320排寬體CT低kV技術(shù)在超重患者CCTA成像的應(yīng)用研究

歐陽中敏，魏佳，羅錦文，陳望明，黎桃，張靜靜，關(guān)玉寶

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，廣東 廣州 510700

引言

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病（以下簡稱冠心病）是由于其血管出現(xiàn)病變導(dǎo)致血管腔狹窄或阻塞從而引起心肌功能障礙的一種疾病。冠心病在生活中較常見，其是對人類健康和生活質(zhì)量造成威脅的重要因素之一。近年來，隨著人們生活水平的提高，其發(fā)病率呈明顯上升趨勢且逐漸年輕化，在發(fā)達(dá)國家，該病的死亡率一直高居各種疾病首位[1-2]，因此及早診斷和治療對提高生存率及預(yù)后尤為重要[3]。目前來說，經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈造影檢查是診斷冠心病的金標(biāo)準(zhǔn)，但由于其侵襲性和缺乏斑塊特征信息而受到限制，且檢查費(fèi)用較高，有一定的并發(fā)癥，患者一般不易接受[4-5]。而冠狀動(dòng)脈CT造影（Coronary CT Angiography，CCTA）是一種無創(chuàng)性篩查冠心病的方法，其成像效果好、診斷準(zhǔn)確性高，但輻射劑量的問題近年來備受關(guān)注。有許多文獻(xiàn)都報(bào)道過，在行CCTA檢查過程中，受檢者所接受的輻射劑量遠(yuǎn)高于臨床所需滿足的水平[6]，因此，一種既能滿足診斷又能使輻射劑量盡可能降低的掃描模式顯得至關(guān)重要。值得注意的是，由于超重（或肥胖）人群脂肪較多，行CCTA成像檢查時(shí)，低千伏掃描技術(shù)雖能降低輻射劑量，但圖像噪聲也會(huì)相應(yīng)增加[7]，從而影響圖像質(zhì)量。隨著320排寬體探測器CT的臨床應(yīng)用，由于其具有160 mm寬探測器，無需移動(dòng)檢查床，球管旋轉(zhuǎn)一圈即可獲得整個(gè)心臟的掃描數(shù)據(jù)；且經(jīng)過球管、探測器及迭代重建算法的更新，可大幅度減少由于輻射劑量的降低而增加的圖像噪聲[8]，保證圖像質(zhì)量，使在大體重人群中采用低管電壓掃描的方案變得可行。本文將進(jìn)行CCTA成像且超重（25 kg/m2≤BMI<30 kg/m2）人群納入研究對象，探討采用低管電壓掃描對其輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集我院2019年12月至2020年11月期間疑似冠心病且需行CCTA成像的患者60例，分為常規(guī)組和低劑量組。排除標(biāo)準(zhǔn)：① BMI<25 kg/ m2或≥30 kg/m2；② 碘對比劑過敏者；③ 嚴(yán)重心肝腎功能不全者；④ 嚴(yán)重心率不齊患者。所有做該項(xiàng)檢查的患者需簽署增強(qiáng)掃描知情同意書。將患者分為低劑量組（A組）和常規(guī)組（B組）。A組30例：男18例，女12例；年齡37～82歲，平均61.5歲；身高152～180 cm，平均162 cm；體重58～82 kg，平均69.6 kg；BMI 25.1～28.6 kg/m2。B組30例：男23例，女7例；年齡38～75歲，平均59.1歲；身高156～175 cm，平均165.7 cm；體重62～84 kg，平均73.6 kg；BMI 25.1～29.4 kg/m2。

1.2 掃描前準(zhǔn)備及技術(shù)參數(shù)

1.2.1 掃描前準(zhǔn)備

掃描前對患者進(jìn)行嚴(yán)格的呼吸訓(xùn)練并講明檢查大致過程及注意事項(xiàng)，消除患者的畏懼心理，以便其配合檢查，避免因緊張導(dǎo)致心律過快而影響圖像質(zhì)量或不適應(yīng)導(dǎo)致檢查失敗。掃描前留置靜脈通道（一般為右側(cè)肘正中靜脈），受檢者取仰臥位，頭先進(jìn)，兩臂自然上舉于托架上，身體長軸與床面長軸一致，在雙側(cè)鎖骨凹陷處及雙側(cè)肋弓下緣處安裝電極，連接心電監(jiān)護(hù)監(jiān)測心率變化。

1.2.2 技術(shù)參數(shù)

采用佳能320排 CT（Aquilion ONE Vision） 進(jìn)行掃描，掃描范圍由氣管隆嵴下到心臟膈面，探測器寬度為320 mm×0.5 mm，轉(zhuǎn)速為0.275 s/r，矩陣大小512×512，兩組管電流均采用自動(dòng)管電流控制技術(shù)。采用ECG前瞻性心電門控掃描，將掃描范圍中心層面設(shè)定為監(jiān)測層面，該層面的降主動(dòng)脈為觀察感興趣區(qū)，手動(dòng)觸發(fā)掃描。用雙筒高壓注射器將30 mL生理鹽水以5.0 mL/s流速試注正常。待檢查時(shí)，兩組各以5.0 mL/s推注造影劑（優(yōu)維顯370）50～70 mL，之后以同速率推注生理鹽水50 mL。

1.3 圖像后處理

將掃描獲取的圖像傳送至Version 4.0.693 Vitrea CT后處理工作站，利用曲面重組（Curved Planar Reformation，CPR）和最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容積再現(xiàn)（Volume Rendering，VR）等三維顯示技術(shù)對圖像進(jìn)行后處理分析（圖1），可用于觀察冠脈的開口、走行及狹窄等情況。

圖1 兩名體重指數(shù)相似患者（BMI：26.3 kg/m2 vs.26.1 kg/m2）VR、MIP及三支血管的曲面重建圖像

1.4 圖像分析

1.4.1 圖像質(zhì)量客觀評分

冠脈分段采用常用的美國心臟協(xié)會(huì)改良分段法[9]，對包括右冠狀動(dòng)脈近段、中段、遠(yuǎn)段、左主干、前降支近段、中段、遠(yuǎn)段、回旋支近段、遠(yuǎn)段在內(nèi)的9個(gè)冠脈節(jié)段進(jìn)行冠脈圖像評分。記錄左冠狀動(dòng)脈前降支（Left Anterior Descending，LAD）、左冠狀動(dòng)脈回旋支（Left Circumflex Branch，LCX）和右冠狀動(dòng)脈（Right Coronary Artery，RCA） CT值及其SD，以其標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲，并計(jì)算出其信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）及對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR），根據(jù)公式：SNR=CT冠/SD冠，SD冠為相應(yīng)冠脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差；CNR=(CT冠-CT肌)/SD肌，SD肌為鄰近肌肉組織CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。測量血管CT值時(shí)應(yīng)注意避開斑塊且感興趣區(qū)應(yīng)接近管腔大小，測量肌肉CT值時(shí)應(yīng)注意感興趣區(qū)大小與血管測量時(shí)相近。

1.4.2 圖像質(zhì)量主觀評分

由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的影像科診斷醫(yī)生在對臨床信息和重建方法完全不知情的條件下對所有重建圖像進(jìn)行評分。每個(gè)冠狀動(dòng)脈段的整體圖像質(zhì)量評分為4分：4分為圖像質(zhì)量好(沒有運(yùn)動(dòng)偽影或噪聲相關(guān)的模糊)；3分為圖像質(zhì)量中等(輕微運(yùn)動(dòng)偽影或噪聲相關(guān)的模糊)；2分為圖像診斷價(jià)值有限(明顯的運(yùn)動(dòng)模糊或噪聲相關(guān)的模糊)；1分為圖像無法用于診斷。評分為3或4的圖像是有診斷價(jià)值的。

1.4.3 輻射劑量測量

記錄每位患者由CT機(jī)自動(dòng)生成的CT劑量指數(shù)和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。有效輻射劑量(ED)=k×DLP，其中 k 為常數(shù)，k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量評價(jià)

80 kV掃描方案（A組）在LAD、LCX、RCA處CT值均高于與100 kV掃描方案（B組），但同時(shí)伴隨著圖像噪聲的提高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均<0.05），兩組圖像之間CNR值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表1～2。

表1 兩組患者CCTA圖像噪聲比較（±s，n=60）

表1 兩組患者CCTA圖像噪聲比較（±s，n=60）

組別 LAD LCX RCA A組 41.05±16.04 54.92±20.82 42.03±13.49 B組 29.77±9.85 37.87±15.81 32.12±11.55 t值 3.227 3.510 3.010 P值 0.002 0.001 0.004

表2 兩組患者冠狀動(dòng)脈CNR值比較（±s，n=60）

表2 兩組患者冠狀動(dòng)脈CNR值比較（±s，n=60）

組別 LAD LCX RCA A組 20.34±7.02 16.21±8.76 19.39±7.65 B組 19.73±10.25 13.46±5.31 19.31±8.47 t值 -0.096 -1.28 0.168 P值 0.92 0.20 0.87

A組共243個(gè)可評價(jià)的冠脈節(jié)段，A組評價(jià)238個(gè)（97.9%）；B組共240個(gè)可評價(jià)的冠脈節(jié)段，B組評價(jià)234個(gè)（97.5%）。兩組圖像主觀評分均為3分以上，所有圖像都滿足臨床診斷需求。A組（3.70±0.46）分，B組（3.77±0.42）分比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表3。

表3 兩組患者有效輻射劑量及圖像主觀質(zhì)量評分比較（±s，n=60）

表3 兩組患者有效輻射劑量及圖像主觀質(zhì)量評分比較（±s，n=60）

組別 有效輻射劑量/ mSv 主觀質(zhì)量評分/分A組 1.70±0.77 3.70±0.46 B組 2.98±1.87 3.77±0.42 t值 -3.44 -0.576 P值 0.001 0.576

3 討論

近年來，CT技術(shù)得到飛速發(fā)展且在臨床上的應(yīng)用越來越普遍，其在多種疾病的診斷中具有明顯的優(yōu)勢，但有研究表明[10]：20歲前接受CT檢查后的第一個(gè)十年內(nèi)，可能會(huì)發(fā)生白血病及腦腫瘤。因?yàn)镃T檢查存在致癌風(fēng)險(xiǎn)，故其輻射量成為人們關(guān)注的重點(diǎn)[11]。目前應(yīng)用的320排寬體探測器CT，其Z軸覆蓋范圍大且掃描速度快，并采用前瞻性心電門控技術(shù)、ECG管電流自動(dòng)調(diào)制技術(shù)及迭代重建技術(shù)，使得在行冠狀動(dòng)脈CT血管成像中應(yīng)用低管電壓技術(shù)變得可行[12-13]，這不僅可以保證圖像質(zhì)量也能降低輻射劑量。

管電壓是影響X線性能的一個(gè)重要因素，其與X線輻射劑量呈指數(shù)關(guān)系，因此降低管電壓是降低患者所接受輻射劑量的重要參數(shù)[14]。值得注意的是，采用低管電壓掃描時(shí)，X線管輸出的X線光子能量較低，探測器接收到的信號較弱，這將導(dǎo)致圖像噪聲的增加[15]。同時(shí)也會(huì)使得含碘對比劑的血管腔CT值相應(yīng)增大，這將導(dǎo)致血管與周圍組織結(jié)構(gòu)的對比度更為明顯，有研究顯示[16]，采用80 kVp管電壓掃描時(shí)，所產(chǎn)生的X線平均能量與碘的K緣（33.2 keV）相近，從而使得血管CT值明顯增大，故在本文中其所獲圖像質(zhì)量與常規(guī)掃描方式相比無較大差異。

通過降低管電壓來減少輻射劑量，這種方式是有限度的，X線光子的最大能量與管電壓大小相關(guān)，能量過低導(dǎo)致射線大部分被衰減，圖像噪聲也會(huì)隨之增大，故盲目降低管電壓不僅會(huì)加大噪聲也會(huì)影響組織對比，尤其是在BMI較大的患者中，導(dǎo)致圖像未能滿足診斷要求。

本研究中 A、B 兩組圖像CT值和噪聲存在差異，但圖像 SNR、CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與血管腔內(nèi)含碘負(fù)荷恒定相關(guān)：雖然管電壓的降低加大了圖像噪聲，但降低管電壓后對血管腔內(nèi)CT值增加的影響更為顯著，從而圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷需要。

X線輻射劑量與管電流呈正比。目前在臨床應(yīng)用中管電流的調(diào)制需要根據(jù)患者的體型和所需圖像噪聲來判斷。正常情況下，對于體型偏大的患者會(huì)通過加大管電流來減少圖像噪聲，使得所獲取的圖像符合診斷要求。由于管電流的降低會(huì)增加圖像噪聲，故降低管電流是有限度的。320排寬體CT采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)可以根據(jù)受檢者的掃描部位及體積的衰減特性有效調(diào)節(jié)電流，避免因管電流采用不當(dāng)導(dǎo)致圖像對比度不加，且能有效降低輻射劑量，突出此項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值最優(yōu)化[17]。在研究中，采用80 kV管電壓掃描時(shí)，管電流的峰值為800 mA，采用管電流峰值掃描的病例僅為1例，其余病例均未采用管電流峰值進(jìn)行采集。就本文收集的數(shù)據(jù)而言，由于320排寬體CT采用的大功率球管滿足高電流采集的需要，因而并未引起過多的圖像質(zhì)量損失。此外其與迭代重建技術(shù)相結(jié)合使用，確保了肥胖患者冠脈CTA的圖像質(zhì)量。由于管電壓增加使得輻射劑量呈指數(shù)性增加，而管電流的增加只引起輻射劑量呈線性增加[18]，因此，這種低管電壓高管電流的采集模式同樣可以使輻射劑量顯著降低（表3）。

本研究還存在一定局限性。① 研究納入的病例數(shù)較少，每組只有30名患者，其結(jié)果還需更多的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；② 本次納入的患者均為超重患者，并未對肥胖患者（BMI≥30 kg/m2）低kV掃描的可行性進(jìn)行探究；③ 本研究僅對圖像質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，并未評估改掃描模式的診斷準(zhǔn)確性；④ 本研究僅通過降低管電壓單純增加CT值來消除噪聲的大幅上升，導(dǎo)致血管CT值較高，應(yīng)結(jié)合造影劑注射方案或造影劑用量及濃度來改善。

320排寬體CT可采用動(dòng)態(tài)容積掃描，在一次掃描過程中便可獲得160 mm范圍的數(shù)據(jù)，因此整個(gè)心臟掃描數(shù)據(jù)球管只需旋轉(zhuǎn)一圈即可獲取，并聯(lián)合前瞻性心電門控技術(shù)使得輻射劑量進(jìn)一步降低[19]。同時(shí)，隨著設(shè)備球管（大功率）和探測器的升級，保證了圖像質(zhì)量。結(jié)合本研究的結(jié)果，A組患者采用80 kV管電壓并結(jié)合自適應(yīng)迭代重建算法技術(shù)，所得圖像與B組相比其主客圖像質(zhì)量評分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，均能滿足診斷需求。