640层容积CT心脑联合血管成像的应用及辐射剂量研究

尚海龙，雷志毅，杨玲，杜红娣，沈海林

(1.上海交通大学医学院附属苏州九龙医院影像科，江苏 苏州 215028；2.青海省人民医院影像科，西宁,810007；3.苏州大学附属第一医院影像科，江苏 苏州,215006)

动脉粥样硬化(AS)是中老年常见的全身性疾病，大动脉及其分支均可受累，特别是冠脉、颈部及脑动脉粥样斑块形成是诱发心脑血管疾病的主要致病基础[1]，而冠状动脉和颈动脉粥样斑块的形成中常常伴随产生导致脑卒中及冠心病并存发展[2]，25%～60%中风患者存在无临床症状的局部心肌缺血[3]。这些心肌局部贫血病人的死亡率是相同年龄段人的两倍多，因此，同时评价颈动脉、脑动脉及冠状动脉的动脉粥样硬化就具有很大的临床意义，目前对颈-脑血管的评价包括多普勒超声波、磁共振血管成像(MRA)、计算机断层扫描血管造影(CTA)和传统数字减影血管造影(DSA)；对心脏冠状动脉的评价包括CTA和 DSA,近年来冠状动脉造影(MRCA)也是一种全新评价冠状动脉的方法。对同时评价冠状动脉、颈-脑动脉的患者,需要进行冠状动脉CTA、颈动脉和脑血管CTA,重复评估不同的血管最终造成患者医疗费用及辐射剂量的增加。本研究使用东芝公司Aquilion ONE 640层动态容积CT对颈-脑动脉及冠状动脉进行一次扫描成像，评价其扫描的图像质量及辐射剂量，探讨Aquilion ONE 640层动态容积CT心脑血管联合成像的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 临床资料

收集我院2015年1月至2017年1月患者，并排除冠脉及颈动脉支架植入术、冠状动脉搭桥术患者；严重心率失常, 身体质量指数BMI>30 kg/m2的患者，共得到60例，其中冠状动脉CTA 20例(男性14例，女性6例)，年龄58～75岁，平均64岁，心率60～75次/分；头颈部动脉CTA 20例(男性12例，女性8例)，年龄40～78岁；颈脑心动脉联合成像患者20例(男性16例，女性4例)，年龄48～73岁，平均年龄56岁，心率55～75次/分。

1.2 扫描准备及技术参数

检查前所有患者禁食6小时，签署知情同意书，测量患者体重、身高、血压、心率并计算BMI。采用东芝Aquilion One 640层动态容积CT行前瞻性心电门控扫描，采用智能跟踪阈值触发技术。

冠状动脉CTA:正确放置心电导联后扫描，采集的时相覆盖整个心动周期的60～80%，扫描范围自气管分叉处向下至膈肌，扫描长度113～124 cm，平均(116±6)cm,管电压100～120 kV,管电流300～400 mAs(根据不同患者的体型及BMI指数设定)，层厚0.5 mm，层间距0.35 mm，视野FOV 180～220 mm，探测器宽度160 mm，机架旋转一周时间为0.35 s。采用双筒高压注射器右侧肘正中5 mL/s流速静脉注射，注射对比剂优维显50～70 mL(1.5 mL/kg)。Sure Start软件智能跟踪，升主动脉根部CT值170 HU为人工智能触发阈值。

头颈部动脉CTA:扫描范围主动脉弓至颅脑顶部，扫描长度310～410 mm，平均(364±24)mm，采用双筒高压注射器右侧肘正中5 mL/s流速静脉注射，注射对比剂优维显60～80 mL,追加生理盐水20 mL,触发同上。

心脑血管联合成像CTA: 扫描范围膈肌至颅脑顶部，扫描长度约395～483 mm，平均(464±24)mm，采用双筒高压注射器右侧肘正中5 mL/s流速静脉注射，双侧前臂上举并尽量分开不与颅脑在同一个平面，正确放置心电导联后扫描，注射对比剂优维显70～100 mL，然后以相同速率追加生理盐水50 mL，触发同上。

1.3 图像后处理

对图像质量根据ECG进行重组，可选择冠状动脉显示最佳时相把原始数据导入Vitrea FX工作站进行重建，多角度观察并挑选对血管显示最佳的图像用于对比分析。

2 图像质量的评价方法

客观评价：轴位测量(1)冠状动脉显影强度评价：测量升主动脉根部(左冠状动脉优势起源)CT值(ROI 100～110 mm2)；颈-脑血管显影强度评价：测量双侧颈总动脉起始部CT值(ROI 10～20 mm2)、颈内动脉(蝶鞍层面，ROI 2～5 mm2)、椎动脉起始部(ROI 2～3 mm2)、大脑中动脉M1段(ROI 1～2 mm2)CT值，双侧取平均值作为颈脑血管显影强度。图像噪声值取图像CT值的标准差。

主观评价：由两名主治以上医师对图像质量进行多次评估，达成一致。对冠状动脉分段采用美国心脏学会15段分段法[4]，仅计算血管直径>1.5 mm的冠状动脉及分支，以CPR重建图像为准。对采集的冠脉图像质量采用4分法[5]：1分为优秀，没有伪影；2分为良好、轻度伪影；3分为图像尚可，中度伪影，血管中断较轻；4分为不能诊断。对颈脑血管采用3分定量法[6]，以VR、MIP为准。1分为图像质量差，动脉显影差，血管中断后不能重建；2分为中等，动脉显影尚可，中度伪影或轻度血管中断；3分为优良，动脉显影佳，没有伪影或轻度伪影。

3 辐射剂量的计算及统计学方法

记录每一名被检查者容积CT剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)，计算出被检查者的有效辐射暴露剂量(ED)，即ED=DLP×k[7](头颅k系数为0.002 1、胸部为0.014 0、颈部为0.005 9，多部位可取平均值)。

利用SPSS 16.0 for Windows统计软件包对各组测量数据进行处理分析。采用t检验对CT值与图像噪声组间进行比较。冠状动脉图像质量及颈-脑血管图像质量的对比，均采用Mann-WhitneyU检验，p<0.05时，差异具有统计学意义。

4 结果

4.1 三组客观数值的比较

结果列于表1。由表1可见，心脑血管联合成像(1组)和冠状动脉CTA(2组)升主动脉根部CT值及噪声对比未见显著性差异；心脑血管联合成像(1组)和颈-脑血管CTA(3组)颈总动脉起始部CT值及噪声两者存在显著性差异；椎动脉起始部CT值及噪声对比存在显著性差异；颈内动脉CT值及噪声比较没有显著性差异；大脑中动脉M1段CT值及噪声比较没有显著性差异。

表1 三组之间客观数值的比较

4.2 三组主观图像比较

表2为1、2组冠状动脉图像主观评价比较，表3为1、3组颈脑动脉主观数值比较。根据美国心脏学会15段分段法，20例心脑血管联合成像(1组)图像可用于冠状动脉节段 241段；冠状动脉CTA(2组)满足诊断需要的冠状动脉节段260段，1、2组之间冠状动脉图像未见显著性差异(见表2)。心脑血管联合成像(1组)和单纯颈-脑血管CTA(3组)所获得的颈-血管图像未出现1分诊断，有中度伪影图像，两组评分比较存在明显差异(见表3)。

表2 1、2组冠状动脉图像主观评价比较

表3 1、3组颈脑动脉主观数值比较

4.3 三组患者所受电离辐射剂量对比

表4为三组患者所受辐射剂量对比。由表4可见，心脑血管联合CTA扫描患者所受的有效辐射暴露剂量高于单次冠脉CTA及颈-脑血管CTA，但低于二者之和。

表4 三组检查之间辐射剂量的对比

5 讨论

Aquilion ONE 640层动态容积CT拥有长达160 mm超大尺寸的宽体探测器，较好地扩展了Z轴的覆盖范围，只需旋转一周就能获得单个器官的所有容积成像信息,扫描层数达到 640层、0.35 mm层厚，拥有640层CT超极速智能可变螺距的螺旋扫描系统，350 ms快速机架旋转，能实现超快扫描和超精细采集。本研究利用640层容积CT的大螺距快速扫描的技术优势，对冠状动脉及颈-脑血管进行一次成像，并从以下两个方面讨论其可行性。

5.1 图像质量对比

本研究评估了241段冠状动脉段，有诊断价值的冠状动脉图像占97.5%(235/241)，与冠状动脉扫描对比没有出现严重干扰诊断的伪影，但发现在右侧冠状动脉和左侧回旋支动脉有少量运动伪影的存在，可能与以下原因有关：①心率变化。本研究对心率要求较宽(60～75 次/分)，得到的图像伪影大多来自右侧冠状动脉远端及左侧回旋支动脉。有学者发现大螺距双源CT采集模式下，心率小于60次/分的病人99%的冠状动脉图像是可评估的[8]，也有学者利用飞利浦256层CT在保持心率70次/分以下取得良好的成像效果，仅有2.9%图像不可评估[9]。以上研究虽然对心率要求不统一，但这些图像伪影都来自右侧冠状动脉远端及左侧回旋支动脉，因此心率变化可能是造成伪影的原因之一。②高BMI指数。本研究中6位不能诊断冠脉图像的患者BMI指数均相对较高，这可能是较高的BMI指数增加了扫描时间和射线的衰减，造成了右侧冠状动脉中远段及左侧回旋支动脉出现不能诊断的图像。

本研究中心脑血管联合成像(1组)和颈-脑血管CTA(3组)在颈总动脉及椎动脉的图像客观评价数值中有统计学意义的差别，而颈内动脉及大脑中动脉M1段的评价没有统计学意义，图像评价方面虽然未出现无法诊断的4分图像，但心脑联合成像1分优秀图像较少，原因有以下几点：①扫描体位，心脑联合成像在扫描时为避免伪影，采取双上臂上举并尽量分开，使得肩关节活动度有限。②前瞻性心电门控扫描部位设在了升主动脉根部，颈-脑血管扫描时间略延迟，造成部分静脉充盈，对颈脑动脉显影造成了一定程度的干扰。③据研究报道，体积扫描长度的增加，在一定程度上影响扫描的图像质量[10]。以上原因使1组和3组图像质量的客观评价出现了统计学差异。但采用多种图像后处理方法如CPI、MIP、MPI和重复多次观察，在结果中没有明显干扰诊断，未影响到医师的诊断结果。

5.2 辐射剂量研究

近年来许多学者开始研究多部位CTA扫描辐射剂量，2010年Furtado等[11]利用64排螺旋CT对急性缺血性脑卒中患者进行三重扫描来筛查，结果使患者所受的剂量较高。Tognolini等[12]在33个病人中，使用包含两个部位的扫描方法、升主动脉的螺旋采集模式、冠状动脉的前瞻性ECG触发模式，联合评估颈动脉和冠状动脉的技术可行性，辐射暴露剂量是4.3 mSv。SUN Kai等、张晓东等利用不同CT仪器进行了心脑血管联合成像，辐射暴露剂量差别较大，分别为(1.42 ± 0.44)mSv和(7.0±0.8)mSv[13, 9]。本研究中640层容积CT拥有长达160 mm超大尺寸的宽体探测器，以及超极速智能可变螺距的螺旋扫描系统，350 ms快速机架旋转速度及全新的适应性迭代剂量减低技术(AIDR)，进一步降低了患者CT扫描所受辐射暴露剂量，心脑联合成像剂量为(3.99±0.37)mSv，在患者可以接受的剂量之内，心脑血管联合CTA扫描患者所接受的辐射暴露剂量低于分别进行冠状动脉造影及颈动脉造影所受辐射剂量之和。研究结果中的辐射剂量差别较大，这可能与以下原因有关：①研究采用的仪器不同，这就造成被检查者所接受扫描的探测器宽度和扫描速度不同，以及迭代重建算法的不同,不同研究者采用的管电压、心电门控采集方式及触法阈值之间存在一定的差异，使被检者最后受到辐射暴露剂量也存在一定差异。②研究对象的心率及BMI指数不同，虽然现在大多数研究者采用前瞻性心电门控，但不同研究对象心率存在着一定的差异，如我们的研究对象采用心率75 次/分以下，而SUN Kai等的所有研究对象心率均在65 次/分以下。据研究报道心率的增加会引起辐射剂量的增加，心率为80 次/分比60 次/分时辐射剂量明显增加[14],这也可能导致不同心脑血管联合成像之间辐射暴露剂量的差异。另外BMI指数的不同会造成不同的扫描体积，扫描体积指数的增加会造成辐射暴露剂量的增加[15]。

综上所述，640层容积CT心脑血管联合成像的图像质量不论在客观数值还是在主观图像方面，均取得了临床比较满意的结果，辐射总剂量低于两者之和，且在安全的范围之内。后期需进一步扩大疾病样本量，和DSA进行对比研究，在此基础上，640层容积CT心脑血管联合成像有望成为一种简便、快捷、无创、辐射剂量低、客观和重复性强的检查方法，并在临床进一步推广使用。