前门控低kV舒张末期采集联合SAFIRE技术在冠脉低剂量成像中的应用研究

前门控低kV舒张末期采集联合SAFIRE技术在冠脉低剂量成像中的应用研究

肖虎, 刘文亚, 党军

(新疆医科大学第一附属医院影像中心， 乌鲁木齐830054)

摘要：目的评价冠状动脉成像中前门控低电压舒张末期采集联合SAFIRE技术对射线剂量及图像质量的影响及临床应用价值。方法选取80例冠状动脉成像的患者,体质指数(BMI)<25 kg/m2，心率55～70次/min，心率波动差异<5次/min。80例患者按数字表法随机分成两组，A组40例采用前门控100 kV联合舒张末期在63%～78%的R-R采集时间窗加SAFIRE技术，B组40例采用前门控120 kV联合30%～80%的R-R采集时间窗加标准重建，Care Dose 4D设为开启，根据患者的BMI选择自动调整管电流，记录扫描中患者所受射线剂量，并对其图像质量进行评价。对两组的射线剂量和图像质量进行统计学分析。结果A组平均扫描剂量为(1.66±0.22) mSv，图像质量客观评价SNR(信噪比)=(31.16±5.65)，SD(噪声)为(16.95±2.80) Hu，图像质量评分为(4.76±0.09)分；B组平均扫描剂量为(4.83±0.59) mSv，图像质量客观评价SNR=(21.44±4.46)， SD为(18.95±3.17) Hu，图像质量评分为(4.66±0.25)分。A组扫描剂量与B组比较差异有统计学意义(P<0.01)，平均减少约60%。A组与B组图像质量评分差异有统计学意义(P<0.05)，A组与B组图像质量客观评价SNR及SD差异均有统计学意义(P<0.01)；结论前门控低kV舒张末期采集联合SAFIRE技术使心率55～70次/min、波动差异<5次/min且BMI<25 kg/m2的患者在降低受照剂量的同时，图像质量能够满足临床诊断需要。

关键词:体层摄影术； X线计算机； 迭代技术； 心脏； 冠状血管； 辐射剂量

中图分类号：R445文献标识码：A

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.04.022

[收稿日期：2014-12-04]

On computed tomography low-dose coronary imaging: low tube voltage

prospective ECG-Gated scanning combined with sinogram affirmed

iterative reconstruction (SAFIRE) technique

XIAO Hu， LIU Wenya， DANG Jun

(DepartmentofRadiology，TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity，

Urumqi830054，China)

Abstract:ObjectiveTo evaluate the radiation dose and image quality of low tube voltage prospective ECG-gated scanning combined with SAFIRE technique. Methods80 cases were enrolled (BMI<25 kg/m2, heart rate ranged from 55 to 70 beats per minute and fluctuation of heart rate were less than 5 times per minute) and were randomly divided into 2 groups. Group A (40 patients) were used 100kV prospective ECG-gated scanning (63%-78% R-R interval) combined with SAFIRE technique; group B (40 patients) 120kV prospective ECG-gated scanning (30%-80%R-R interval) and standard reconstruction, care dose 4D were turned on. According the BMI index, the tube currents were adjusted automatically. Recorded the patients′ radiation doses, and evaluated the image quality. Independent samples group t test with SPSS software package was used for statistical analysis. ResultsGroup A, the average radiation dose was (1.66±0.22) mSv， objective evaluation of image quality: SNR=(31.16±5.65)， SD(16.95±2.80) Hu， the subjective image quality scores was (4.76±0.09). Group B, the average radiation dose was (4.83±0.59) mSv，objective evaluation of image quality: SNR=(21.44±4.46)， SD(18.95±3.17) Hu，the subjective image quality scores was (4.66±0.25). The radiation dose between group A and B has statistical significant (P<0.01); The subjective evaluation of image quality between group A and group B has statistically significant (P<0.05) and the objective evaluations (SNR and SD) have statistically significant (P<0.01). ConclusionLow tube voltage prospective ECG-gated scanning combined with SAFIRE technique can reduce radiation dose significantly and meet the need for diagnosis in the patients that BMI<25 kg/m2, heart rate ranged from 55 to 70 beats per minute and fluctuation of heart rate were less than 5 times per minute.

Key words: tomography； X-ray computed； Iterative reconstruction (SAFIRE) technique； heart； coronary vessels； radiation dosage

随着影像技术的飞速发展，螺旋CT冠状动脉造影(CT coronary angiography, CTCA)已经成为冠心病检查的一项重要的无创性成像手段[1]。随着CTCA普遍开展，X线辐射问题也就越来越被人们所关注，在CT检查中如何减少患者的射线剂量已成为国内外学者的研究热点[2]。Budoff等[3]认为10 mSv的CT辐射剂量就会使2 000例做过CT检查的患者中有1例患上恶性肿瘤。因此，在保证图像质量的前提下有效地降低剂量，实现“绿色成像”，便成了业界努力探索追寻的目标。目前，造成CTCA成像辐射剂量高的一个重要因素是采用回顾性门控，小螺距成像产生了较高的总体剂量，而前门控扫描模式[4]的出现大大降低了冠状动脉检查中的辐射剂量，同时成像时管电压(kV)及采集时间窗的选择也是影响辐射剂量的一个因素。Hou等[5]报道迭代技术(Iterative reconstruction technique ，SAFIRE)可使CTCA剂量降低，同时还能显著地降低图像噪声，提高信噪比。本研究主要评价前门控低kV舒张末期采集联合SAFIRE技术在冠脉低剂量成像中的应用价值。

1资料与方法

1.1一般资料选取2014年4-10月在新疆医科大学第一附属医院影像中心行冠状动脉CTCA检查的患者(冠状动脉搭桥术后患者除外)80例，BMI<25 kg/m2，心率55～70 次/min,心率波动差异<5次/min，扫描时心率平均(62±6) 次/min。男性46例(汉族24例，维吾尔族、哈萨克族22例),女性34例(汉族21例，维吾尔、哈萨克族13例),年龄38～78岁，平均(58±10)岁，身高153～180 cm，体质量47～78 kg。按数字表法随机分为两组，A组采用前门控100 kV联合舒张末期63%～78%的R-R采集时间窗加SAFIRE技术，B组采用前门控120 kV联合30%～80%的R-R采集时间窗加标准重建。排除碘造影剂过敏、严重肾功能不全(血肌酐>120 mmol/L)、心房颤动者。本研究经医院伦理委员会同意,患者及家属签署知情同意书。两组患者收集的一般情况：实际扫描时患者心率范围50～82次/min，平均(62±4) 次/min，心率变化范围1～12次/min，1例心率82 次/min。A组40例患者BMI为17.3～25 kg/m2，B组40例患者BMI为17.8～25 kg/m2。80例患者中有73例在2次移床、5个心动周期内完成影像的采集；有7例在3次移床、7个心动周期完成整个心脏影像的采集。

1.2仪器及药品使用Siemens Definition flash双源CT，对比剂为碘帕醇(370 mg I/mL)。

1.3检查方法所有患者在检查前均做呼吸训练。均采用前瞻性心电门控触发序列进行扫描。A组采用100 kV联合舒张末期63%～78%的R-R采集时间窗，B组采用120 kV联合30%～80%的R-R采集时间窗。其余扫描参数相同：Care Dose 4D设为开启，扫描时间窗为380 ms。采用z轴飞焦点技术，层面采集厚度1×128×0.6 mm，球管旋转时间280 ms，参考管电流均设置为300 mAs。增强扫描对比剂总量=体质量×0.85，追加生理盐水40 mL，注射流率均为5 mL/s。扫描时启用对比剂团注追踪技术，在升主动脉设置兴趣区，当感兴趣区CT值>100 Hu时，延迟5 s自动出发扫描。

1.4图像重建A 组采用SAFIRE重建，迭代系数选用strength 3，重建核I26 f；B组采用常规的滤过反投影(FBP)重建，重建核B26 f。重建层厚0.75 mm，间隔0.5 mm，矩阵大小512×512。所有图像均传至工作站，由2名经验丰富的心脏放射医师对所有冠状动脉的轴位图像、曲面重建图像进行质量分析与评价。

1.5图像质量评价(1)主观评价：采用美国心脏协会冠状动脉改良分段方法[4]，由2名主治以上资历的医师以双盲法对冠状动脉树的9个主要节段(左主干， 前降支近、中、远段， 左旋支近段、远段，右冠状动脉近、中、远段)进行分析。图像质量采用1～5级评分法：5分:无运动伪影，无明显噪声；4分:有轻度运动伪影或噪声；3分:较多运动伪影或噪声较大，但不影响管腔评价；2分:运动伪影严重或噪声大，影响管腔评价；1分:严重钙化或明显运动伪影，管腔无法评价。(2)客观评价：由1名放射科医生在不知重建算法的情况下测量。在主动脉根部(左主干开口附近)设置ROI(大小2 cm2),测量平均衰减值及其标准差，以标准差作为噪声值并记录；SNR=主动脉平均衰减值/噪声值。

1.6有效辐射剂量的评价记录所有患者剂量长度乘积(DLP)，计算有效辐射剂量(ED)，ED=DLP×k(转换系数)，转换系数在冠脉扫描时取值为0.014。

2结果

2.1两组辐射剂量比较A组和B组的DLP(mGy×cm)分别为(118.55±15.57) mGy×cm、(345.00±42.04) mGy×cm，B组剂量长度乘积DLP较A组大幅度增加，两组差异有统计学意义(P<0.05)。 A组和B组的有效剂量ED分别为(1.66±0.22)、(4.83±0.59) mSv，A组的有效剂量ED显著低于B组，两组差异有统计学意义(P<0.05),见表1。

表1　两组辐射剂量比较

2.2图像质量客观评价两组主动脉CT值、SD值及SNR值差异均具有统计学意义(P<0.05)。A组主动脉CT值为(516.43±64.92) Hu,SD值为(16.95±2.80) Hu,SNR值为(31.16±5.65)，B组主动脉CT值为(395.71±49.89) Hu,SD值为(18.95±3.17) Hu,SNR值为(21.44±4.46)。A组的主动脉CT值显著高于B组,见表2。

表2　客观图像质量评价比较

2.3图像质量主观评价80例中仅A组1例患者由于在扫描过程中心率出现异常搏动使得采集的数据落在了所研究的舒张末期63%～78%的R-R外 (心率82次/min)导致图像不佳影响观察外，其余79例共显示784个冠状动脉节段。有13个节段因为血管细小未纳入统计分析，其余771个主要节段均能满足临床诊断要求，所有纳入统计分析的冠状动脉节段评分均>3分。经Mann-Whitney U 检验，两组主观图像质量评分差异有统计学意义(P<0.05)。A组图像为优的血管段比例高于B组(P<0.05)。A组图像质量评分均数较B组略高，两组图像质量评分差异有统计学意义(P<0.05)，见表3,图1、2。

注: 女，53岁，BMI=20.3 kg/m2，心率60次/ min,舒张末期63%～78%的R-R采集加SAFIRE技术图像质量评分5分, ED=1.26 mSv, SD=16.8 Hu。

图1　冠脉图像及示意图(A组)

注: 女，58岁，BMI=21.6 kg/m2，心率67次/min,30%～80%的R-R采集时间窗加标准重建技术图像质量评分5分, ED=3.96 mSv, SD=18.3 Hu。

图2冠脉图像及示意图(B组)

3讨论

近年来，随着CTCA的普遍开展，其在诊断冠脉疾病方面得到了广泛的认可，其具有诊断准确率高、阴性预测值高的优点[6]，但辐射剂量偏大一直是困扰着大家的问题。由于普通MSCT自身硬件的限制，需多次重叠扫描拼接成像，延长了扫描时间，增加了患者所受的辐射剂量。王妍焱等[7]报道采用优化扫描参数、心电图(ECG)门控电流调控技术和心脏后置滤线器等多种方法可降低CTCA检查中的辐射剂量。随着更多高端CT的出现，超越了以往64层MSCT的扫描方法和重建技术，如Hsieh等[4]开发的前瞻性门控横断面扫描(prospectively gated axial，PGA)技术，一般只需要2～3次移床即可覆盖整个心脏，相对于多次重叠扫描拼接成像的后门控成像方法能显著降低50%～80%的有效剂量；Hou等[5]研究显示新的重建算法-迭代重建算法-SAFIRE技术的特点是将获得的图像数据与基于统计的、考虑到光子和电子噪声的理想噪声模型进行比较，去除噪声，得到校正图像，使噪声降低，提高SNR，即在降低噪声的同时保证了图像的真实性。由于图像质量和照射剂量从一开始就是一个矛盾的统一体，故合理地利用X线在降低照射剂量的同时联合新的重建算法-SAFIRE技术降低噪声，使得获取的图像能够用于诊断。

本研究通过分析我院既往进行CTCA检查的资料，发现在心率55～70 次/min、心率波动差异<5次/min、70%左右的R-R期重建的影像最好,故连续选取了20例心率稳定且为55～70 次/min的患者, 采用前门控舒张末期63%～78%的R-R时间窗进行图像采集,结果成像均合格,故以此为研究方案进行前瞻性研究。本研究旨在保证图像质量的前提下有效降低照射剂量，探讨了前门控100 kV联合舒张末期63%～78%的R-R采集时间窗加SAFIRE技术，能显著降低患者所接受的X线有效照射剂量，同时在与目前标准的前门控120 kV联合30%～80%的R-R采集时间窗加标准重建方法比较，保证了图像质量。

本研究对心率55～70次/min、心率波动差异<5次/min的40例患者，应用该方法，接受X线的有效剂量为(1.66±0.22)mSv，低于Hara等[8]报道的选择性冠状动脉造影2～3 mSv；其中3例心率60～64次/min、BMI<18 kg/m2的患者，有效受照剂量为(1.03±0.06) mSv。40例中仅有1例失败，是由于在扫描过程中心率出现异常搏动(心率82次/min)使得采集的数据落在了所研究的舒张末期63%～78%的R-R间期外，说明稳定的心率是成像成功的关键。由于降低kV虽可以大幅减小X线的剂量，但同时也减弱了X线的质量，增加了图像噪声，更大的缺点是增加了散射效应，增加了软射线，由于软射线的穿透性差，有相当一部分被机体吸收，不能被探测器所接收[9]，可能因此对机体造成更大的潜在危害。因此,本研究采用100 kV而没有采用低的80 kV或更低的70 kV来进行应用研究，对于用80 kV或更低的70 kV在正常体质量的研究，还需要做长期的大样本的基于循证医学的研究。

本研究结果表明A组与B组图像质量评分差异有统计学意义，图像评分A组优于B组，这说明了SAFIRE技术在降低噪声方面的意义是显著的，值得肯定的；A组主动脉根部-CT值显著高于B组，说明碘的衰减在降低kV时变化幅度很小，提高了血管内对比剂的CT值，这与Nakayama等[10]观点一致；同时，两组噪声SD差异也有统计学意义，且A组优于B组，这些都为本研究的价值提供了客观数据。如果仅需达到相对于B组血管内对比剂的CT值和对比度而言，低浓度的对比剂应用便成为可能，这为后续低浓度的对比剂的研究提供了方向；如果仅需相对于B组图像质量的噪声而言，在管电流进行Care Dose 4D调节时，还能在其基础上再降低管电流，以更低的剂量成像，这也为更低的剂量成像研究提供了线索。

总之，本研究结果显示，对于心率在55～70次/min、波动差异<5次/min且BMI<25 kg/m2的患者采用前门控100 kV管电压舒张末期采集联合SAFIRE技术扫描，可以显著降低患者的辐射剂量,并且可获得临床满意的冠状动脉图像。

参考文献：

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(本文编辑周芳)