心電脈沖改良技術(shù)降低雙源CT冠狀動(dòng)脈成像的輻射劑量

CT冠狀動(dòng)脈成像是發(fā)現(xiàn)或排除冠心病的有效方法，由于其簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確率高而得到廣泛應(yīng)用。CT冠狀動(dòng)脈成像的一個(gè)主要不足是較高的X線輻射劑量[1]。

雙源CT（dual-source CT, DSCT）時(shí)間分辨力達(dá)到 83ms，可不控制心率進(jìn)行冠狀動(dòng)脈 CT成像（computed tomography coronary angiography，CTCA）檢查[2]。操作者根據(jù)受檢者當(dāng)時(shí)具體的心率選擇最佳時(shí)間窗或心電脈沖（ECG-Pulsing）窗，在該時(shí)間窗內(nèi)X線為全劑量曝光，時(shí)間窗以外的X線球管的劑量只有全劑量的20%，如果同時(shí)應(yīng)用M indose技術(shù)只有全劑量的4%，但在選擇時(shí)間窗內(nèi)的圖像噪聲未見(jiàn)增加[3]。本研究比較標(biāo)準(zhǔn)的ECG-Pulsing條件下和在應(yīng)用優(yōu)化 ECG-Pulsing合并 M indose技術(shù)的條件下CT冠狀動(dòng)脈成像的圖像質(zhì)量和輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2009-12～2010-04連續(xù)選取136例疑似冠心病的受檢者進(jìn)行雙源CT冠狀動(dòng)脈成像。采用擲硬幣法將受檢者隨機(jī)分為兩組，其中49例用標(biāo)準(zhǔn)的ECG-Pulsing條件掃描，稱為“標(biāo)準(zhǔn)組”；87例采用優(yōu)化后的ECG-Pulsing合并M indose技術(shù)，稱為“優(yōu)化組”。排除標(biāo)準(zhǔn)：腎功不全；對(duì)含碘對(duì)比劑過(guò)敏；冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)后；嚴(yán)重心律不齊；體重指數(shù)（body mass index，BM I）偏大（＞35kg/m2）。

1.2 掃描參數(shù) 檢查前向受檢者詳細(xì)說(shuō)明檢查經(jīng)過(guò)，簽署CT冠狀動(dòng)脈造影知情同意書。所有受檢者均在雙源CT（somatom definition，siemens medical solutions）上進(jìn)行，不服用β受體阻滯藥，掃描前3m in舌下含化硝酸甘油0.5mg。

采用雙筒高壓注射器以5.0m l/s的速度經(jīng)肘前靜脈注射 60～90m l的非離子對(duì)比劑（碘帕醇，370mgI/m l），之后以相同速度注射生理鹽水 40m l。采用Bolus Tracking自動(dòng)觸發(fā)掃描技術(shù)在降主動(dòng)脈選擇感興趣區(qū)檢測(cè) CT值，當(dāng)感興趣區(qū)內(nèi) CT值超過(guò)100Hu時(shí)，延遲6s采集數(shù)據(jù)。

CT冠狀動(dòng)脈成像的掃描參數(shù)：探測(cè)器準(zhǔn)直2×32×0.6mm，采用Z軸飛焦點(diǎn)（z-flying spot）技術(shù)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間 330ms，管電壓 120kV，管電流320mA。掃描時(shí)螺距最小為 0.20（心率≤40/min），最大為0.53（心率≥100/m in），根據(jù)掃描時(shí)受檢者的具體心率（40～120/min）確定相應(yīng)的螺距。

前49例受檢者采用標(biāo)準(zhǔn)的ECG-Pulsing技術(shù)，即球管全劑量曝光的時(shí)間窗固定為R-R間期28%～80%，此時(shí)間窗以外的劑量是全劑量的 20%。后 87例受檢者采用優(yōu)化的ECG-Pulsing技術(shù)，根據(jù)掃描時(shí)不同的心率確定全劑量采集的時(shí)間窗：當(dāng)心率≤70/min時(shí)，時(shí)間窗定在舒張末期，即R-R間期60%～76%；當(dāng)心率≥85/m in時(shí)，時(shí)間窗定在收縮末期，即R-R間期31%～47%（圖1）；當(dāng)心率為71～84/m in時(shí)，時(shí)間窗定在收縮末期舒張末期，即 R-R間期28%～80%。應(yīng)用降低劑量M indose技術(shù)可使所選定的時(shí)間窗之外的 R-R間期內(nèi)管電流只有全劑量的4%。

圖像采用單段模式重建，層厚0.75mm，重建間隔0.5mm，卷積函數(shù)值B26f,對(duì)于放置支架的受檢者，重建層厚為0.6mm，重建間隔為0.4mm，卷積函數(shù)值B46f。后處理包括容積重現(xiàn)成像（volume rendering, VR）、最大密度投影（maximal intensity projection, M IP）、曲面重建（curved planar reconstruction, CPR）、多平面重建（multiple plane reconstruction, MPR）。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 以美國(guó)心臟協(xié)會(huì)（American Heart Association, AHA）冠狀動(dòng)脈分段標(biāo)準(zhǔn),將冠狀動(dòng)脈分為16段：1～4段為右側(cè)冠狀動(dòng)脈；左主干為5段；左前降支為6～10段；左回旋支為11～15段，如果存在中間支為16段。對(duì)起始部直徑＞1.0mm的血管進(jìn)行評(píng)價(jià)。由2位經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師采用雙盲法分4級(jí)對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（圖2、3）。4分：無(wú)偽影，完全可進(jìn)行影像學(xué)評(píng)價(jià)；3分：輕微偽影，有良好的診斷質(zhì)量，不影響診斷；2分：中度偽影，圖像質(zhì)量可接受，能滿足診斷；1分：嚴(yán)重偽影，影響對(duì)管腔的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。當(dāng)2位醫(yī)師的意見(jiàn)有明顯分歧時(shí)，再共同商議做出一致結(jié)論。

1.4 輻射劑量的計(jì)算 有效輻射劑量（effective dose, ED）=劑量長(zhǎng)度乘積（dose-length product, DLP）×受檢部位轉(zhuǎn)換系數(shù)k，胸部k=0.017mSv/（mGy· cm），冠狀動(dòng)脈CTA的有效輻射劑量計(jì)算方法[4]：ED=DLP（mGy·cm）×0.017[mSv/（mGy·cm）]（圖4）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS11.5軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，對(duì)受檢者年齡、BM I，掃描時(shí)平均心率，CTDIvol，ED，圖像質(zhì)量評(píng)分等進(jìn)行比較，所有計(jì)數(shù)資料滿足正態(tài)分布采用t檢驗(yàn)，不滿足正態(tài)分布采用t＇檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

優(yōu)化組和標(biāo)準(zhǔn)組 CTDIvol值分別為 42.82± 18.00mGy、 64.86±10.63mGy, ED 值 分 別 為11.72±5.16mSv、17.26±3.36mSv。其中對(duì)于掃描時(shí)心率≤70/min的受檢者或心率≥85/m in的受檢者其ED值僅為6.65±2.26mSv。

標(biāo)準(zhǔn)組和優(yōu)化組2組受檢者在年齡、BM I、平均心率、圖像質(zhì)量評(píng)分間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），2組間的CTDIvol、ED等方面差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）（表1）。

采用ECG-Pulsing合并M indose優(yōu)化技術(shù)，有效劑量平均降低約33.41%。

圖1 掃描界面。掃描時(shí)心率為130～142/m in，全劑量采集為R-R間期的31%～47%, M indose開(kāi)啟。 圖2 容積宣染成像顯示右冠狀動(dòng)脈和左主干開(kāi)口，以及左前降支、左回旋支全程，圖像質(zhì)量4分。 圖3 VR顯示心底部血管，圖像質(zhì)量4分。 圖4 掃描后protocol顯示CTDIvol為35.39mGy, DLP為499mGy·cm

表1 標(biāo)準(zhǔn)組與優(yōu)化組圖像質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較（±s）

表1 標(biāo)準(zhǔn)組與優(yōu)化組圖像質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較（±s）

組別n 平均心率BM I CTDIvol DLP ED 圖像質(zhì)量評(píng)（/min）（kg/m2）（mGy）（mGy·cm）（mSv）分（分）優(yōu)化組 87 73.1±10.9 25.57±3.41 42.82±18.00 689.2±303.3 11.72±5.16 3.60±0.24 標(biāo)準(zhǔn)組3.56±0.38 t值或t＇值 1.189 －1.159 －8.975 －7.575 －7.575 0.772 4970.8±10.226.26±3.1964.86±10.631015.3±197.517.26±3.36P值0.2370.2490.0000.0000.0000.442

3 討論

3.1 降低CT冠狀動(dòng)脈成像輻射的必要性 CT冠狀動(dòng)脈成像由于采取回顧性心電門控技術(shù)，加之螺距較小，因此心臟掃描的輻射劑量明顯高于其他部位。按照國(guó)際放射防護(hù)委員會(huì)（International Commission on Radiological Protection, ICRP）的主張，X線放射檢查應(yīng)遵循實(shí)踐正當(dāng)性、防護(hù)最優(yōu)化原則（as low as reasonably achievable, ALARA）[5]。權(quán)衡個(gè)體CT冠狀動(dòng)脈成像的輻射劑量，診斷的益處必須高于個(gè)體所接受的輻射劑量的損害，技術(shù)方法的選擇其效果、益處和危險(xiǎn)等必須要考慮到?jīng)]有輻射劑量或盡可能少的輻射劑量[6，7]。對(duì)于低、中度懷疑冠心病的患者，行冠狀動(dòng)脈CTA是一種很好的選擇。而對(duì)高度懷疑冠心病的患者提倡直接行冠狀動(dòng)脈造影，而無(wú)需行冠狀動(dòng)脈CTA[8]。

3.2 關(guān)于ECG-Pulsing技術(shù)和M indose技術(shù) ECGPulsing技術(shù)是一種專門用于在ECG門控螺旋掃描中實(shí)時(shí)調(diào)制曝光量的技術(shù)?；驹硎窃陂T控螺旋掃描中，X線球管實(shí)時(shí)檢測(cè)受檢者的ECG波形并進(jìn)行輸出調(diào)制，在心動(dòng)周期的設(shè)定時(shí)相按照設(shè)定條件掃描，在其余時(shí)相球管輸出將減少至設(shè)定值的20%，如果再應(yīng)用M indose技術(shù)，球管輸出將減少到設(shè)定值的4%，這樣可以保證在整個(gè)心動(dòng)周期都可進(jìn)行圖像重建，但只有在設(shè)定時(shí)相掃描的圖像才能獲得最大的圖像信噪比?；仡櫺孕碾婇T控方式的冠狀動(dòng)脈成像檢查采集了整個(gè)心動(dòng)周期的心臟數(shù)據(jù)，而其中大部分時(shí)相的數(shù)據(jù)是非必須的，ECG-Pulsing技術(shù)降低了這些時(shí)相的心臟掃描劑量，這些圖像雖然信噪比下降，對(duì)整個(gè)檢查而言，檢查結(jié)果受到的影響較小[9]。但掃描時(shí)縮小了全劑量曝光的時(shí)間窗，從而降低了輻射劑量。

3.3 關(guān)于最佳期相的選擇 心率為75/min時(shí)，心動(dòng)周期為800ms，其中心房收縮期為100ms，心室收縮期為300ms，全心舒張期為400ms，心率增快時(shí)收縮期和舒張期均相應(yīng)縮短，但舒張期縮短的比例較大。因此，心率較快的受檢者，最佳時(shí)間窗應(yīng)該在收縮期[10]。本研究對(duì)于心率較快的受檢者，全劑量采集期相設(shè)在R-R間期31%～47%，只占R-R間期的16%，獲得圖像質(zhì)量較滿意，輻射劑量明顯降低。Leschka等[1]研究表明，當(dāng)心率＜60/min時(shí)，最佳重建期相位于R-R間期的60%～70%；心率為60～70/min時(shí)，最佳期相為60%～80%；心率為70～80/min時(shí)，最佳期相為55%～80%；心率＞80/min時(shí)，最佳期相為30%～80%。孫志遠(yuǎn)等[11]通過(guò)對(duì)50例心率為53～101/m in者進(jìn)行全時(shí)相間隔重建并應(yīng)用Inspace軟件中的4D模式重觀察發(fā)現(xiàn)，DSCT冠狀動(dòng)脈成像時(shí)，3只冠狀動(dòng)脈均有2個(gè)成像質(zhì)量的高峰期，一個(gè)是收縮中晚期，即R-R間期的30%～40%，一個(gè)是舒張中期，即R-R間期的70%前后。這兩個(gè)時(shí)間窗正是心臟運(yùn)動(dòng)速度最慢而最平穩(wěn)的時(shí)期。本研究根據(jù)掃描時(shí)具體的心率，確定R-R間期全劑量曝光時(shí)間窗，當(dāng)心率≤70/m in時(shí)，時(shí)間窗定在舒張中期，即R-R間期60%～76%；當(dāng)心率≥85/m in時(shí)，時(shí)間窗定在收縮末期，即R-R間期31%～47%；當(dāng)心率為71～84/min時(shí)，時(shí)間窗定在收縮末期舒張末期，即R-R間期28%～80%。

3.4 本研究的意義和局限 本研究應(yīng)用 ECGPulsing技術(shù)和M indose技術(shù)后平均ED為（11.72± 5.16）mSv，與標(biāo)準(zhǔn)組比較，有效劑量平均降低＞30 %，但圖像質(zhì)量并無(wú)明顯差異。說(shuō)明根據(jù)掃描時(shí)的具體心率，縮小球管全劑量曝光的時(shí)間窗，在保證圖像質(zhì)量的前提下，明顯降低了輻射劑量。同時(shí)應(yīng)用M indose技術(shù)，使設(shè)定時(shí)相之外的輻射劑量又進(jìn)一步減少 75%。對(duì)于掃描時(shí)心率≤70/m in的受檢者或心率≥85/min的受檢者，ED為6.65±2.26mSv，證明用這種方法對(duì)于心率慢或心率快的受檢者能明顯降低其輻射劑量，但對(duì)于掃描時(shí)心率在71～85/m in的受檢者，全劑量采集的 R-R時(shí)間窗較寬，輻射劑量仍較高，由于這部分受檢者所占比例較高，從而使本研究的ED仍較高。所以針對(duì)這些受檢者在掃描之前適當(dāng)應(yīng)用β受體阻滯藥降低心率至70/m in以下，縮窄全劑量采集的時(shí)間窗，從而減低有效輻射劑量。另一方面，對(duì)心率≤65/m in的受檢者采用前瞻性心電門控序列掃描，同時(shí)根據(jù)受檢者BM I減低掃描時(shí)管電壓等措施都是降低輻射劑量的方法[12]。

應(yīng)用ECG-Pulsing改良技術(shù)和M indose技術(shù)能明顯降低雙源CT冠狀動(dòng)脈成像的輻射劑量。

[1] Leschka S, Scheffel H, Desbiolles L, et al. Image quality and reconstruction intervals of dual-source CT coronary angiography. Investigative Radiology, 2007, 42(8):543-549.

[2] Flohr TG , McCollough CH, Bruder H, et al. First performance evaluation of a dual source CT (DSCT) system. Eur Radiol, 2006, 16(2): 256-268.

[3] Weustink AC, Molle NRt, Neefjes LA, et al. Preserved diagnostic performance of dual-source CT coronary angiography w ith reduced radiation exposure and cancer risk. Radiology, 2009, 252(1): 53-60.

[4] A lkadhia H, Stolzmanna P, Scheffel H, et al. Radiation dose of cardiac dual-source CT: The effect of tailoring the protocol to patient-specific parameters. European Journal of Radiology, 2008, 68(3): 385-391.

[5] Frush DP, Applegate K. Computed tomography and radiation understanding the issues. J Am Coll Radiol, 2004, 1(2): 113-119.

[6] The ionising radiation(medical exposure) regulations 2000 (SI2000/1059. London: Her Majesty’s Stationery Office, 2000.

[7] European Comm ission. Referral guidelines for imaging. Luxembourg: European Commission, 2000.

[8] Meijboom WB, van M ieghem CA, Mollet NR, et al. 64-Slice computed tomography coronary angiography in patients w ith high, intermediate, or low pretest probability of significant coronary artery disease. J Am Coll Cardiol, 2007, 50(15): 1469-1475.

[9] 吳昊, 楊明, 靳激揚(yáng)，等.應(yīng)用心電脈沖技術(shù)降低64層螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像的輻射劑量.中華放射學(xué)雜志, 2009, 43(7): 693-696.

[10] 張竹花, 金征宇, 張抒揚(yáng), 等. 高心率患者雙源CT冠狀動(dòng)脈成像初步研究.實(shí)用放射學(xué)雜志, 2007, 23(8): 1106-1109.

[11] 孫志遠(yuǎn), 盧光明, 黃偉, 等. 雙源CT全時(shí)相間隔重建四維模式對(duì)冠狀動(dòng)脈成像質(zhì)量影響的初步觀察. 中華放射學(xué)雜志, 2008, 42(2): 127-130.

[12] Scheffel H, A lkadhi H, Leschka S, et al. Low dose CT coronary angiography in the step-and-shoot mode: diagnostic performance. Heart, 2008, 94(9): 1132-1137.