雙源CT低輻射劑量冠狀動脈成像的初步研究

胡永勝 朱有志 何新華 王自勇 胡勤衍付 璇 王 慧 費長軍 王勁武

隨著CT設(shè)備的日益普及和臨床檢查的廣泛開展，CT的輻射劑量問題也成為人們關(guān)注的焦點，近幾年來關(guān)于雙源X線計算機橫斷體層攝影系統(tǒng)（dual source computed tomography，DSCT）的在冠狀動脈成像中的低劑量研究也見有報道[1-2]，有學者[3]針對體重質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）≤25的患者，進行了DSCT低管電壓掃描的研究，表明該技術(shù)可在保證圖像質(zhì)量的同時顯著降低輻射劑量。本文在較大BMI范圍中使用低劑量進行DSCT冠狀動脈成像研究，探討它的臨床應(yīng)用價值。

方 法

1．臨床資料

2010年6月至2010年12月間，臨床懷疑冠心病患者進行了DSCT冠狀動脈成像檢查，其中男105例，女59例，年齡32～85歲，平均年齡61.26歲。BMI 17.5～30。將所有患者隨機分為兩組：A組為低輻射劑量組，共95例，其中男性68例，女性27例，年齡32～84歲，平均年齡61.65歲，BMI 24.75±2.84，根據(jù)有關(guān)文獻[4]將該組患者分為三組：體重過低組（BMI＜18.5），體重正常組（18.5≤BMI＜24）和體重超重組（24≤BMI）；B組為常規(guī)輻射劑量組，共69例，其中男性37例，女性32例，年齡33～85歲，平均年齡60.71歲BMI 25.23±2.96。排除對碘對比劑過敏、嚴重肝腎功能不全、失代償性心功能不全以及不能很好屏氣的患者。掃描前不使用藥物控制心率。所有患者在檢查前簽署碘對比劑給藥知情同意書。

2．設(shè)備與掃描方法

設(shè)備采用西門子公司D S C T（S o m a t o m Definition, Siemens）和Medrad雙筒高壓注射器。掃描前以18G安全留置針進行肘正中靜脈穿刺，部分患者穿刺前臂較大靜脈?；颊哳^先進仰臥于掃描床上，雙手上舉過頭，身體稍偏向右側(cè)，將心臟部位置于掃描野中心，按要求安放好設(shè)備心電監(jiān)控電極，耐心訓練患者呼吸及屏氣。先掃描胸部前后位定位像，規(guī)劃掃描范圍為自氣管隆突下方1 cm向下包括心臟膈面。應(yīng)用對比劑跟蹤技術(shù)（bolus-tracking），在主動脈根部冠狀動脈開口上方層面選擇感興趣區(qū)進行監(jiān)測，設(shè)置感興趣區(qū)內(nèi)CT值超過100HU時延遲5 s自動觸發(fā)掃描。高壓注射器以5～5.5 ml/s流速先試注射20 ml生理鹽水，觀察確認患者血管無外滲后，以4.8～5 ml/s流速注射碘海醇（濃度為350 mg/ml），隨后再以相同速度注射50 ml生理鹽水，于注射對比劑同時啟動掃描監(jiān)測程序。掃描參數(shù)為：準直32×0.6 mm（采用飛焦點技術(shù)實際數(shù)據(jù)采集64層），層厚0.6 mm，重建矩陣512×512，卷積核B26f，視野（FOV）142～222 mm，螺旋掃描方式，每圈旋轉(zhuǎn)時間330ms，螺距0.20～0.44（根據(jù)心率設(shè)備自動調(diào)整）。A組管電壓100 kVp， 管電流Quality ref.mAs/rot：320，B組管電壓120 kVp，管電流Quality ref. mAs/rot：360。應(yīng)用CareDose 4D和心電脈沖（ECG-pulsing）管電流調(diào)控技術(shù)，自動劑量窗調(diào)整。掃描所得圖像數(shù)據(jù)傳至圖像后處理工作站。記錄相關(guān)實際掃描參數(shù)。

3．圖像后處理方法

采用單扇區(qū)圖像重建和自動選取最佳重建時相，并結(jié)合手動改變重建時相進行圖像后處理，在獨立圖像后處理工作站上采用心血管圖像處理程序(Syngo Circulation, Siemens)，觀察最佳重建時相圖像，進行容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）、曲面重建（contour-planar reconstruction，CPR）、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）等圖像后處理，觀察評價冠狀動脈各分支的狹窄情況。

4．圖像評價標準及方法

采用美國心臟協(xié)會（AHA）推薦的冠狀動脈改良15分段法[5]分析冠狀動脈各級分支，右冠狀動脈（right coronary artery，RCA）分為段1～4，分別為近段、中段、遠段和后降支；左主干（left main，LM）為段5，左前降支（left anterior descending，LAD）分為段 6～10，分別為近段、中段、遠段、第1對角支、第2對角支；左回旋支（left circumflex，LCX）分為段11～15，分別為回旋支近段、中段、遠段，第1、第2鈍緣支；如果有中間支、左室后支則為段16～17。

圖像質(zhì)量評價分為5級。5分：圖像質(zhì)量優(yōu)，冠狀動脈顯示清晰，管腔連續(xù)完整，無階梯狀偽影；4分：圖像質(zhì)量良好，冠狀動脈顯示清晰，管腔基本連續(xù)完整，無階梯狀偽影；3分：圖像質(zhì)量良好，管壁輕度偽影或CPR上見輕度階梯狀偽影，不影響診斷；2分：圖像質(zhì)量尚好，管壁中度偽影或CPR圖像中度階梯狀偽影，尚可以做出診斷；1分：圖像質(zhì)量為差，重組圖像上冠狀動脈錯位、管壁嚴重偽影，不能做出診斷。評價管腔直徑大于2mm的血管，閉塞血管的遠端和嚴重鈣化血管段不做評價。3分以上視為優(yōu)良圖像，2分以上視為可診斷圖像。

由2名副主任醫(yī)師以上職稱者對圖像質(zhì)量進行評價，對意見不一致的評價進行共同閱片，達成一致意見。

5．輻射劑量評價

記錄CT冠狀動脈增強時的輻射劑量，不包括定位像（topogram）和對比劑跟蹤監(jiān)測掃描時的輻射劑量。記錄CT設(shè)備自動計算得到的容積劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），由DLP乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)k來估算有效劑量（effective dose，ED），參考歐盟關(guān)于CT質(zhì)量標準指南，k=0.017 mSv/(mGy·cm)[6]。

6．統(tǒng)計學方法

應(yīng)用單因素方差分析比較A組的3組圖像質(zhì)量是否存在差別，應(yīng)用χ2檢驗比較冠狀動脈分級顯示段數(shù)，應(yīng)用獨立樣本的t檢驗分析兩組的圖像質(zhì)量評分、CTDIvol、DLP和ED等，應(yīng)用Kappa檢驗判斷兩位評價者評分的一致性。利用SPSS 13.0統(tǒng)計分析軟件進行分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1. A組根據(jù)BMI分組圖像質(zhì)量評價情況

A組（低輻射劑量組）根據(jù)體重指數(shù)分為3組圖像評分比較結(jié)果見表1（圖1）。A組中3組BMI范圍的圖像質(zhì)量評分無統(tǒng)計學差異（F=1.39，P=0.25）。兩位評價者評分的一致性較好（Kappa值=0.66,P＜0.05）。

2．冠狀動脈圖像分級顯示情況

A、B 兩組患者的冠狀動脈圖像的分級顯示情況見表2（圖2）?？梢?分的圖像節(jié)段A組占77.20%，B組占82.98%，B組百分比大于A組，兩組間差異有統(tǒng)計學意義（χ2=11.63，P=0.001）；4分的圖像節(jié)段A組占17.87%，B組占15.10%，組間無統(tǒng)計學差異（χ2=2.96，P=0.09）；3分的圖像節(jié)段A組占4.39%，B組占1.72%，兩組間差異有統(tǒng)計學意義（χ2=12.27，P=0.000）；優(yōu)良圖像節(jié)段數(shù)A組占99.31%，B組占99.79%，A、B兩組顯示差異無統(tǒng)計學意義（χ2=2.54，P=0.11）；可診斷圖像節(jié)段數(shù)A組占99.69%，B組占99.89%，A、B兩組顯示差異無統(tǒng)計學意義（χ2=0.98，P= 0.32）。

3．冠狀動脈成像質(zhì)量和輻射劑量

A、B兩組患者冠狀動脈圖像質(zhì)量評分和輻射劑量的比較情況見表3。兩組圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學意義（t=－1.70，P=0.09）；A組CTDIvol小于B組，差異有統(tǒng)計學意義（t=－14.93，P=0.00）；A組DLP和ED小于B組，差異有統(tǒng)計學意義（t=－13.71，P=0.00）。

表1 A組BMI分組圖像評分情況

圖1 女，63歲，體重51.00kg，身高1.65cm，BMI 18.73， 管電壓100kVp，管電流130mA，CTDIvol 15.97，ED3.89。冠狀動脈顯示清晰，管腔連續(xù)完整，無階梯狀偽影，評為5分。A.為容積再現(xiàn)（ VR）圖像；B.為VR圖像，清晰顯示血管分支；C.為右冠狀動脈（RCA）的曲面重組（CPR）圖像；D.為左冠狀動脈（LCA）的CPR圖像，提示左前降支（LAD）近端軟斑塊（箭）；E.為左回旋支（LCX）的CPR圖像。

圖2 女， 7 0 歲， 體重56.00kg，身高1.51cm，B M I 2 4 . 5 6 ， 管電壓120kVp，管電流171mA，CTDIvol 28.80，ED6.41。冠狀動脈顯示清晰，管腔連續(xù)完整， 無階梯狀偽影，評為5分。A. VR圖像；B.為VR圖像，清晰顯示血管分支；C.為RCA的CPR圖像；D.為LCA的CPR圖像；E.為LCX的CPR圖像。

表2 2組患者的冠狀動脈圖像分級顯示情況

表3 2組患者圖像質(zhì)量評分和輻射劑量

討 論

1．研究背景

隨著多層螺旋CT（multi-slice computed tomography，MSCT）技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著雙源CT(dual一source CT，DSCT)的誕生，掃描的時間分辨率達83ms，可以在不控制心率的情況下完成心臟掃描，獲得高質(zhì)量的冠狀動脈影像，提高了對冠狀動脈病變診斷的準確性，擴大了DSCT冠狀動脈成像的適應(yīng)范圍。Meng等［7］對109例懷疑冠狀動脈狹窄的患者分別行雙源CT冠狀動脈檢查和DSA（digital subtraction angiography）檢查，并作對比研究后發(fā)現(xiàn)，DSCT與DSA的敏感性和準確性基本相同。馮越等[8]也報道DSCT在新生兒及嬰兒復雜先天性心臟病的診斷中有重要價值，其與心臟超聲檢查聯(lián)合可避免創(chuàng)傷性的心血管造影。

由于CT檢查技術(shù)的日益普及，X線輻射導致的致癌風險和遺傳效應(yīng)也隨之增加。據(jù)路鶴晴等[9]研究報道，2007年上海市CT醫(yī)療照射所致上海市公眾集體劑量是1996年的5.5倍，同時也超出1996年全市19種X射線診斷所致公眾劑量的8.3倍。1997年全市X射線CT檢查所致人均年有效劑量較1996年增加4.3倍，而年頻率增加了2.9倍。

CT檢查中的劑量問題已成為臨床放射人員和公眾關(guān)注的焦點，由于心血管疾病是人類健康的主要殺手之一，CT冠狀動脈成像已經(jīng)成為冠心病的無創(chuàng)性檢查手段[10]，隨著該技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其輻射劑量問題不容忽視，因此，合理優(yōu)化掃描方案以有效降低輻射劑量具有重要意義。本研究著重關(guān)注低管電壓掃描在DSCT冠狀動脈成像中的運用，根據(jù)合理使用低劑量(as low as reasonably achievable，ALARA)原則，在滿足診斷要求的前提下盡可能地降低輻射劑量。

2．輻射劑量相關(guān)因素及對圖像質(zhì)量影響

2.1 管電壓：CT輻射劑量與X線束能量密切相關(guān)，而X線束能量取決于X線管電壓和線束過濾條件。管電壓與X射線劑量呈指數(shù)關(guān)系，因此降低管電壓可以顯著降低輻射劑量；低管電壓時X射線束能量較低，穿透高原子序數(shù)的含碘對比劑時衰減增加，碘對比劑的強化程度加大（碘的K吸收界），其CT值增加，加大了血管與周圍組織結(jié)構(gòu)的對比，因此可以減少含碘對比劑的用量和注射對比劑的流率[11]。但是降低管電壓使X線強度減小，直接導致了圖像噪聲的增加，噪聲增加后對于軟組織的影響較大，但對于增強的血管影響不大，因為這種效應(yīng)可以由CT值的增加來補償[12]。目前有研究者[4]認為低管電壓冠狀動脈成像只適合于BMI正常范圍者（18.5～24.9），本研究在此基礎(chǔ)上將BMI擴大至30，利用低管電壓（100kVp）掃描，所得優(yōu)良和可診斷圖像質(zhì)量評分與120kVp組相比差異無統(tǒng)計學意義。

2.2 毫安秒：毫安秒（mAs）即X線管電流和曝光時間的乘積，其大小說明了球管輸出X線量的多少，直接影響對受檢者的輻射劑量。白玫等[13]對多層螺旋CT在頭部和腹部掃描的加權(quán)CT劑量指數(shù)CTDIW的研究中發(fā)現(xiàn)，CTDIW與mAs幾乎呈線性增加關(guān)系。降低管電流是常用的降低輻射劑量的方法，直接問題是增加了圖像噪聲，影響圖像的低對比分辨率[14]。DSCT應(yīng)用Care Dose 4D技術(shù)，掃描時根據(jù)受檢組織的密度大小，在設(shè)定的ref.mAs（參考mAs）基礎(chǔ)上自動、適時調(diào)控mAs，可以降低受檢者的輻射劑量。本研究在降低管電壓基礎(chǔ)上聯(lián)合應(yīng)用Care Dose 4D技術(shù)，適當?shù)貙ef.mAs從360降到320，從而進一步降低了輻射劑量。

2.3 螺距：DSCT在心臟冠狀動脈回顧性心電門控掃描時，根據(jù)患者心率大小自動選擇螺距，心率快時螺距大，心率慢時則螺距小，可見心率與X線輻射劑量有關(guān)。本研究中因高心率受檢者較少，未能達到有效統(tǒng)計意義，故未對此進一步研究分析。

就X線輻射劑量對圖像質(zhì)量影響來說，輻射劑量越大，穿透被檢體到達探測器的X線光子數(shù)越多，則CT圖像噪聲越小，圖像質(zhì)量越高，因此，B組使用常規(guī)劑量，整體圖像質(zhì)量要優(yōu)于A組，表1結(jié)果顯示B組5分的節(jié)段數(shù)多于A組；兩組4分節(jié)段差異無統(tǒng)計學意義；B組3分節(jié)段數(shù)少于A組；兩組2分和1分階段數(shù)差異無統(tǒng)計學意義。可見低輻射劑量組雖然得高分圖像少，但中間分數(shù)段并不少，所以兩組優(yōu)良和可診斷圖像節(jié)段數(shù)差異無統(tǒng)計學意義，與晏子旭等[3]研究結(jié)果一致。

2.4 心電門控技術(shù)：DSCT進行心臟冠狀動脈掃描時，采用心電門控觸發(fā)技術(shù)，包括前瞻性門控和回顧性門控技術(shù)。前瞻性心電門控掃描采用非螺旋的步進式采集方式，可以有效降低輻射劑量[2]，但在心律不齊或早搏患者中易出現(xiàn)階梯狀偽影，無法重新進行數(shù)據(jù)編輯，故檢查失敗率較高。回顧性心電門控技術(shù)可以獲得螺旋掃描同步標記心電圖的原始資料，在掃描完成后根據(jù)同步記錄的心電圖選擇各心動周期中相對穩(wěn)定的時相重建。本研究采用回顧性心電門控技術(shù)，對所有病例的冠狀動脈圖像均能進行有效的評估。

3. 輻射劑量評價

為了評價CT應(yīng)用中的輻射劑量問題，提出了CT劑量指數(shù)(CT dose Index，CTDI)的概念，即測量X線在標準的CTDI模體中產(chǎn)生的電離量，以mGy為單位。隨著螺旋CT的投入使用，劑量指數(shù)的概念又進一步擴展到容積劑量指數(shù)CTDIvol，是指在特定的模體中進行特定掃描的范圍內(nèi)Z軸某一位點的平均劑量。目前CT常用的有效劑量(effective dose，ED)的計算是沿用歐洲的劑量長度乘積(dose-length product，DLP)乘以系數(shù)k的方法，ED以mSV為單位。當確定掃描程序以后，就能夠得出和這種掃描程序相關(guān)的CTDIvol，這個數(shù)值乘以掃描長度，就得到了DLP。ED計算需要體內(nèi)敏感器官的劑量信息，器官劑量一般采用蒙特卡羅方法模擬估算數(shù)學人體模型中器官的有效劑量[15]。k代表國際上規(guī)定的相應(yīng)器官有效劑量權(quán)重系數(shù)，心臟掃描時為0.017。本研究對兩組的CTDIvol、DLP、ED均進行了比較，結(jié)果表明三種輻射劑量表達方式下，低輻射劑量組明顯低于常規(guī)輻射劑量組。

4. 研究意義與不足

本研究通過降低管電壓和適當降低毫安秒, 采用回顧性心電門控和Care Dose 4D技術(shù)，擴大了受檢者的BMI范圍，明顯而有效地降低受檢者的輻射劑量。但CT的輻射劑量與諸多因素有關(guān)，本研究未能考慮到所有影響因素，以進一步降低輻射劑量。