超双低剂量联合迭代重建技术256层冠状动脉CTA实验研究

尹兰英 王岑 李彩英 寇晨光 张丹 屈长强 黄亚飞

·论著·

超双低剂量联合迭代重建技术256层冠状动脉CTA实验研究

尹兰英 王岑 李彩英 寇晨光 张丹 屈长强 黄亚飞

目的 通过建立冠状动脉增强扫描的体外模型，在保证冠脉CT血管造影(CTA)图像质量能够满足诊断的前提下，探讨低辐射剂量和低浓度对比剂在冠脉CTA检查中的应用。方法 将非离子型对比剂碘克沙醇注射液(270 mgI/ml)采用等渗盐水进行稀释，其浓度为3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml,以上液体分别置于7支相同长度的输液管内，按碘溶液浓度由低至高进行编号(①～⑦)。每次将3支输液管固定在鲜猪心上，模仿三支冠脉走行。采用256层螺旋CT将管电压设为80 kV，电流采用105、210、315 mA，再固定电流105 mA时变换不同电压80、100及120 kV，记录输液管中CT值、噪声值SD、信噪比SNR、对比噪声比CNR、辐射剂量(CTDIvol、DLP、ED)及图像质量评分，并进行统计学分析。结果 管电压固定80 kV时，改变管电流(105、210、315 mA)，CT值、SD、SNR、CNR及图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)； 而CTDIvol、DLP、ED差异有统计学意义(P<0.05)，105 mA较210 mA及315 mA ED分别降低了50.62%和67.01%。管电压固定105 mA时，改变管电流(80、100、120 kV)，3组不同管电压间图像质量评分及SD、SNR、CNR无明显差异(P>0.05)； 而其管内CT值、辐射剂量差异有统计学意义(P<0.05)，80 kV较100 kV及120 kV ED分别降低了47.80% 和 65.84%。管电压固定80 kV时，改变管电流(105、210、315 mA)，或当管电流固定105 mA时，改变管电压(80、100、120 kV),碘溶液组(①～⑦)图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)。结论 采用256层螺旋CT对冠脉体模扫描表明，在不影响诊断质量的前提下，低剂量CT扫描参数与低浓度对比剂联合迭代重建技术冠脉CTA成像是可行的。

体层摄影术，螺旋计算机;迭代重建;低浓度对比剂;冠状血管造影术

近年来冠状动脉疾病的发病率及病死率呈逐渐升高趋势，后64层螺旋冠脉CT血管造影(CTA)已广泛应用冠心病的筛查，冠脉CTA患者往往接受较高辐射剂量、较高浓度及较大剂量碘对比剂造成的肾损伤风险[1,2]，因此，本课题采用256层螺旋CT低辐射剂量参数及270低浓度对比剂联合迭代重建对冠脉模型进行研究，观察在保证冠脉诊断图像质量前提下，双低模式在冠脉CTA中是否具有可行性。

1 材料与方法

1.1 实验模型制作 将270 mgI/ml碘克沙醇注射液采用等渗盐水稀释成浓度为3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml，注入模拟冠脉直径7支相同长度的输液管内，按碘溶液浓度由低至高进行编号(①～⑦)。每次将三只输液管模拟冠脉走行固定在鲜猪心上表面，再用带皮鲜猪肉排模拟胸廓对其进行包裹。

1.2 方法

1.2.1 扫描方法与参数:使用 PHILIPS Brilliance 256排螺旋 CT，选择常规扫描模式，将管电压分别固定为80，100、120 kV；电流设置在105、210、315 mA，采用迭代重建技术idose4 level4，层厚0.625 mm。

1.2.2 扫描后处理:所有原始图像均传至 EBW 工作站(Brilliance workspace， Philips Healthcare)进行后处理。图像后处理包括VR、 CPR、 MIP 等。

1.3 辐射剂量评价 采用容积剂量指数量(CTDIvol)和有效辐射剂量(ED)作为辐射剂量的量化指标，而ED=DLP×κ，κ为转换系数，本研究采用κ=0.014。

1.4 图像质量评价

1.4.1 图像质量主观评分:图像质量分级采用1～5级评分法[3]：分别为5分(无运动伪影，无明显噪声)、4分(有轻度运动伪影、噪声)、3分(较多运动伪影、噪声较大但不影响管腔评价)、2分(运动伪影严重或噪声大严重影响管腔评价)和1分(明显运动伪影致管腔无法评价)。由两位从事CCTA诊断工作多年的放射科医师对采用双盲法进行评价及对比， 意见不一致时由两人协商后统一意见。

1.4.2 图像质量定量评价:记录塑胶管内CT值，在得到的各组图像上，找到相同层面选择感兴趣区，测量各组试管内碘溶液的平均衰减值及其标准差，以标准差作为噪声值并记录，包括对比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)。根据下列公式计算信噪比(SNR)，对比度噪声比(CNR)在输液管周围脂肪组织测量其平均衰减值。

SNR=平均衰减值/噪声值

CNR=(平均衰减值-组织平均衰减值)/噪声值

2 结果

2.1 256层螺旋CT采用80 kV不同管电流(105、210、315 mA)图像质量评价 采用256层螺旋CT对心脏冠脉体外模型进行扫描，当电压固定80 kV时，改变管电流(105、210、315 mA)对CT值、噪声值SD、信噪比SNR、对比噪声比CNR、辐射剂量(CTDIvol、DLP、ED)及图像质量评分的影响，当采用电压80 kV时，采用不同电流(105、210、315 mA)，体外模型塑胶管内CT值、SD、SNR、CNR及图像质量评分差别均不具有统计学意义(P>0.05)；而辐射剂量CTDIvol、DLP、ED差别明显(P<0.05)，105 mA较210 mA及315 mA ED分别降低了50.62%和67.01%。见表1。

表1 256层螺旋CT采用80 kV不同管电流(105、210、315 mA)图像质量评价

管电流CT(Hu)SD(Hu)SNRCNRCTDIvol(mGy)DLP(mGy*cm)ED(mSv)评分105mA343.73±87.169.86±9.4977.22±75.75102.34±97.182.359.50±2.300.83±0.033.86±0.90210mA351.51±86.2511.00±8.6265.40±68.4384.30±85.834.6118.96±4.651.67±0.073.86±0.90315mA341.98±94.577.63±4.1564.09±53.1783.27±67.696.9174.86±7.762.45±0.114.00±1.00P值0.5650.8670.8670.8670.010.010.010.368

2.2 256层螺旋CT采用105 mA不同管电压(80、100、120 kV)图像质量评价 当管电流为105 mA固定时，改变管电压80、100及120 kV，定量测量实验管中CT值、噪声值SD、信噪比SNR、对比噪声比CNR、辐射剂量(CTDIvol、DLP、ED)及图像质量评分的影响，采用固定电流105 mA时，采用80、100及120 kV，SD、SNR、CNR差异无统计学意义(P>0.05)，而CT、CTDIvol、DLP、ED 差异有统计学意义(P<0.05)，管电流为105 mA时，80 kV较100 kV、120 kV的辐射剂量ED分别降低了47.80% 和65.84%。见表2。

表2 256层螺旋CT采用 105 mA不同管电压(80、100、120 kV)图像质量评价

管电压CT(Hu)SD(Hu)SNRCNRCTDIvol(mGy)DLP(mGy*cm)ED(mSv)评分80kV343.7±87.169.86±9.4977.22±75.75102.34±97.182.359.50±2.300.83±0.033.86±0.90100kV254.8±64.469.73±6.7734.76±17.7047.49±23.944.4113.76±4.451.59±0.623.86±0.90120kV220.7±64.577.22±4.3343.32±33.1360.61±45.237.1173.63±27.352.43±0.383.86±0.90P值0.010.5650.5650.5650.010.010.010

2.3 80 kV时不同电流CT值与图像质量评分 采用80 kV时改变管电流(105、210、315 mA)，不同碘溶液组(①～⑦)的CT值见图1，图像质量评分见图2，碘溶液组(①～⑦)图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)。见表1、2。

图1 256层螺旋CT采用80 kV不同管电流(105、210、315 mA)CT值

图2 256层螺旋CT采用80 kV不同管电流(105、210、315 mA)图像评分

3 讨论

随着CT冠状动脉成像(CTPA)图像质量以及诊断成功率的提高，冠脉CTA广泛用于冠心病筛查[4-7]，临床及影像科医师在关注图像质量及诊断成功率的同时，也关注辐射剂量及对比剂使用对人体可能造成的潜在危害[8,9]，因此，本课题尝试进行低辐射剂量及低对比剂浓度实验研究。

3.1 低辐射剂量对图像质量的影响 前瞻性心电门控冠脉CTA 是一种降低辐射剂量的有效方法，与回顾性心电门控相比，大约可降低70%～80%的辐射剂量[10-12]，本课题采用静态心脏模型和常规胸部扫描模式，因此设置不同管电压及管电流降低辐射剂量，CT扫描中保证足够穿透力的前提下尝试降低管电压，观察辐射剂量变化与诊断图像质量的关系，本课题采用256层螺旋CT，idose4迭代重建技术能降低辐射剂量基础上，降低图像噪声、提高图像质量，为进行低剂量冠脉CTA的探索提供了技术支持。

本研究表明，管电压固定80 kV时，改变管电流，对CT值、SNR、CNR及图像质量评分基本无影响，但是管电流越低，辐射剂量越小。而管电流固定时，单独改变管电压，可以明显影响CT值，在管电流为105 mA时，管电压改变，但图像质量评分相同。采用80 kV低千伏检查在减低辐射剂量，会增加图像噪声，通过采用迭代重建技术，使图像质量无明显下降，达到能满足临床诊断[13]。因此，新一代螺旋CT 具有强大超低剂量软件，通过降低管电压可以更有效降低辐射剂量，低电压(80 kV)降低X线束能量，加大了含碘对比剂的血管和其周围组织的对比程度，可放宽对噪声或对比剂剂量的要求，减低了辐射剂量及对比剂剂量，使低对比剂浓度造影剂应用成为可能。

3.2 低浓度对比剂的合理应用 随着冠脉CTA的普及，次高渗非离子型对比剂普及应用，理论上讲，碘对比剂浓度、剂量、类型、注射速度及患者自身状况等均是能影响患者冠状动脉及其分支增强效果的主要因素[14]。在注射速度与对比剂剂量相同的情况下，提高对比剂浓度能够使强化峰值增高，峰值时间提前，然而，对比剂的浓度也非越高越好，对比剂浓度的选择对图像质量也有较大的影响，对比剂浓度过高时，会掩盖一些小斑块并且导致对比剂肾病。因此，对比剂浓度的合理使用及个体化针对使用有很大意义。低浓度对比剂不仅可以减少高浓度对比剂相关的毒副作用，同时能够减少对比剂的使用总量，这对减少对比剂反应和遗留并发症及降低死亡率等具有重要意义。

低浓度对比剂的选择与应用必须在图像质量能够满足诊断要求的基础上进行，冠脉内对比剂需达到一定浓度， CT值过低则减少组织的对比及病灶的显示，影响冠脉CT诊断准确性。CT值过高则产生伪影及影响对钙化等病变检出。本实验参照以上标准，认为对比剂的CT值达到200 Hu以上时，则符合诊断要求。浓度为9.72 mgI/ml对比剂组的CT值约380 Hu，相当于常规浓度对比剂，其余碘溶液作为低浓度对比剂，均以9.72 mgI/ml溶液为基准，分别稀释为3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml稀释为7种不同低浓度对比剂。结果发现四组低浓度对比剂(5.40、6.48、7.56、8.64 mgI/ml)的CT值均在200 Hu以上，可以达到诊断要求，其中一组(8.64 mgI/ml)的图像的质量评分及噪声与常规浓度组(9.72 mgI/ml)比较无明显差别。研究发现，5.40、6.48、7.56、8.64 mgI/ml 均为较好的CT增强检查对比剂浓度，其中5.40 mgI/ml 为最低的对比剂浓度选择。

3.3 实验缺陷与误差 本实验通过将不同浓度模拟冠脉粗细塑胶管固定鲜猪心上，用带皮肉猪排骨模拟胸廓，来模拟人体心脏位置及冠脉血管走行，但该实验研究存在着一定的缺陷，由于心脏模型为离体，无心脏跳动，未采用心电门控，仅采用常规胸部扫描模式，研究塑胶管内对比剂浓度变化时，未研究对比剂剂量、注射速度的选择方案与图像质量关系，另外人体的肌肉、脂肪组织内存在大量的血管，故测量到的CT值也较高，CNR的值则会相应的减小，这需要今后进行进一步的临床研究。

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Experimental study on double-low dose with iterative reconstruction used in 256 -slice CT coronary angiography

YINLanying,WANGCen,LICaiying,etal.

ImagingDepartment,TheSecondHospitalofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050000,China

Objective To investigate the clinical value of low-dose radiation scanning parameter and 270mgI/ml contrast medium with iterative reconstruction used in 256-slice CT contrast-enhanced scan.Methods Seven plastic tubes imitating coronary diameter were infused with different concentrations of iodine solution (3.24,4.32,5.40,6.48,7.56,8.64,9.72mgI/ml),and all the test tubes were fixed in vitro heart models and embedded in pig’s heart.The 256-slice Philip CT was used in different KVP and MAS with iterative reconstruction to record CT unit, radiation dose, CTDIvol, DLP,ED,image quality score, CNR,SNR and SD. All the data mentioned above were statistically analyzed.Results In fixed 80kV,there were no significant differences in CT unit, image quality score, CNR, SNR and SD among different mA (105mA,210mA, 315mA,P>0.05),however there were significant differences in CTDIvol,DLP,ED (P<0.05),moreover,the radiation dose of 105mA was decreased by 50.62% and 67.01%,as compared with that of 210mA and 315mA ED, respectively. In fixed 105mA, there were no significant differences in SD,SNR,CNR among different kV (80kV,100kV,120kV,P>0.05). However there were significant differences in CT unit, CTDIvol,DLP,ED (P<0.05). The radiation dose ED of 80kV was decreased by 47.80% and 65.84%,as compared with that of 100kV and 120kV, respectively. There were no significant differences in image quality score,with fixed 80kV in different mA (105mA,210mA,315mA)or fixed 105mA in different kV (80kV,100kV,120kV) in different concentrations of iodine solution (①～⑦).Conclusion The scan results by 256 slice CT show that it is practicable to use the low-dose radiation and 270mgI/ml concentration contrast medium with iterative reconstruction in coronary artery CTA imaging, without affecting quality of diagnosis.

tomography;spiral computer; iterative reconstruction; low-dose contrast medium; coronary angiography

10.3969/j.issn.1002-7386.2016.08.003

项目来源：河北省医学研究与发展重点课题及跟踪项目(编号：20150695)

050000 石家庄市，河北医科大学第二医院影像科

李彩英，050000 河北医科大学第二医院影像科；

E-mail：licaiying63@163.com

R 445.3

A

1002-7386(2016)08-1133-04

2015-11-21)