100 kV条件下前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉CTA的图像质量与辐射剂量对比分析

袁训伟，迟淑萍，李磊，李远庆，徐红卫，王锡明

（1.山东省东营市胜利石油管理局胜利医院影像中心，山东 东营 257055；2.山东省医学影像学研究所山东省心脑血管疾病诊治重点实验室，山东 济南 250021）

100 kV条件下前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉CTA的图像质量与辐射剂量对比分析

袁训伟1，迟淑萍1，李磊1，李远庆1，徐红卫1，王锡明2

（1.山东省东营市胜利石油管理局胜利医院影像中心，山东 东营 257055；2.山东省医学影像学研究所山东省心脑血管疾病诊治重点实验室，山东 济南 250021）

目的：对比分析100 kV条件下前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉CTA图像质量与辐射剂量的差异，为低剂量个性化冠脉CTA扫描方案的制订提供参考依据。方法：将临床疑诊冠心病而行冠状动脉CTA检查的104例患者随机分为2组，分别行100 kV前瞻性（A组）与回顾性心电门控（B组）扫描；所有患者心律平稳，心率≤65次/min，体质量指数＜25 kg/m2。记录2组的辐射剂量，计算噪声、SNR及对比噪声比（CNR），并对图像进行主观评分。结果：A组和B组有效辐射剂量分别为（1.63±0.26）mSv和（4.90±0.93）mSv。A组的辐射剂量较B组降低66.7%，差异有统计学意义（P＜0.05）。A组与B组的噪声差异无统计学意义（P＞0.05）。A组的SNR及CNR低于B组（P＜0.05）。2组冠脉图像质量的主观评分差异无统计学意义（P＞0.05）。结论：与回顾性心电门控相比，100 kV前瞻性冠状动脉CTA在有效降低辐射剂量的同时，可以获得满意的图像质量。

冠状动脉；体层摄影术，X线计算机；辐射剂量

冠状动脉CTA以其能无创地显示冠状动脉结构的优势，已成为目前冠心病的常用检查手段［1-2］。然而其辐射剂量较高，文献报道CTCA中位平均辐射剂量为12 mSv［3-6］，高于冠状动脉血管造影（coronary angiography，CAG）。如何在保证图像质量的前提下最大限度地减少受检者的辐射剂量，已越来越多的成为临床关注的焦点。本研究通过对比分析100 kV条件下前瞻性和回顾性心电门控冠状动脉CTA的图像质量和辐射剂量，旨在为低剂量个性化扫描的临床应用提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集2014年10月至2015年10月因疑诊冠心病且在东营市胜利石油管理局胜利医院行冠状动脉CTA检查的104例患者，随机分为A、B 2组。A组48例，男32例，女16例；年龄40～75岁，平均（60.86±10.91）岁，采用前瞻性心电门控100 kV扫描。B组56例，男32例，女24例；年龄42～74岁，平均（59.97±9.87）岁，采用回顾性心电门控100 kV扫描。纳入标准：心率≤65次/min、心率波动≤5次/min［心率不符合者，检查前30 min口服β受体阻滞剂（倍他乐克）12.5～25.0 mg，待心率符合扫描要求再做］、体质量指数（BMI）＜25 kg/m2。排除标准：心肾功能不全、碘对比剂过敏、屏气不佳、心律不齐、冠状动脉严重钙化以及冠状动脉搭桥、支架患者。所有患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法采用Siemens Definition AS+128层CT机。扫描范围自气管隆突下1 cm至左侧心膈角下1 cm。使用美国Medrad双筒高压注射器，20 G留置针，经右肘静脉注射非离子碘对比剂碘帕醇（370 mgI/mL）55～70 mL，流率5 mL/s。准直器宽度128×0.6 mm，球管旋转时间0.3 s/r。重建卷积函数采用B26f。用Siemens MMWP工作站对图像进行后处理，包括MIP、CPR和VR及血管轴位重建。

A组：使用前瞻性心电门控100 kV扫描，以65% R-R间期为中心（60%～70%），手动调整管电流，有效管电流为150～214 mAs。

B组：使用回顾性心电门控100 kV扫描，手动调整管电流，有效管电流为140～190 mAs。全剂量曝光时间窗30%～70%，其余时间窗曝光管电流为全剂量的20%。采用螺距-心率自动匹配技术，螺距随患者的心率自动选择，范围0.2～0.45。

1.3 图像质量评价图像质量采用主观评价和客观评价2种方法。①主观评价：采用美国心脏协会冠状动脉15段分段进行评价。冠状动脉图像质量的评分标准采用改良Likert四分法［7］，分别为1分（优，管壁连续完整，管壁锐利，无伪影）；2分（良，管壁连续完整，管壁轻度运动伪影）；3分（中，管壁连续，管壁中度运动伪影，不影响管腔评价）；4分（差，管腔出现错层、中断，伪影严重，严重影响管腔评价）。由2名从事CTCA诊断3年以上的放射科医师对全部受检者冠状动脉节段进行主观评分，评价不一致时通过协商取得一致。②客观评价：测量左冠状动脉起始部水平的升主动脉根部强化后的平均CT值为信号值，以其标准差（standard deviation，SD）作为图像噪声值，ROI设定为1 cm2。测量左主干起始部邻近脂肪组织的CT值作为对比信号值。根据公式：SNR=信号值/图像噪声（SD）；对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）=（信号值-对比信号值）/图像噪声（SD），计算SNR和CNR。

1.4 辐射剂量评价由计算机自动生成剂量长度乘积（dose-length product，DLP），记录CTCA剂量。有效辐射剂量（effective dose，ED）根据ED（mSv）=DLP× K计算得出，其中K为换算因子，本研究取值0.017 mSv/（mGy·cm）［8］。

1.5 统计学方法采用SPSS 19.0统计学软件包。使用独立样本t检验比较2组临床资料、辐射剂量以及升主动脉根部CT值、噪声、SNR、CNR，对2组图像质量主观评分的节段数之间的差异采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料比较（表1）2组患者年龄、心率、身高、体质量及BMI的差异均无计学意义（均P＞0.05）。

表1 患者一般资料对比（±s）

表1 患者一般资料对比（±s）

注：A组，行前瞻性心电门控扫描；B组，行回顾性心电门控扫描；BMI，体质量指数。

组别例数年龄（岁）心率（次/min）身高（cm）体质量（kg）BMI（kg/cm2）A组4860.86±10.9155.23±5.01165.33±8.0864.14±5.9323.43±0.93 B组5659.97±9.8760.25±7.13164.81±7.0161.88±6.2222.75±1.48 t值--0.3071.976-0.249-1.322-1.884 P值-0.5090.0540.8040.1920.065

2.2 图像质量比较A组检测动脉552段，B组672段（表2）：2组间能满足诊断要求（≤3分）的节段差异无统计学意义（P＞0.05），评价为优（1分）的节段组间差异无统计学意义（P＞0.05）（图1，2）。

表2 图像质量主观评分对比

客观评价指标（表3）：A组的噪声与B组比较无统计学意义（P＞0.05）；A组的主动脉CT值、SNR和 CNR均低于B组，两者差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

表3 图像质量客观评价对比（±s）

表3 图像质量客观评价对比（±s）

组别主动脉CT值（HU）噪声SNR对比噪声比A组412.53±71.08 22.85±4.99 18.63±3.9222.18±4.73 B组488.71±90.44 22.11±4.96 22.87±5.1925.58±5.62 t值-3.3870.559-3.309-2.382 P值0.0010.5790.0020.021

2.3 辐射剂量比较（表4）2组扫描长度差异无统计学意义（P＞0.05）。A组的CTDIvol、DLP、ED均显著低于B组，两者差异均有统计学意义（均P＜0.05）。A组的ED值较B组降低了66.7%。

表42 组辐射剂量比较（±s）

表42 组辐射剂量比较（±s）

注：CTDIvol，容积CT剂量指数；DLP，剂量长度乘积；ED，有效辐射剂量。

组别扫描长度（l/mm）ED（mSv）A组138.9±10.716.80±1.0995.90±15.41 1.63±0.26 B组143.5±18.15 18.14±2.91289.83±53.33 4.90±0.93 t值1.04317.10216.17715.728 P值0.3020.0000.0000.000 CTDIvol（mGy）DLP（mGy·cm）

3 讨论

冠状动脉CTA近年来得到迅速发展，成为诊断冠状动脉疾病较为可靠的检查手段之一［9］。然而，其较高的辐射剂量也日益受到关注。

冠状动脉CTA辐射剂量与多种因素有关，心电门控采集模式、管电压、管电流、曝光时间、扫描间隔和准直器宽度、扫描范围等均对辐射剂量产生影响。首先，辐射剂量与管电压的平方成正比，因此降低管电压是一种有效降低辐射剂量的方法。文献报道［10］回顾性100 kV扫描较120 kV扫描能明显的降低辐射剂量。Pflederer等［11］使用双源CT行100 kV冠状动脉CTA检查，并与120 kV扫描比较发现降低了约39.0%的辐射剂量。其次，不同的心电门控采集模式对辐射剂量也有重要影响。Hsieh等［12］开发的前瞻性心电门控技术是目前被证实的最有效的减剂量扫描方式。该技术采用传统的轴位扫描，在预先选定R-R间期中的某段时间窗进行曝光扫描采集数据。与回顾性心电门控相比，其扫描时间短，辐射剂量更低。本研究通过对比研究证实，联合采用100 kV低电压与前瞻性门控扫描技术，在获得满意的诊断图像的同时，可显著降低辐射剂量，仅为（1.63±0.26）mSv，较回顾性扫描组剂量降低约66.7%。

Shuman等［13］对同一受检者分别行2种方式扫描，发现前瞻性扫描对冠状动脉的显示甚至优于回顾性扫描。本研究中，由于入组人群心率≤65次/min且心律平稳，剔除了心跳因素对图像质量造成的影响，因此2组所得图像质量的主观评分差异无统计学意义。虽前瞻扫描组图像SNR、CNR低于后门控组，但诊断效果是相同的。

本研究存在以下不足：入组人群有一定局限性，虽前瞻性100 kV可显著降低剂量并能保证图像质量，但在心率较高和心律不齐的患者中并不适用；另外，对BMI＜25 kg/m2的患者，本研究统一采用100 kV扫描，未再尝试对BMI较小的患者采用更低的管电压。

图1 男，56岁，前瞻性心电门控组患者，管电压100 kV，有效管电流160 mAs，辐射剂量1.54 mSv图1a～1c分别为VR图像、右冠状动脉CPR图像和左冠状动脉前降支CPR图像，清晰显示冠状动脉各段（箭头）图2女，65岁，回顾性心电门控组患者，管电压100 kV，有效管电流160mAs，辐射剂量4.34mSv图2a～2c分别为VR图像、右冠状动脉CPR图像和左冠状动脉前降支CPR图像，冠脉各节段显示清晰（箭头）（RCA：右冠状动脉，LAD：左前降支）

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Comparison of the differences of radiation doses and image quality between prospective ECG-triggering and retrospec-tive ECG-gating acquisition with 100 kV in coronary CT angiography

YUAN Xunwei，CHI Shuping，LI Lei，LI Yuanqing，XU Hongwei，WANG Ximing.Department of Radiology，Shengli Hospital of Shengli Oil Field，Dongying，257055,China.

Objectives：To analyze the differences of radiation doses and image quality between prospective ECG-triggering and retrospective ECG-gating acquisition with 100 kV in coronary CT angiography，in order to provide a desirable scanning procedure for the clinical application of personal low dose scanning.Methods：104 patients with clinically suspected coronary heart disease were scanned by prospective and retrospective ECG-gating with 100 kV respectively.All of them had a stable heart rate which was less than 65 bpm and BMI were less than 25 kg/m2.Radiation doses were quantified，and noise signal-to-noise（SNR），contrast-to-noise ratio（CNR）were calculated.Subjective image quality was assessed by two radiologists in consensus.Results：ED of prospective and retrospective ECG-gating were（1.63±0.26）mSv and（4.90±0.93）mSv，respectively.ED of prospective ECG-gating group was reduced by 66.7%compared to the other group.There was a significant statistically difference between the two groups（P＜0.05）.There was no statistical difference in the noise of the two groups（P＞0.05）.The SNR and CNR of the prospective ECG-triggering group were lower than the other group（P＜0.05）.There was no difference of subjective image quality between the two groups（P＞0.05）.Conclusion：Coronary CT angiography performed by prospective ECG-triggering acquisition with 100 kV may obtain the diagnostic image quality with a lower radiation doses in comparison with retrospective ECG-gating acquisition.

Coronary artery；Tomography，X-ray computed；Radiation dosage

2015-11-17）

10.3969/j.issn.1672-0512.2016.02.015

国家自然科学基金（81371548，81571672）；山东省自然科学基金（ZR2012HM006）；山东省“泰山学者”计划。

王锡明，E-mail：wxming369@163.com。