处理重建图像，行多平面（multiplanar reformation，MPR），容积再现（volume rendering，VR），最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及曲面重组（curved planer reformation，CPR），并均采用第三代迭代重建算法（third-generation iterative recon struction，AIDR 3D）重建。

1.3 图像质量评价

1.3.1 主观评价：由两名经验丰富的高年资放射科医生进行盲法评估，意见不一致时协商决定。根据美国心脏协会的15段冠状动脉分法，评价直径＞1.5 mm的冠状动脉[5]。评分为1～4分：4分：优秀，无伪影，边界清晰；3分：良好，轻度伪影，较为清晰；2分：尚可，中度伪影，血管轻度中断；1分：无法诊断。

1.3.2 客观评价：信号强度（signal intensity，SI）采用升主动脉根部平均CT值表示，升主动脉根部的CT值的标准差（standard deviation，SD）作为图像噪声，测量左室心肌CT值（SI1），采用信号噪声比（signal to noise ratio，SNR）及对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）对图像质量进行评估。将感兴趣区ROI置于冠状动脉左主干开口同一层面的升主动脉根部，尽量避开钙化，感兴趣区的面积根据患者具体情况设为300～600 mm2。图像的CNR及SNR的计算公式[6-7]如下：SNR=SI/SD；CNR=（SI-SI1）/SD。用此方法算出两组资料的SI、SD、SNR及CNR。

1.4 有效剂量评价 记录每例患者的剂量长度乘积（dose length product，DLP）并计算有效剂量，有效剂量（effective dose，ED）的计算公式：ED=DLP×K系数（胸部的K系数为0.014）[8]。

1.5 统计学处理方法 采用SPSS 17.0统计学软件进行统计学分析。数据以±s形式表示。年龄、BMI、心率、SI、SD、SNR及CNR的组间比较均采用两样本独立t检验。辐射剂量按扫描圈数的不同进行分组比较，同样进行两独立样本t检验，冠状动脉图像质量总体评分采用Mann-WhitneyU检验。所有数据均为双侧检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 有效辐射剂量比较 有效辐射剂量A组平均为（8.66±3.67）mSv，B组为（3.99±2.42）mSv，B组剂量明显低于A组（t=-7.23，P＜0.05），较A组减少54%。大部分患者采集了2个心动周期，只有2例患者采集了4个心动周期，扫描1个或2个心动周期时A、B两组剂量差异有统计学意义（P＜0.05），在扫描3个及以上的心动周期时差异无统计学意义（P=0.103）。A组中扫描2个与3个及以上心动周期的剂量与患者BMI相关性高（r=0.704，P＜0.05；r=0.693，P=0.004），B组中各个心动周期与患者BMI相关性低于前者。见表2。

表2 两组320排CT检查患者的有效辐射剂量比较（±s，mSv）

表2 两组320排CT检查患者的有效辐射剂量比较（±s，mSv）

?

图1 A组某患者冠状动脉CT血管造影图像

2.2 两组图像质量比较 主观图像质量评分：A组与B组图像质量组间对比差异无统计学意义（见表3）。A组图像评分为3分及4分的节段数为92.4%（599/648），B组为92.9%（501/539），两组对比差异无统计学意义（Z=-0.357，P=0.721）。两组特征性图像见图1-2。图像质量评分（为1分及2分）较差的血管，A组为0.2%（49/648），B组为0.3%（38/539），差异无统计学意义（Z=-0.812，P=0.417）。客观图像质量分析见表4，A组与B组的SI、SD、SNR、CNR差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表3 两组320排CT检查患者的主观图像质量评分 n（%）

表4 两组320排CT检查患者的客观图像质量参数（±s）

表4 两组320排CT检查患者的客观图像质量参数（±s）

组别 n SI（HU） SD SNR CNR A组 53 433.4±82.5 22.1±6.2 20.7±5.7 16.6±5.0 B组 44 436.1±94.7 21.5±4.9 20.9±5.5 16.9±4.7 t 0.153 -0.522 0.240 0.311 P 0.879 0.603 0.811 0.757

3 讨论

CTA冠状动脉检查以其方便、快捷、无创等优点，已在临床上得到广泛应用，但普通螺旋CT受探测器宽度限制，需多次重叠扫描拼接成像，故扫描时间长，辐射剂量大。320排容积CT拥有16 cm宽的探测器，一圈扫描即可覆盖整个心脏，消除了移动伪影和错层伪影的影像，无需多次螺旋采集及重叠重建，大大提高了时间分辨率，使扫描时间缩短至0.35 s，减少了患者屏气时间，同时降低了患者的辐射剂量。

CT扫描中，当管电压及曝光时间不变时，辐射剂量与管电流大小呈正比，但降低管电流势必导致图像量子噪声的增加，故需在满足图像诊断的条件下适当降低管电流。ECG管电流调控技术是冠状动脉扫描低剂量技术之一，其原理是根据患者心动周期的不同时相调节管电流的大小及输出功率。由于心功能的评估不需要很高的空间分辨率，而冠状动脉的分析需要高分辨率图像，所以在需获得冠状动脉图像信息的期相采用高电流，而获取心功能的期相采用低电流。如此只对特定的时间窗采用全量（为100%）管电流输出，而其余时相管电流减至原来的25%，这样既可以实现心功能的评价，又大大降低了放射剂量。本研究A组平均剂量为（8.66±3.67）mSv，据文献报道，使用ECG管电流调制技术可使剂量减少37%～40%[9]。前瞻性心电门控技术相比ECG管电流调制技术，只对预选的特定时相进行采集，并采取步进式扫描，故放射剂量更低，有学者专门采用前瞻性心电门控法对64排双源CT、128排双源CT与320排CT剂量做了对比，平均剂量分别为（4.2±1.9）mSv，（4.1±0.6）mSv，（3.8±1.4）mSv，相比之下320排CT最优[10]。对比于高度重叠，连续曝光扫描的一般回顾性心电门控技术，ECG管电流调控技术及前瞻性心电门控技术在降低剂量方面均具优势。本研究将前瞻性心电门控扫描与ECG管电流调制扫描从主观与客观图像质量评价进行对比发现，无论是高心率或低心率，前瞻性扫描均能获得较好质量的图像。A组图像CNR为16.6±5.0，B组CNR为16.9±4.7，两组对比差异无统计学意义（t=0.311，P＞0.05）。当只采集1个心动周期时，平均剂量为（1.89±0.87）mSv，其中有3例BMI均小于24 kg/m2，心率小于70次/min的病例剂量小于1 mSv，所以非肥胖且低心率患者采用前瞻性扫描，完全可以将辐射剂量降至1 mSv以下[11]。当扫描3个及以上心动周期（高心率患者）时，两组剂量差异无统计学意义（t=-1.172，P＞0.05），所以对于高心率患者，为了满足心功能的评价需要，选择ECG管电流调制扫描更佳。

图2 B组某患者冠状动脉CT血管造影图像

在行冠状动脉检查时，除了不同扫描方式的选择，其他因素也可影响到剂量。在本组资料中，随着患者心率的增加，平均冠状动脉节段评分呈下降趋势（r=-0.244，P＜0.05）。当患者心率≤70次/min时，设备自动采集一个心动周期，当心率＞70次/min时，采集两个或多个心动周期。通过对比不同心动周期扫描的剂量发现，扫描的心动周期增加，患者的剂量将加倍，本组心率≤70次/min行前瞻扫描剂量较心率＞70次/min剂量减少64%，故对于高心率的患者，扫描前服用β受体阻滞剂可以安全地降低心率，从而减少辐射[12]。其次，BMI也与患者辐射剂量有关，BMI越大，剂量会相应增大。因为肥胖体型会增加管电流的输出，从而导致剂量增加，随着BMI的增加，图像噪声也随之增大。此外，本研究的图像重建均采用AIDR 3D算法，其通过循环迭代重建域内数据降低图像噪声，1 min内最多可处理50张图像，相比传统的滤波反投影算法，可以有效降低剂量，提高图像质量[13]。

前瞻性心电门控技术以其高时间分辨率，高图像分辨率的优势，减少了患者的扫描伪影和放射剂量，有研究表明，前瞻性扫描选择70%、80%及40%三个相位窗可有效获得满意的图像质量[14]。但前瞻性心电门控技术仍有缺陷，由于只对心动周期的特定时相进行脉冲式曝光，即在低心率时选择舒张期曝光，高心率时选择收缩期曝光，那么就无法采集整个心室数据，进行心功能的评价与分析，而且对于心律严重不齐的患者只能在一定范围内扫描，较难控制图像质量。相比之下，ECG管电流调制扫描可以降低管电流，又不影响心功能分析，其不足在于管电流的变化需要较长的R-R间期。当心率过快，R-R间期过短时，最高毫安输出可能来不及降至最低便被下一个R波触发上升，甚至未及下降就恢复至最高，故当心率过快时，ECG管电流调制对于剂量的降低会大打折扣[15]。

综上所述，320排容积CT利用ECG管电流调控技术可以降低剂量，获得良好的诊断图像，并可同时进行心功能分析。而利用前瞻扫描可以进一步减少剂量，但其对心率要求相对较高，故检查前可以常规服用β受体阻滞剂来降低心率，这样可以使其更广泛地运用于临床。但本研究也有不足之处，首先收集的病例数相对较少，再者没有对冠状动脉狭窄的准确率与金标准的冠状动脉造影进行对比评估，也没有对比回顾性心电门控与两组的扫描剂量，故有待今后更多样本量的收集及进一步完善相关检查进行研究。

[1]Lloyd-Jones D, Adams RJ, Brown TM, et al. Executive summary: heart disease and stroke statistics--2010 update:a report from the American Heart Association[J]. Circulation, 2010, 121(7): 948-954.

[2]吴锡桂. 我国人群冠心病流行现况与趋势[J]. 中国慢性病预防与控制, 2003, 11(4): 190-191.

[3]Hausleiter J, Meyer T, Hermann F, et al. Estimated radiation dose associated with cardiac CT angiography[J]. JAMA, 2009, 301(5): 500-507.

[4]Chen CM, Liu YC, Chen CC, et al. Radiation dose exposure of patients undergoing 320-row cardiac CT for assessing coronary angiography and global left ventricular function[J].Int J Cardiovasc Imaging, 2012, 28(Suppl 1): 1-5.

[5]Matt D, Scheffel H, Leschka S, et al. Dual-source CT coronary angiography: image quality, mean heart rate, and heart rate variability[J]. AJR Am J Roentgenol, 2007, 189(3): 567-573.

[6]Husmann L, Alkadhi H, Boehm T, et al. Infl uence of cardiac hemodynamic parameters on coronary artery opacification with 64-slice computed tomography[J]. Eur Radiol,2006, 16(5): 1111-1116.

[7]Pfl ederer T, Rudofsky L, Ropers D, et al. Image quality in a low radiation exposure protocol for retrospectively ECG-gated coronary CT angiography[J]. AJR Am J Roentgenol,2009, 192(4): 1045-1050.

[8]Budoff MJ, Achenbach S, Blumenthal RS, et al. Assessment of coronary artery disease by cardiac computed tomography: a scientifi c statement from the American Heart Association Committee on Cardiovascular Imaging and Intervention, Council on Cardiovascular Radiology and Intervention, and Committee on Cardiac Imaging, Council on Clinical Cardiology[J]. Circulation, 2006, 114(16): 1761-1791.

[9]Hausleiter J, Meyer T, Hadamitzky M, et al. Radiation dose estimates from cardiac multislice computed tomography in daily practice：impact of different scanning protocols on effective dose estimates[J]. Circulation, 2006, 113(10): 1305-1310.

[10]Sabarudin A, Sun Z, Ng KH. Radiation dose in coronary CT angiography associated with prospective ECG-triggering technique: comparisons with different CT generations[J].Radiat Prot Dosimetry, 2013, 154(3): 301-307.

[11]Lell M, Marwan M, Schepis T, et al. Prospectively ECG-triggered high-pitch spiral acquisition for coronary CT angiography using dual source CT: technique and initial experience[J]. Eur Radiol, 2009, 19(11): 2576-2583.

[12]Dewey M, Vavere AL, Arbab-Zadeh A, et al. Patient characteristics as predictors of image quality and diagnostic accuracy of MDCT compared with conventional coronary angiography for detecting coronary artery stenoses: CORE-64 Multicenter International Trial[J]. AJR Am J Roentgenol,2010, 194(1): 93-102.

[13]潘宇宁, 黄求理, 任大卫, 等. 320层容积CT超低剂量扫描在冠状动脉成像中的应用[J]. 中华放射医学与防护杂志,2012, 32(4): 420-424, 435.

[14]Nikolaou K, Sanz J, Poon M, et al. Assessment of myocardial perfusion and viability from routine contrast-enhanced 16-detector-row computed tomography of the heart: preliminary results[J]. Eur Radiol, 2005, 15(5): 864-871.

[15]张森, 杜湘珂, 李剑颖. 心电图调制电流对于容积CT心脏扫描图像质量及曝光剂量影响的评估[J]. 中华放射学杂志, 2006, 40(9): 974-976.