320排宽体CT低kV技术在超重患者CCTA成像的应用研究

欧阳中敏，魏佳，罗锦文，陈望明，黎桃，张静静，关玉宝

广州医科大学附属第五医院 医学影像科，广东 广州 510700

引言

冠状动脉粥样硬化性心脏病（以下简称冠心病）是由于其血管出现病变导致血管腔狭窄或阻塞从而引起心肌功能障碍的一种疾病。冠心病在生活中较常见，其是对人类健康和生活质量造成威胁的重要因素之一。近年来，随着人们生活水平的提高，其发病率呈明显上升趋势且逐渐年轻化，在发达国家，该病的死亡率一直高居各种疾病首位[1-2]，因此及早诊断和治疗对提高生存率及预后尤为重要[3]。目前来说，经皮冠状动脉造影检查是诊断冠心病的金标准，但由于其侵袭性和缺乏斑块特征信息而受到限制，且检查费用较高，有一定的并发症，患者一般不易接受[4-5]。而冠状动脉CT造影（Coronary CT Angiography，CCTA）是一种无创性筛查冠心病的方法，其成像效果好、诊断准确性高，但辐射剂量的问题近年来备受关注。有许多文献都报道过，在行CCTA检查过程中，受检者所接受的辐射剂量远高于临床所需满足的水平[6]，因此，一种既能满足诊断又能使辐射剂量尽可能降低的扫描模式显得至关重要。值得注意的是，由于超重（或肥胖）人群脂肪较多，行CCTA成像检查时，低千伏扫描技术虽能降低辐射剂量，但图像噪声也会相应增加[7]，从而影响图像质量。随着320排宽体探测器CT的临床应用，由于其具有160 mm宽探测器，无需移动检查床，球管旋转一圈即可获得整个心脏的扫描数据；且经过球管、探测器及迭代重建算法的更新，可大幅度减少由于辐射剂量的降低而增加的图像噪声[8]，保证图像质量，使在大体重人群中采用低管电压扫描的方案变得可行。本文将进行CCTA成像且超重（25 kg/m2≤BMI<30 kg/m2）人群纳入研究对象，探讨采用低管电压扫描对其辐射剂量和图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集我院2019年12月至2020年11月期间疑似冠心病且需行CCTA成像的患者60例，分为常规组和低剂量组。排除标准：① BMI<25 kg/ m2或≥30 kg/m2；② 碘对比剂过敏者；③ 严重心肝肾功能不全者；④ 严重心率不齐患者。所有做该项检查的患者需签署增强扫描知情同意书。将患者分为低剂量组（A组）和常规组（B组）。A组30例：男18例，女12例；年龄37～82岁，平均61.5岁；身高152～180 cm，平均162 cm；体重58～82 kg，平均69.6 kg；BMI 25.1～28.6 kg/m2。B组30例：男23例，女7例；年龄38～75岁，平均59.1岁；身高156～175 cm，平均165.7 cm；体重62～84 kg，平均73.6 kg；BMI 25.1～29.4 kg/m2。

1.2 扫描前准备及技术参数

1.2.1 扫描前准备

扫描前对患者进行严格的呼吸训练并讲明检查大致过程及注意事项，消除患者的畏惧心理，以便其配合检查，避免因紧张导致心律过快而影响图像质量或不适应导致检查失败。扫描前留置静脉通道（一般为右侧肘正中静脉），受检者取仰卧位，头先进，两臂自然上举于托架上，身体长轴与床面长轴一致，在双侧锁骨凹陷处及双侧肋弓下缘处安装电极，连接心电监护监测心率变化。

1.2.2 技术参数

采用佳能320排 CT（Aquilion ONE Vision） 进行扫描，扫描范围由气管隆嵴下到心脏膈面，探测器宽度为320 mm×0.5 mm，转速为0.275 s/r，矩阵大小512×512，两组管电流均采用自动管电流控制技术。采用ECG前瞻性心电门控扫描，将扫描范围中心层面设定为监测层面，该层面的降主动脉为观察感兴趣区，手动触发扫描。用双筒高压注射器将30 mL生理盐水以5.0 mL/s流速试注正常。待检查时，两组各以5.0 mL/s推注造影剂（优维显370）50～70 mL，之后以同速率推注生理盐水50 mL。

1.3 图像后处理

将扫描获取的图像传送至Version 4.0.693 Vitrea CT后处理工作站，利用曲面重组（Curved Planar Reformation，CPR）和最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容积再现（Volume Rendering，VR）等三维显示技术对图像进行后处理分析（图1），可用于观察冠脉的开口、走行及狭窄等情况。

图1 两名体重指数相似患者（BMI：26.3 kg/m2 vs.26.1 kg/m2）VR、MIP及三支血管的曲面重建图像

1.4 图像分析

1.4.1 图像质量客观评分

冠脉分段采用常用的美国心脏协会改良分段法[9]，对包括右冠状动脉近段、中段、远段、左主干、前降支近段、中段、远段、回旋支近段、远段在内的9个冠脉节段进行冠脉图像评分。记录左冠状动脉前降支（Left Anterior Descending，LAD）、左冠状动脉回旋支（Left Circumflex Branch，LCX）和右冠状动脉（Right Coronary Artery，RCA） CT值及其SD，以其标准差作为图像噪声，并计算出其信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）及对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR），根据公式：SNR=CT冠/SD冠，SD冠为相应冠脉CT值的标准差；CNR=(CT冠-CT肌)/SD肌，SD肌为邻近肌肉组织CT值的标准差。测量血管CT值时应注意避开斑块且感兴趣区应接近管腔大小，测量肌肉CT值时应注意感兴趣区大小与血管测量时相近。

1.4.2 图像质量主观评分

由两名经验丰富的影像科诊断医生在对临床信息和重建方法完全不知情的条件下对所有重建图像进行评分。每个冠状动脉段的整体图像质量评分为4分：4分为图像质量好(没有运动伪影或噪声相关的模糊)；3分为图像质量中等(轻微运动伪影或噪声相关的模糊)；2分为图像诊断价值有限(明显的运动模糊或噪声相关的模糊)；1分为图像无法用于诊断。评分为3或4的图像是有诊断价值的。

1.4.3 辐射剂量测量

记录每位患者由CT机自动生成的CT剂量指数和剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。有效辐射剂量(ED)=k×DLP，其中 k 为常数，k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 图像质量评价

80 kV扫描方案（A组）在LAD、LCX、RCA处CT值均高于与100 kV扫描方案（B组），但同时伴随着图像噪声的提高，差异均有统计学意义（P值均<0.05），两组图像之间CNR值比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表1～2。

表1 两组患者CCTA图像噪声比较（±s，n=60）

表1 两组患者CCTA图像噪声比较（±s，n=60）

组别 LAD LCX RCA A组 41.05±16.04 54.92±20.82 42.03±13.49 B组 29.77±9.85 37.87±15.81 32.12±11.55 t值 3.227 3.510 3.010 P值 0.002 0.001 0.004

表2 两组患者冠状动脉CNR值比较（±s，n=60）

表2 两组患者冠状动脉CNR值比较（±s，n=60）

组别 LAD LCX RCA A组 20.34±7.02 16.21±8.76 19.39±7.65 B组 19.73±10.25 13.46±5.31 19.31±8.47 t值 -0.096 -1.28 0.168 P值 0.92 0.20 0.87

A组共243个可评价的冠脉节段，A组评价238个（97.9%）；B组共240个可评价的冠脉节段，B组评价234个（97.5%）。两组图像主观评分均为3分以上，所有图像都满足临床诊断需求。A组（3.70±0.46）分，B组（3.77±0.42）分比较，差异有统计学意义（P>0.05），见表3。

表3 两组患者有效辐射剂量及图像主观质量评分比较（±s，n=60）

表3 两组患者有效辐射剂量及图像主观质量评分比较（±s，n=60）

组别 有效辐射剂量/ mSv 主观质量评分/分A组 1.70±0.77 3.70±0.46 B组 2.98±1.87 3.77±0.42 t值 -3.44 -0.576 P值 0.001 0.576

3 讨论

近年来，CT技术得到飞速发展且在临床上的应用越来越普遍，其在多种疾病的诊断中具有明显的优势，但有研究表明[10]：20岁前接受CT检查后的第一个十年内，可能会发生白血病及脑肿瘤。因为CT检查存在致癌风险，故其辐射量成为人们关注的重点[11]。目前应用的320排宽体探测器CT，其Z轴覆盖范围大且扫描速度快，并采用前瞻性心电门控技术、ECG管电流自动调制技术及迭代重建技术，使得在行冠状动脉CT血管成像中应用低管电压技术变得可行[12-13]，这不仅可以保证图像质量也能降低辐射剂量。

管电压是影响X线性能的一个重要因素，其与X线辐射剂量呈指数关系，因此降低管电压是降低患者所接受辐射剂量的重要参数[14]。值得注意的是，采用低管电压扫描时，X线管输出的X线光子能量较低，探测器接收到的信号较弱，这将导致图像噪声的增加[15]。同时也会使得含碘对比剂的血管腔CT值相应增大，这将导致血管与周围组织结构的对比度更为明显，有研究显示[16]，采用80 kVp管电压扫描时，所产生的X线平均能量与碘的K缘（33.2 keV）相近，从而使得血管CT值明显增大，故在本文中其所获图像质量与常规扫描方式相比无较大差异。

通过降低管电压来减少辐射剂量，这种方式是有限度的，X线光子的最大能量与管电压大小相关，能量过低导致射线大部分被衰减，图像噪声也会随之增大，故盲目降低管电压不仅会加大噪声也会影响组织对比，尤其是在BMI较大的患者中，导致图像未能满足诊断要求。

本研究中 A、B 两组图像CT值和噪声存在差异，但图像 SNR、CNR差异无统计学意义，这可能与血管腔内含碘负荷恒定相关：虽然管电压的降低加大了图像噪声，但降低管电压后对血管腔内CT值增加的影响更为显著，从而图像质量均能满足临床诊断需要。

X线辐射剂量与管电流呈正比。目前在临床应用中管电流的调制需要根据患者的体型和所需图像噪声来判断。正常情况下，对于体型偏大的患者会通过加大管电流来减少图像噪声，使得所获取的图像符合诊断要求。由于管电流的降低会增加图像噪声，故降低管电流是有限度的。320排宽体CT采用自动管电流调制技术，该技术可以根据受检者的扫描部位及体积的衰减特性有效调节电流，避免因管电流采用不当导致图像对比度不加，且能有效降低辐射剂量，突出此项技术的价值最优化[17]。在研究中，采用80 kV管电压扫描时，管电流的峰值为800 mA，采用管电流峰值扫描的病例仅为1例，其余病例均未采用管电流峰值进行采集。就本文收集的数据而言，由于320排宽体CT采用的大功率球管满足高电流采集的需要，因而并未引起过多的图像质量损失。此外其与迭代重建技术相结合使用，确保了肥胖患者冠脉CTA的图像质量。由于管电压增加使得辐射剂量呈指数性增加，而管电流的增加只引起辐射剂量呈线性增加[18]，因此，这种低管电压高管电流的采集模式同样可以使辐射剂量显著降低（表3）。

本研究还存在一定局限性。① 研究纳入的病例数较少，每组只有30名患者，其结果还需更多的临床数据进行验证；② 本次纳入的患者均为超重患者，并未对肥胖患者（BMI≥30 kg/m2）低kV扫描的可行性进行探究；③ 本研究仅对图像质量进行评价，并未评估改扫描模式的诊断准确性；④ 本研究仅通过降低管电压单纯增加CT值来消除噪声的大幅上升，导致血管CT值较高，应结合造影剂注射方案或造影剂用量及浓度来改善。

320排宽体CT可采用动态容积扫描，在一次扫描过程中便可获得160 mm范围的数据，因此整个心脏扫描数据球管只需旋转一圈即可获取，并联合前瞻性心电门控技术使得辐射剂量进一步降低[19]。同时，随着设备球管（大功率）和探测器的升级，保证了图像质量。结合本研究的结果，A组患者采用80 kV管电压并结合自适应迭代重建算法技术，所得图像与B组相比其主客图像质量评分差异均无统计学意义，均能满足诊断需求。