降低心脏冠状动脉多层螺旋CT成像辐射剂量方法的进展

降低心脏冠状动脉多层螺旋CT成像辐射剂量方法的进展

韩津梁,袁庆海*，弓婷婷

(吉林大学第二医院 放射线科，吉林 长春130041)

在美国人群，成人接受的辐射中75%来源于医疗性辐射，其中大约2/3医疗辐射都来源于CT检查[1]，而儿童由于处于生长发育期，细胞分裂速度及比例均高于成人，对射线敏感程度几乎是成人的10倍[2]，而美国每年多于6200万人接受CT检查中,至少有400万人为儿童[3]。目前，我们国家，CT仪器的装备量也已经位于世界第三的水平[4]，由此带来的辐射剂量问题不容忽视。因此，如何降低检查患者的辐射剂量，提高CT检查检查安全性，成为CT技术改革的一个重要发展趋势。降低CT的辐射计量已成为所有CT学术论坛聚焦的热点问题，受到各个领域的关注。

1多层螺旋CT心脏冠状动脉成像的应用现状

目前，冠心病已经成为严重威胁人类生命健康的疾病之一，发病率呈逐渐增高的趋势，对于有冠心病或者疑似心脏疾病的患者，常用的检查手段有冠状动脉造影，血管内超声及近年来飞速发展的多层螺旋CT(multi-slices computed tomography MSCT)。

MSCT诞生后，结合其强大的后处理功能，作为一种几乎无创、方便快捷、经济实用的检查手段，成为评价冠状动脉病变情况的重要检查手段[5]。MSCT在冠状动脉成像检查中具有很高的诊断敏感性，冠状动脉检查的阴性预测值>95%[6]。除此之外，MSCT还可以一定程度上判断冠状动脉斑块的性质，并大致估算冠状动脉管腔的狭窄程度，在对于行冠状动脉搭桥及冠状动脉支架术后的患者，MSCT冠状动脉成像可以清晰的显示出桥血管和支架的位置、形态及管腔内的变化，是搭桥及冠状动脉支架术后评价重要方式，也为隔期复查术后血管是否通畅提供了简便方式[7，8]。

MSCT之所以能够满足冠状动脉CT成像的诊断需求，是因其具备了以下几个条件：较短的时间分辨率、较高的空间分辨率、足够的密度分辨率，此外，要有较大的容积扫描覆盖范围和方便的心电同步技术。冠状动脉CT成像检查一般采用心电门控技术，即在心脏扫描的同时，监测心电信号，利用心电信号触发扫描或根据心电标记后的心动周期时相重建图像。心电门控技术分为前瞻性心电门控技术和回顾性心电门控技术，回顾性心电门控技术较为常用。所谓回顾性心电门控技术即患者一次屏气可以完成全心动周期数据的采集，然后进行回顾性分析，自由重组任意心脏时相的图像，对冠状动脉多个时相的重组图像进行分析[9]。

为了获得较高的图像质量，应用MSCT在冠状动脉成像时，多采用小螺距重叠、亚毫米薄层扫描，并应用回顾性心电门控技术，在整个心动周期进行连续的曝光，患者接受了很大射线剂量。虽然随着探测器排数的不断增加，射线剂量有所降低，但Hunold等[10]研究表明，冠状动脉CT成像中的射线剂量是电子束CT的4-7倍，是冠状动脉造影的3-5倍。因此，在冠状动脉MSCT成像检查中如何在保障图像能够满足诊断的同时，最大限度的降低辐射剂量已经成为大家广泛关注的焦点和迫切需要解决的难题。

2降低多层螺旋CT心脏冠状动脉成像辐射剂量的方法

2.1　降低管电压

管电压的大小决定X射线的能量，所以CT的辐射剂量随着管电压的不同会有明显变化，降低管电压可以一定程度的降低辐射剂量。管电压作为扫描参数易于修改，但是管电压对图像的质量影响也非常的复杂，其既影响图像噪声也影响组织对比，辐射剂量与管电压的平方呈正比(最终和初始的峰值电压呈正比)，而噪声与管电压呈反比。同时降低了管电压，就会降低X射线的穿透力，可被人体吸收的射线比例增加，放射线对患者的危害有所增加，最终导致患者接受的辐射剂量与图像质量之间的关系失衡。所以不能盲目的降低管电压。根据 Lieberman[11]等人报告的结果，在儿童的头部CT检查时，增加管电流的同时降低管电压，可以保证病人在降低射线剂量情况下不降低图像噪声比，得到能够满足诊断的图像。而对于大多数患者而言，腹部的 CT 扫描可以进行优化，单纯把管电压由140 kV降至120 kV时，辐射剂量可减少20%-40%[12]，低管电压比较适合体积较小的患者。所以，如何平衡管电压与管电流两者的关系，寻找图像质量和辐射剂量最佳的结合点，达到不影响诊断准确性的基础上，降低辐射剂量是需要解决的关键问题。

2.2　降低管电流

管电流作为CT的常规扫描参数，也易于修改，用降低管电流的办法来降低辐射剂量效果明显，所以作为常用的降低剂量的选择方法之一。但是图像噪声会随着管电流的降低而增加，图像的综合质量降低，继而影响检查结果的准确性。增大毫安量可降低图像的噪声，但会增加X线的辐射剂量。并且，毫安量增大到一定限度，如继续增大，图像的质量不会有明显变化，反而会加大管球的损耗[13]。

2.3　前瞻性门控技术

前瞻性门控技术可以显著降低冠状动脉CT成像检查中的辐射剂量[14，15]。目前，前瞻性心电门控序列扫描模式是研究的热点之一，该技术采用前瞻性ECG触发，在R-R间期内固定时相触发扫描，下一个心动周期移床，再下一个心动周期采集图像[16]。但其成像时需选择心率慢且稳定的患者，如果在扫描过程中，患者心率不稳定，会影响采集所得的图像质量[17]。并且前瞻性心电门控技术仅是单时相扫描，采用间断性扫描方式，原始数据只能在较窄的范围内重组[18]，因此使用心电编辑、多时相重组等图像后处理技术会受到一定限制。

2.4　增大螺距

如果其他扫描参数不变，X射线剂量和扫描中使用的螺距成反比，即理论上认为螺距增大，剂量减低。因此以前单片计算机断层照相术 (SSCT)进行冠脉成像时，为了保证一定的时间和空间分辨率，需要采用较小的螺距进行扫描[19]。现在随着多层螺旋技术的发展，凭借其Z轴方向的增加、高速的机架旋转速度及各向同性扫描的优势，使得增加螺距扫描同时降低患者的辐射剂量这一问题得到解决。但实际中，如果在MSCT上增大螺距会使机器自动增加管电流，因而增大了噪声比，同时增宽螺距使图像z轴的空间分辨率下降，如果螺距过大，获得的原始数据就不完全，也严重影响软件系统的后处理结果，重建后图像质量不高。因此，增大螺距降低剂量的方法，在多层螺旋CT上的应用上可以使用，但是需要谨慎。

2.5　前置滤线器

合理运用前置滤线器，提高X线的利用率，降低X线散射，增加心脏部位接受的信号，同时又减少受检者表面接受的剂量，可降低射线剂量约15%左右[20]，实现了较高图像质量与低辐射剂量的和谐统一。

2.6　重建技术的应用

前述许多降低辐射剂量的方法均带来了图像质量下降的改变，而随着软件功能的发展和改进，结合软件后重建技术来获得较高的图像质量越来越成为研究的前沿。在利用其它技术降低CT辐射剂量的同时，通过改变计算机后期成像的计算的方法获得与常规FBP法相同、甚至更好的图像质量。不同的重建技术拥有不同的计算方法，CT图像重建的两种方法是迭代重建(Iterative recon-struction ,IR)和解析重建(Analytical reconstruction，AR)，目前多家公司推出了多种IR算法，如GE的适应性统计迭代重建(Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技术和基于模型的迭代重建(Model-based iterative recon-struction,MBIR)技术(即Veo技术)；Siemens的图像空间迭代重建(Iterative reconstruction in image space,IRIS)技术和正弦确定迭代重建(Sinogram affirmed iterative reconstruc-tion,SAFIRE)技术；Philips的iDose技术和Toshiba的适应性迭代剂量减低技术(Adaptive iterative dose reduction,AIDR)[21]。Wu等[22]研究发现MSCT结合iDose4重建技术，头部CT在降低43%管电流时获得的图像质量，不会影响诊断可信度。Singh[23]等进一步发现使用40 mAs结合50%-70% ASIR在胸部CT平扫中图像中仍可获得较好质量的诊断图像。而 IR在心脏冠脉CT成像应用中，Hou等[24]在110例患者研究认为在心脏冠脉CT成像检查中利用前瞻性心电门控技术并应用IR算法，可以在保持图像质量不变的情况下降低63%辐射剂量，而且对于冠状动脉内的钙化斑块，经IR算法后成像较为清晰，有利于对冠状动脉狭窄的分析。Renker等[25]对55例冠状动脉钙化斑块严重的患者进行研究，认为他们的冠脉CT成像在应用IR算法后减少图像噪声和钙化导致的伪影同时，还能提高诊断准确性。国内的Hu[26]以及国外Park[27]等的研究表明，IRIS迭代重建算法与FBP重建算法相比，可以在不降低图像空间分辨率的情况下，有效去除图像噪声，大幅降低辐射剂量。

参考文献：

[1]Mettler，FA Jr，Wiest P W，Locken J A，et al.CT scanning:patterns of use and dose[J].J Radiol Prot,2000,20(4):353.

[2]陈邦文，杨爱春，何海青.重视CT检查中儿童的辐射防护[J].中国辐射卫生,2010,19(02):168.

[3]Mettler FA Jr，Thomadsen B R，Bhargavan M，et al.Medical radiation exposurein the U.S.in 2006:preliminary results[J].Health Phys,2008,95(5):502.

[4]Husband JES,Olliff JFC，Williams MP，et al.Bladder cancer staging with CT and MR imaging[J].Radiology,1989,173(11):435.

[5]Sun Z,Ng KH.Multislice CT angiography in cardiac imaging.Part III:radiation risk and dose reduction.Singapore Med[J].Singapore Med J,2010,51(5):374.

[6]Brenner DJ,Hall EJ Computed tomography an increasing source of radiation exposure[J].N Eng J Med,2007,357(22):2277.

[7]齐晨晖,侯艳军.冠状动脉粥样硬化性心脏病多层螺旋CT诊断的研究进展[J].医学综述,2010,16(7):1101.

[8]洪莉.多层螺旋CT对冠状动脉血管的评价[J].心血管病学进展,2010,31(10):81.

[9]Primak AN,McCollough CH,Bruesewitz MR,et al.Relationship between noise,dose,and pitch in cardiac multi-detector row CT[J]．Radiographicps,2006,26:1785.

[10]Hunold P,Vogt FM,Schmermund A,et al.Radiation exposure during cardiac CT:effective doses at multidetector row CT and electron beam CT[J].Radiology,2003,226(1):145.

[11]Donnelly LF,Emery KH,Brody AS,et al.Minimizing radiation dose for pediatric body applications of single-detector helical CT:strategies at a large children’s hospital[J].AJR,2001,176:303.

[12]Marmolya G,Wiesen EJ,Yagan R,Haria CD,Shah AC.Paranasal sinuses:low-dose CT.Radiology,1991,181:689.

[13]华锐,刘筠,钟进.优化CT辐射剂量技术在心脏扫描中的研究[J].国际医学放射学杂志,2009,32(3):265.

[14]袁庆海,崔虎永,刘建华,等.256层螺旋CT前门控及后门控冠脉成像质量和辐射剂量的比较[J].中国老年学杂志,2010,30(8):2122.

[15]胡鹏志,王维,容鹏飞,等.前瞻性与回顾性门控扫描模式对于减少X线剂量的对比研究[J].临床放射学杂志,2010,29(8):1116.

[16]王宝华,仝金凤,等.低剂量CT扫描技术研究进展[J].实用医学杂志,2011,28(2):171.

[17]赵红,刘斌,吴兴旺,等.64层螺旋CT冠状动脉成像的心率变化及其对图像质量的影响[J].实用放射学杂志,2007,23:145.

[18]周旭辉,严超贵,谢红波,等.回顾性心电门控结合心电编辑在64层螺旋CT冠状动脉成像中的应用[J].中华放射学杂志,2008,42(2):131.

[19]Wang M,Qi HT,Wang XM,et al.Dose performance and image quality:dual source CT versus single source CT in cardiac CT angiography[J].Eur J Radiol,2009,72(3):396.

[20]Li J,Mohr K,Ok erlurd D.Dose reduction for CT coronary Artery imaging using a Special Bowtie[J].Med Phys,2004,31:1841.

[21]刘琴,侯阳,郭启勇.迭代重建技术在低剂量CT中的应用进展[J].中华临床医学影像杂志，2013,24(11)：805.

[22]Wu TH,Hung SG,Sun JY,et al. How far can the radiation dose be lowered in head CT with iteraive reconstruction? Analysls of quality and diagnosttic accuracy[J].Eur Radiol,2013,23(9):2612.

[23]Singh S,Kalra MK,Gilman MD,et al. Adaptive statistcal iterative rechnigue for rediation dose reduction ini chest CT:a pilot study[J]. Radiology,2011,259(2):565.

[24]Hou Y,Xu S,Guo W,et al.The optimal dose reduction level using iterative reconstruction with prospective ECG-triggered coronary CTA using 256-slice MDCT[J].Eur J Radiol,2012,81(12):3905.

[25]Renker M,Nance JW,Schoepf UJ,et al.Evaluation of heavily calcified vessels with coronary CT angiography:comparison of interative and filtered back projection image reconstraction[J].Radiology,2011,260(2):390.

[26]Hu XH,Ding XF,Wu RZ,et al.Radiation dose of non-enhanced chest CT can be reduced 40% by using iterative reconstruction in image space[J].clip Radiol,2011,66(11):1023.

[27]Park EA，Lee W，Kim KW，et al.Iterative reconstruction of dual-source coronary CT angiography:assessment of image qualityand radiation dose[J].Int J Cardiovasc Imaging,2011,21.[Epub ahead of print]

收稿日期：(2013-12-28)

文章编号：1007-4287(2015)01-0153-03

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