320排容积CT“Target CTA扫描模式”在低心率患者冠状动脉CT血管成像中的应用探究

吴锟，陈希奎，唐贵超，郑成凤，范明，赵荣芳，詹红利，邓利华

内江市第一人民医院 放射科，四川 内江 641000

引言

据统计，目前我国心血管病患病总人数约为 3.30亿，其中冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病） 约1100 万，心血管病死亡占城乡居民总死亡原因的首位[1]。冠心病作为一种常见的心血管疾病，准确及时的诊断对于治疗及预后有积极意义。近年来，随着CT成像技术的快速发展，冠状动脉CT血管成像（Coronary CT Angiography，CCTA）图像质量得到进一步提高，且患者所受辐射剂量大幅降低[2-3]，CCTA已成为临床诊断筛查冠状动脉疾病安全可靠的首选技术之一[4-6]。但CCTA检查要求层厚薄、螺距小，从而导致辐射剂量增加。检查所受辐射剂量是由多种因素综合决定的，降低管电压、采用前瞻性心电门控模式、探测器宽度等CT硬件工艺的提高均是目前临床降低辐射剂量的常用方法。彭睿等[7]研究发现，在心率在65～70 次/min时，冠状动脉最佳时相集中于舒张末期（R-R间期70%～80%）。研究表明，在管电压及管电流固定的情况下，根据心率缩窄采集时相，是减少辐射剂量的有效手段[8]。遵循辐射防护最优化原则，在保证图像质量能够满足临床诊断的前提下，选择更低辐射剂量成像模式，在一定程度上能减少患者及医务人员的辐射损伤[9]。本研究针对心率低于75 次/min的患者，采用第二代320排容积CT所特有的Target CTA扫描模式（采集时相设置在R-R间期75%）与传统前瞻性心电门控采集模式（采集时间窗为R-R间期的35%～ 85%）所得CCTA的图像质量及检查辐射剂量等参数进行比较，探讨Target CTA扫描模式在患者心率低于75 次/min时应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：① 临床诊断或疑似冠心病患者；② 冠状动脉支架置入术后复查患者。排除标准：① 甲状腺功能亢进未治愈；② 既往有碘过敏史；③ 严重肝肾功能不全患者；④ 临床症状不稳定（如急性心肌梗死、失代偿性心功能不全）情况；⑤心率变异患者，即心律失常的患者（早搏或者房颤心率波动较大的患者）。收集符合纳入标准的患者78例随机分为两组，A组39例，采用前瞻性心电门控曝光时间窗（R-R间期的35%～85%）扫描模式；B组39例，采用320排容积CT Target CTA（R-R间期的75%时相为中心）扫描模式进行扫描。A组男21例、女18例，年龄34.0～84.8岁，平均年龄60.9岁，平均体质量指数 （Body Mass Index，BMI） 为23.8 kg/m2。B组男24例、女15例，年龄46.8～70.3岁，平均年龄63.5岁，平均BMI为23.0 kg/m2。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义（表1），具有可比性。本研究为前瞻性研究，已获得我院伦理委员会的批准（审批号：2019-伦审批-24），所有患者均知情同意。

表1 两组患者一般资料比较（±s）

表1 两组患者一般资料比较（±s）

心率/（次/min）A组 60.9±12.2 161.5±6.6 61.6±9.9 23.8±3.1 58.1±4.9 B组 63.5±7.4 162.5±6.7 60.5±8.8 23.0±3.7 57.3±3.9 t值 -1.257 -0.786 0.232 0.695 -1.189 P值 0.235 0.448 0.821 0.501 0.259组别年龄/岁身高/cm体质量/kg BMI/（kg/m2）

1.2 方法

所有患者均接受第二代320排容积CT （Aquilion Vision, Canon Medical Systems Corporation，Otawara，日本）扫描。患者取仰卧位，足先进，探测器准直宽度为320 mm×0.5 mm，Z轴扫描范围16 cm。扫描范围：自气管隆突下1 cm至心脏膈面下。扫描参数如下：管电压固定为100 kVp，管电流采用智能毫安管电流调控技术，图像噪声（Standard Deviation，SD）值设置为26，对应图像层厚0.5 mm，球管旋转时间0.275 s/圈。采用前瞻性心电门控扫描，一次心跳采集成像。图像重建采用自适应迭代算法AIDR 3D（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D) 和非对称锥束重建算法降低SD值[10-11]，重建函数选取FC43。重建层厚为0.5 mm，层间距0.25 mm。A组：采用传统默认的前瞻性心电门控扫描模式，1个Beat扫描，曝光时相为R-R间期的35%～85%，并自动重建最佳时相，若最佳时相无法满足诊断需求，则通过高级心电编辑软件以5 ms间期为间隔单位重建多个时相，选取最佳时相重建整个心脏；B组：采用第二代320排容积CT所自带的Target CTA采集模式，1个Beat扫描，设置R-R间期的75%为曝光时相。

采用双筒高压注射器，经肘正中静脉团注对比剂，流速 4.0～5.5 mL/s，总量 40～60 mL（0.8 mL/kg）非离子型对比剂碘佛醇（350 mgI/mL），然后注入30～40 mL 0.9%氯化钠溶液冲洗。采用团注跟踪法确定扫描时机，指令提示患者在注射对比剂后12 s时提前吸气后屏气并等待，当降主动脉达到260 HU时触发扫描。通过在降主动脉而不是升主动脉实施团注跟踪技术，冠状动脉增强的延迟时间更短，患者间变异性更小[12]。

图像传输到后处理工作站（Vitrea fX，1.0，Canon Medical Systems Corporation，日本），运用心血管后处理软件对冠状动脉行容积再现、最大密度投影、曲面重组及血管管径分析等处理。

1.3 图像分析

（1）主观图像分析：主观图像质量分别由2名有6年和10年CCTA经验的诊断医师进行评定。评定时，患者基本信息均被隐藏。根据心血管计算机断层摄影学会18节段分类应用于冠状动脉造影数据分析[13]。图像质量按节段分级，当解剖显示的每一节段(≥1.5 mm)可以评估动脉粥样硬化的存在和狭窄的严重程度时，被认为是诊断性的。结果按4分制评分[14-15]：4分：优秀，无明显血管边缘的伪影；3分：良好，轻度伪影，血管边缘轻微模糊；2分：可接受，中度伪影存在，但图像仍可解释；1分：无法评估，重度伪影，使图像不能解释。当2名医师的得分不同时，最终的得分经共同讨论后决定。

（2）客观图像分析：右冠状动脉和左主干近端的感兴趣区域（Region of Interest，ROI）在横断面图像上绘制。使用圆形ROI记录每个冠状动脉段的平均CT值（Hounsfield Unit，HU）。选择尽可能大的 ROI，同时小心避免血管壁粘连，以防止部分容积效应。在轴位图像上，ROI被放置在血管轮廓内，并记录平均CT值。图像噪声被定义为升主动脉ROI的标准差。记录主动脉根部、左冠状动脉主干近段、左前降支近段、左回旋支近段、左钝缘支近段、右冠状动脉的CT值、噪声等数据，计算主动脉根部、左冠状动脉主干近段、左前降支近段、左回旋支近段、左钝缘支近段、右冠状动脉的信噪比（Signal to Noise，SNR）和对比噪声比（Contrast to Noise Ration，CNR）。记录CT扫描系统自动生成的容积CT剂量指数（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP），计算有效辐射剂量（Effective Dose，ED）。

1.4 统计学分析

进行功率分析以确定最小队列规模。本项研究假设2组的每段主观图像质量相似。为了检测主观图像质量得分0.1的差异，最小样本量被确定为总共234个片段（约39名患者）；样本量计算基于类型2误差(α=0.05)[16]。

2 结果

2.1 扫描参数和辐射剂量

采用2种扫描模式分别对39例患者进行扫描，2种方法均采用100 kV的管电压，记录扫描过程中的管电流参数，结果表明，两种扫描模式下的管电流数据比较，差异无统计学意义（t=0.143，P=0.889），见表2，具有可比性。记录两种扫描模式下的容积CT剂量指数CTDIvol、DLP和ED，结果表明，B组扫描模式的辐射剂量（CTPIvol、DLP、ED）明显低于A组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表2 两种扫描方法管电压和管电流参数比较（±s）

表2 两种扫描方法管电压和管电流参数比较（±s）

组别 管电压/kV 管电流/mAs A组 100 83.2±20.0 B组 100 82.7±18.5 t值 - 0.143 P值 - 0.889

表3 两种扫描方法辐射剂量的比较（±s）

表3 两种扫描方法辐射剂量的比较（±s）

注：CTDIvol：容积 CT 剂量指数；DLP：剂量长度乘积； ED：有效辐射剂量。

组别 CTDIvol/mGy DLP/（mGy/cm） ED/mSv A组 26.2±5.9 423.7±72.0 5.9±1.0 B组 8.8±3.2 143.4±52.4 2.0±0.7 t值 -13.556 -15.175 -15.175 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 主观图像质量评估

两种扫描模式分别采集234个冠状动脉节段，结果表明，A组和B组图像质量评分比较，差异无统计学意义（χ2=0.512，P=0.723），见表 4。

表4 39例患者两种扫描方法图像质量节段评分情况[n（%）]

2.3 客观图像质量评估

两种扫描模式下的噪声、SNR、CNR差异均无统计学意义（P＞0.05）（表 5）。

表5 两种扫描方法不同位置噪声、SNR和CNR比较（±s）

表5 两种扫描方法不同位置噪声、SNR和CNR比较（±s）

注：SNR：信噪比；CNR：对比噪声比。

组别 主动脉根部 左冠状动脉主干近段 左前将支近段噪声 SNR CNR 噪声 SNR CNR 噪声 SNR CNR A组 36.1±13.1 26.5±8.3 42.0±21.0 36.1±13.1 31.6±20.8 47.3±26.8 40.1±10.6 29.7±15.5 47.5±39.6 B组 46.0±19.6 24.6±21.8 40.1±28.0 36.0±19.6 28.4±27.3 46.5±23.2 42.6±31.8 27.8±23.8 47.3±28.7 t值 -0.045 -1.481 -0.895 -0.045 -1.693 -0.294 1.351 -1.026 -0.067 P值 0.965 0.167 0.390 0.964 0.118 0.774 0.204 0.327 0.947组别 左回旋支近段 左钝缘支近段 右冠状动脉近段噪声 SNR CNR 噪声 SNR CNR 噪声 SNR CNR A组 40.8±9.1 21.6±10.2 39.6±34.1 28.9±4.8 16.1±3.7 28.5±11.5 41.5±5.7 21.2±7.3 36.3±21.4 B组 43.0±28.3 22.4±17.3 42.0±30.5 31.6±12.0 14.4±10.0 26.4±22.5 45.8±25.4 21.8±9.5 38.5±29.6 t值 1.361 0.588 0.875 1.557 -1.780 -1.210 1.500 0.537 1.182 P值 0.201 0.569 0.400 0.148 0.103 0.252 0.162 0.602 0.262

2.4 图像分析

对比两例心绞痛患者分别用前瞻性心电门控宽相位（图1）和Target CTA扫描模式（图2）采集的横断位图像、容积重建图像、右冠状动脉曲面重组图像、采集心电及辐射剂量报告，结果显示Target CTA模式，在辐射剂量为1.5 mSv的情况下实现了无运动伪影图像，同时也实现了低辐射剂量下的病变血管显示（图3）。

图1 前瞻性心电门控扫描模式下患者冠脉CTA图像及辐射剂量报告

图2 Target CTA扫描模式下患者冠脉CTA图像及辐射剂量报告

图3 Target CTA扫描模式下患者冠脉CTA图像及辐射剂量报告

3 讨论与结论

本研究结果表明，对于心率 ≤75 次/min患者，采用320排容积CT特有的Target CTA扫描模式（R-R间期75%为采集时间点），与前瞻性心电门控宽时相（R-R间期35%～85%）扫描模式相比，减少了约66.1%的辐射剂量，同时主观和客观图像质量均能满足临床诊断需求。

在心率较高的情况下，收缩期往往能比舒张期提供更好的图像质量。然而，Steigner等[17]的一项研究结果表明，利用第一代320排容积CT，舒张期采集对心率45～78 次/min的患者诊断是可行的。由于第二代320排容积CT的机架旋转时间从350 ms提高到275 ms，所以本研究将采集时相分别确定在R-R间期的35%～85%和75%，结果显示，舒张图像可为心率低于75 次/min的患者提供满足诊断需求的图像质量。

Leipsic等[18]的研究结果表明，缩短曝光时间窗的冠状动脉CTA血管造影与宽相位窗的检查相比，辐射剂量降低47%，且图像质量无明显差异。原因为第一代320排CT最快的球管旋转时间是350 ms，所以将心率超过66 次/min的患者被排除在这项研究之外。本研究使用了第二代320排CT，机架旋转时间缩短到275 ms，在心率低于75 次/min的所有患者中，以75%为曝光中心的单相位采集，扫描仪旋转了360°，运用非对称锥束重建可以使用180°的数据进行重建，也可以在约100 ms内自动重建出最佳时相的图像，因而辐射剂量较宽时相采集组降低约66.1%。

Steigner等[17]研究显示，10%的曝光时间窗（70%～79%的R-R间期）与35 %的窗宽（60%～95%的R-R间期）相比，能提供相似的诊断图像质量。然而，当使用固定的时间窗（75%的R-R间隔）时，图像质量显著降低，这与本研究的结果不同。分析原因为，首先，在先前的研究中使用的是175 ms的第一代320排容积CT，而本研究使用时间分辨率为137 ms的第二代320排容积CT；其次，非对称锥束重建在本研究中是可用的，它可以实现无运动伪影图像，即扫描是在以75 %为中心的最小时间窗口下进行的。

在本研究中，两组患者的BMI分别为23.8 kg/m2和23.6 kg/m2，将管电位降低到100 kV可能会进一步降低辐射剂量[19-20]。Zhang等[21]研究结果表明，BMI＜25 kg/m2的患者的100 kV千伏图像采集与BMI≥25 kg/m2的患者的120 kV图像采集具有相似的图像质量，且降低了辐射剂量和对比剂用量。虽然降低的管电压可以维持冠状动脉的CNR，但是增加的噪声对斑块分析的影响仍不确定。低衰减斑块是急性冠脉综合征的危险因素[22]，低管电压对斑块形态分析的影响有待进一步研究。

本研究有以下几个局限性：① 未用冠脉DSA来检验诊断的准确性。本研究的目的是评估不同采集方式的图像质量及辐射剂量；② 心率超过75 次/min的患者被排除在本研究之外，有必要进行更大数据的进一步研究。

综上所述，针对心率低于75 次/min的患者，采用第二代320排容积CT特有的Target CTA扫描模式与传统宽时相采集的前瞻性心电门控扫描模式相比，在保持主客观图像质量的前提下，以75%为中心的最小曝光时间窗可以减少辐射剂量。由于使用口服和静脉注射β-受体阻滞剂的大多数患者心率很容易控制在75 次/min以下，因此本研究的结果有利于更多的患者接受更低辐射剂量的Target CTA扫描模式进行冠状动脉CTA血管成像。