低辐射剂量扫描联合低剂量造影剂在320排容积CT冠脉成像中的应用

2017-09-26祝红线李相生萍方樊红霞

中国医学装备 2017年9期

祝红线李相生* 冯瑞姜宏王萍方红樊红霞

祝红线①李相生①*冯瑞②姜宏③王萍①方红①樊红霞①

目的：探讨低辐射剂量扫描联合低剂量造影剂技术在320排容积CT冠脉成像中的可行性。方法：选取在医院进行冠状动脉CT血管造影(CTA)成像的60例患者，所有患者均接受320排动态容积CT的冠脉CTA检查与复查，检查时均行常规扫描模式+常规剂量造影剂方法；复查时均行低管电压、自动管电流调制扫描模式+低剂量造影剂的方法(低剂量联合扫描)，扫描数据均采用自适应统计迭代(ASIR)的重建算法。对比分析两种方法冠状动脉成像图像质量的CT值、噪声、信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)以及有效辐射剂量(ED)。结果：低剂量联合扫描方法其冠状动脉主支血管强化CT值高于常规检查，两种方法比较差异有统计学意义(t=4.212，P＜0.05)；噪声、SNR和CNR差异及图像质量主观评分比较均无统计学意义(t=1.771，t=0.426，t=1.633，t=1.956，t=-0.880，t=-0.849，t=-1.756，t=-1.252，t=1.240， t=0.184， t=-1.731， t=-0.911， t=-1.950，P＞0.05)。常规扫描方法符合诊断需求的节段数占99.9%(899/900)，低剂量联合扫描方法符合诊断需求的节段数占99.8%(898/900)。两种扫描方法有效辐射剂量(ED)常规扫描为(24.9±8.4)mSv，高于低剂量联合扫描(10.2±2.6)mSv，两种扫描方法比较差异有统计学意义(t=-6.078，P＜0.05)。结论：320排CT冠状动脉血管成像中低管电压、自动管电流调制扫描模式联合低剂量造影剂技术在保证图像质量的同时可降低患者的辐射剂量和造影剂用量。

320排CT；辐射剂量；造影剂用量；冠状动脉CT血管造影；图像质量

冠状动脉CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)已成为快速、准确诊断冠心病的无创性检查方法。然而，辐射剂量问题和造影剂使用的副作用随之伴行。冠状动脉CTA的辐射剂量高于传统的血管造影，近年来有报道，患者每增加10 mSv的辐射剂量，致死率将增加0.04%[1-3]。同时，造影剂剂量是导致造影剂肾病(contrast induced nephropathy，CIN)的重要危险因素之一。CIN发生的概率主要取决于患者接受的碘量，减少造影剂剂量可降低CIN的发生率[4]。因此，如何在保证图像质量同时降低辐射剂量与造影剂剂量已成为当前研究的热点与重点，以宽探测器为特性的320排CT提供了降低冠脉成像辐射剂量并减少造影剂剂量的可能。本研究通过对比同一患者在不同时间进行的冠状动脉成像检查与复查两组扫描方案，探讨320排CT冠状动脉成像中低管电压、自动管电流调制扫描模式联合低剂量造影剂技术临床应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2010年5月至2016年12月在空军总医院进行冠状动脉CTA检查的60例心血管疾病患者，其中男性38例，女性22例；年龄42～84岁；平均体重指数为24.5(20～28)；心率46～90次/min。所有患者复查时样本数据相同，患者检查时与复查时采用不同的扫描模式及造影剂用量，其余条件均相同。60例患者检查时采用常规固定扫描技术，复查时采用低管电压＋自动管电流调制扫描模式联合低剂量造影剂技术进行扫描，复查其冠脉情况。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①临床拟诊断为冠心病患者；②接受过冠脉CTA检查与复查的患者。

(2)排除标准：①对碘造影剂过敏者；②严重心律不齐者；③严重心脏、肝脏与肾功能不全的患者。

1.3 仪器设备及扫描方法

(1)采用东芝Aquilion one动态容积320排CT(日本东芝公司)。

(2)常规扫描方法。采用回顾性心电门控扫描方案，管电压120 kV、管电流为450 mAs，探测器为320排，采用回顾性心电门控扫描整个心动周期时相。

(3)低剂量联合扫描方法。患者复查时采用每周旋转时间为350 sm，采用个性化的前瞻性心电门控扫描方案，设置管电压100 kV、管电流智能自动调制，同时根据心脏大小调节扫描范围及探测器的排数，扫描时间为心动周期时相70%～80%；

(4)患者检查前5 min舌下含服硝酸甘油0.25 mg以扩张冠状动脉血管。造影剂的用量和流率低剂量联合扫描根据患者体重指数(body mass index，BMI)制定；常规扫描以6 ml/s的流率注射60～80 ml造影剂用量。两种扫描方法均使用双筒高压注射器注射非离子型造影剂忧维显350 mg I/ml和后续生理盐水20～30 ml；采用Sure-Start造影剂示踪技术，当胸主动脉达到阈值后自动启动扫描。两种扫描方法除管电压、管电流和造影剂用量外，其余扫描条件都一致。两种扫描方法的图像均采用自适应迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)算法重建图像。

1.4 辐射剂量测量方法

记录两种扫描方法患者检查时机器生成的剂量长度乘积[dose-length product，DLP(mGY/cm0)]，有效剂量[ED(mSv)]换算为公式1：

式中C为换算因子，采用欧洲CT质量标准指南提出的胸部平均值0.017，计算两组ED均值。

1.5 数据与图像分析

(1)扫描结束后将数据导入Vitrea fx工作站进行图像重建和处理。预览心动周期30%～80%或0～100% R-R间期的各组图像(间隔10%)，选择右冠状动脉最清晰的期相、重建最佳冠状动脉血管，对图像质量进行评价。

(2)图像主观评价。对重建后VR图像进行整体主观评价。动脉的分段根据美国心脏协会(American Heart Association，AHA)分类指南将冠状动脉分为15段，评价所有直径≥1.5 mm的冠状动脉节段[5]。全部患者冠状动脉影像由2名有心脏影像诊断经验的影像科高年资医师(均具有5年以上冠状动脉CTA诊断经验)采用双盲法对图像质量进行主观评分。根据VanHoe等[6]推荐的评分标准，将重建的冠状动脉图像质量分为5个等级：①5分，血管质量优秀，血管边缘光滑锐利，无错层伪影或血管中断；②4分，血管质量好，血管边缘清晰，有极轻微的噪声或伪影；③3分，血管质量一般，血管有轻度搏动伪影，血管情况不影响评价；④2分，血管质量欠佳，血管有中度搏动伪影或血管中断，血管情况尚能评价；⑤1分，血管质量差，血管轮廓模糊不清或有严重搏动伪影，血管情况无法评价。

(3)图像客观评价。分别测量主动脉(aorta，AO)根部、左冠状动脉主干(left main，LM)、左前降支(left anterior descending，LAD)、左回旋支(left circumflex artery，LCX)、右冠状动脉(right coronary artery，RCA)近端(血管离出口1cm以内)脂肪的CT值、标准差(standard deviation，SD)、图像噪声、信噪比(signal noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)，测量过程中感兴趣区域(region of interest，ROI)尽可能避开斑块、钙化及血管狭窄处。由1名具有丰富诊断经验的高年资医师在工作站上测量LM、LAD、LCX、RCA近端(血管离出口1cm以内)血管腔内的CT值、SD值及血管周围(血管周围1cm以内)脂肪的CT值、SD值。计算以上血管的SNR为公式2：

计算以上血管的CNR为公式3[7]：

最后将CT值、SD、SNR、CNR进行统计分析。将ROI标注于 AO根部，LM、LAD、LCX及RCA近段，AO根部ROI为100 mm2，其他部位ROI均为2 mm2，窗宽(WW)为800，窗位(WL)为100。观察组和对照组的测量方法、ROI位置、大小均一致。

1.6 统计学方法

采用SPSS 13.0软件，对患者两种扫描方法的冠状动脉主支血管强化CT值、噪声、SNR值、CNR值、DLP和ED均以平均值±标准差(x-±s)表示并进行比较，采用配对t检验。所有条件均为双侧检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

表1 60例患者两种扫描方法图像质量节段评分(%)

表2 两种扫描方法对60例患者RCA、LM、LAD、LCA的噪声、SNR及CNR比较(x-±s)

2 结果

2.1 图像质量评价与比较

2.1.1 主观评价结果

两种扫描方法各有900(15×60)个冠状动脉节段，依据直径大小分为可评估(＞1.5 mm)及不可评估(≤1.5 mm)节段。两种扫描方法图像质量节段评分差异无统计学意义(x2=0.674，P＞0.05)，见表1。

2.1.2 客观评价结果

两种扫描方法对60例患者检查，其CT值、RCA、LM、LAD、LCA的CT值、噪声、SNR和CNR评价结果，除冠状动脉主支血管强化CT值复查时使用的方法为(578.3±113.5)HU、＞常规检查方法的(485.8±76.6) HU以及差异有统计学意义(t=4.212，P＜0.05)外，其噪声、SNR和CNR差异均无统计学意义(t=1.771，t=0.426，t=1.633，t=1.956；t=-0.880，t=-0.849，t=-1.756，t=-1.252；t=0.184，t=-1.731，t=-0.911，t=-1.950；P＞0.05)，见表2。

2.2 同一患者不同扫描模式所显示的辐射剂量结果

两种扫描方法CTDIvol、DLP、ED，常规扫描明显高于低剂量联合扫描，两种扫描方法比较差异有统计学意义(t=-12.486，t=-6.078，t=-6.078；P＜0.05)，见表3。

表3 两种扫描方法辐射剂量的比较(x-±s)

2.3 图像分析

双低扫描与常规扫描模式+ASIR的重建方式，首次常规扫描：前降支的CPR图像，显示患者前降支中断肌桥，近端软斑块，管腔狭窄40%～50%。2年后双低扫描模式复查，前降支的CPR图像显示近段多发混合斑块，管腔多发中度狭窄，最狭窄程度为50%～60%(如图1所示)。

图1 双低扫描与常规扫描模式+ASIR的重建图像

3 讨论

冠状动脉CTA检查已成为冠心病的一项重要的无创性检查手段。但检查时对患者的潜在辐射损伤日益引起重视[8]。国际放射防护委员会倡导合理控制辐射剂量的原则[9]要求CT检查在满足诊断需求图像质量的前提下，尽可能降低辐射剂量，既能满足CT诊断又能将辐射剂量降到最低，已经成为国内外研究的热点[10]。同时，造影剂对肾脏的毒性作用与用量有关，降低造影剂用量，从而降低造影剂使用所可能带来的风险，本研究应用低管电压(100 kV)、自动管电流调制扫描模式联合低剂量造影剂技术，极大降低辐射剂量与造影剂用量。

3.1 低管电压可降低辐射剂量增加单位含碘组织CT值

管电压代表的是X射线穿透力，辐射剂量与管电压的平方成正比。在CT增强扫描中，由于碘在原子序数排列中的特性，适当降低管电压可以增加强化后血管CT值，从而增加血管与周围血管的密度对比度，进而补偿低管电压引起的噪声增高。因此，管电压从120 kV降至100 kV，不但可以有效降低患者的辐射剂量，还可以增加单位含碘组织的CT值，提高增强程度。

3.2 自动管电流调制扫描模式

低剂量联合扫描方法根据扫描过程中患者身体的体积、身体不同部位的衰减特性，扫描过程中自动进行管电流调制来降低曝光剂量。管电流与辐射剂量呈线性关系，管电流调制较固定电流扫描进一步降低曝光剂量，但是同时噪声会增加，噪声的增加无疑会降低组织信噪比。管电流降低主要影响低对比分辨力，使低对比组织(如脑、肝脏)的图像质量明显下降，而对高对比器官(如肺、骨)的影响作用则不明显，CTA检查通过注入造影剂而使低对比靶血管成为骨组织更加明显的高对比脏器，从而耐受噪声对其图像质量的影响[11]。

本研究显示，利用100 kV管电压、自动管电流调制扫描模式的低剂量联合扫描方法与常规扫描方法进行比较，在客观评价的研究中，冠状动脉主支血管强化CT值低剂量联合扫描方法＞常规扫描方法，两种扫描方法比较差异有统计学意义，两种扫描方法的噪声、SNR、CNR比较差异无统计学意义。两种扫描方法的ED，低剂量联合扫描方法为(10.2±2.6)mSv，常规扫描方法为(24.9±8.4)mSv；低剂量联合扫描方法CTDIvol、DLP值、ED值明显低于常规扫描方法，两种扫描方法比较差异有统计学意义。

3.3 造影剂剂量的优化

使用低管电压，能增加单位含碘组织的CT值。相应提高增强程度。随着管电压的降低，碘造影剂较周围组织衰减程度明显，强化的血管与周围骨组织间的对比加强，同时要达到与常规血压同样的强化效果，在图像增强程度不变的条件下，可以减少碘的摄入量。造影剂剂量的减少，其副作用大大降低。因而根据患者BMI来制定造影剂用量和造影剂流率。有研究认为，CT冠脉成像时造影剂的总量与体重指数(body mass index，BMI)相关[12]，这就要求在实际工作中根据患者体重差异选择造影剂剂量的优化。低剂量联合扫描方法中造影剂用量和流率根据患者体重提数(BMI)来制定。

3.4 应用双低技术的注意事项

(1)患者心率的控制。CT低心率仍然是减少运动伪影和获得高质量冠状动脉图像的关键因素，冠状动脉成像质量与心率成负相关[13]。而320排CT由于采用断面容积扫描方式，每次扫描可获得完整的容积数据，多扇区重建无需连续数据，只需相似采集数据即可融合重组出满意图像。对于心率＜65次/min，320排CT可在心动周期获得重建冠状动脉所需数据，从而减少曝光时间，减少射线剂量。采用扫描前0.5 h安静时心率＞75次/min的无禁忌症的患者，扫描前0.5 h口服β受体阻滞剂倍他乐克25～30 mg控制心率。

(2)优化各扫描参数。对扫描技术各参数应仔细选择，合理控制患者的曝光范围等设置，降低辐射剂量。低剂量联合扫描方法选择低管电压(100 kV)和自动管电流调制扫描模式，并根据患者BMI来制定造影剂用量和造影剂流率，同时根据心脏大小调节扫描范围及探测器的排数，从而尽可能使辐射剂量达到最低。

(3)ASIR的重建。运用ASIR的重建方式，可获得最高的图像密度分辨率，并能有效地降低噪声。重建技术的好坏在很大程度上决定了图像质量的优劣。ASIR是近期引入CT图像重建的新型算法。使用低管电压，导致X射线强度减少图像噪声增加，噪声的增加会降低组织信噪比。结合适当的迭代重建方式，才能大幅度降低噪声，弥补由于降低X射线能量和采用低造影剂剂量带来的对于图像的影响，得到更清晰的图像，从而满足临床诊断要求。在适度降低剂量结合迭代重建的条件下，可显著降低图像噪声，提高SNR。国外诸多研究表明，采用该技术，可以极大降低受检者接受的辐射剂量，而扫描中所获图像质量极影像信息完全可以满足诊断要求。本研究两种扫描方法样本数据运用相同ASIR的重建方式，所获得的图像质量，差异无统计学意义。

(4)美国心血管CT协会(SCCT)在关于辐射剂量的指南[6]中指出，体重≤90 kg或BMI≤30 kg/m2者可使用100 kV的管电压进行心脏扫描。因此，此范围的患者可以降低管电压、来减少辐射剂量。

在320排CT冠状动脉成像中，低剂量造影剂联合低管电压、自动管电流调制扫描模式联合低剂量造影剂技术同时运用迭代重建方式，不仅可以获得满意的图像质量，而且可以降低辐射剂量和碘摄入量，值得大家重视与应用[14]。

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The application of low radiation dose scanning combined with low-dose contrast agents in the 320 slices coronary computed tomography angiography/

ZHU Hong-xian, LI Xiang-sheng, FENG Rui, et al//
China Medical Equipment,2017,14(9):66-70.

Objective: To investigate the feasibility that low radiation dose scanning combined with low dose contrast agent was used in 320 slices CT coronary angiography. Methods: All of 60 patients who

the detection of coronary computed tomography angiography (CTA) were implemented the examination and reexamination of 320 slices dynamic coronary CTA, and one examination used low tube voltage and automatic tube current modulation model combined with low dose contrast agent, and other examination used routine scanning model combined with routine dose contrast agent. Both of the scanning data of the two examinations were obtained by applying reconstructing algorithm of adaptive statistical iterative reconstruction algorithm (ASIR). The image quality of coronary artery imaging (CT value, noise, SNR, CNR and ED) between the two examinations were compared and analyzed. Results: The main branch vessel CT value of coronary artery of low dose combined with scanning was significantly higher than that of routine examination (t=4.212, P＜0.05). The differences of noise, SNR, CNR and subjective scoring of image quality between the two examinations were not statistically significant(t=1.771, t=0.426, t=1.633, t=1.956, t=-0.880, t=-0.849, t=-1.756, t=-1.252, t=1.240, t=0.184, t=-1.731, t=-0.911, t=-1.950, P＞0.05). The number of segments that met the diagnostic requirements in the routine examination was 99.9% (899/900), and the number in the low dose combined with scanning was 99.8% (898/900). Besides, the ED of routine examination (24.9±8.4 mSv) was significantly higher than that of low dose combined with scanning (10.18±2.56 mSv)(t=-6.078, P＜0.05). Conclusion: In the 320 slices coronary computed tomography angiography, low tube voltage and automatic tube current modulation model combined with low dose contrast agent not only guarantees the image quality but also reduces the radiation dose and dosage of contrast agent.

320 slice CT; Radiation dose; Contrast agent dosage; Coronary CTA; Image quality

Department of Magnetic Resonance, Air Force General Hospital, PLA, Beijing 100142, China.

1672-8270(2017)09-0066-05

R816.2

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.09.018