低輻射劑量掃描聯合低劑量造影劑在320排容積CT冠脈成像中的應用

祝紅線 李相生* 馮 瑞 姜 宏 王 萍方 紅 樊紅霞

低輻射劑量掃描聯合低劑量造影劑在320排容積CT冠脈成像中的應用

祝紅線①李相生①*馮 瑞②姜 宏③王 萍①方 紅①樊紅霞①

目的：探討低輻射劑量掃描聯合低劑量造影劑技術在320排容積CT冠脈成像中的可行性。方法：選取在醫院進行冠狀動脈CT血管造影(CTA)成像的60例患者，所有患者均接受320排動態容積CT的冠脈CTA檢查與復查，檢查時均行常規掃描模式+常規劑量造影劑方法；復查時均行低管電壓、自動管電流調制掃描模式+低劑量造影劑的方法(低劑量聯合掃描)，掃描數據均采用自適應統計迭代(ASIR)的重建算法。對比分析兩種方法冠狀動脈成像圖像質量的CT值、噪聲、信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)以及有效輻射劑量(ED)。結果：低劑量聯合掃描方法其冠狀動脈主支血管強化CT值高于常規檢查，兩種方法比較差異有統計學意義(t=4.212，P＜0.05)；噪聲、SNR和CNR差異及圖像質量主觀評分比較均無統計學意義(t=1.771，t=0.426，t=1.633，t=1.956，t=-0.880，t=-0.849，t=-1.756，t=-1.252，t=1.240， t=0.184， t=-1.731， t=-0.911， t=-1.950，P＞0.05)。常規掃描方法符合診斷需求的節段數占99.9%(899/900)，低劑量聯合掃描方法符合診斷需求的節段數占99.8%(898/900)。兩種掃描方法有效輻射劑量(ED)常規掃描為(24.9±8.4)mSv，高于低劑量聯合掃描(10.2±2.6)mSv，兩種掃描方法比較差異有統計學意義(t=-6.078，P＜0.05)。結論：320排CT冠狀動脈血管成像中低管電壓、自動管電流調制掃描模式聯合低劑量造影劑技術在保證圖像質量的同時可降低患者的輻射劑量和造影劑用量。

320排CT；輻射劑量；造影劑用量；冠狀動脈CT血管造影；圖像質量

冠狀動脈CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)已成為快速、準確診斷冠心病的無創性檢查方法。然而，輻射劑量問題和造影劑使用的副作用隨之伴行。冠狀動脈CTA的輻射劑量高于傳統的血管造影，近年來有報道，患者每增加10 mSv的輻射劑量，致死率將增加0.04%[1-3]。同時，造影劑劑量是導致造影劑腎病(contrast induced nephropathy，CIN)的重要危險因素之一。CIN發生的概率主要取決于患者接受的碘量，減少造影劑劑量可降低CIN的發生率[4]。因此，如何在保證圖像質量同時降低輻射劑量與造影劑劑量已成為當前研究的熱點與重點，以寬探測器為特性的320排CT提供了降低冠脈成像輻射劑量并減少造影劑劑量的可能。本研究通過對比同一患者在不同時間進行的冠狀動脈成像檢查與復查兩組掃描方案，探討320排CT冠狀動脈成像中低管電壓、自動管電流調制掃描模式聯合低劑量造影劑技術臨床應用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性選取2010年5月至2016年12月在空軍總醫院進行冠狀動脈CTA檢查的60例心血管疾病患者，其中男性38例，女性22例；年齡42～84歲；平均體重指數為24.5(20～28)；心率46～90次/min。所有患者復查時樣本數據相同，患者檢查時與復查時采用不同的掃描模式及造影劑用量，其余條件均相同。60例患者檢查時采用常規固定掃描技術，復查時采用低管電壓＋自動管電流調制掃描模式聯合低劑量造影劑技術進行掃描，復查其冠脈情況。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①臨床擬診斷為冠心病患者；②接受過冠脈CTA檢查與復查的患者。

(2)排除標準：①對碘造影劑過敏者；②嚴重心律不齊者；③嚴重心臟、肝臟與腎功能不全的患者。

1.3 儀器設備及掃描方法

(1)采用東芝Aquilion one動態容積320排CT(日本東芝公司)。

(2)常規掃描方法。采用回顧性心電門控掃描方案，管電壓120 kV、管電流為450 mAs，探測器為320排，采用回顧性心電門控掃描整個心動周期時相。

(3)低劑量聯合掃描方法。患者復查時采用每周旋轉時間為350 sm，采用個性化的前瞻性心電門控掃描方案，設置管電壓100 kV、管電流智能自動調制，同時根據心臟大小調節掃描范圍及探測器的排數，掃描時間為心動周期時相70%～80%；

(4)患者檢查前5 min舌下含服硝酸甘油0.25 mg以擴張冠狀動脈血管。造影劑的用量和流率低劑量聯合掃描根據患者體重指數(body mass index，BMI)制定；常規掃描以6 ml/s的流率注射60～80 ml造影劑用量。兩種掃描方法均使用雙筒高壓注射器注射非離子型造影劑憂維顯350 mg I/ml和后續生理鹽水20～30 ml；采用Sure-Start造影劑示蹤技術，當胸主動脈達到閾值后自動啟動掃描。兩種掃描方法除管電壓、管電流和造影劑用量外，其余掃描條件都一致。兩種掃描方法的圖像均采用自適應迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)算法重建圖像。

1.4 輻射劑量測量方法

記錄兩種掃描方法患者檢查時機器生成的劑量長度乘積[dose-length product，DLP(mGY/cm0)]，有效劑量[ED(mSv)]換算為公式1：

式中C為換算因子，采用歐洲CT質量標準指南提出的胸部平均值0.017，計算兩組ED均值。

1.5 數據與圖像分析

(1)掃描結束后將數據導入Vitrea fx工作站進行圖像重建和處理。預覽心動周期30%～80%或0～100% R-R間期的各組圖像(間隔10%)，選擇右冠狀動脈最清晰的期相、重建最佳冠狀動脈血管，對圖像質量進行評價。

(2)圖像主觀評價。對重建后VR圖像進行整體主觀評價。動脈的分段根據美國心臟協會(American Heart Association，AHA)分類指南將冠狀動脈分為15段，評價所有直徑≥1.5 mm的冠狀動脈節段[5]。全部患者冠狀動脈影像由2名有心臟影像診斷經驗的影像科高年資醫師(均具有5年以上冠狀動脈CTA診斷經驗)采用雙盲法對圖像質量進行主觀評分。根據VanHoe等[6]推薦的評分標準，將重建的冠狀動脈圖像質量分為5個等級：①5分，血管質量優秀，血管邊緣光滑銳利，無錯層偽影或血管中斷；②4分，血管質量好，血管邊緣清晰，有極輕微的噪聲或偽影；③3分，血管質量一般，血管有輕度搏動偽影，血管情況不影響評價；④2分，血管質量欠佳，血管有中度搏動偽影或血管中斷，血管情況尚能評價；⑤1分，血管質量差，血管輪廓模糊不清或有嚴重搏動偽影，血管情況無法評價。

(3)圖像客觀評價。分別測量主動脈(aorta，AO)根部、左冠狀動脈主干(left main，LM)、左前降支(left anterior descending，LAD)、左回旋支(left circumflex artery，LCX)、右冠狀動脈(right coronary artery，RCA)近端(血管離出口1cm以內)脂肪的CT值、標準差(standard deviation，SD)、圖像噪聲、信噪比(signal noise ratio，SNR)、對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)，測量過程中感興趣區域(region of interest，ROI)盡可能避開斑塊、鈣化及血管狹窄處。由1名具有豐富診斷經驗的高年資醫師在工作站上測量LM、LAD、LCX、RCA近端(血管離出口1cm以內)血管腔內的CT值、SD值及血管周圍(血管周圍1cm以內)脂肪的CT值、SD值。計算以上血管的SNR為公式2：

計算以上血管的CNR為公式3[7]：

最后將CT值、SD、SNR、CNR進行統計分析。將ROI標注于 AO根部，LM、LAD、LCX及RCA近段，AO根部ROI為100 mm2，其他部位ROI均為2 mm2，窗寬(WW)為800，窗位(WL)為100。觀察組和對照組的測量方法、ROI位置、大小均一致。

1.6 統計學方法

采用SPSS 13.0軟件，對患者兩種掃描方法的冠狀動脈主支血管強化CT值、噪聲、SNR值、CNR值、DLP和ED均以平均值±標準差(x-±s)表示并進行比較，采用配對t檢驗。所有條件均為雙側檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

表1 60例患者兩種掃描方法圖像質量節段評分(%)

表2 兩種掃描方法對60例患者RCA、LM、LAD、LCA的噪聲、SNR及CNR比較(x-±s)

2 結果

2.1 圖像質量評價與比較

2.1.1 主觀評價結果

兩種掃描方法各有900(15×60)個冠狀動脈節段，依據直徑大小分為可評估(＞1.5 mm)及不可評估(≤1.5 mm)節段。兩種掃描方法圖像質量節段評分差異無統計學意義(x2=0.674，P＞0.05)，見表1。

2.1.2 客觀評價結果

兩種掃描方法對60例患者檢查，其CT值、RCA、LM、LAD、LCA的CT值、噪聲、SNR和CNR評價結果，除冠狀動脈主支血管強化CT值復查時使用的方法為(578.3±113.5)HU、＞常規檢查方法的(485.8±76.6) HU以及差異有統計學意義(t=4.212，P＜0.05)外，其噪聲、SNR和CNR差異均無統計學意義(t=1.771，t=0.426，t=1.633，t=1.956；t=-0.880，t=-0.849，t=-1.756，t=-1.252；t=0.184，t=-1.731，t=-0.911，t=-1.950；P＞0.05)，見表2。

2.2 同一患者不同掃描模式所顯示的輻射劑量結果

兩種掃描方法CTDIvol、DLP、ED，常規掃描明顯高于低劑量聯合掃描，兩種掃描方法比較差異有統計學意義(t=-12.486，t=-6.078，t=-6.078；P＜0.05)，見表3。

表3 兩種掃描方法輻射劑量的比較(x-±s)

2.3 圖像分析

雙低掃描與常規掃描模式+ASIR的重建方式，首次常規掃描：前降支的CPR圖像，顯示患者前降支中斷肌橋，近端軟斑塊，管腔狹窄40%～50%。2年后雙低掃描模式復查，前降支的CPR圖像顯示近段多發混合斑塊，管腔多發中度狹窄，最狹窄程度為50%～60%(如圖1所示)。

圖1 雙低掃描與常規掃描模式+ASIR的重建圖像

3 討論

冠狀動脈CTA檢查已成為冠心病的一項重要的無創性檢查手段。但檢查時對患者的潛在輻射損傷日益引起重視[8]。國際放射防護委員會倡導合理控制輻射劑量的原則[9]要求CT檢查在滿足診斷需求圖像質量的前提下，盡可能降低輻射劑量，既能滿足CT診斷又能將輻射劑量降到最低，已經成為國內外研究的熱點[10]。同時，造影劑對腎臟的毒性作用與用量有關，降低造影劑用量，從而降低造影劑使用所可能帶來的風險，本研究應用低管電壓(100 kV)、自動管電流調制掃描模式聯合低劑量造影劑技術，極大降低輻射劑量與造影劑用量。

3.1 低管電壓可降低輻射劑量增加單位含碘組織CT值

管電壓代表的是X射線穿透力，輻射劑量與管電壓的平方成正比。在CT增強掃描中，由于碘在原子序數排列中的特性，適當降低管電壓可以增加強化后血管CT值，從而增加血管與周圍血管的密度對比度，進而補償低管電壓引起的噪聲增高。因此，管電壓從120 kV降至100 kV，不但可以有效降低患者的輻射劑量，還可以增加單位含碘組織的CT值，提高增強程度。

3.2 自動管電流調制掃描模式

低劑量聯合掃描方法根據掃描過程中患者身體的體積、身體不同部位的衰減特性，掃描過程中自動進行管電流調制來降低曝光劑量。管電流與輻射劑量呈線性關系，管電流調制較固定電流掃描進一步降低曝光劑量，但是同時噪聲會增加，噪聲的增加無疑會降低組織信噪比。管電流降低主要影響低對比分辨力，使低對比組織(如腦、肝臟)的圖像質量明顯下降，而對高對比器官(如肺、骨)的影響作用則不明顯，CTA檢查通過注入造影劑而使低對比靶血管成為骨組織更加明顯的高對比臟器，從而耐受噪聲對其圖像質量的影響[11]。

本研究顯示，利用100 kV管電壓、自動管電流調制掃描模式的低劑量聯合掃描方法與常規掃描方法進行比較，在客觀評價的研究中，冠狀動脈主支血管強化CT值低劑量聯合掃描方法＞常規掃描方法，兩種掃描方法比較差異有統計學意義，兩種掃描方法的噪聲、SNR、CNR比較差異無統計學意義。兩種掃描方法的ED，低劑量聯合掃描方法為(10.2±2.6)mSv，常規掃描方法為(24.9±8.4)mSv；低劑量聯合掃描方法CTDIvol、DLP值、ED值明顯低于常規掃描方法，兩種掃描方法比較差異有統計學意義。

3.3 造影劑劑量的優化

使用低管電壓，能增加單位含碘組織的CT值。相應提高增強程度。隨著管電壓的降低，碘造影劑較周圍組織衰減程度明顯，強化的血管與周圍骨組織間的對比加強，同時要達到與常規血壓同樣的強化效果，在圖像增強程度不變的條件下，可以減少碘的攝入量。造影劑劑量的減少，其副作用大大降低。因而根據患者BMI來制定造影劑用量和造影劑流率。有研究認為，CT冠脈成像時造影劑的總量與體重指數(body mass index，BMI)相關[12]，這就要求在實際工作中根據患者體重差異選擇造影劑劑量的優化。低劑量聯合掃描方法中造影劑用量和流率根據患者體重提數(BMI)來制定。

3.4 應用雙低技術的注意事項

(1)患者心率的控制。CT低心率仍然是減少運動偽影和獲得高質量冠狀動脈圖像的關鍵因素，冠狀動脈成像質量與心率成負相關[13]。而320排CT由于采用斷面容積掃描方式，每次掃描可獲得完整的容積數據，多扇區重建無需連續數據，只需相似采集數據即可融合重組出滿意圖像。對于心率＜65次/min，320排CT可在心動周期獲得重建冠狀動脈所需數據，從而減少曝光時間，減少射線劑量。采用掃描前0.5 h安靜時心率＞75次/min的無禁忌癥的患者，掃描前0.5 h口服β受體阻滯劑倍他樂克25～30 mg控制心率。

(2)優化各掃描參數。對掃描技術各參數應仔細選擇，合理控制患者的曝光范圍等設置，降低輻射劑量。低劑量聯合掃描方法選擇低管電壓(100 kV)和自動管電流調制掃描模式，并根據患者BMI來制定造影劑用量和造影劑流率，同時根據心臟大小調節掃描范圍及探測器的排數，從而盡可能使輻射劑量達到最低。

(3)ASIR的重建。運用ASIR的重建方式，可獲得最高的圖像密度分辨率，并能有效地降低噪聲。重建技術的好壞在很大程度上決定了圖像質量的優劣。ASIR是近期引入CT圖像重建的新型算法。使用低管電壓，導致X射線強度減少圖像噪聲增加，噪聲的增加會降低組織信噪比。結合適當的迭代重建方式，才能大幅度降低噪聲，彌補由于降低X射線能量和采用低造影劑劑量帶來的對于圖像的影響，得到更清晰的圖像，從而滿足臨床診斷要求。在適度降低劑量結合迭代重建的條件下，可顯著降低圖像噪聲，提高SNR。國外諸多研究表明，采用該技術，可以極大降低受檢者接受的輻射劑量，而掃描中所獲圖像質量極影像信息完全可以滿足診斷要求。本研究兩種掃描方法樣本數據運用相同ASIR的重建方式，所獲得的圖像質量，差異無統計學意義。

(4)美國心血管CT協會(SCCT)在關于輻射劑量的指南[6]中指出，體重≤90 kg或BMI≤30 kg/m2者可使用100 kV的管電壓進行心臟掃描。因此，此范圍的患者可以降低管電壓、來減少輻射劑量。

在320排CT冠狀動脈成像中，低劑量造影劑聯合低管電壓、自動管電流調制掃描模式聯合低劑量造影劑技術同時運用迭代重建方式，不僅可以獲得滿意的圖像質量，而且可以降低輻射劑量和碘攝入量，值得大家重視與應用[14]。

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The application of low radiation dose scanning combined with low-dose contrast agents in the 320 slices coronary computed tomography angiography/

ZHU Hong-xian, LI Xiang-sheng, FENG Rui, et al//
China Medical Equipment,2017,14(9):66-70.

Objective: To investigate the feasibility that low radiation dose scanning combined with low dose contrast agent was used in 320 slices CT coronary angiography. Methods: All of 60 patients who

the detection of coronary computed tomography angiography (CTA) were implemented the examination and reexamination of 320 slices dynamic coronary CTA, and one examination used low tube voltage and automatic tube current modulation model combined with low dose contrast agent, and other examination used routine scanning model combined with routine dose contrast agent. Both of the scanning data of the two examinations were obtained by applying reconstructing algorithm of adaptive statistical iterative reconstruction algorithm (ASIR). The image quality of coronary artery imaging (CT value, noise, SNR, CNR and ED) between the two examinations were compared and analyzed. Results: The main branch vessel CT value of coronary artery of low dose combined with scanning was significantly higher than that of routine examination (t=4.212, P＜0.05). The differences of noise, SNR, CNR and subjective scoring of image quality between the two examinations were not statistically significant(t=1.771, t=0.426, t=1.633, t=1.956, t=-0.880, t=-0.849, t=-1.756, t=-1.252, t=1.240, t=0.184, t=-1.731, t=-0.911, t=-1.950, P＞0.05). The number of segments that met the diagnostic requirements in the routine examination was 99.9% (899/900), and the number in the low dose combined with scanning was 99.8% (898/900). Besides, the ED of routine examination (24.9±8.4 mSv) was significantly higher than that of low dose combined with scanning (10.18±2.56 mSv)(t=-6.078, P＜0.05). Conclusion: In the 320 slices coronary computed tomography angiography, low tube voltage and automatic tube current modulation model combined with low dose contrast agent not only guarantees the image quality but also reduces the radiation dose and dosage of contrast agent.

320 slice CT; Radiation dose; Contrast agent dosage; Coronary CTA; Image quality

Department of Magnetic Resonance, Air Force General Hospital, PLA, Beijing 100142, China.

1672-8270(2017)09-0066-05

R816.2

A

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.09.018

2017-07-06

①空軍總醫院磁共振科 北京 100142

②北京中醫藥大學東方醫院放射科 北京 100078

③空軍參謀部門診部 北京 100843

*通訊作者：Lxsheng500@163.com

祝紅線,女,(1965- ),本科學歷，副主任技師。空軍總醫院磁共振科，從事CT與MRI掃描工作。