双低扫描在冠状动脉CT血管成像的研究进展

王甜，张卫，曹治婷，肖运平

1.广西医科大学附属柳州市人民医院 放射科，广西 柳州 545006；2.广西医学影像临床重点专科，广西 柳州 545006；3.柳州市分子影像重点实验室，广西 柳州 545006

引言

随着我国经济的快速发展，暴饮暴食和存在不健康生活方式的人群日益增多，使冠心病的发病率和死亡率不断提高[1]。目前冠状动脉造影（Coronary Angiography，CAG）是诊断冠心病的“金标准”，但其有创、费用高和显示斑块性质及累积范围有限的缺点，使其临床应用受到较大限制。冠状动脉CT成像（Coronary CT Angiography，CCTA）因快速、准确、无创等特点，已成为筛查、诊断冠心病的有效方法之一[2-3]。随着CCTA 检查在临床上的广泛应用，其高辐射致癌风险和碘对比剂不良反应等问题受到人们的密切关注。可降低辐射剂量和对比剂用量的双低扫描CCTA 逐步成为目前的研究热点，该技术可在保证诊断效能前提下，有效降低辐射剂量和对比剂用量。本文对双低扫描在CCTA 中的应用及研究进展进行综述，以期为冠状动脉疾病的临床诊断提供参考。

1 CCTA的发展史

2000 年，Becker 等[4]首次运用4 层螺旋CT 成功扫描出冠状动脉，但时间分辨力不足导致其临床应用受限。随着影像设备探测器排数和宽度的增加，时间分辨力、空间分辨力的升高，多层螺旋CT 已经成为一种无创性筛查和诊断冠心病的常用手段。近年来，后64 排高端CT（128 排、256 排、320 排、双源CT 及宝石CT）设备大量装机，为高清、低剂量提供了硬件基础，使得CCTA 临床应用更加广泛[5-8]。

2 CCTA的临床应用

2.1 冠状动脉解剖结构变异的诊断

在1.3%的先天性冠状动脉异常患者中，约20%可引起不同程度的心肌缺血，极易引发猝死[9]。冠状动脉起源和走形异常较为常见（同侧或异侧冠状窦、高位起源、心肌桥等）。CAG 对患者变异血管的显示和医师操作均较困难，故不作为冠脉结构变异的首选检查方法。多排螺旋CT 血管成像的容积三维重建技术、多平面重建技术能更好地提供整个冠状动脉树解剖结构信息、管腔内狭窄及斑块情况，对疾病诊断和解剖结构变异显示等方面具有重要的临床意义。

2.2 冠状动脉粥样硬化斑块的评估

CCTA 对评价冠状动脉管腔狭窄、斑块形态和成分组成，特别是识别易损斑块具有很高的临床应用价值[10]。目前，必须在CAG 基础上进行的血管内超声是诊断冠状动脉斑块病变的参考标准，其与CCTA 相比，存在有创、副作用多等缺点[11-13]，不作为首选检查方法。国内外研究显示，CCTA 对评价急性冠状动脉综合征患者斑块形态与成分组成具有较高的准确性[14-15]。

2.3 冠状动脉狭窄病变的评估及支架置入术后随访

64 排及以上CT 能清晰显示冠状动脉及其细小分支、血管畸形、斑块位置及形态以及血管腔的狭窄程度，CCTA 能确切地显示冠状动脉中重度狭窄，冠状动脉狭窄程度＞50%病变的检测敏感度为83%～87%，特异性为95%～97%[16]。随着影像设备更新换代，后64 排高端CT 的大量应用，空间分辨率和时间分辨率提高，冠状动脉狭窄病变的评估将更加准确。特别是支架置入术后随访，宝石CT 和东芝320 排高端的技术可以清晰显示支架位置和形态，还能对支架内有无内膜增生和血栓形成进行直观地观察。梁文娇等[17]根据研究、随访、统计学得出结论，CCTA 诊断支架腔内再狭窄的敏感度为88.9%（16/18），特异性为100%（90/90），阳性预测值为100%（16/16），阴性预测值为97.8%（90/92），诊断准确率为98.1%（106/108）。说明CCTA 的临床应用有广阔的前景。

3 双低技术的意义与方法

3.1 双低技术的意义

现代CT 最佳的状态是图像质量与患者所受辐射剂量和碘摄入量达到最佳融合[18]。CT 扫描能为确诊疾病提供重要的影像学信息，但过量辐射可诱发多种癌症。报道指出，辐射剂量每增加1 Sv，癌症发生率上升约4.1%[19]。随着影像技术硬件和软件的不断发展，以往高浓度、高流率、大剂量的对比剂给患者造成很多潜在风险的注射方案已不适用[20]。因此，在满足诊断需求前提下，双低技术的应用势在必行。

3.2 双低技术扫描方法

3.2.1 降低辐射剂量

降低辐射剂量的方法包括降低管电压、管电流、曝光时间、采集时相和Z 轴的覆盖范围等。其中最为显著的是降低管电压，因为根据辐射剂量的公式可知，管电压与辐射剂量平方成正比，而且由于光电效应，降低管电压能增加对比剂CT 值，从而为降低碘对比剂用量提供基础。陈玉环等[21]把患者分为管电压70 kV 和管电压100 kV 两组行CCTA 检查时发现，70 kV 组辐射剂量较100 kV 组大幅度降低，碘对比剂用量也减少约50%。李万江等[22]运用管电压80 kV 与100 kV 比较，辐射剂量降低约51.1%。早期降低辐射剂量主要是通过降低管电流，但管电流降低会引起密度分辨率下降，噪声值增加，使图像信噪比和对比信噪比下降，对图像质量有一定影响。前门控预设采集时相轴扫，可有效降低辐射剂量[23]，但其对心率要求较高。由于CCTA 检查只在胸部的心脏位置曝光，心脏扫描长度是（Z 轴覆盖范围）影响放射辐射剂量的重要因素，根据放射辐射剂量公式，限制Z 轴的容积扫描长度是降低放射辐射剂量的一个重要措施。Leschka 等[24]发现CCTA 利用钙化积分横断位图像制定冠状动脉扫描长度，比常规CCTA 利用定位像制定冠状动脉扫描长度减少了21 mm，有效辐射剂量降低了16%。王甜等[25-26]通过对心脏不同屏气方式位置变化情况进行研究，发现平静呼吸下屏气方式可以缩短容积扫描长度，从而有效减少辐射剂量，而图像质量没有改变。

3.2.2 降低对比剂碘量

对比剂肾病、对比剂渗漏和过敏反应等的发生率与对比剂的剂量、注射速率成正相关，尤其是CTA检查需要大量高浓度对比剂，且注射速率快，发生不良反应的概率更高[27]。影像设备探测器的排数和宽度增加，时间分辨率和密度分辨率的提高，更低的管电压为低对比剂碘量扫描提供了硬件基础。目前，学者大多通过降低管电压来减少对比剂碘量。如马燕辉等[28]将拟行CCTA检查的60例体质量指数（Body Mass Index，BMI）＜30 kg/m2的患者随机分为试验组与对照组，试验组采用100 kV和基于BMI的对比剂注射方案：流速（mL/s）=体重（kg）×0.6（mL/kg）/10 s，对比剂用量=流速×10 s（心率＜75 次/min）；流速×11 s（75 次/min≤心率＜90 次/min）；流速×12 s（心率≥90 次/min）。对照组采用120 kV和常规固定流速以及对比剂用量（流速5 mL/s，对比剂总量75 mL）。结果显示与对照组相比，试验组单个患者对比剂用量平均减少37.07%，而图像质量没有受到影响。Luan等[29]把研究对象分为2组，对照组采用120 kV，高压注射器以4 mL/s速率注射50 mL对比剂，而实验组采用80 kV，高压注射器以5 mL/s速率注射18 mL对比剂，超低的注射剂量与传统方案相比，提供了相当的图像质量和诊断效能。

3.2.3 迭代重建技术

滤波反投影作为一种传统CT 图像重建的主要算法，运算简单、速度快，但对噪声和伪影敏感，故其无法消除降低扫描条件引起的噪声，从而影响影像诊断效果。早期，迭代重建技术因计算量大、重建时间长，无法广泛应用。随着计算机技术飞速发展，计算能力和速度的提升，迭代重建技术因降低图像噪声、改善图像质量等优点已成为当今CT 主流的图像重建算法。各CT 生产厂商都有自己的迭代算法：如GE 的ASiR 和TrueFidelityTM、Phillip 的iDose 和IMR、Siemens 的SAFIRE、佳能（东芝）的AIDR、IRE 云迭代和AiCT深度学习重建等。詹鹤凤等[30]、Wang 等[31]研究指出，低管电压结合深度学习重建算法，可在大幅度减少辐射剂量的同时降低碘对比剂用量，而诊断效能未受影响。

4 双低技术联合迭代重建技术在CCTA中的临床应用现状和进展

图像质量与患者所受辐射剂量和碘摄入量之间的平衡点是现代CT 应用中研究的热点。成水华等[32]利用64 排螺旋CT 行70 kV，55 mL 碘对比剂（300 mgI/mI）结合Karl 3D迭代技术的CCTA检查，辐射剂量降低约72%，碘摄入量减少21.4%。赵英华等[33]建立体外模型，研究不同管电压、不同管电流、碘克沙醇注射液（270 mgI/mL）和0.9%氧化钠溶液稀释不同的碘浓度下行CCTA检查，结果显示80 kV时有效剂量较100 kV及120 kV分别下降47.80%和65.84%，设定固定管电压为80 kV，改变管电流大小，或设定固定管电流105 mA改变管电压大小时，不同碘浓度对图像质量评分没有统计学意义。因此，在不影响图像质量前提下，用0.9%氧化钠溶液稀释碘克沙醇注射液（270 mgI/mL），行128排螺旋CT双低扫描结合迭代重建的方案是可行的。詹鹤凤等[30]和Wang等[31]同样通过降低管电压减少辐射剂量和碘摄入量，并通过迭代重建技术减少噪声，提高图像质量。充分说明双低技术联合迭代重建技术是目前的研究主流方向，可作为CCTA的首选检查方式。

随着影像技术飞速发展，新型迭代重建技术的不断更新，CCTA 的双低扫描将有更广阔的前景。如文雨婷等[7]的研究，通过新型深度学习图像重建算法强大的除噪声功能，在保证图像质量的前提下，可用更低的辐射剂量（70 kV）和对比剂用量（16 mL）来满足临床需求。刘珮君等[34]用人工智能结合迭代算法（Clearview+50%）进行图像优化处理应用于大体型患者（BMI＞26 kg/m2）的CCTA 检查：图像主动脉根部、左主干开口、左前降支中段、左回旋支中段及右冠状动脉中段的噪声分别比单迭代算法（Clearview+50%）降低了68.36%、45.89%、28.41%、32.49%和31.25%，而且图像信噪比、对比信噪比和主观评分更优。证明人工智能图像优化算法可有效提高大体型患者低剂量的冠状动脉图像质量，为大体型患者优化的CCTA 检查提供了新思路和新方法。贾紫珺等[35]对BMI ≤30 kg/m2患者行CCTA 检查，采用70 kV 管电压及低对比剂用量和流速结合高级迭代重建算法，在亚毫希沃特条件下得到常规剂量方案的诊断效能。充分说明双低技术结合迭代算法具有很广阔的前景。

5 结论与展望

随着人民生活水平不断提升，健康意识增强，CCTA 的检查不断增多，CT 检查所带来的辐射和碘对比剂不良反应问题日益受到重视。在满足诊断需求前提下，更低辐射剂量和更低碘摄入量的双低技术将有更广阔的运用前景，迭代重建技术的除噪声优点是双低技术的强力后盾。期待未来随着CT 硬件和软件技术的进一步发展，能够在图像质量和降低碘摄入量、更低辐射剂量三者间找到更好的平衡点，制定出更合理的个性化方案，为广大检查者的健康提高更多保障。