低管电压结合低对比剂用量及迭代重建在搭桥术后患者中的应用

罗春材，唐 田，李 涛，杨 立，李金峰，张兴华，张 晶

中国人民解放军总医院放射科，北京 100853

冠状动脉旁路移植术是进展的冠状动脉粥样硬化性心脏病最有效的心肌再血管化的治疗手段之一。术后桥血管的通畅性对于外科手术结果的评价意义重大。冠脉搭桥术后3年桥血管狭窄、闭塞的发生率为20%～30%[1]。术后一些患者出现复发性心绞痛、劳力性呼吸困难等症状。移植血管造影术是评价移植血管通畅性的金标准，但它是有创检查，有造成心肌梗死、栓塞、移植血管夹层、心律不齐和中风等并发症的风险，因此迫切需要安全准确的替代方法评价桥血管。近年来，使用多排螺旋CT冠状动脉血管造影非侵袭性地评价桥血管的通畅性在临床应用较广泛[2-3]，搭桥术后1、6个月及1年常规使用多排螺旋CT监测桥血管的通畅性，由于扫描范围大，复查次数多，射线剂量偏高是其主要缺陷，也是患者非常关注的问题，因此遵循使用尽可能低的射线剂量获得高质量图像的原则。如何使用较低的射线剂量仍能够较好地显示桥血管是放射学家面临的一道难题。以结构化知识模型为基础的全模型迭代重建技术(knowledge-based iterative model reconstruction，IMR)，代表了最新的迭代重建技术，能够缩减射线剂量，提高图像质量[4]。然而，IMR用于搭桥术后桥血管的评价极少。本研究前瞻性选取冠脉搭桥术后CT血管造影(CT angiography，CTA)复查的患者，采用低管电压(80 kVp)、低对比剂用量结合IMR重建技术，与常规临床扫描方案结合高级混合迭代重建技术获得的图像进行比较，评价CT双低技术结合IMR重建对冠脉搭桥术后患者的诊断效能及临床应用价值。

对象和方法

对象入组标准是冠脉搭桥术后行CTA复查的患者。排除标准：心律不齐，对造影剂过敏、肾功能不全以及不能屏气超过10 s的患者。前瞻性选取本院2016年6至11月冠脉搭桥术后复查的患者71例，心率<75次/min，年龄44～81岁，平均(62.5±8)岁，体质量指数(body mass index，BMI) 22～30 kg/m2，男性64例、女性7例。所有患者均为术后定期复查，64例患者无症状，7例有胸前区不适、气短等症状。本研究经本院医学伦理委员会批准，所有参与者均签署了知情同意书。

冠状动脉CTA检查技术所有患者均使用Philips iCT 进行扫描，扫描范围从胸廓入口平面至心脏膈面。将患者根据数字表法随机分为A、B两组，相同扫描参数：采用前瞻性心电门控扫描方式，均在舒张期78%期相进行扫描，250 mAs，螺距：<0.2，准直：128×0.625，球管转速270 ms/周，矩阵512×512。A组(改良组)采用80 kVp管电压，对比剂使用碘海醇(300 mgI/ml)，以4.0 ml/s的流速注射，BMI>24 kg/m2，注射70 ml，BMI≤24 kg/m2，注射60 ml，随后以相同流速注射30～40 ml生理盐水。B组(常规组)采用100 kVp管电压，对比剂使用碘帕醇(370 mgI/ml)，以5.0 ml/s的流速注射，BMI>24 kg/m2，注射80 ml，BMI≤24 kg/m2，注射70 ml，随后以相同流速注射40～50 ml生理盐水。采用Bolus Tracking 自动跟踪技术监测升主动脉根部CT值的变化，当CT值升至100 HU时，延迟6 s自动触发扫描。根据心率选择最佳时相重建，A组采用以结构化知识模型为基础的全模型迭代重建技术重建方式；B组采用高级混合迭代重建技术(Philips Healthcare Level 4,iDose4)方式，即滤过反投影(filtered back projection，FBP)和迭代重建各占50%。重建层厚0.80 mm，重建间隔0.40 mm，采用标准的心脏重建算法。

CT辐射剂量和对比剂用量记录患者CT容积剂量指数、扫描长度、剂量长度乘积。有效射线剂量等于剂量长度乘积乘以转换系数，胸部的转换系数k=0.014 mSv×mGy-1×cm-1[5]。碘的总量等于对比剂浓度乘以对比剂用量。

图像分析重建后的轴位图像被传到Philips星云工作站(Extended Brilliance WorkspaceV4.5.2；Philips Healthcare)进行分析。在IMR和高级混合迭代重建技术重建的轴位上分别测量各感兴趣区(region of interest，ROI)的密度，ROI放在升主动脉、降主动脉、左心室、动脉桥血管近段、静脉桥血管近段、胸壁肌肉(图1)，大小根据部位的不同而异，桥血管的ROI大小为3～10 mm2，计算各ROI的噪声、信噪比(signal to noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)。噪声定义为ROI的标准差，SNR定义为各ROI的CT值除以噪声，CNR定义为各ROI的CT值减去肌肉的CT值除以噪声。比较A、B两组之间的这些参数。

圆圈、箭头：指感兴趣区

cycle，arrow：regions of interest

A.升主动脉；B.降主动脉；C.左心室；D.内乳动脉桥；E.大隐静脉桥；F.胸壁肌肉

A. ascending aorta；B. descending aorta；C. left ventricular；D. internal mammary artery；E. great saphenous vein；F. chest wall muscles

图1在以结构化知识模型为基础的全模型迭代重建技术的图像上选择的感兴趣区

Fig1Selected regions of interest on the knowledge-based iterative model reconstruction image

统计学处理采用SPSS (15.0 v；SPSS Inc，Chicago，Ⅲ)统计软件，计量资料采用均数±标准差表示，两组影像质量的比较采用t检验，射线剂量及碘负荷的比较采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一般资料A组8例BMI≤24 kg/m2，33例BMI>24 kg/m2；B组7例BMI≤24 kg/m2，23例BMI>24 kg/m2。两组患者年龄、性别、体重、BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)(表1)。

两组射线剂量和对比剂用量A组平均有效射线剂量及碘的用量远远低于B组，有效射线剂量降低了49%，碘用量减少了31%(P均=0.000)(表2)。

影像质量评价A组升主动脉、降主动脉、左心室及动脉桥血管和静脉桥血管CT值均显著高于B组，除左心室外，其他ROI差异均有统计学意义(P值分别为0.011、0.024、0.000、0.000)；肌肉的CT值，两组差异无统计学意义；A组中升主动脉、降主动脉、左心室腔的噪声显著低于B组(P值分别为0.042、0.000、0.000)，但是动脉桥血管的噪声高于B组(P=0.003)；升主动脉、降主动脉、左心室腔、静脉桥血管的SNR和CNR，A组高于B组(P值分别为0.012、0.002、0.002、0.035和0.010、0.002、0.014、0.031)，动脉桥血管的SNR和CNR，A组和B组差异均无统计学意义(表3)。

表1 患者的基本资料Table 1 Basic information of the patients

表2 两组放射剂量及碘的用量Table 2 Dose of radiation and dosage of iodine in two

讨 论

本研究对于冠脉搭桥术后CTA随访的患者，采用低管电压(80 kVp)结合低对比剂流速、新型IMR全模型迭代重建技术，与100 kVp管电压结合高级混合迭代重建技术相比，在降低射线剂量及对比剂用量的基础上，还可以提高大血管、心腔及静脉桥血管的图像质量，对于动脉桥血管，低电压组不劣于常规剂量组。

有研究显示与120 kVp相比，使用100 kVp可以降低射线剂量[6-7]，然而，管电压下降，影像噪声必然增加，影响图像质量[8]，影像重建算法对血管成像质量起到至关重要的作用。混合迭代重建技术能够提高图像质量[9-10]，在一定程度上能够弥补低管电压提高的噪声。但是传统迭代重建技术中因含有FBP成分，随着剂量降低幅度越大，图像噪声增加的越大[11]，限制了更低剂量扫描方案的临床应用。为了保证图像质量，本院临床常规使用100 kVp结合高级混合迭代重建技术进行桥血管成像，本研究以此作为对照组(B组)。IMR这种新型迭代算法与高级混合迭代重建技术比较，不包含FBP的影像，能够准确建立数据统计模型与图像统计模型，减少采集数据与扫描模型之间的差异，能够进一步降低影像噪声，提高图像质量[12-13]。本研究显示，与100 kVp结合高级混合迭代重建技术相比，80 kVp结合IMR重建技术，可以有效降低大血管及心腔的噪声，SNR和CNR明显提高；对于细小的桥血管，IMR并不能完全弥补由于管电压下降造成的噪声增加，但由于管电压的下降，射线对血管的穿透力下降了，因此血管强化明显，管腔的CT值明显增加，细小桥血管的SNR和CNR也增加了，尤其静脉桥血管的增加，达到了提高图像质量的目的，同时更有效地控制射线剂量。本研究采用降低管电压结合IMR重建技术，扫描大范围的桥血管，平均射线剂量仅为(2.3±0.4) mSv，与常规扫描方案相比，有效射线剂量降低了49%。

表3 两组各个感兴趣区的密度、噪声、信噪比、对比噪声比Table 3 Density，noise，signal to noise ratio，and contrast to noise ratio of each region of interest in two groups

ROI：感兴趣区

ROI：region of interest

近年对比剂肾病(contrast-induced nephropathy，CIN)的报道时有发生[14]。无肾脏病变的患者中，CIN的发病率为0.6%～2.3%，然而具有高危因素的患者中，如既往存在肾损害、糖尿病、心功能不全、急性心肌梗死、高龄等患者，CIN的发病率可升高至50%[15]。目前对于CIN的发病机制仍不十分明确，大多数学者认为肾脏缺血、缺氧及造影剂的细胞毒性作用是两个主要原因，而肾功能损害、糖尿病、高龄、心功能不全，尤其对比剂渗透性是引起CIN的高危因素，使用低渗造影剂发生CIN的概率为使用高渗造影剂的0.61[16]。如何保证图像质量的前提下使用尽可能少的造影剂具有十分重要的意义。文献报道对比剂用量降低及注射速率的降低会导致血管内的强化峰值降低，影响图像质量[17]。本研究采用低对比剂浓度300 mgI/ml的碘海淳，注射速度为4 ml/s，与常规对比剂用量相比，总的碘用量降低了31%，但是血管的CT值明显升高，部分弥补了桥血管因为管电压下降而增加的噪声，桥血管的SNR及CNR均有提高。表明80 kVp管电压由于穿透力降低，能够有效弥补对比剂用量及流速减少造成的管腔CT值的降低。这个扫描方案使得肾功能不全的搭桥患者大大受益。

本研究有几个限制：首先，样本量不是很大，还需要加大临床样本验证结果。第二，本研究集中在CT双低技术结合IMR重建对于桥血管影像质量的评价，对于诊断的准确性并没有涉及，这是下一步的研究方向。

综上，低管电压(80 kVp)结合低对比剂用量及IMR新型迭代重建技术，在显著降低射线剂量的同时，还可以大大提高大血管、心腔及静脉桥的影像质量，对于动脉桥血管的影像质量不劣于常规方案。因此，本研究为冠脉搭桥术后CTA复查的患者提供了一个很好的扫描方案。