低浓度造影剂在双能谱CT冠状动脉造影的可行性研究

王子真吴新淮*韩 威陆军良胡 刚陈 华



低浓度造影剂在双能谱CT冠状动脉造影的可行性研究

王子真①吴新淮①*韩 威①陆军良①胡 刚①陈 华①

［摘要］目的：调查有效应用低浓度造影剂在超重患者冠状动脉CT血管造影（CTA）双能量光谱成像模式。方法：选取40例心率＜70 bpm、身体质量指数（BMI）＞26拟行冠状动脉CTA的患者，采用数表法将其随机分为A组和B组。A组采用滤过反投影（FBP）算法重建120 kVp多能量图像；B组采用70 keV单能量图像重建与自适应统计迭代重建（ASIR）。两组均采用前瞻性心电门控螺旋扫描模式进行常规冠状动脉CT血管造影（CCTA），测量左冠状动脉前降支（LAD），左冠状动脉回旋支（LCX）和右冠状动脉（RCA）的强化值（CT值）；分别测量和计算主动脉、心室肌肉、心室和皮下脂肪的噪声值（SD值）；采用5级图像质量判断标准对冠状动脉的图像质量进行评价。记录和计算有效剂量的剂量长度乘积（DLP）。采用t检验和秩和检验对结果进行比较。结果：A组LAD、LCX和RCA的平均CT值为（389.6±54.3）、（421±61.3）和（415.3±58.4），与B组的平均CT值（379.4±48.3）、（356.7±55.8）和（402.9±77.2）相比均无显着差异。结论：双能谱的CCTA提供更好的图像质量，为老年患者、肾功能受损者提供更好的选择。

［关键词］能谱CT；低浓度造影剂；冠状动脉造影

王子真，男，（1978- ），硕士，主治医师。陆军总医院放射诊断科，从事X射线及CT影像诊断工作。

［First-author’s address］ Department of Radiodiagnosis， PLA Army General Hospital， Beijing， 100700 China.

多层螺旋CT冠状动脉造影（computer tomography angiography，CTA）已经成为冠状动脉病变的常规检查方法，且相关研究较多，人们在关注放射线剂量对人体的潜在危害的同时，也在关注着对比剂肾病的风险［1-2］。以往CTA检查多采用的是薄层、小螺距及大范围的扫描，为了获得清晰的图像，其射线剂量必然要加大，导致CT冠状动脉成像辐射剂量高达20～25 mSv，极大增加了患者辐射损伤随机效应的危险性［3］。如何在满足临床诊断的前提下，根据辐射防护的最优化合理使用尽可能的低剂量（as low as reasonably achievable，ALARA）原则，最大程度控制CTA辐射剂量、尽可能地减少辐射危害已越来越受到重视［4-5］。在CT检查中如何减少患者的辐射剂量正在成为国内外学者研究的热点［6］。宝石CT具有的各种减少辐射剂量的技术，如宝石探测器的应用、使用心电图（ECG）管电流自动调制技术、螺距-心率自动匹配技术以及自适应性迭代重建技术（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）等。本研究通过对比分析不同的扫描参数及不同造影剂浓度下进行冠状动脉成像时图像质量的差异，为低剂量技术在CT冠状动脉成像中的应用提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取40例心率＜70 bpm、身体质量指数（BMI）＞26的患者，其中男性33例，女性17例；年龄36～68岁，平均（57.42±7.81）岁。患者中以胸闷胸痛就诊22例，冠心病随访6例，体检患者12例。采用数表法将其随机分为A组和B组，每组20例。A组采用滤过反投影（FBP）算法重建120 kVp多能量图像；B组采用70 keV单能量图像重建与ASIR。两组在年龄、性别等方面相比无差异，具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

（1）纳入标准：①临床确诊及怀疑冠心病患者及体检者；②无碘对比剂过敏，无肾病史，非妊娠者，无心律不齐，无呼吸衰竭（和）或心力衰竭；③BMI＞26；④患者静息心率＜70 bpm，或经口服倍他乐克（哮喘、舒张压＜60 mm Hg 患者禁用）25～150 mg，将心率控制在70次/min以下。

（2）排除标准：为避免扫描时间过长及金属伪影对图像质量造成影响，凡冠状动脉搭桥术后及置有心脏起搏器的患者均不纳入本研究。

1.3 扫描参数

采用GE Discovery CT750 HD机器（美国GE公司，宝石CT），扫描参数如下。

（1）A组扫描条件。根据ECG调整管电流，mA范围最小120 mA，最大600 mA，准直器宽度40 mm（0.625×64），视野（field of view，FOV）250 mm×250 mm，矩阵512×512，层厚为0.625 mm，层间距为0.625 mm，螺距-心率（0.16～0.24）自动匹配技术，图像重建采用滤过反投影（filteredback projection，FBP）重建算法。

（2）B组图像采用ASIR技术。将ASIR权重值设定为40%，采用双能谱70 keV的单能量图像重建与固定融合。扫描范围从气管隆突下2 cm处开始向下扫描到膈下3 cm为止。

（3）冠状动脉延迟扫描时间。使用双筒高压注射器经肘静脉5 ml/s速率注入高浓度非离子型对比剂（碘的质量浓度为370 g/L）15 ml，在对比剂注射完毕后以相同速度继续追加注射生理盐水20 ml，延迟8 s后，在主动脉根部层面进行同层动态扫描15层，层厚为5 mm，扫描时间为1 s/层，间隔1 s/层，利用软件自动计算出时间-密度曲线，精确计算出造影剂到达的浓度峰值时间，再加上2～4 s即为冠状动脉的延迟扫描时间。

（4）两组采用相同的注射速率，相同的浓度造影剂，经肘静脉注入造影剂（碘的质量浓度为270 g/ L）60～80 ml，在对比剂注射完毕后以相同速度继续追加注射生理盐水20 ml，以减少因上腔静脉及右心房内对比剂浓度过高造成的伪影。按上述计算出的冠状动脉延迟扫描时间对冠状动脉进行扫描，在65%～80%的R-R间期中选取影像质量最佳的时相进行图像重建。原始图像传至AW4.5工作站，对原始的横断面图像进行三维重建，应用容积显示（volume rendering，VR）、曲面重组（curved planar reformation，CPR）、多平面重组（multiple planar reconstruction，MPR）、最大密度投影法（maximum intensity projection，MIP）以及血管分析软件重建弯曲血管等技术重建。

1.4 相关观察指标

（1）采用美国心脏学会制定的冠状动脉改良分段方法，测量左冠状动脉前降支（LAD），左冠状动脉回旋支（LCX）和右冠状动脉（RCA）的强化值（CT值），分别测量和计算主动脉、心室肌肉、心室和皮下脂肪的噪声值（SD值）。

（2）图像质量评定。采用Van Hoe等推荐的5级图像质量判断标准，将重建的冠脉图像质量分为1～5分。①无伪影为5分；②有轻微伪影，仅主干一段轻微模糊，诊断不受限为4分；③中等伪影，某支主干＞50%模糊，但可以诊断为3分；④严重伪影，某支主干全长模糊或不清楚或不连续，诊断受限为2分；⑤主干不能区别，不能用于诊断为1分。

（3）辐射剂量。由CT机自动记录每例患者的扫描长度（L）、单位（cm）和容积CT扫描剂量指数（computed tomography dose index，CTDIvol）、单位（mGy）；分别计算剂量-长度乘积（dose-length product，DLP）和有效剂量（公式1）：

1.5 统计学方法

采用统计学软件SPSS 13.0对数据进行统计分析。各组数据均采用均数±标准差（±s）表示，应用t检验和方差分析，对各组信噪比（signal noise ratio，SNR）和有效剂量（effective dose，ED）进行比较分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 冠脉CTA扫描

两组患者冠脉CTA扫描，A组LAD、LCX和RCA的平均CT值分别为389.6±54.3、421±61.3和415.3±58.4，与B组的平均CT值的379.4±48.3、356.7±55.8和402.9±77.2相比均无显着性差异（t=1.42，t=1.42，t=1.42；P＞0.05），见表1。

表1 两组血管增强平均CT值比较(±s)

表1 两组血管增强平均CT值比较(±s)

?

2.2 图像质量比较

（1）两组图像中LAD，LCX和RCA的噪声，A组21.43±7.69明显低于B组27.28±7.14，差异有统计学意义（t=1.42，P＜0.05）。LAD，LCX和RCA的平均对比噪声比（contrast noise ratio，CNR），B组的23.44±8.23显着高于A组的17.69±7.95，差异有统计学意义（t=1.42，P＜0.05）。A组的ED与B组的ED相似，差异无统计学意义（t=1.42，P=0.17），见表2。

表2 两组图像质量比较(±s)

表2 两组图像质量比较(±s)

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（2）B组图像采用ASIR技术。将ASIR权重值设定为40%，采用双能谱70 keV的单能量图像重建与固定融合，具有最佳的CNR，如图1所示。

图1 B组重建图像对比噪声比示图

（3）B组采用双能谱70 keV的单能量图像重建与固定融合，重建为单能图像的数据为60～120 keV（每一步10 keV），如图2所示；对原始的横断面图像进行三维重建如图3所示。

图2 重建后的一组单能量图像选取相同层面及相同区域进行测量图像

图3 原始横断面图像进行三维重建后的图像

3 讨论

冠状动脉CTA作为一种无创性血管成像技术已广泛应用于临床，成为冠状动脉血管及血管性疾病必不可少的检查手段［4，7-8］。目前，CTA检查所致电离辐射及对比剂的毒性反应已成为严重的医疗问题和社会问题［9-10］。CT扫描辐射剂量主要取决于CT设备的自身质量和固有的性能、CT的扫描参数设置和技术操作因素以及受检者个体条件等三方面［11-12］。宝石CT具有的各种减少辐射剂量的技术，如宝石探测器的应用、ECG管电流自动调制技术及螺距-心率自动匹配技术，双能量重建技术及ASIR等。

本研究通过对比分析不同的扫描参数、不同造影剂浓度进行冠状动脉成像时产生的平均CT值、图像噪声、平均CNR、辐射剂量之间的差异及图像质量的差异，为低剂量技术在CT冠状动脉成像中应用提供参考依据。

目前，冠状动脉CTA多采用回顾性心电门控扫描技术，采用薄层、小螺距（0.16～0.24）重叠扫描，X射线曝光时间覆盖整个心动周期，扫描所得为整个心动周期的所有期相的图像数据，在心脏重建时根据同步的心电图（ECG）信号，以心脏相对静止的期相提取一段数据进行图像重建，虽然能够重建任意相位的图像，保证CTA检查的成功率，进行心功能评估，但患者接受的无用剂量较多，辐射剂量常明显高于其他部位的CT检查，故辐射剂量问题较为明显［13-15］。

本研究中双能谱CCTA（70 keV的单色图像）采用了能量瞬时切换技术，获得相对纯净CT值的图像，并极大降低了硬化伪影的影响，加之ASIR技术，使重建出高质量的图像变为可能。本研究进行的不同浓度、不同剂量的2个组冠状动脉CTA扫描均获得良好的动脉成像效果，原始图像及二维、三维后处理图像上可清晰显示冠状动脉，血管边缘光滑，与周围组织对比良好；各组间比较差异无显著性意义。即两种不同剂量、不同浓度造影剂在冠状动脉CTA结果相似，表明双能谱CCTA冠状动脉成像可获得良好的图像质量，不影响临床诊断。

综上所述，本研究从不同方面进行了双能谱冠状动脉CT血管造影（CCTA）与常规CCTA在冠状动脉CTA成像可行性的评价，结果表明双能谱CCTA在低浓度、低碘对比剂的冠状动脉CTA可获得更良好的动脉成像，可为临床在老年患者及肾功能受损患者中提供更好的选择［16］。

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①陆军总医院放射诊断科 北京 100700

［文章编号］1672-8270（2016）05-0041-04 ［中图分类号］ R815

［文献标识码］A

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.05.014

作者简介

收稿日期：2016-02-26

*通讯作者：184293697@qq.com

The feasibility of low concentration contrast medium in dual energy spectral coronary CT angiography

WANG Zi-zhen， WU Xin-huai， HAN Wei， et al

China Medical Equipment，2016，13（5）:41-44.

［Abstract］ Objective: To investigate the application of low concentration contrast medium in coronary CT angiography with dual energy spectral imaging mode for overweight patient. Methods: This prospective study was approved by the institutional review board with patient informed consent， forty consecutive patients（heart rate＜70 bpm， BMI＞26） were randomly divided into two groups A and B. 120 kVp polychromatic images with FBP algorithm were reconstructed for group A， and 70 keV monochromatic images with a fixed blending level of ASiR were reconstructed for group B. The SD values of aorta， ventricular muscle， chamber of the heart and subcutaneous fat were measured respectively by the spiral scan mode of perspective electrocardiograph gating（ECG-gating）. The CT values and CNRs of left anterior descending artery（LAD）， left circumflex（LCX）， and right coronary artery（RCA）were measured and calculated. The image quality of coronary artery was evaluated by 5-point scale. The dose length produce（DLP） was recorded and effective dose was calculated. The results were compared with T-test and rank-sum test. Results: The mean CT values of LAD， LCX and RCA（379.4±48.3， 356.7±55.8， 402.9±77.2） in group B had no significant difference with those in group A （389.6±54.3， 421±61.3， 415.3±58.4）. Conclusion: Dual energy spectral CCTA provides better image quality， which is a better choice for elder patients and patients who have impaired renal function.

［Key words］Energy spectral CT； Low concentration contrast medium； Coronary angiography