320排容積CT冠狀動脈成像低劑量掃描技術的臨床應用

蔡楚逸，曹國全，胡浩，張輝，葉小合，楊建濤，吳恩福

（溫州醫科大學附屬第一醫院 放射科，浙江 溫州 325015）

隨著現代經濟的發展及社會的進步，近年來冠狀動脈疾病的發病率及病死率呈逐漸升高趨勢，據調查，大約每一分鐘便會有一個美國人死于冠心病[1]。在中國，冠心病的發病率雖低于發達國家，但發病率仍以每年1.7%的速度在增長[2]。冠狀動脈CT血管造影（CTA）檢查作為一種無創性檢查，能顯示冠狀動脈內斑塊、鈣化及狹窄率，因此也越來越廣泛地被運用于臨床。利用64排多層螺旋CT掃描冠狀動脈輻射劑量較高，約為8～16 mSv[3]，而320排容積CT以其特有的前瞻性心電門控掃描模式，可以在一個心動周期中完成整個心臟的數據采集，有效地降低了輻射劑量。另外，采用ECG管電流調制的脈沖式曝光技術，對比高度重疊掃描的回顧性心電門控掃描，亦可減少對患者的輻射。本研究的目的在于探討320排容積CT前瞻性心電門控技術及ECG管電流調制掃描技術在圖像成像質量及降低掃描劑量方面的差異。

1 資料和方法

1.1 一般資料 對2013年1月至4月我院臨床擬診為冠心病的97例患者行冠狀動脈CT檢查。排除標準為嚴重心率不齊、冠狀動脈搭橋、碘對比劑過敏、嚴重肝腎功能不全及屏氣失敗者。97例患者按先后順序隨機分組，53例患者為常規組（A組）行ECG管電流調制掃描，44例患者為低劑量組（B組）行前瞻性心電門控掃描。兩組患者的性別、年齡、心率、體質量指數（body mass index，BMI）均具有良好的一致性（見表1）。

表1 兩組行320排CT檢查患者的基本資料比較（±s）

表1 兩組行320排CT檢查患者的基本資料比較（±s）

組別 n 性別 心率（次/min）BMI（kg/m2）年齡（歲）男女A組 53 34 19 70±13 24±3 56±10 B組 44 27 17 67±13 23±3 58±10 t 0.080 -1.050 -0.672 0.884 P 0.777 0.296 0.503 0.379

1.2 檢查方法 所有檢查均在320排CT（東芝Aquilion one動態容積CT）上進行，監測患者心率及血壓，檢查前3～5 min囑患者舌下含服硝酸甘油，對于心率較快（＞90次/min）且無β受體阻滯劑禁忌者，囑檢查前1/2 h至1 h服25 mgβ受體阻滯劑（倍他樂克）。對所有患者進行呼吸訓練，根據機器指示吸氣后屏氣。檢查時患者取仰臥位，粘貼電極并連接心電監護，掃描范圍為16 cm，自氣管隆嵴下1 cm至心底。使用雙筒高壓注射器（Medrad，Stellant）經肘靜脈注入非離子對比劑碘帕醇（370 mgI/mL）50 mL，流率5.0 mL/s。注射完畢后以同樣流率注入0.9%氯化鈉溶液20 mL。分別采用前瞻性心電門控及ECG管電流調制方案，管電壓設為120 kV，管電流的大小根據患者的體型自行調節，參考范圍為200～450 mA。對于前瞻性心電門控掃描的患者，當心率≤70次/min時，設置采集一個心動周期，采集時相為R-R間期70%～80%之間；當心率＞70次/min時，設備自動采集兩個或多個心動周期，采集時相為R-R間期在35%～80%之間。而采用ECG管電流調制掃描的患者，在65%～85% R-R間期運用100%管電流輸出，而其他時相為25%的管電流輸出[4]。增強掃描應用SureStart造影劑追蹤技術。設定降主動脈的閾值為180 HU，掃描后把數據導入Vitrea Advanced6.3工作站進行后處理重建圖像，行多平面（multiplanar reformation，MPR），容積再現（volume rendering，VR），最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及曲面重組（curved planer reformation，CPR），并均采用第三代迭代重建算法（third-generation iterative recon struction，AIDR 3D）重建。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 主觀評價：由兩名經驗豐富的高年資放射科醫生進行盲法評估，意見不一致時協商決定。根據美國心臟協會的15段冠狀動脈分法，評價直徑＞1.5 mm的冠狀動脈[5]。評分為1～4分：4分：優秀，無偽影，邊界清晰；3分：良好，輕度偽影，較為清晰；2分：尚可，中度偽影，血管輕度中斷；1分：無法診斷。

1.3.2 客觀評價：信號強度（signal intensity，SI）采用升主動脈根部平均CT值表示，升主動脈根部的CT值的標準差（standard deviation，SD）作為圖像噪聲，測量左室心肌CT值（SI1），采用信號噪聲比（signal to noise ratio，SNR）及對比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）對圖像質量進行評估。將感興趣區ROI置于冠狀動脈左主干開口同一層面的升主動脈根部，盡量避開鈣化，感興趣區的面積根據患者具體情況設為300～600 mm2。圖像的CNR及SNR的計算公式[6-7]如下：SNR=SI/SD；CNR=（SI-SI1）/SD。用此方法算出兩組資料的SI、SD、SNR及CNR。

1.4 有效劑量評價 記錄每例患者的劑量長度乘積（dose length product，DLP）并計算有效劑量，有效劑量（effective dose，ED）的計算公式：ED=DLP×K系數（胸部的K系數為0.014）[8]。

1.5 統計學處理方法 采用SPSS 17.0統計學軟件進行統計學分析。數據以±s形式表示。年齡、BMI、心率、SI、SD、SNR及CNR的組間比較均采用兩樣本獨立t檢驗。輻射劑量按掃描圈數的不同進行分組比較，同樣進行兩獨立樣本t檢驗，冠狀動脈圖像質量總體評分采用Mann-WhitneyU檢驗。所有數據均為雙側檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 有效輻射劑量比較 有效輻射劑量A組平均為（8.66±3.67）mSv，B組為（3.99±2.42）mSv，B組劑量明顯低于A組（t=-7.23，P＜0.05），較A組減少54%。大部分患者采集了2個心動周期，只有2例患者采集了4個心動周期，掃描1個或2個心動周期時A、B兩組劑量差異有統計學意義（P＜0.05），在掃描3個及以上的心動周期時差異無統計學意義（P=0.103）。A組中掃描2個與3個及以上心動周期的劑量與患者BMI相關性高（r=0.704，P＜0.05；r=0.693，P=0.004），B組中各個心動周期與患者BMI相關性低于前者。見表2。

表2 兩組320排CT檢查患者的有效輻射劑量比較（±s，mSv）

表2 兩組320排CT檢查患者的有效輻射劑量比較（±s，mSv）

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圖1 A組某患者冠狀動脈CT血管造影圖像

2.2 兩組圖像質量比較 主觀圖像質量評分：A組與B組圖像質量組間對比差異無統計學意義（見表3）。A組圖像評分為3分及4分的節段數為92.4%（599/648），B組為92.9%（501/539），兩組對比差異無統計學意義（Z=-0.357，P=0.721）。兩組特征性圖像見圖1-2。圖像質量評分（為1分及2分）較差的血管，A組為0.2%（49/648），B組為0.3%（38/539），差異無統計學意義（Z=-0.812，P=0.417）。客觀圖像質量分析見表4，A組與B組的SI、SD、SNR、CNR差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表3 兩組320排CT檢查患者的主觀圖像質量評分 n（%）

表4 兩組320排CT檢查患者的客觀圖像質量參數（±s）

表4 兩組320排CT檢查患者的客觀圖像質量參數（±s）

組別 n SI（HU） SD SNR CNR A組 53 433.4±82.5 22.1±6.2 20.7±5.7 16.6±5.0 B組 44 436.1±94.7 21.5±4.9 20.9±5.5 16.9±4.7 t 0.153 -0.522 0.240 0.311 P 0.879 0.603 0.811 0.757

3 討論

CTA冠狀動脈檢查以其方便、快捷、無創等優點，已在臨床上得到廣泛應用，但普通螺旋CT受探測器寬度限制，需多次重疊掃描拼接成像，故掃描時間長，輻射劑量大。320排容積CT擁有16 cm寬的探測器，一圈掃描即可覆蓋整個心臟，消除了移動偽影和錯層偽影的影像，無需多次螺旋采集及重疊重建，大大提高了時間分辨率，使掃描時間縮短至0.35 s，減少了患者屏氣時間，同時降低了患者的輻射劑量。

CT掃描中，當管電壓及曝光時間不變時，輻射劑量與管電流大小呈正比，但降低管電流勢必導致圖像量子噪聲的增加，故需在滿足圖像診斷的條件下適當降低管電流。ECG管電流調控技術是冠狀動脈掃描低劑量技術之一，其原理是根據患者心動周期的不同時相調節管電流的大小及輸出功率。由于心功能的評估不需要很高的空間分辨率，而冠狀動脈的分析需要高分辨率圖像，所以在需獲得冠狀動脈圖像信息的期相采用高電流，而獲取心功能的期相采用低電流。如此只對特定的時間窗采用全量（為100%）管電流輸出，而其余時相管電流減至原來的25%，這樣既可以實現心功能的評價，又大大降低了放射劑量。本研究A組平均劑量為（8.66±3.67）mSv，據文獻報道，使用ECG管電流調制技術可使劑量減少37%～40%[9]。前瞻性心電門控技術相比ECG管電流調制技術，只對預選的特定時相進行采集，并采取步進式掃描，故放射劑量更低，有學者專門采用前瞻性心電門控法對64排雙源CT、128排雙源CT與320排CT劑量做了對比，平均劑量分別為（4.2±1.9）mSv，（4.1±0.6）mSv，（3.8±1.4）mSv，相比之下320排CT最優[10]。對比于高度重疊，連續曝光掃描的一般回顧性心電門控技術，ECG管電流調控技術及前瞻性心電門控技術在降低劑量方面均具優勢。本研究將前瞻性心電門控掃描與ECG管電流調制掃描從主觀與客觀圖像質量評價進行對比發現，無論是高心率或低心率，前瞻性掃描均能獲得較好質量的圖像。A組圖像CNR為16.6±5.0，B組CNR為16.9±4.7，兩組對比差異無統計學意義（t=0.311，P＞0.05）。當只采集1個心動周期時，平均劑量為（1.89±0.87）mSv，其中有3例BMI均小于24 kg/m2，心率小于70次/min的病例劑量小于1 mSv，所以非肥胖且低心率患者采用前瞻性掃描，完全可以將輻射劑量降至1 mSv以下[11]。當掃描3個及以上心動周期（高心率患者）時，兩組劑量差異無統計學意義（t=-1.172，P＞0.05），所以對于高心率患者，為了滿足心功能的評價需要，選擇ECG管電流調制掃描更佳。

圖2 B組某患者冠狀動脈CT血管造影圖像

在行冠狀動脈檢查時，除了不同掃描方式的選擇，其他因素也可影響到劑量。在本組資料中，隨著患者心率的增加，平均冠狀動脈節段評分呈下降趨勢（r=-0.244，P＜0.05）。當患者心率≤70次/min時，設備自動采集一個心動周期，當心率＞70次/min時，采集兩個或多個心動周期。通過對比不同心動周期掃描的劑量發現，掃描的心動周期增加，患者的劑量將加倍，本組心率≤70次/min行前瞻掃描劑量較心率＞70次/min劑量減少64%，故對于高心率的患者，掃描前服用β受體阻滯劑可以安全地降低心率，從而減少輻射[12]。其次，BMI也與患者輻射劑量有關，BMI越大，劑量會相應增大。因為肥胖體型會增加管電流的輸出，從而導致劑量增加，隨著BMI的增加，圖像噪聲也隨之增大。此外，本研究的圖像重建均采用AIDR 3D算法，其通過循環迭代重建域內數據降低圖像噪聲，1 min內最多可處理50張圖像，相比傳統的濾波反投影算法，可以有效降低劑量，提高圖像質量[13]。

前瞻性心電門控技術以其高時間分辨率，高圖像分辨率的優勢，減少了患者的掃描偽影和放射劑量，有研究表明，前瞻性掃描選擇70%、80%及40%三個相位窗可有效獲得滿意的圖像質量[14]。但前瞻性心電門控技術仍有缺陷，由于只對心動周期的特定時相進行脈沖式曝光，即在低心率時選擇舒張期曝光，高心率時選擇收縮期曝光，那么就無法采集整個心室數據，進行心功能的評價與分析，而且對于心律嚴重不齊的患者只能在一定范圍內掃描，較難控制圖像質量。相比之下，ECG管電流調制掃描可以降低管電流，又不影響心功能分析，其不足在于管電流的變化需要較長的R-R間期。當心率過快，R-R間期過短時，最高毫安輸出可能來不及降至最低便被下一個R波觸發上升，甚至未及下降就恢復至最高，故當心率過快時，ECG管電流調制對于劑量的降低會大打折扣[15]。

綜上所述，320排容積CT利用ECG管電流調控技術可以降低劑量，獲得良好的診斷圖像，并可同時進行心功能分析。而利用前瞻掃描可以進一步減少劑量，但其對心率要求相對較高，故檢查前可以常規服用β受體阻滯劑來降低心率，這樣可以使其更廣泛地運用于臨床。但本研究也有不足之處，首先收集的病例數相對較少，再者沒有對冠狀動脈狹窄的準確率與金標準的冠狀動脈造影進行對比評估，也沒有對比回顧性心電門控與兩組的掃描劑量，故有待今后更多樣本量的收集及進一步完善相關檢查進行研究。

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