雙源C T迭代重建算法聯(lián)合低管電壓及低濃度對比劑冠狀動脈成像的研究

顧浩　李嘉鵬　賈玉柱

1.浙江省寧波市第二人民醫(yī)院放射科，浙江寧波315000；2.浙江省立同德醫(yī)院放射科，浙江杭州310000

雙源C T迭代重建算法聯(lián)合低管電壓及低濃度對比劑冠狀動脈成像的研究

顧浩1李嘉鵬2賈玉柱2

1.浙江省寧波市第二人民醫(yī)院放射科，浙江寧波315000；2.浙江省立同德醫(yī)院放射科，浙江杭州310000

目的探討第二代雙源（炫速雙源）CT冠狀動脈成像中，應(yīng)用迭代重建算法與等滲低濃度對比劑及低電壓技術(shù)時的圖像質(zhì)量及輻射劑量。方法收集寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院2014年3月～2015年3月的80例冠心病患者（BMI＜30 kg/m2，心率＜65次/min）按CT號碼的單雙號分成A、B兩組，每組各40例。兩組均采用冠狀動脈雙源CT前瞻性大螺距掃描，A組采用低電壓和低濃度對比劑及迭代重建（SAFIRE）進(jìn)行冠狀動脈CT檢查；B組采用常規(guī)電壓及常規(guī)濃度對比劑及濾波反投影（FBP）對冠狀動脈進(jìn)行重建。兩位有經(jīng)驗(yàn)的心血管系統(tǒng)診斷醫(yī)師采用雙盲法，以5分法評定系統(tǒng)對冠狀動脈16段分支血管成像質(zhì)量進(jìn)行評分，對兩組有效輻射劑量、平均CT值、圖像噪聲、信噪比（SNR）、對比信噪比（CNR）、圖像質(zhì)量評分進(jìn)行比較。采用t檢驗(yàn)比較計(jì)量資料組間差異。結(jié)果兩組患者一般資料、輻射劑量、圖像質(zhì)量比較，除了輻射劑量中的管電流具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）外，其余差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩組CNR、SNR、CT值比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論在BMI＜30 kg/m2，心率＜65次/min條件下，前瞻性大螺距掃描、迭代重建算法和低濃度非離子型造影劑及低管電壓綜合的多種技術(shù)進(jìn)行冠狀動脈CTA檢查時，可以使輻射劑量明顯降低且對冠狀動脈診斷的準(zhǔn)確性無明顯影響。［關(guān)鍵詞］體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)；冠狀動脈血管造影術(shù)

雖然冠狀動脈造影術(shù)仍是診斷冠心病患者冠狀動脈病變的金標(biāo)準(zhǔn)，但是因其有創(chuàng)性的缺點(diǎn)仍不能得到臨床的廣泛應(yīng)用［1-2］。近年來多層螺旋CT的飛速發(fā)展，CT的空間分辨率和時間分辨率迅猛的提高，CT冠狀動脈成像因其非創(chuàng)傷性的巨大優(yōu)勢逐漸得到了臨床醫(yī)生的青睞。況且冠狀動脈CT成像還能了解冠狀動脈管腔內(nèi)情況及鈣化積分的數(shù)據(jù)化信息，這是冠狀動脈造影無法企及的地方［3］。但是冠狀動脈CT成像的顯著高于其他掃描部位CT檢查的輻射劑量是毋庸置疑的事實(shí)［4］。冠狀動脈CT成像時，為了獲得理想的冠狀動脈圖像，放射技術(shù)人員常使用高濃度的碘對比劑，可是高濃度的碘劑給患者帶來的腎功能損傷是難以預(yù)測的［1，5-6］。而冠心病患者往往年齡比較大，心、腦、肺、腎功能普遍降低，所以對比劑腎病的發(fā)生率也有潛在的高發(fā)率［7-8］。降低造影劑腎病的并發(fā)癥，減少造影劑的不良反應(yīng)發(fā)生率，也是目前亟待解決的問題之一［9］。隨著雙源CT的發(fā)展，第二代雙源（炫速雙源）CT的出現(xiàn)，其時間分辨率75 ms，空間分辨率0.17 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時間達(dá)到0.28 s，螺距掃描技術(shù)達(dá)到了3.4，進(jìn)床達(dá)到了45 cm/s，有研究表明，冠狀動脈CT成像應(yīng)用前瞻性大螺距掃描能夠?qū)崿F(xiàn)較低輻射劑量達(dá)到較為完美的圖像效果，這為研究低濃度對比劑冠脈成像奠定了良好的研究基礎(chǔ)［10］。

本研究的前瞻性大螺距掃描技術(shù)與低濃度對比劑采用西門子迭代重建技術(shù)（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）和低電壓進(jìn)行冠狀動脈CT成像，對比常規(guī)濃度對比劑、濾波反投影（filtered-back projection，F(xiàn)BP）重建技術(shù)和常規(guī)電壓，分析評價兩者冠狀動脈的圖像質(zhì)量、輻射劑量，以期在冠狀動脈成像中研究更低輻射劑量和更低對比劑濃度的可行性。

1　資料與方法

1.1一般資料

收集2014年3月～2015年3月寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院的冠心病患者80例并行雙源CT冠狀動脈成像。80例患者均為竇性心律且律齊，心率＜65次/min，心率波動范圍-5～5次/min，按CT號碼為單、雙號分成A、B兩組，每組各40例。A組采用低電壓和低濃度對比劑及SAFIRE進(jìn)行冠狀動脈CT檢查；B組采用常規(guī)電壓及濃度對比劑及FBP對冠狀動脈進(jìn)行重建。排除有碘過敏史和甲狀腺疾病的患者；有嚴(yán)重心、腦、肺功能不全，呼吸不能配合者；嚴(yán)重的腎功能不全（肌酐清除率≤120 μmol/L）者；體重質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）≥30 kg/m2者；心律不齊及心率過快者；檢查前服用β受體阻滯劑調(diào)整心率仍＜65次/min者。80例患者中男57例，女23例，年齡45～84歲，平均（68±13）歲，BMI 17.4～29.3 kg/m2，平均（26.4±2.8）kg/m2。本研究經(jīng)寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受檢者均于檢查前簽署知情及過敏試驗(yàn)同意書。

1.2方法

80例患者均采用西門子雙源CT檢查（德國），患者采取仰臥位，頭先進(jìn)方式掃描。電極置放位置按照美國標(biāo)準(zhǔn)（AHA）胸前4導(dǎo)聯(lián)連接監(jiān)測心電圖。掃描前嚴(yán)格訓(xùn)練患者呼吸及屏氣。心率＞65次/min的患者排除禁忌證后于掃描前口服倍他樂克50 mg進(jìn)行心率的控制；仍有心率過快和心律不齊患者，由心內(nèi)科醫(yī)生輔助進(jìn)行檢查前的藥物控制，仍有心率＞60次/min和心律不齊患者，選擇回顧性心電門控螺旋掃描模式（Spiral）或給予放棄冠狀動脈CTA檢查，不予入組。掃描分A、B兩組，分別在A組采用270 mg I/100 mL歐乃派克等滲低濃度對比劑，B組使用常規(guī)濃度350 mg I/100 mL歐乃派克高滲對比劑。掃描范圍按照常規(guī)的心臟掃描檢查方法：上、下界分別為：氣管隆突下、心臟膈面下。選取肘正中靜脈，常規(guī)留置，按照1.0 mL/kg注入50～60 mL造影劑，速率4.5～5.0 mL/s并以相同流率注入50 mL生理鹽水推送血管內(nèi)余量造影劑。應(yīng)用對比劑團(tuán)注追蹤法，當(dāng)CT值在100 Hu時，在主動脈根部層面測得后，CT機(jī)自發(fā)掃描。

掃描參數(shù)：兩組數(shù)據(jù)均采用單扇區(qū)重建技術(shù)及前瞻性心電觸發(fā)大螺距掃描技術(shù)，同時開啟實(shí)時動態(tài)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)（CARE DOSE 4D）。探測器準(zhǔn)直128 mm× 0.6 mm，層厚0.75 mm，重建增量0.4 mm，螺距3.4，球管旋轉(zhuǎn)時間0.28 s，有效管電流380 mAs，卷積核B26 f。掃描開始及采集時相為60%R-R間期。A組采用西門子SAFIRE，迭代重建值選擇SAFIRE=3，管電壓80 kV；B組采用FBP重建，管電壓100 kV。

1.3后處理及重建

兩組掃描結(jié)束后傳到西門子后處理平臺MMWP工作站，由專門從事冠脈重建技術(shù)人員應(yīng)用Syngo軟件中Circulation對掃描的冠狀動脈血管進(jìn)行重建，圖像矩陣512×512。利用容積數(shù)據(jù)進(jìn)行后重建處理。重建包括：多平面重組（multiplanar reformation，MPR）、容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重建（curved planar re-formation，CPR）［11］。

1.4圖像評價

為了客觀評價冠狀動脈圖像，統(tǒng)一圖像的窗位和窗寬。請兩位中級以上專攻胸部影像診斷醫(yī)師對冠狀動脈CT軸位掃面的原始圖像進(jìn)行客觀指標(biāo)的測量，兩位醫(yī)師在互不干擾情況下，測量右側(cè)冠狀動脈主干（RCA）、左側(cè)冠狀動脈的主干（LMC）、左側(cè)冠狀動脈的前降支（LAD）、左側(cè)冠狀動脈的回旋支（LCA）的CT值，并計(jì)算4支冠狀動脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)定為圖像噪聲，以左側(cè)冠狀動脈主干層面背部肌組織的CT值為測定標(biāo)準(zhǔn)，背景噪聲為其背部肌肉組織的標(biāo)準(zhǔn)差。需要注意的是，劃分區(qū)域要避開骨骼鈣化和脂肪［12］。信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）按照公式計(jì)算如下: SNR=管腔平均CT值/管腔CT值的SD；CNR=（管腔平均CT值－背部肌組織平均CT值）/肌組織CT值的SD［13］。

兩位醫(yī)師獨(dú)立觀察橫斷面圖像及后重建數(shù)據(jù)的圖像，對冠狀動脈血管按照美國標(biāo)準(zhǔn)的5分法進(jìn)行評分，即按照冠狀動脈圖像清晰度和有無運(yùn)動偽影來劃分：冠狀動脈圖像邊緣清晰，無運(yùn)動偽影為5分；輕度模糊，有輕度偽影為4分；中度模糊，有中度運(yùn)動偽影但無明顯錯層為3分；邊緣模糊、運(yùn)動偽影明顯為2分；管腔不能辨認(rèn)，無法診斷為1分［14］。

1.5輻射劑量計(jì)算

掃描儀每次檢查結(jié)束后會自動生成容積CT劑量指數(shù)（CT dose index，CTDIvol）及劑量長度乘積（dose length product，DLP）。有效劑量（effectived dose，ED），根據(jù)公式ED=DLP×K換算而成，其中K為Monte Carlo轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部K值采用0.017［15］。

1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行對比分析，計(jì)量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，采用Kappa一致性檢驗(yàn)（Kappa值，即K值）評價兩名醫(yī)師的一致性，標(biāo)準(zhǔn)如下：0.75＜K≤1，診斷一致性極好；0.40＜K≤0.75，診斷一致性好；0≤K≤0.40時，診斷一致性差。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1統(tǒng)計(jì)學(xué)Kappa檢驗(yàn)結(jié)果

兩位醫(yī)師的一致性檢驗(yàn)（K值=0.85），診斷一致性極好。

2.2兩組患者一般資料比較結(jié)果

兩組患者一般資料比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

表1　兩組患者一般資料比較（s）

表1　兩組患者一般資料比較（s）

注：BMI：體重指數(shù)

組別性別（例，男/女）年齡（歲）BMI（kg/m2）A組（n=40）B組（n=40）χ2/t值P值26/14 23/17 0.643 0.742 67±13 61±17 0.472 0.631 23.7±2.3 24.4±2.1 0.237 0.538

2.3兩組患者輻射劑量及圖像質(zhì)量比較結(jié)果

除了輻射劑量中的A組與B組管電流的比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）外，其余比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表2。

表2　兩組患者輻射劑量及圖像質(zhì)量比較（±s）

表2　兩組患者輻射劑量及圖像質(zhì)量比較（±s）

注：CTDIvol：容積CT劑量指數(shù)；DLP：劑量長度乘積；ED：有效劑量

組別管電流（mAs）掃描長度（cm）CTDIvol（mGy）DLP（mGy·cm）ED（mSv）質(zhì)量評分（分）A組（n=40）B組（n=40）t值P值384±35 325±43 0.148 0.035 10.8±0.6 11.1±0.8 0.583 0.472 1.87±0.67 2.43±0.84 2.395 0.718 34.2±2.3 76.2±3.4 2.751 0.424 0.46±0.07 1.21±0.58 0.328 0.282 4.6±0.5 4.5±0.4 0.302 0.273

2.4兩組患者圖像質(zhì)量比較結(jié)果

兩組患者圖像噪聲、CNR、SNR及CT值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），表明A組、B組對冠狀動脈診斷的準(zhǔn)確性無明顯影響。見表3。

3　討論

隨著社會發(fā)展，雙源CT已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。隨之而來的是人們對它帶來的輻射劑量的重視，特別是冠狀動脈CT成像，因其具有無創(chuàng)、檢查時間短、無需住院及患者容易耐受的優(yōu)勢，被臨床廣泛應(yīng)用于冠心病篩查和冠脈支架術(shù)后的評估［16］。

CT的輻射劑量與圖像質(zhì)量在一定范圍內(nèi)存在著正相關(guān)性，換句話說圖像質(zhì)量越好，噪聲越低，那么相應(yīng)的劑量就越大。而影響圖像質(zhì)量有多種因素，如管電壓、管電流、螺距、造影劑濃度及準(zhǔn)直器等，許多研究表明其可以降低一定的輻射劑量，并取得了一定的研究成果［17］。新一代的炫速雙源CT因?yàn)榘惭b兩套管球系統(tǒng)和兩套與之相對應(yīng)的128排探測器，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了0.28 s/圈，將時間分辨率提高到75 ms，對冠狀動脈可以進(jìn)行單扇區(qū)重建。另外其低電壓掃描和大螺距前瞻性掃描聯(lián)合技術(shù)在降低冠狀動脈成像的輻射劑量方面的研究得到了肯定［18］。本試驗(yàn)旨在探討通過CT的改變重建算法結(jié)合低電壓，低濃度對比劑的應(yīng)用來降低CT劑量。

表3　兩組患者圖像質(zhì)量比較（±s）

表3　兩組患者圖像質(zhì)量比較（±s）

注：SNR：信噪比；CNR：對比噪聲比

組別圖像噪聲左主干CT值（Hu）SNRCNR左前降支CT值（Hu）SNRCNR左回旋支CT值（Hu）SNRCNR右冠狀動脈CT值（Hu）SNRCNR平均CT值（Hu）SNRCNR A組（n=40）B組（n=40）t值P值583±54 493±48 4.753 0.21 15.4±2.7 20.3±2.4 3.923 0.38 17.3±3.4 24.5±3.1 4.731 0.49 573±51 482±43 4.673 0.17 16.3±1.4 21.3±1.6 3.057 0.19 17.9±2.3 25.1±2.6 7.54 0.27 547±43 494±37 5.739 0.26 16.4±1.7 20.7±1.3 7.532 0.38 18.6±3.5 23.8±3.9 6.901 0.41 563±48 485±49 5.732 0.39 17.3±2.1 21.6±1.6 7.594 0.34 19.6±2.6 24.6±2.5 3.539 0.13 574±43 491±38 4.645 0.12 16.7±1.2 20.3±1.6 5.732 0.31 18.6±2.4 22.8±2.0 6.721 0.21 31±3 23±4 4.69 0.37

試驗(yàn)表明使用雙源CT低電壓（80 kV）技術(shù)進(jìn)行冠狀動脈成像時，如果應(yīng)用常規(guī)的FBP重建，會明顯增加圖像的噪聲，以致影響圖像的客觀指標(biāo)的觀察［19］，前瞻性大螺距掃描模式和SAFIRE重建技術(shù)在炫速雙源CT進(jìn)行冠狀動脈CTA低劑量成像時，通過把球管電壓降低至80 kV，降低了輻射劑量同時，圖像質(zhì)量與常規(guī)電壓、FBP重建并無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，能滿足臨床診斷的需要。A組的圖像噪聲平均（31±3）高于B組的（23±4），A組的平均SNR（16.7±1.2），CNR（18.6± 2.4）均低于B組SNR（20.3±1.6），CNR（22.8±2.0），但兩組統(tǒng)計(jì)均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

筆者觀察到雖然A組CTDI（1.87±0.67）mGy、DLP（34.2±2.3）mGy·cm、ED（0.46±0.07）mSv均較B組CTDI（2.43±0.84）mGy、DLP（76.2±3.4）mGy·cm、ED（1.21±0.58）mSv低，但是A組的管電流（384±35）mAs較B組管電流（325±43）mAs明顯增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），因此如何進(jìn)一步降低管電流，把X線劑量進(jìn)一步減低是本試驗(yàn)認(rèn)真研究的下一個課題。

對比劑腎病發(fā)生率不高，但無疑是CT增強(qiáng)檢查的潛在危險(xiǎn)因素。常規(guī)冠狀動脈CT檢查時，大劑量、高濃度碘對比劑的使用，容易引起或加重腎功能損傷，特別是中老年患者［20］。降低對比劑的使用量，減少對比劑腎病的發(fā)生一直是研究的熱點(diǎn)問題，然而降低對比劑濃度和劑量往往引起冠狀動脈成像不清，給后重建帶來困難［21］。本研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用雙源CT大螺距前瞻性掃描的SAFIRE重建技術(shù)，注射270 mg I/100 mL對比劑，主動脈根部及冠狀動脈各主要血管CT值均＞450 Hu以上，完全達(dá)到診斷的需要，且兩者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），仍不影響圖像質(zhì)量對臨床的輔助作用，值得推廣。

本研究亦存在一些不足之處：①冠脈造影“金標(biāo)準(zhǔn)”的對照沒有做到，條件允許時須做冠脈造影對照研究。②研究數(shù)據(jù)量不大，還需大樣本研究。③BMI指標(biāo)單一且小于30 kg/m2，沒有對中等以及偏重體型患者進(jìn)行研究。在今后工作中可以對這些不足之處進(jìn)行相應(yīng)深入的研究。

綜上所述，在BMI＜30 kg/m2，心率＜65次/min條件下，應(yīng)用前瞻性大螺距掃描、迭代重建和低濃度碘對比劑及低電壓聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行冠狀動脈CTA檢查時，可以使輻射劑量明顯降低。

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Research based on dual-source CT iterative reconstruction algorithm combined with low tube voltage and low concentration contrast agent imaging for coronary artery

GU Hao1LI Jiapeng2JIA Yuzhu2
1.Department of Radiology，the Second People's Hospital，Zhejiang Province，Ningbo315000，China；2.Department of Radiology，Tongde Hospital of Zhejiang Province，Zhejiang Province，Hangzhou310000，China

Objective To evaluate the image quality and radiation dosage of dual-source CT iterative reconstruction algorithm combined with low tube voltage and low concentration contrast agent imaging for coronary artery.Methods From March 2014 to March 2015，80 patients（BMI＜30 kg/m2，heart rate＜65 times/min）from the Second People's Hospital and Tongde Hospital of Zhejiang Province were enrolled into two groups（group A，group B）based on odd or even CT number in this study，40 cases in each group.Dual-source CT large pitch imaging scanning technique for coronary artery was applied to all patients.Patients in group A were scanned with low voltage and low concentration of contrast agent and iterative reconstruction（SAFIRE）for coronary artery CT examination；while patients in group B were scanned with normal regular voltage and concentration of contrast medium and filter back projection place（FBP）for coronary artery reconstruction.Image quality of 16 coronary artery branches were scored with 5 points method assessment system by two experienced cardiovascular diagnosis physicians，and the differences of the effective radiation dose，the average CT value and image noise，the signal-to-noise ratio（SNR），contrast signal to noise ratio（CNR），image quality scores were compared between two groups，using double blind evaluation system.T test was performed between measurement data sets.Results Statistical differences was found in the tube current radiation dose（t=0.148，P＜0.05）.No statistical differences was found in the general information，radiation dose and image quality（P＞0.05）.CNR，SNR，CT value showed no statistical differences between the two groups（P＞0.05）.Conclusion The radiation dose decreases obviously when prospective big pitch scanning technology，the iterative reconstruction，technology of the low concentration of contrast medium and low voltage coronary CTA examination performed under the condition of BMI＜30 kg/m2，heart rate＜65 times/min.No obvious effect revealed on the accuracy of the coronary artery diagnosis.［Key words］Tomography；X-ray computed electrocardiography；Coronary angiography

R814.42

A

1673-7210（2015）09（a）-0116-05

2015-04-19本文編輯：任念）

浙江省中醫(yī)藥科學(xué)研究基金計(jì)劃項(xiàng)目（2012Z B001）