雙源CT冠脈成像安全輻射劑量與圖像質量研究

郭小皖，孫吉林，蘭艷芹，陳英敏，沈杉杉，李寶山

(河北省人民醫院醫學影像科,河北 石家莊 050051)

計算機斷層冠狀動脈造影(coronary computed tomographic angiography, CCTA)自首次運用于冠狀動脈檢查就以其高效、便捷、安全的優勢受到患者及醫生的青睞,并很快成為冠脈疾病的常規篩查手段。然而,越來越廣泛的CCTA檢查的輻射劑量對患者患癌癥的風險引起了全世界的關注。已有研究報道，前瞻性心電門控掃描技術(Sequence Scan Application,SEQ)及前瞻性大螺距螺旋掃描技術(Flashspiral Application，Flash)的應用，可以有效降低患者CCTA檢查的輻射劑量[1-3]，以往CCTA輻射劑量對比研究多對掃描參數有嚴格的限制,不能真實反映臨床實踐情況，并未對不同掃描方法得到的圖像質量進行分析比較。本研究利用回顧性研究方法，分析比較真實臨床實踐中第二代雙源CT行CCTA的輻射劑量及圖像質量，尋找適合臨床工作實踐的CCTA低輻射劑量標準。

1 資料和方法

1.1 一般資料

回顧性分析2015年至2016年在河北省人民醫院診療中懷疑冠心病而行CCTA篩查的患者，患者資料通過醫院PACS網絡病例卡收集獲得。為了保證足夠的掃描經驗，從本院投入使用西門子第二代雙源CT后兩個月開始收集，共有407例符合條件的患者入組，其中男性221例，女性186例，年齡25～96歲，平均年齡(58.4±12.6)歲，BMI指數范圍(24±3.5)kg/m2。其中行RES-SPIRAL掃描共144例、SEQ掃描共166例、Flash掃描共97例，對比劑用量范圍50～60 mL。

1.2 檢查方法

所有的檢查均在西門子第二代雙源CT(Somatom Definition flash)進行，患者仰臥位，胸前4導聯檢測心電圖，掃描時足先進。應用小劑量循環時間測定法技術延遲觸發掃描時間，采用高壓注射器以5.0 mL/s的流率在肘前靜脈注射碘海醇15 mL和生理鹽水30 mL，在主動脈根部層面選擇感興趣區檢測CT值，達峰值時間加上4 s作為延遲觸發時間。掃描范圍為氣管分叉下方10 mm至心臟膈面。采用高壓注射器以5.0 mL/s的速率注入50～60 mL對比劑和50 mL生理鹽水。掃描參數：準直器64.0 mm×0.6 mm，采用z軸飛焦點技術采集2×128層，層厚0.6 mm，管電壓為100 kV(體質指數<30 kg/m2) 或120 kV(體質指數≥30 kg/m2)，螺距隨心率變化，最大為3.4。為了反映實際工作中的CCTA輻射劑量情況，掃描參數設定沒有嚴格的限制，統計樣本的輻射劑量通過控制臺自動生成的劑量表獲得，僅為冠狀動脈CTA 的輻射劑量，不包括定位像和鈣化積分圖像的輻射劑量。

1.3 圖像質量和輻射劑量評價

統計利用西門子第二代雙源CT行CCTA病人的造影劑使用量，CT容積劑量指數( CT volume dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積( dose length product，DLP)，有效輻射劑量(effective dose,ED)=DLP×轉化系數k[k值，成人=0.014 mSv/(mGy×cm)][6]。圖像后處理采用西門子Syngo VIA VA20B工作站，將采集到的數據輸入工作站,運用CT coronary軟件進行自動化冠脈圖像處理，對采集到的圖像質量進行客觀及主觀兩種評價：圖像質量的主觀評價方法:由一位高年資診斷醫師采用美國心臟協會的15段分法對冠狀動脈圖像質量進行分析，依次對左主干( left main coronary artery，LMA) 、左前降支( left anterior descending coronary artery，LAD) 、左回旋支( left circumflex coronary artery，LCX) 和右冠狀動脈( right coronary artery，RCA) 進行五個等級評分[7]:5 分，冠狀動脈圖像質量非常好，無偽影； 4分，圖像質量良好，但存在主觀噪聲影響或有少許偽影；3分，可以接受的噪聲及偽影，不影響診斷；2分，圖像質量差，噪聲大，嚴重的偽影，致該支冠狀動脈有一個節段不能用于診斷； 1分，圖像質量非常差，致該支冠狀動脈至少有兩個節段不能用于診斷(圖1)。圖像質量的客觀評價方法：分別在左主干近端及右冠狀動脈近端選取圓形感興趣區(ROI)測量CT 值(圖2),同一部位CT值重復測量3次取平均值，ROI應放于血管中央，直徑不超過待測血管直徑的2/3；將主動脈根部 CT 值的標準差( standard deviation，SD) 設為圖像噪聲，利用公式: 對比噪聲比(CNR)=(CT血管-CT脂肪)/SD，信噪比(SNR)=CT血管/SD，計算出左主干近端及右冠狀動脈近端的CNR 及SNR。主客觀評價者由2名高年資醫師完成，意見不一致協商后達成一致。

1.4 統計學分析

2 結果

2.1 利用Kruskal-Wallis檢驗比較3種掃描方法圖像的SNR、CNR、SD差異

利用單因素方差分析比較圖像CT值，分析發現3種掃描方法客觀圖像質量的評價中，RES-SPIRAL掃描方法圖像質量最好，且三者間的差異具有統計學意義(P<0.001)(表1)。但3種掃描方法的主觀圖像質量評分之間差異無統計學意義(表2)。

表1 CCTA 3種掃描方法圖像CT值、SNR、CNR、SD對比分析

表2利用Kruskal-Wallis檢驗方法分析3種掃描方法所得圖像的主觀圖像質量評分(軼均值)

冠狀動脈掃描方法主觀圖像質量評分RES-SPIRALSEQFLASHχ2值P值LAD206.28200.720.6262.3750.305LCX208.40201.83201.192.2350.327RCA211.97203.27193.435.5620.062

2.2 方差分析3種掃描方法的輻射劑量

SEQ，Flash掃描方法的輻射劑量均較RES-SPIRAL明顯降低，差異具有統計學意義(P<0.001)，其中Flash掃描方法劑量最低，相當于RES-SPIRAL掃描技術的平均輻射劑量的6.8%(表3)。

表3 利用單因素方差分析3種掃描方法的輻射劑量

2.3 低輻射劑量的獨立預測因子

輻射劑量DLP<364 mGy·cm作為冠脈掃描的目標劑量，利用Logistic回歸分析輻射劑量與所有掃描參數的聯系強度比數比(OR，Odds Ratios)，結果顯示達到將輻射劑量控制在DLP<364 mGy·cm時，管電壓及掃描方法的差異具有統計學意義，OR值分別為1.336、0.000 6。

3 討論

CCTA檢查從最初應用于臨床至今，就圍繞著縮短掃描時間、降低輻射劑量、減少患者禁忌、提高圖像質量及診斷準確性等方面不斷改進[4]。本研究通過回顧性分析本院一年冠脈檢查患者的資料，反映了本院真實工作情況下根據患者情況的不同選用不同的掃描方法，以達到有效降低患者輻射劑量的情況。以往的研究報道提示利用Flash掃描方法及掃描參數的控制，有效輻射劑量ED可降低至1 mSv以下。在本院收集的資料中，患者的ED最低達到了0.39 mSv，并且圖像質量不影響診斷，這有力地說明了在真實的工作情況中，Flash掃描方法可以做到有效的降低患者CCTA的輻射劑量并保證足夠的圖像質量。 第二代雙源CT獨有的Flash掃描方法有其獨特的優點，可以在一個心動周期完成對CCTA的掃描，掃描時間約260 ms，但前提是病人心率控制在65次/min以下，以保證一個平穩且較長的R-R間期采集數據，避免圖像重建出現影響診斷的階梯狀偽影。檢查前的準備情況與掃描過程中不可預測的心率變化可能導致圖像質量降低的風險，使我們的技師對Flash掃描方法在實際工作中的使用更為慎重。在本研究中技師只對97例患者選用了Flash掃描方法，為了保證CCTA檢查的成功率，他們更多的選擇輻射劑量稍高的RES-SPIRAL及SEQ掃描方法，導致了本院CCTA的總體輻射劑量偏高。在本研究中，RES-SPIRAL掃描方法的客觀圖像質量最好，可能原因是在掃描參數的選擇上，RES-SPIRAL掃描對所有患者均采用360 mAs管電流，而其余兩種掃描方法為了降低輻射劑量，在管電流的控制上采用了CAREdose4D技術自適應進行調節[5-6]。但在圖像的主觀評價中，3種掃描方法的圖像質量比較差異無統計學意義。

本研究對臨床實際工作中CCTA檢查的輻射安全問題有著重要的作用。CCTA檢查越來越廣泛，其潛在的輻射劑量的遠期安全問題是現在醫患共同關心的話題。滿足診斷水平的最低輻射安全劑量對我們臨床工作非常重要，但輻射劑量標準的提出需要大樣本多中心的協同合作。目前大樣本多中心研究推薦各部位CT檢查的安全輻射劑量中，CCTA的輻射劑量為16 mSv[7]，在我們的實際操作沒有為達到降低輻射劑量的目的犧牲掃描算法或刻意調整掃描參數，三種掃描方法的輻射劑量均在推薦劑量之下，說明隨著CT技術的發展，輻射安全劑量需要隨之更新，而我們的研究為新的CCTA安全推薦劑量標準的制定做出了一定的貢獻。

低管電壓是另一個降低輻射劑量的重要獨立預測因子， 利用Logistic回歸分析本研究輻射劑量與管電壓的OR=1.336。在已有的報道中認為管電壓≤100 kV可以有效的降低輻射劑量，SD僅輕微上升，并且圖像質量不影響診斷[8-10]。在我們的研究中使用了100 kV及120 kV兩組管電壓，兩組管電壓下病人DLP差異具有統計學意義(Z=-3.769；P=0.000)，提示低管電壓是行之有效的降低輻射的方法。

我們的研究與已有的報道一致。Kavitha等[11]在研究如何將冠脈檢查的輻射劑量控制在DLP <360 mGy·cm，ED<5 mSv，并且不影響圖像質量時發現，只有Flash掃描方法可以達到這樣的目標劑量OR=16.40(11.64±23.11),并且發現心率與圖像質量成反比，在降低輻射劑量的獨立預測指標中，心率<65次/min的OR=0.98 (0.97±0.99)。本研究輻射劑量與掃描方法具有顯著的影響，OR=0.006，P<0.000，OR值沒有上述研究顯著，考慮研究樣本太少所致，下一步需要進一步擴大樣本量。

本研究也存在不足。首先，統計樣本還不夠大，不能完全真實反應CCTA輻射劑量與每項參數的關系。其次，輻射劑量是CT計算機系統自動給出的估計值，并非實際測量值，因而輻射劑量可能存在誤差。因此本研究得出的結果只能說對冠脈輻射劑量領域的研究有一定的幫助。

綜上所述，本研究對CCTA真實臨床實踐的輻射安全有著一定的影響，利用第二代雙源CT的三種掃描方法行CCTA檢查可以很大程度上降低患者的輻射劑量，本研究中Flash組最低有效輻射劑量僅為0.39 mSv，同時提供較好的圖像質量。這就對現有冠狀動脈造影的臨床推薦劑量提出了挑戰，隨著檢查技術的不斷進步，新的冠狀動脈造影的臨床推薦劑量呼之欲出，但其可行性、合理性需要多中心研究長期實踐共同驗證。

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