体质指数、窄R-R间期结合前瞻性心电门控和迭代重建技术在CTCA三低成像中的应用

何其舟， 余飞， 付亚军， 许东， 霍然， 代平

·胸部影像学·

体质指数、窄R-R间期结合前瞻性心电门控和迭代重建技术在CTCA三低成像中的应用

何其舟， 余飞， 付亚军， 许东， 霍然， 代平

目的：探讨体质指数(BMI)、窄R-R间期结合前瞻性心电门控和迭代重建技术在CTCA三低(低管电压、低对比剂浓度、低对比剂用量)成像中的应用价值。方法：选取300例临床疑有冠状动脉疾病的患者行CTCA检查，分为常规组和实验组；常规组100例，对比剂浓度和管电压分别为350 mg I/mL和120 kV(350 mg I/mL-120 kV)，BMI≤30 kg/m2；实验组200例，其中100例BMI<23 kg/m2的患者按随机数字法分成320 mg I/mL-80 kV组(A组)和350 mg I/mL-120 kV组(B组)，另100例BMI为23～30 kg/m2的患者按同样方法分成320 mg I/mL-100 kV组(C组)和350 mg I/mL-120 kV组(D组),A、B、C、D每组各50例。常规组采用迭代重建技术及350 mg I/mL的碘海醇，实验组中A、C两组采用迭代重建技术及320 mg I/mL的碘克沙醇，B、D两组采用非迭代重建技术及350 mg I/mL的碘海醇；对每位患者的CTCA图像进行主观评分，测量容积剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)、有效辐射剂量(ED)、图像噪声、冠状动脉CT值、信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)，并进行统计学分析。结果：常规组与实验组的CTCA图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)，而碘对比剂用量及辐射剂量两组差异均有统计学意义(P值均<0.05)；实验组内A组与B组、C组与D组间图像质量主观评分差异均无统计学意义(P值均>0.05)，而CTDIvol、DLP、ED差异均有统计学意义(P值均<0.05)。A组与B组、C组与D组的噪声及CT值差异均有统计学意义(P值均<0.05), A组与B组、C组与D组的平均SNR及平均CNR差异均无统计学意义(P值均>0.05)。结论：与常规双源CT冠状动脉成像方案相比,基于体质数、窄R-R间期结合前瞻性心电门控与迭代重建技术的CTCA，不仅可大幅降低辐射剂量，同时可以降低碘对比剂浓度和用量,所获得的冠状动脉图像质量均能满足临床诊断要求。

冠状动脉； 体层摄影术，X线计算机； 辐射剂量； 体质指数； 心率

随着CT技术的快速发展，CT冠状动脉成像(CT coronary angiography,CTCA)已成为一种精确评价冠状动脉病变且相对无创的检查方法[1-3]，但由于伴随较高的辐射剂量，同时较高的碘负荷导致对比剂肾病的发病率升高，已受到越来越多的重视。目前，低管电压技术是降低辐射剂量的有效手段,相关研究报道在满足CTCA诊断要求的情况下,可将管电压从120 kV降至100 kV[4]。并且，对于体质指数(body mass index,BMI)较低的患者,管电压可降至80 kV，图像质量仍能满足诊断要求[5,6]。另一方面,降低碘负荷(包括碘对比剂浓度和用量)可减少潜在的肾损害，因此降低辐射剂量和对比剂用量是当前CTCA技术研究的热点。本研究基于BMI、心率大小结合前瞻性心电门控与迭代重建技术，探讨采用低管电压(80或100 kV)、低浓度对比剂(320 mg I/mL)、低对比剂用量在冠状动脉CT成像中的应用价值及在保证图像质量、满足诊断要求的前提下有效降低辐射剂量和碘对比剂用量的可行性。

材料与方法

1.病例资料

2015年3月-2015年10月，选取疑有冠状动脉疾病的患者300例，分为常规组和实验组。常规组100例，BMI≤30 kg/m2，其中男56例，女44例，年龄33～87岁，平均年龄(61.60±12.5)岁，平均BMI(24.68±2.78) kg/m2。实验组200例，将其中100例BMI<23 kg/m2的患者按随机数字表法和不同扫描条件分成A组 (320 mg I/mL-80 kV)、B组 (350 mg I/mL-120 kV)行CTCA检查，每组50例，其中男58例，女42例，年龄33～88岁，平均年龄(63.09±12.4)岁，平均BMI(21.71±1.54) kg/m2；另外100例患者(23 kg/m2≤BMI≤30 kg/m2)按同样方法分成C组 (320 mg I/mL-100 kV)、D组 (350 mg I/mL-120 kV)，每组50例，其中男54例，女46例，年龄30～82岁，平均年龄(59.87±11.10)岁，平均BMI (25.81±2.43) kg/m2。病例排除标准：碘对比剂过敏、严重肝肾功能不全、严重心率不齐(心率变异超过10次以上)及心功能不全者；冠状动脉支架植入术或冠状动脉搭桥术后； BMI>30 kg/m2及不能配合呼吸者。所有患者均在自然心率下完成CTCA检查。各组患者在年龄、性别、心率、心率变异、扫描范围上差异均无统计学意义(P>0.05)。本研究通过本院伦理委员会审核，且在检查前签署碘对比剂给药知情同意书。

2.检查方法

采用德国Siemens双源CT (Somatom I definition flash)行CTCA检查。所有受检者扫描前5 min舌下含服硝酸甘油0.5 mg，于右肘正中静脉埋置18G留置针，患者取仰卧位,严格训练患者屏气。首先扫描常规屏气胸部定位像,扫描范围自气管分叉处下1 cm至膈面。根据屏气后心电图中的心率变化自动选择相应扫描时相。对比剂浓度、用量及注射流率：常规组对比剂采用碘海醇(欧乃派克)，浓度350 mg I/mL，用量70 mL，注射流率5.5 mL/s；实验组A和C对比剂均采用碘克沙醇(浓度320 mg I/mL)；实验组B和D对比剂均采用碘海醇(欧乃派克，浓度为350 mg I/mL)；实验组对比剂用量=体质量×0.8 mL/kg(不足40 mL用量采用40 mL，最高不超过60 mL)，注射流率=对比剂用量/10 s；两组均采用Bolus-tracking团注法，感兴趣区(region of interest，ROI)设置于升主动脉根部，触发阈值100 HU，延迟时间4 s。注射完碘对比剂后以相同流率注射生理盐水40 mL。扫描参数:常规组管电压为120 kV；实验组A、B、C、D管电压分别为80、120、100和120 kV；管电流采用四维智能在线剂量调控技术(CARE Dose 4D,西门子医疗系统)，根据患者个体情况自动调制；探测器准直2 mm×64 mm×0.6 mm，图像层厚0.6 mm，卷积核b26f，采用自适应前瞻性心电门控序列扫描技术，数据采集期相:常规组为25%～80% R-R间期；实验组心率<75次/分为60%～80% R-R间期，心率≥75次/分为30%～50% R-R间期。320 mg I/mL-80 kV(A组)和320 mg I/mL-100 kV (C组)采用迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)技术，350 mg I/mL-120 kV (B组)和350 mg I/mL-120 kV (D组)采用滤波反投影重建(filtered back projection,FBP)技术，将重建数据传输至工作站(syngovia)。

3.图像评价与分析方法

所有图像经血管容积再现(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)、多平面重建(multi-planar reformation，MPR)、曲面重建(curve planar reformation，CPR)等后处理后，对图像质量进行主观及客观评价，其中主观评价标准根据美国心脏病学会(American Heart Association,AHA)冠状动脉树的15段分段法命名[7]，由2位有经验的放射科医师采用盲法对重建图像进行独立分析并评价图像质量，存在意见分歧时，共同协商达成一致；冠状动脉图像质量评分标准[8]：冠状动脉图像边缘清晰，无运动伪影者为5分；图像边缘略模糊，有轻度运动伪影者为4分；图像边缘中度模糊，有中度运动伪影但无明显错层，不影响诊断者为3分；边缘模糊，运动伪影明显者为2分；冠状动脉管腔不能辨认无法诊断者为1分。3分及3分以上者视为可诊断图像。客观评价采用升主动脉根部平均强化CT值、噪声标准差(standard deviation，SD)、信号噪声比(signal noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast noise ratio,CNR)；测量时将ROI置于冠状动脉左主干开口同一层面的主动脉根部，ROI面积根据具体情况尽可能大，测量血管腔内平均CT值(SI)，将升主动脉根部的SD值作为图像噪声；同时记录左主干(left main coronary artery,LM)近段的CT值(SI1)和同层前胸壁肌肉组织的CT值(SI2)，两者之差为强化对比度；计算SNR和CNR,公式为：SNR=SI/SD；CNR=(SI1-SI2)/SD。

4.辐射剂量

辐射剂量仅为冠状动脉CTA的辐射剂量，不包括定位和检测峰值时间的辐射剂量；每例患者的辐射剂量主要通过三个参数来表示：CT容积剂量指数(CT dose index volume,CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product,DLP)和有效辐射剂量(effective dose，ED)[ED=DLP×k (k=0.014mSv·mGy-1·cm-1][9]。

5.统计学处理

结 果

1.常规组与实验组的冠状动脉图像质量主观评分比较

300例患者共有4330段冠状动脉血管可供评价，常规组100例患者中能满足诊断要求的冠脉节段为1483个，可诊断率为98.8%；实验组200例患者中能满足诊断要求的冠脉节段为2847个，可诊断率为94.9%；两组分别有17个、53个冠脉节段不能满足要求，其原因分别为呼吸运动(31个)、冠状动脉严重钙化(19个)、血管闭塞后显示不清(20个)所致。在两组冠状动脉分支血管[左前降支LAD(left anterior descending artery,LAD)、LM、右冠状动脉(right coronary artery,RCA)、左回旋支(left circumflex artery,LCX)]中，LCX可诊断率最低，LM可诊断率最高；常规组和实验组的血管图像质量均能满足临床诊断要求，质量评分为3分及3分以上者的比例在两组间差异无统计学意义(P>0.05)。

2.常规组与实验组碘对比剂用量、流率比较

实验组A、B、C、D各组的对比剂用量均低于常规组，实验组A、B、C、D四组碘对比剂用量比较，其中BMI<23 kg/m2的A、B两组差异无统计学意义(t=-0.147，P=0.292)，BMI为23～30 kg/m2的C、D两组差异无统计学意义(t=-1.098,P=0.404)。实验组A、B、C、D各组的对比剂流率均低于常规组，实验组A、B、C、D四组流率比较，其中BMI<23 kg/m2的A、B两组差异无统计学意义(t=0.250,P=0.120)，BMI为23～30 kg/m2的C、D两组差异无统计学意义(t=4.880,P=0.394，表1)。

表1 各组CTCA对比剂用量及注射流率比较

3.常规组与实验组的CTCA辐射剂量比较

常规组与实验组比较，采集时间窗增宽，TI时间延长，CTDIvol、DLP、ED均增高，而实验组A、B、C、D四组的采集时间窗一样，其扫描时间TI差异无统计学意义；在BMI相同的情况下，管电压越低，辐射剂量也越低，其中A组(320 mg I/mL-80 kV)的CTDIvol、DLP、ED值均较B组(350 mg I/mL-120 kV)明显降低,差异有统计学意义( P <0.05)，C组(320 mg I/mL-100 kV)的CTDIvol、DLP、ED值均较D组(350 mg I/mL-120 kV)明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)。

4.实验组CTCA的图像质量客观评价

表2 各组CTCA扫描参数及辐射剂量比较

注：A组与B组的CTDIvol、DLP、ED比较，t值分别为-15.06，-15.73和-15.80，P值均<0.05；C组与D组的CTDIvol、DLP、ED比较，t值分别为-12.62，-11.90和-11.43，P值均<0.05。

注：A组与B组的CT值(t=10.13,P=0.000)、噪声(t=5.84,P=0.000)差异均有统计学意义，平均SNR(t=0.46,P=0.65)、平均CNR(t=-0.48,P=0.63)差异均无统计学意义；C组与D组的CT值(t=4.95,P=0.000)、噪声(t=2.07,P=0.04)差异均有统计学意义，平均SNR(t=1.57,P=0.12)、平均CNR (t=1.34,P=0.19) 差异均无统计学意义。

图1 实验组A组患者，男，51岁，BMI 22kg/m2，采用迭代重建技术，图像质量主观评分为5分，ED1.02mSv。a) VR图像清晰显示前降支； b) CPR图像清晰显示前降支。 图2 实验组B组患者，女，64岁，BMI 21kg/m2，采用非迭代重建技术，图像质量主观评分为5分，ED4.5mSv。a) VR图像清晰显示前降支； b) CPR图像清晰显示前降支。 图3 实验组C组患者，男，62岁，BMI 29kg/m2，采用迭代重建技术，图像质量主观评分为5分，ED 2.07mSv。a) VR图像清晰显示前降支； b) CPR图像清晰显示前降支。 图4 实验组D组患者，男，56岁，BMI 28kg/m2，采用非迭代重建技术，图像质量主观评分为5分，ED 5.8mSv。a) VR图像清晰显示前降支； b) CPR图像清晰显示前降支。

A组与B组、C组与D组的噪声及CT值差异均有统计学意义(P值均<0.05)，A组和B组的图像质量评分均为5分(图1、2)，C组和D组的图像质量评分也均为5分(图3、4)，A组与B组、C组与D组的平均SNR及平均CNR差异均无统计学意义(P值均>0.05，表3)。

讨 论

CTCA对冠状动脉疾病的诊断具有较高的价值，已被业界广泛接受并应用，但其较高的辐射剂量及因碘对比剂产生的不良反应也成为研究热点。目前降低CTCA辐射剂量的途径和技术包括前瞻性心电门控扫描、降低管电压、降低管电流、心电图自动管电流调制技术、体型适应性电流调制、降低Z轴长度、增大螺距、迭代重建算法等[10]，这些技术均有效降低了辐射剂量。因在实际工作中出于对检查成功率及图像质量的保证，对比剂的浓度和剂量仍较高，从而导致皮漏和对比剂肾病的发生概率增高，故有效降低碘对比剂用量和辐射剂量具有重要意义；本文主要采用DSCT自适应前瞻性心电门控序列扫描结合患者BMI和心率，在有效的R-R间期内降低管电压、对比剂浓度、对比剂用量进行CTCA检查，并结合自动管电流调制和迭代重建技术，在保证图像质量满足临床诊断要求的情况下，探讨降低辐射剂量、对比剂浓度及用量的可行性。

1.BMI结合低kV、自动管电流调控技术在CTCA双低成像中的应用

BMI是国际公认的一种评定肥胖程度的分级方法，BMI较低的患者检查时其辐射剂量应随之降低，管电压与辐射剂量呈指数关系，降低管电压可显著降低辐射剂量，虽然降低管电压可导致图像噪声增加，尤其是肥胖患者，这种噪声的增加对软组织的影响较大，对增强的血管影响不大，因为这种效应可由CT值增加来补偿[11]；同时降低管电压后能够增加碘对比剂的CT值，从而增加血管与周围组织的对比；有文献报道，当冠脉强化CT值高于300 HU时即可满足诊断要求，因为对于CTCA检查，并非密度越高越好，密度过高降低了管腔与管壁钙化之间的密度差，不利于钙化斑块的显示；血管强化过高时，还可能因为部分容积效应而低估非钙化斑块的面积，从而低估管腔的狭窄程度[12-13]，并且也会因为高浓度伪影的干扰而影响较小的非钙化斑块的检出和CT值的测量。因此，在实际应用中可以针对不同的BMI的患者选择适当的管电压和使用低浓度碘对比剂。管电流目前均采用自动调控技术，可以根据患者BMI的大小自行调控辐射剂量，本研究结果显示BMI越大，自动管电流平均值越大，辐射剂量也越高，本研究 D组患者的平均BMI大于B组患者，即使管电压均为120 kV，但B组的CTDIvol、DLP、ED值[分别为(23.09±5.87) mGy、(272.28±75.71) mGy·cm、(3.79±1.05) mSv]均较D组[分别为(28.24±7.65) mGy、(321.04±81.41) mGy·cm、( 4.42±1.15) mSv]明显降低，辐射剂量D组高于B组，表明BMI可以影响管电流的自动调控，从而降低辐射剂量。

2.迭代重建算法对图像质量的影响

在扫描过程中降低了管电压，噪声增加必然会导致图像质量下降，尤其是对于超重的患者更加明显，降低管电压会导致图像的SNR及CNR下降。有研究证实，采用50%的剂量配合迭代重建技术，与100%剂量配合FBP重建相比，降低了噪声，并提高了CNR，故在扫描过程中使用迭代重建技术可避免降低管电压所带来的影响；辐射剂量与管电流和扫描时间的乘积呈线性关系，增加管电流可降低图像噪声、提高SNR和CNR，降低管电流会因为SNR的降低而影响图像质量[14-15]；迭代重建算法可以通过降低噪声、提高SNR及CNR而改善图像质量，使在得到满足临床诊断要求图像的前提下降低辐射剂量成为可能。目前CT的迭代算法主要分两种：第一代迭代算法主要建立在噪声模型上，仅能降低图像噪声，第二代算法则建立在解剖模具及噪声模具基础上，能够降低螺旋伪影，增加解剖细节。本研究采用西门子SAFIRE 迭代算法配合低浓度碘对比剂(320 mg I/mL)及低管电压(80和100 kV)，得到的图像的噪声、SNR及CNR与高浓度碘对比剂(350 mg I/mL)、高管电压(120 kV)扫描得到的图像进行比较，差异均无统计学意义。并且，在图像质量的主观评价方面，其合格率及优秀率两组均无明显差异。因此，采用低浓度对比剂、低管电压(80和100 kV)同时配合迭代重建算法在CTCA检查中是可行的，甚至在肥胖人群(BMI为23～30 kg/m2)中亦可应用。

3.前瞻性心电门控结合心率有效的R-R间期对辐射剂量的影响

前瞻性心电门控冠状动脉成像技术通过心电图中的心率快慢及变化自动选择相适应的重建时相,控制X射线管曝光。前瞻性心电门控冠状动脉成像技术可以提供心率不齐补偿技术，当期前收缩发生时，可自动识别并忽略扫描或重复扫描，可提高检查成功率，适用于期前收缩等严重心率不齐患者[16-17]。前瞻性心电门控冠状动脉成像扫描时间分辨力较高且采用自动重建时相设计，本研究中所有病例在检查前均未予以心率干预，实验组中心率<75次/分时采集期相为60%～80% R-R间期,心率≥75次/分时采集期相为30%～50% R-R间期；其扫描时间TI均低于常规组的25%～80% R-R间期；扫描时间的下降不仅降低了辐射剂量，同时也降低了碘对比剂用量。本研究常规组与实验组在BMI和管电压相同的情况下， 实验组中的B组和D组的扫描时间均为R-R间期的20%，其管电流、TI、CTDIvol、DLP、ED和对比剂使用量均明显低于常规组。

综上所述，本研究基于BMI、心率大小结合前瞻性心电门控及迭代重建技术的CTCA检查中，不仅可降低辐射剂量，同时也可降低碘对比剂浓度和减少对比剂用量，而图像质量均能满足临床诊断要求，遵循尽可能降低辐射剂量(As Low As Reasonably Achievable，ALARA)的原则，达到个性化扫描的目的。

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BodymassindexandnarrowR-Rintervalincombinationwithprospectiveeletrocardiographicgatinganditerativereconstructiontechniquesintheapplicationofdual-sourceCTcoronaryangiographywith"Three-low"technique

HE Qi-Zhou,YU Fe,FU Ya-Jun,et al.

Department of Radiology，Traditional Chinese Medicine Hospital,Affiliated of Southwest Medical University，Sichuan 646000,China

Objective：To investigate the value of body mass index (BMI) and narrow R-R interval in combination with prospective eletrocardiographic gating and iterative reconstruction techniques in the application of dual-source CT coronary angiography (CTCA) with "Three-low" (low tube voltage,low-concentration and low-dose) technique.Methods：Three hundred patients with suspected coronary artery disease underwent CTCA,which were divided into the conventional group and experimental group.There were 100 patients in the conventional group,350mg I/mL of iodohexol were administrated,and the tube voltage was 120kV,with BMI≤30kg/m2.200 patients were in the experimental group,100 patients with BMI<23kg/m2were randomly divided into group A (320mg I/mL 80kV) and group B (350mg I/mL 120kV);the other 100 patients with BMI as 23～30kg/m2were also randomly divided into group C (320mg I/mL 100kV) and group D (350mg I/mL 120kV),with 50 cases in each subgroup.In the conventional group,iterative reconstruction technique and 350mg I/mL of iodohexol were used.In the experimental group,iterative reconstruction technique and 320mg I/mL iodixanol were used in Group A and Group C;non-iterative reconstruction technique and 350mg I/mL iodohexol were sued in Group B and D.The image quality of CTCA were subjectively scored,CT dose index volume (CTDIvol),dose length produce (DLP),effective dosage (ED),image noise,CT value of coronary artery,SNR and CNR were measured for each patient and statistically analyzes was performed.Results：There was no significant difference between the conventional and experimental group in the subjective image quality score of CTCA (P>0.05),yet there was significant difference in the amount of iodine contrast agent and radiation dose in these two groups (P<0.05).In the experimental group,no significant difference was found in the subjective image quality score between Group A and B,and Group C and D as well (P>0.05);while significant differences were found in CTDIvol,DLP and ED (P<0.05 for all).There was significant difference between group A and B and between group C and D in average noise and mean CT value,respectively (P<0.05),yet there was no significant difference between group A and B in the mean SNR and CNR,and between group C and D as well (P>0.05 for all).Conclusion：Compared with the protocol using in conventional dual-source CTCA,protocol based on BMI and narrow R-R interval in combination with prospective eletrocardiographic gating and iterative reconstruction technique can not only reduce the radiation dose significantly,but also reduce the concentration and the dosage of iodine contrast agent,while the image quality of coronary artery can still meet the needs of clinical diagnosis.

Coronary； Tomography,X-ray computed； Radiation dose； Body mass index; Heart Rate

R543.3； R814.42

A

1000-0313(2017)09-0936-06

2017-02-06

2017-05-31)

646000 西南医科大学附属中医医院放射科

何其舟(1973-)，男，四川人，硕士，副主任医师，主要从事胸腹部影像诊断工作。

四川省教育厅科研课题(17ZB0483)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.09.009