二代双源CT缩短R-R间期曝光期相评价冠状动脉成像辐射剂量图像质量的可行性研究

杨琴 梁卡丽 余飞 代平 何其舟*

冠心病是目前发病率与病死率最高的疾病之一，得到人们越来越多的关注，冠状动脉血管CT造影（coronary CT angiography，CCTA）广泛应用于冠心病的诊断、筛查［1］。冠状动脉在收缩末期和舒张末期的运动速度相对较慢；心率快时，收缩期则较长；心率慢时，舒张期则较长。西门子二代双源CT的自适应前瞻性心电门控技术，可以预设R-R间期曝光期相，在预设以外的期相不曝光或低剂量曝光。因此，采用自适应前瞻性心电门控技术，根据心率的高低选择合适的期相曝光，探讨缩短R-R间期曝光期相、降低管电压、采用迭代重建，在不影响诊断的情况下达到降低辐射剂量的目的。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2018年2月至8月临床怀疑冠心病患者120例，并接受冠状动脉CTA检查。纳入标准：23kg/m2≤身体质量指数（BMI）≤28kg/m2，心率波动范围≤5次/min。排除标准：碘对比剂过敏；肌酐值＞120mol/L；持续性心律失常；甲状腺功能亢进症。根据数字表法将120例患者平均分成A、B、C三个组，每组各40例。本研究获医院伦理委员会批准及患者同意。

1.2 仪器与方法 西门子二代双源CT；syngo.via后处理工作站。120例患者检查前5min舌下含服硝酸甘油0.5mg，不服用降低心率的药物。扫描模式为自适应前瞻性心电门控序列扫描；扫描范围包括整个心脏。对比剂为碘海醇（350mgI/kg），总量约50～60ml，流速4.5～5ml/s，30～40ml生理盐水冲管。采用对比剂示踪法，感兴趣区设在升主动脉根部并且触发阈值为100HU，延迟5s后开始扫描。A组在30%～75% R-R间期期相曝光，120kV管电压，自动管电流，采用传统反滤波投影算法（FBP）重建。B组、C组根据心率选择不同期相曝光（HR≤70次/min在65%～75% R-R间期曝光，HR＞70次/min在35%～45% R-R间期曝光）；B组管电压120kV，C组管电压100kV；自动管电流，迭代重建算法（strength3）。

1.3 评价图像质量 冠状动脉图像后处理工作站为西门子的syngo.via。按照2014年美国心血管CT协会发布的CCTA书写报告指南冠状动脉的18段分法［2］。客观质量评价：测量升主动脉根部的CT值，测量左主干起始处管腔内和左主干周围脂肪的CT值；升主动脉根部的标准差为图像噪声（SD）。计算左主干的对比噪声比（CNR）、信噪比（SNR），CNR=（左主干起始处CT值-左主干周围脂肪CT值）/SD，SNR=升主动脉根部CT值/SD。主观质量评价采用4分法［3］；血管边缘光滑、无伪影为4分；边缘模糊、轻度伪影为3分；中度伪影、尚能诊断为2分；有严重伪影，无法诊断为1分。冠状动脉图像的主观质量评分，由两位放射科诊断医师进行双盲法评价，出现分歧时通过协商达成统一意见。

1.4 计算辐射剂量 仅记录冠状动脉检查时的辐射剂量，参数有CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP），并计算有效辐射剂量（ED）=DLP×k，k=0.014mSv/（mGy·cm）［4］。

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0统计软件。服从正态分布的计量资料以（）表示。CTDIvol、DLP、ED、升主动脉感兴趣区CT值、SD、CNR、SNR采用方差分析，两两比较采用LSD法。冠状动脉图像评分采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 三组冠状动脉CTA辐射剂量表 A、B、C三组冠状动脉CTA扫描时的CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效辐射剂量（ED）之间的差异进行两两比较，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 三组冠状动脉CTA辐射剂量表（）

表1 三组冠状动脉CTA辐射剂量表（）

注：与A组比较，*P＜0.01；与B组比较，#P＜0.05

组别 例数 CTDIvol（mGy） DLP（mGy.cm） ED（mSv）A组 40 34.14±7.69 368.05±78.00 5.15±1.09 B组 40 15.71±2.09* 177.05±29.29* 2.48±0.41*C组 40 12.19±2.47*# 131.84±31.89*# 1.83±0.44*#F值 120.65 119.736 119.921 P值 0.000 0.000 0.000

2.2 三组冠状动脉图像质量主、客观评价分析 见表2、3。

表2 三组冠状动脉图像质量客观评价分析（）

表2 三组冠状动脉图像质量客观评价分析（）

注：与A组比较，*P＜0.05；与B组比较，#P＜0.01

组别 例数 感兴趣区域CT值（HU） SD SNR CNR A组 40 333.22±32.22 24.36±3.22 13.69±2.37 17.49±2.82 B组 40 331.81±34.10 17.77±2.07* 18.94±2.17* 21.62±3.45*C组 40 412.72±30.22*# 22.15±2.60*# 18.33±2.58* 20.67±3.79*F值 41.772 31.403 29.185 17.274 P值 0.000 0.000 0.000 0.000

表3 三组冠状动脉图像质量主观评价分析［n（%）］

3 讨论

随着冠状动脉CTA在临床的广泛使用，带来的较高辐射剂量引起人们的重视，普遍认为CT检查应遵循辐射剂量最低化的原则。可以通过降低管电流、降低管电压、减少曝光时间、采用前瞻性心电门控以及迭代重建算法等方式来降低辐射剂量。

自适应前瞻性心电门控序列扫描是一种前瞻性心电门控、非螺旋式的扫描方式，可在扫描前设定R-R曝光期相，设定之外的R-R期相则低剂量曝光或不曝光。冠状动脉的运动速度与心率的高低相关，心率越快冠状动脉运动速度也加快，收缩期相对较长；心率越慢，舒张期则较长。Paul等［5］研究发现，在高心率患者中采用前瞻性心电门控序列扫描、在收缩末期成像，有效辐射剂量＜5mSv。何其舟等［6］通过缩短R-R间期曝光时相（低心率在60%～80% R-R间期、高心率在30%～50% R-R间期曝光），管电压100kV，有效辐射剂量约（2.34±0.59）mSv。本资料中A、B两组的管电压均在120kV的情况下，A组选择在30%～75%R-R间期曝光，有效辐射剂量为（5.15±1.09）mSv；B组根据心率的高低缩短R-R间期曝光期相（HR≤70次 /min在 65%～75%R-R间 期 曝 光，HR＞70次 /min在35%～45% R-R间期曝光），有效辐射剂量约（2.48±0.41）mSv，B组比A组的辐射剂量明显降低（P＜0.05）。因此，根据心率的高低情况缩短R-R间期曝光期相能降低CCTA扫描的辐射剂量。

BMI患者需要越高的管电压才能穿透，低BMI患者则低的管电压即能穿透。而辐射剂量与管电压成平方正比关系，因此对不同的BMI患者可选择不同管电压，达到降低辐射剂量的目的。本资料只对23kg/m2≤BMI≤28kg/m2的患者，B组120kV，C组100kV，C组辐射剂量比B组下降约21%，存在统计学差异（P＜0.05）。有研究显示，管电压120kV时含碘对比剂的细小血管比140kV管电压扫描时显示更清晰［7］。本资料中，A、B、C组均使用350mgI/kg浓度的碘对比剂，但是采用不同的管电压（A、B组120kV，C组100kV），结果显示，C组升主动脉根部的CT值明显高于A、B组（P＜0.05）。因此管电压降低后，冠状动脉血管腔内CT值升高，提高了冠状动脉血管与周围组织之间的对比度，使血管显示更加清晰。

传统反滤波投影法（FBP）算法重建时，CT扫描剂量降低会增加冠状动脉的图像噪声，间接降低图像的信噪比和对比剂噪声比，导致图像质量的下降，从而影响了进一步降低辐射剂量。西门子第二代双源CT的迭代重建算法除了能降低图像噪声外还能减少伪影，提高图像质量。本研究中，B组管电压高于C组（B组120kV，C组100kV）的情况下，B组的冠状动脉图像噪声比C组低，差异有统计学意义（P＜0.05）；可见管电压越大，噪声越低。A、B组的管电压均为120kV，A组为FBP算法，B、C组为迭代重建算法，三组的图像噪声比较情况为B组比A组明显下降，C组比A组有降低，均有统计学意义（P＜0.05）。可见降低管电压后，通过迭代重建算法来弥补因管电压降低导致噪声加大的情况，图像的对比噪声比、信噪比均有提高，从而达到间接降低辐射剂量的目的。对三组冠状动脉图像主观评分的统计结果显示，总体评分差异无统计学意义（P＜0.05）。

因此，在采用自适应前瞻性心电门控技术的情况下，可以根据心率的高低选择合适的R-R期相曝光，对不同BMI患者选择不同管电压，采用迭代重建算法，能在保证图像质量不影响诊断的前提下，最大限度的降低辐射剂量。本研究局限性：（1）排除了低BMI、高BMI患者。（2）本研究是在自由心率下行冠状动脉CTA检查，心率波动范围需＜5次/min。因此有待扩大研究范围。