第三代双源CT冠状动脉成像三低扫描方案的初步经验

梁蓉， 张璋， 李锋坦， 姜英健， 华明辉， 张泽伟， 于铁链， 李东

·心血管影像学·

第三代双源CT冠状动脉成像三低扫描方案的初步经验

梁蓉， 张璋， 李锋坦， 姜英健， 华明辉， 张泽伟， 于铁链， 李东

目的：探究第三代双源CT(DSCT)前瞻性心电门控大螺距CT冠状动脉成像(CTCA)扫描模式下，应用70kv低管电压联合20 mL低对比剂用量和3.0 mL/s低注射流率的三低方案的可行性。方法：应用第三代双源CT对100例体质量指数(BMI)≤30 kg/m2、 心率(HR)≤75次/分的患者行前瞻性心电门控大螺距CTCA检查。所有患者随机分为两组，采用2种扫描方案：A组48例，管电压80 kVp，对比剂总量及流率分别为40 mL和4.0 mL/s；B组52例，管电压70 kVp，对比剂总量及流率分别为20 mL和3.0 mL/s。测量动脉腔内CT值、图像噪声、信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)等客观指标以及Likert 4级主观评分法比较两组的图像质量，记录并比较两组的辐射剂量。结果：B组的图像噪声显著高于A组，但动脉(主动脉、左冠脉主干和前降支、右冠状动脉)腔内CT值均显著高于A组(P<0.05)。两组间SNR和CNR的差异无统计学意义(P>0.05)，两组间图像质量评分的差异无统计学意义(P>0.05)。与A组相比，B组的有效辐射剂量减少了40%。结论：使用第三代DSCT结合三低扫描方案行前瞻性心电门控大螺距冠状动脉成像，可获得较为满意的图像质量，且辐射剂量、对比剂用量和流率均较常规扫描方案显著降低。

体层摄影术，X线计算机； 血管成像； 冠状动脉疾病； 低剂量扫描； 辐射剂量； 图像质量

CT冠状动脉成像(computed tomography coronary angiography，CTCA)已经成为筛查冠状动脉疾病的首选无创性影像学检查方法[1]。然而，CTCA检查所造成的电离辐射损伤以及对比剂引起的肾功能损伤仍不容忽视，如何降低辐射剂量及检查所需对比剂用量已成为目前研究的热点。本研究旨在探讨第三代双源CT(dual source CT，DSCT)前瞻性心电门控大螺距(high-pitch)扫描模式下，应用70 kV管电压联合超低对比剂注射方案(20 mL，3.0 mL/s)进行CTCA检查的可行性及临床价值。

材料与方法

1.一般资料

搜集2016年4月-2016年9月临床提示存在冠心病轻至中度危险因素且在本院行CTCA检查的连续患者的病例资料。入组标准：年龄>18岁、身体质量指数(body mass index，BMI)≤30 kg/m2、心率(heart rate，HR)≤75次/分。排除标准：BMI>30 kg/m2、HR>75次/分或心律不齐、冠状动脉支架或搭桥术后、碘对比剂过敏、甲亢、孕妇、房颤和肾功能不全者。最终入组100例患者，随机分为两组，A组48例：管电压80 kV，对比剂总量和注射流率分别为40 mL和4.0 mL/s；B组52例，管电压70 kV，对比剂总量和流率分别为20 mL和3.0 mL/s。本研究经本院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

2.仪器和检查方法

使用Siemens Somatom第三代DSCT机。所有受检者均未服用降心率药物，于检查前5 min舌下含服硝酸甘油0.5 mg。取仰卧位，头足方向，扫描过程中患者无需屏气，前瞻性心电门控大螺距扫描，扫描范围自隆突下方1 cm至膈下2 cm水平。扫描时相设在65% R-R间期。扫描参数：采用飞焦点技术，探测器准直宽度2×96×0.6 mm， 250 ms/r，时间分辨率66 ms，螺距3.2；自动管电流调节采用CARE Dose 4D模式，参考管电流为130 mAs；采用CARE kV模式调节管电压，参考管电压为120 kV，实际扫描中将CARE kV设定为“semi“模式，手动设定管电压为80 kV(A组)或70 kV(B组)。

使用双筒高压注射器经肘前静脉分别以4.0 mL/s(A组)和3.0 mL/s(B组)的流率注射对比剂碘帕醇(370 mg I/mL)40 mL(A组)和20 mL(B组)，然后立即分别以各组对应的流率注射生理盐水50 mL。采用团注追踪技术，感兴趣区(region of interest，ROI)设定在升主动脉，触发扫描阈值100 HU。记录扫描过程中患者的心率和心律情况。

采用高级迭代技术(ADMIRE,Siemens)进行横轴面图像重建，层厚0.75 mm，间隔0.5 mm，卷积核Bv36。将重建后图像传输至Siemens工作站(Syngo.via)进行容积再现(volume rendering，VR)和曲面重组(curved planar reformation，CPR)等后处理。

3.图像质量评价

客观评价：测量主动脉根部、冠状动脉主要分支近段管腔和邻近心包脂肪的CT值。冠状动脉主要分支包括左冠脉主干(left main coronary artery，LM)、左前降支(left anterior descending，LAD)、左旋支(left circumflex，LCx)和右冠状动脉(right coronary artery，RCA)。ROI置于目标血管管腔中心，约占管腔横截面积的75%，需避开斑块(图1)。图像噪声(noise，N)为主动脉根部CT值的标准差。信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)的计算公式如下：

(1)

(2)

主观评价：采用2014年国际心血管CT协会指南推荐的冠状动脉18段分段法[2]。直径<1.5 mm的冠状动脉节段不计入评分。由2位分别具3年和5年以上CTCA工作经验的放射科医师在不知患者信息和扫描条件的情况下，采取双盲法对图像进行评分，意见不统一时，共同协商取得一致评分。图像评分采用Likert 4级评分法[3]。1分：图像质量优秀，冠状动脉全程显示清晰，无运动伪影；2分：图像质量良好，存在轻度运动伪影，但不影响对血管的诊断；3分：图像质量尚可，存在中度运动伪影，但结合原始轴位图像尚能对血管做出诊断；4分：图像质量差，存在严重运动伪影，无法评估。将每根血管所包含的节段的最高评分作为整条血管的评分。同样的，将每例患者的所有血管段中的最高评分作为该患者的最终评分。

4.辐射剂量评估

记录由CT扫描仪自动生成的患者剂量报告中的容积剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)。计算并记录有效辐射剂量(effective dose，ED)，转换系数k=0.014 mSv/(mGy·cm)[4]。此外，根据患者的不同体型计算并记录每位患者的体型特异性剂量评估(size specific dose estimates，SSDE)，计算公式：

SSDE=转换因子fsize×CTDIvol

(3)

其中转换因子fsize是测量患者胸廓大小(前后径+左右径)后经查表得到[5]。

5.统计学分析

采用SPSS 22.0统计学软件。连续变量用均数±标准差表示，分类变量用频率和百分比表示。对两组患者的年龄、HR、BMI、体重、辐射剂量各参数值、冠状动脉的各项客观参数值及主观评分进行比较分析，所有数据均采用Kolmogorov-Smirnov检验进行正态性检验，符合正态分布的数据采用两独立样本t检验、不符合正态分布的数据采用Mann-Whitney U检验。采用χ2检验对两组患者临床资料中的频数参数进行比较。利用Kappa检验评价两个阅片者对图像质量主观评价之间的一致性(k<0.2为一致性很差；0.2≤k<0.4为一致性一般；0.4≤k<0.6为一致性适中；0.6≤k<0.8为一致性较好；0.8≤k<1为一致性很好)。P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.一般情况

两组患者的年龄、HR、BMI、体重以及临床资料方面的差异均无统计学意义(P>0.05)，结果见表1。

2.图像质量评价

①客观评价：两组之间各客观指标的比较见表2。两组间主动脉根部及LM、LAD和RCA近段管腔内CT值的差异具有统计学意义(P均<0.05)，B组高于A组；而 LCx近段CT值的差异无统计学意义(P=0.116)。两组间图像噪声的差异有统计学意义(P<0.001)，B组高于A组。两组图像的SNR和CNR的差异无统计学意义(P>0.05)。②主观评价(图2)：两组患者共计1272个冠状动脉节段纳入评分，血管共计535支。以血管和患者为单位进行比较(表3)，两组评分的差异均无统计学意义(P>0.05)。

3.辐射剂量

B组的DLP、CTDIvol、ED和SSDE均显著低于A组(P<0.001)，其中ED和SSDE降低幅度分别为40%和30%(表4)。

表1 两组患者临床资料的比较

表2 两组CCTA图像质量客观评价结果的比较

表3 两组CCTA图像质量的主观评分的比较

表4 两组扫描方案辐射剂量评估比较

讨 论

随着CT技术的不断完善，各种新型高端CT机投入临床，如DSCT和宽体探测器的引进，CTCA检查方案也随之推陈出新，如低管电压、大螺距扫描、前瞻性心电门控、迭代重建、自动管电压及管电流调节技术等[6-7]，均为有效降低辐射剂量的重要方法。辐射剂量与管电压的平方呈正比，因此，降低管电压是降低辐射剂量最有效的手段。随着管电压的减低，其X线束的有效光能更接近碘的衰减k缘[8]，从而使动脉管腔内碘的CT值更高，因此，低管电压技术在降低辐射剂量的同时，还可减少对比剂用量。80 kV的CTCA扫描方案在第二代DSCT上应用已十分广泛，其辐射剂量较100/120 kV扫描方案大幅度降低[8-10]。第三代DSCT具备更高的转速(0.25 s)和更快的进床速度(737 mm/s)，且在低管电压下实现更高的管电流值(1300 mA)，使得80 kV管电压扫描方案的应用更加成熟、普遍。近年来，采用70 kV管电压的可行性成为研究的热点。Zhang等[9]在第二代DSCT机上尝试采用70 kV管电压行CTCA检查，获得较满意的图像质量，与100 kV扫描方案相比，其辐射剂量降低了75%，但是其入组患者筛选条件严格(BMI<26 kg/m2)。Michaela等[11]在第三代DSCT机上探讨70 kV管电压CTCA扫描方案的可行性，这项研究中放宽了对BMI的限制，也获得较满意的图像质量和较低的辐射剂量[(0.3±0.03) mSv]，但其对比剂用量较多(60 mL)。Meyer等[8]的研究证实，在非肥胖患者(BMI<26 kg/m2)中应用第三代DSCT的70 kV扫描方案，与第二代DSCT的80/100 kV扫描方案相比，其辐射剂量(0.44 mSv)和对比剂用量(45 mL)得到优化。Mangold等[12]的70 kVp和50 mL对比剂的CTCA扫描方案应用于BMI为22.5～24.5 kg/m2的患者，也得到类似的结果。

图1 患者，女，53岁，BMI=23.14 kg/m2，管电压80 kV，ED=0.44 mSv。a) 横轴面图像，显示主动脉根部和邻近心包脂肪(箭)的ROI测量； b) 冠状动脉近段的ROI测量(箭)； c) VR图像，显示LAD(箭)轮廓清晰，管壁光滑，无运动伪影，图像质量主观评分为1分； d) CPR图像，显示LAD轮廓清晰，管壁光滑，无运动伪影，图像质量主观评分为1分。 图2 患者，男，69岁，BMI=24.22 kg/m2，HR=72 bpm，ED=0.25 mSv。管电压70 kV。a) VR图像，显示LAD轮廓清晰，管壁光滑，无运动伪影，图像质量主观评分为1分； b) CPR图像，显示LAD(箭)轮廓清晰，管壁光滑，无运动伪影，图像质量主观评分为1分。

血管内强化程度受对比剂用量(mL)、碘总量(total iodine load，TIL)和碘流率(iodine delivery rate，IDR)的影响，当控制IDR和/或TIL恒定，改变其它条件(如对比剂浓度)时，冠状动脉管腔内的衰减程度将保持不变[13-18]。Madeleine等[14]应用体模实验探究了低管电压下最佳对比剂注射方案，当管电压降低至70 kV时，IDR和TIL分别降低至1.0 gI/s和7.5 gI，此时靶血管中的强化程度仍能满足诊断要求(>325 HU)，但由于其所使用设备(第二代DSCT)和技术的限制，上述70 kV管电压下的对比剂注射方案未进行临床试验。本研究在第三代DSCT及和低管电压(70 kV)的基础上，将上述结论应用于临床实践，以3.0 mL/s的流率注射20 mL高浓度对比剂(370 mg I/mL)进行CTCA检查，是目前对比剂用量最少的研究。本研究使用的第三代DSCT前瞻性心电门控大螺距扫描模式，可在0.25 s内完成全心脏容积采集，结合对比剂在动脉内的近似高斯分布的时间-密度曲线[19]，7 s的对比剂注射时间足以保证冠状动脉管腔内的对比剂浓度达峰之前完成整个心脏的采集。

本研究结果中，B组(70 kVp)的图像噪声因管电压的降低而增加，且与A组(80 kVp)的差异有统计学意义。B组的SNR和CNR有降低的趋势，但与A组的差异均无统计学意义，说明B组的图像质量并未因噪声的增加而出现明显下降。主观评价结果也说明70 kVp组的图像质量无明显下降。其原因主要是管电压降低使得B组的主动脉和冠状动脉各主要分支(LM、LAD、RCA)的管腔内CT值增高，且与A组的差异有统计学意义。也就是说，B组的对比剂用量虽然降低了50%，但并未因此造成冠脉管腔内CT值的降低。相反，管电压的降低使得管腔内CT值明显升高。冠状动脉管腔内CT值是影响CTCA图像质量的重要因素之一。通常认为冠状动脉管腔内CT值为325～500 HU，最有利于冠状动脉疾病的诊断[13-14,20]。本研究中B组的冠状动脉管腔内CT值处于该范围内，保证了临床对冠状动脉疾病的诊断要求。

对中国成人体质指数分布状况的研究显示，BMI<30 kg/m2的成人约占98.5%[21]，本研究中纳入患者的BMI≤30 kg/m2，这意味着绝大多数国人可受益于本研究中的CTCA扫描方案。同时，本方案在保证IDR的前提下，将对比剂的注射流率降低为3.0 mL/s，与CTCA检查的常规注射流率4～6 mL/s相比，能显著降低高注射流率导致的对比剂外渗的风险，对于血管条件不好的患者更为受益。

本研究应用70 kV管电压行前瞻性心电门控大螺距CTCA检查时的平均ED和SSDE分别为0.3 mSv和2.8 mGy，分别较80 kVp扫描方案降低了约40%和30%。

本研究的不足在于样本量较小，且缺少与X线冠状动脉造影检查的对照。但是CTCA诊断的准确性和价值已经得到证实，良好的图像质量是保证其准确性的前提，本研究所采用的“三低”扫描方案的图像质量并未明显下降，辐射剂量进一步明显降低。未来需要扩大样本量，并与X线冠状动脉造影检查进行对照，进一步证实本研究结果的准确性。本研究中的扫描方案和对比剂注射方案只适用于前瞻性心电门控大螺距扫描模式，虽然第三代DSCT将该扫描模式对心率的限制放宽了，但仍然要求心率<75次/分[22]。

综上所述，第三代DSCT对BMI≤30 kg/m2患者应用70 kV管电压联合20 mL对比剂用量和3.0 mL/s流率的方案行CTCA检查，可获得满足临床诊断要求的图像质量，且辐射剂量、对比剂用量和流率均显著降低，值得在临床工作中推广应用。

[1] Rubin GD，Leipsic J，Schoepf UJ，et al.CT angiography after 20 years:a transformation in cardiovascular disease characterization continues to advance[J].Radiology，2014，271(3):633-652.

[2] Leipsic J，Abbara S，Achenbach S，et al.SCCT guidelines for the interpretation and reporting of coronary CT angiography:a report of the society of cardiovascular computed tomography guidelines committee[J].J Cardiovasc Comput Tomogr，2014，8(5):342-358.

[3] Gordic S，Husarik DB，Desbiolles L，et al.High-pitch coronary CT angiography with third generation dual-source CT:limits of heart rate[J].Int J Cardiovasc Imaging，2014，30(6):1173-1179.

[4] Paul J，Banckwitz R，Krauss B，et al.Estimation and comparison of effective dose (E) in standard chest CT by organ dose measurements and dose-length-product methods and assessment of the influence of CT tube potential (energy dependency) on effective dose in a dual-source CT[J].Eur J Radiol，2012，81(4):507-512.

[5] AAPM Task Group 204.Size-specific dose estimates (SSDE) in pediatric and adult body CT examinations[R].Am Assoc Physic Med，College Park，2011:1-30

[6] Higashigaito K，Schmid T，Puippe G，et al.CT angiography of the aorta:prospective evaluation of individualized low-volume contrast media protocols[J].Radiology，2016，280(3):960-968.

[7] Machida H，Tanaka I，Fukui R，et al.Current and novel imaging techniques in coronary CT[J].Radiographics，2015，35(4):991-1010.

[8] Meyer M，Haubenreisser H，Schoepf UJ，et al.Closing in on the k edge:coronary CT angiography at 100,80,and 70kV-initial comparison of a second- versus a third-generation dual-source CT system[J].Radiology，2014，273(2):373-382.

[9] Zhang LJ，Qi L，De Cecco CN，et al.High-pitch coronary CT angiography at 70kVp with low contrast medium volume:comparison of 80 and 100kVp high-pitch protocols[J/OL].Medicine (Baltimore)，2014，93(22):e92.doi:10.1097/MD.0000000000000092

[10] Cao JX，Wang YM，Lu JG，et al.Radiation and contrast agent doses reductions by using 80kV tube voltage in coronary computed tomographic angiography:a comparative study[J].Eur J Radiol，2014，83(2):309-314.

[11] Hell MM，Bittner D，Schuhbaeck A，et al.Prospectively ECG-triggered high-pitch coronary angiography with third-generation dual-source CT at 70kVp tube voltage: feasibility，image quality,radiation dose，and effect of iterative reconstruction[J].J Cardiovasc Comput Tomogr，2014，8(3):418-425.

[12] Mangold S，Wichmann JL，Schoepf UJ，et al.Automated tube voltage selection for radiation dose and contrast medium reduction at coronary CT angiography using 3rd generation dual-source CT[J].Eur Radiol，2016，26(10):3608-3616.

[13] Mihl C,Kok M,Altintas S,et al.Evaluation of individually body weight adapted contrast media injection in coronary CT-angiography[J].Eur J Radiol,2016,85(4):830-836.

[14] Kok M,Mihl C,Hendriks BM,et al.Optimizing contrast media application in coronary CT angiography at lower tube voltage:evaluation in a circulation phantom and sixty patients[J].Eur J Radiol,2016,85(6):1068-1074.

[15] 武永杰,赵宏亮,魏梦绮,等.低浓度对比剂大螺距前门控双源CT冠状动脉成像初步研究[J].放射学实践,2015,30(5):554-559.

[16] 陈凯,刘忱,赵汉青,等.双源CT低碘浓度对比剂联合低kV和非迭代重建技术在冠状动脉CTA检查中的临床价值[J].放射学实践,2015,30(10):997-1000.

[17] Lell MM,Jost G,Korporaal JG,et al.Optimizing contrast media injection protocols in state-of-the art computed tomographic angiography[J].Invest Radiol,2015,50(3):161-167.

[18] Kok M,Mihl C,Mingels AA,et al.Influence of contrast media viscosity and temperature on injection pressure in computed tomographic angiography:a phantom study[J].Invest Radiol,2014,49(4):217-223.

[19] Bae KT.Intravenous contrast medium administration and scan timing at CT:considerations and approaches[J].Radiology,2010,256(1):32-61.

[20] Zhu X,Zhu Y,Xu H,et al.An individualized contrast material injection protocol with respect to patient-related factors for dual-source CT coronary angiography[J].Clin Radiol,2014,69(2):86-92.

[21] 杜树发,翟凤英,葛可佑,等.中国成人体质指数分布状况[J].卫生研究,2001,30(6):399-342.

[22] Morsbach F,Gordic S,Desbiolles L,et al.Performance of turbo high-pitch dual-source CT for coronary CT angiography:first ex vivo and patient experience[J].Eur Radiol,2014,24(8):1889-1895.

A protocol of low tube voltage,less contrast medium dosage and low flow rate for coronary angiography using 3rd-generation dual-source CT:initial experience

LIANG Rong,ZHANG Zhang,LI Feng-tan,et al.

Department of Radiology，Tianjin Medical University General Hospital，Tianjin 300052，China

Objective：The aim of the present study was to explore the feasibility of a "triple-low" protocol [i.e.,low tube voltage (TV) of 70kVp,less contrast medium (CM) of 20mL and injection rate (IR) of 3.0mL/s] for prospectively ECG-triggered high-pitch CT coronary angiography (CTCA) on a 3rdgeneration dual-source CT (DSCT) scanner.Methods：One-hundred patients with body mass index (BMI) ≤30.0kg/m2and heart rate (HR)≤75 beats per minute (bpm) underwent prospectively ECG-triggered high-pitch CTCA using a 3rd-generation DSCT.All patients were randomly divided into 2 groups:group A,48 patients,of conventional scan protocol with 80kVp,40mL CM,and 4.0mL/s IR;group B,52 patients,of a "triple-low" scan protocol with 70kVp,20mL CM and 3.0mL/s IR.Image quality was evaluated and compared by four objective parameters of intraluminal CT value [including aorta,left main coronary (LM),left anterior descending branch (LAD) and RCA],image noise,signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) as well as a subjective score (four-point Likert scale).Radiation dose was also recorded and compared.Results：In group B,image noise was significantly higher than that of group A (P<0.05);However，the intraluminal CT values of arota、LM、LAD and RCA in group B were significantly higher than those in group A (P<0.05).There was no significant difference in SNRs and CNRs between the two groups (P>0.05).Subjective image quality evaluation showed that no significant difference existed between the two groups (P>0.05).Compared with group A,the effective dose (ED) of group B was reduced by 40%.Conclusion：With 3rd-generation DSCT,prospectively ECG-triggered high-pitch CTCA with "triple-low" protocol can obtain satisfactory image quality.Meanwhile,the radiation dose,CM dosage and injection rate were significant decreased compared to the conventional protocol.

Tomography,X-ray computed； Angiography； Coronary artery disease； Low dose scan； Radiation dose； Image quality

300052 天津，天津医科大学总医院放射科

梁蓉(1991-)，女，天津人，硕士研究生，主要从事胸部CT及MRI诊断工作。

李东，E-mail：dr_lidong@163.com

天津市应用基础与前沿技术研究计划重点项目(14JCZDJC57000)；国家自然科学基金青年科学基金资助项目(81301217)

R814.42； R543.3

A

1000-0313(2017)04-0378-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.04.018

2017-01-05)