濾波反投影法下超低劑量64層螺旋CT冠狀動(dòng)脈造影的初步經(jīng)驗(yàn)

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

趙 磊1 郝粉娥1 包麗麗2劉挨師1

濾波反投影法下超低劑量64層螺旋CT冠狀動(dòng)脈造影的初步經(jīng)驗(yàn)

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

趙 磊1郝粉娥1包麗麗2劉挨師1

目的本研究通過(guò)評(píng)價(jià)低輻射劑量與低對(duì)比劑劑量下的前門(mén)控CT冠脈造影圖像質(zhì)量與輻射劑量，明確該項(xiàng)掃描-注射技術(shù)的有效性。方法本研究共連續(xù)選取31例病人，心率(heart rate，HR) ＜75次/min、心率變異度(heart rate variability,HRv)＜5次/min、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26Kg/m2，體質(zhì)量(body mass,BM)≤65Kg。BM≤55Kg采用2.5ml/s流率，55Kg＜BM＜60Kg采用3.0ml/s流率，BM≥60Kg采用3.5ml/ s流率，BMI≤22Kg/m2管電壓80kV，管電流400mA，22Kg/m2＜BMI＜26Kg/m2管電壓80kV，管電流600mA。評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量、對(duì)比劑劑量及輻射劑量。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。結(jié)果31例病人冠脈節(jié)段平均分?jǐn)?shù)為2.62±0.81分，可評(píng)估率為98.21%。主動(dòng)脈根部衰減值為411.26±72.25HU，噪聲值為40.19±9.77HU，SNR為10.58±2.21，CNR 為13.52±2.79。有效劑量為1.28±0.39mSv，對(duì)比劑劑量為32.26±3.83ml。結(jié)論對(duì)于低體質(zhì)量及低體質(zhì)量指數(shù)病人，通過(guò)降低管電壓、降低對(duì)比劑劑量行CTCA掃描可以在獲得可評(píng)估圖像質(zhì)量的同時(shí)大幅減低輻射劑量與對(duì)比及劑量。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；冠狀動(dòng)脈；輻射劑量；對(duì)比劑

自從64層螺旋CT投入臨床實(shí)踐，CT冠脈造影(CT coronary angiography，CTCA)獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。同侵入性冠脈造影相比，CT冠脈造影具有極高的陰性預(yù)測(cè)值與靈敏度，判斷梗阻性狹窄的診斷準(zhǔn)確性達(dá)到90%左右，且具有衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于在可疑冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病的篩查與隨訪[1]。然而常規(guī)CT冠脈造影輻射劑量與對(duì)比劑劑量較高，前者可影響罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，后者可影響對(duì)比劑腎病(Contrast Induced Nephropathy,CIN)的發(fā)生率。因此，降低輻射劑量與對(duì)比劑劑量可以增加心血管影像篩查與隨訪的安全性。本研究通過(guò)評(píng)價(jià)低輻射劑量與低對(duì)比劑劑量下的前門(mén)控CT冠脈造影圖像質(zhì)量與輻射劑量，明確該項(xiàng)掃描-注射技術(shù)的有效性。

1 資料與方法

1.1 病人準(zhǔn)備搜集2014年3月～2014年8月擬診或確診冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病病人31例，中位年齡56歲(范圍：40歲～75歲)，其中男性22例，女性9例。納入標(biāo)準(zhǔn)：簽署知情同意書(shū)、心率(heart rate，HR)＜75次/min、心率變異度(heart rate variability,HRv) ＜5次/min、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26Kg/m2，體質(zhì)量(body mass,BM)≤65Kg。排除標(biāo)準(zhǔn)：心腎功能不全、屏氣不佳。所選病人均接受特殊設(shè)計(jì)的前瞻性心電門(mén)控CTCA掃描序列進(jìn)行檢查。

1.2 方法

1.2.1 設(shè)備與藥品：64層螺旋CT lightspeed VCT-XT(GE醫(yī)療，美國(guó))，碘普羅胺(370mgI/ m1)對(duì)比劑(拜耳先靈，德國(guó))，Stellant D雙筒高壓注射器(美德瑞達(dá)，美國(guó))。

1.2.2 掃描方法：受檢者取仰臥位，足先進(jìn)。首先攝定位像。其次進(jìn)行冠狀動(dòng)脈鈣化積分掃描，掃描結(jié)束后記錄左心房層面水平位置。CTCA掃描采用手動(dòng)觸發(fā)模式，連續(xù)監(jiān)測(cè)層面設(shè)置為左心房層面，ROI繪制于左心房?jī)?nèi)，待左心房進(jìn)藥后手動(dòng)觸發(fā)掃描(延遲時(shí)間5s)。囑患者序列開(kāi)啟掃描后5s屏氣。

1.2.3 對(duì)比劑注射參數(shù)：BM≤55Kg采用2.5ml/s流率，55Kg ＜BM＜60Kg采用3.0ml/s流率，BM≥60Kg采用3.5ml/s流率，注射10s對(duì)比劑劑量，即25ml、30ml、35ml。

1.2.4 CTCA掃描參數(shù)：機(jī)架轉(zhuǎn)速0.35s/圈，準(zhǔn)直器寬度0.625 mm×64層，重建層厚0.625mm，重建層間距0.625mm，矩陣512×512，標(biāo)準(zhǔn)算法重建。開(kāi)啟C2后置濾線器。屏氣心率≤65次/min時(shí)重疊時(shí)間設(shè)置為50ms，采集期相為75%，屏氣心率介于65次/min～75次/min時(shí)重疊時(shí)間設(shè)置為200ms，采集期相設(shè)置為60%。BMI≤22Kg/m2管電壓80kV，管電流400mA，22Kg/m2＜BMI≤26Kg/ m2管電壓80kV，管電流600mA。掃描結(jié)束后圖像質(zhì)量不滿意者進(jìn)行期相重建，采集期相為75%時(shí)重建70%、80%相位；采集期相60%時(shí)重建40%、45%、70%、75%、80%相位。所有數(shù)據(jù)傳入ADW4.4工作站進(jìn)行圖像后處理。

1.2.5 圖像后處理：曲面重組技術(shù)(curved planar reconstruction，CPR)應(yīng)用于擬要評(píng)價(jià)的冠狀動(dòng)脈三支，并結(jié)合每支、每段動(dòng)脈的橫斷面圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1.3 輻射劑量評(píng)價(jià)每例病人均通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product,DLP)計(jì)算有效劑量(Effective Dose,ED)，公式為ED=DLP×k，其中k為劑量換算因子，本研究取值為0.017 mSv/ mGy·cm[2]。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.4.1 圖像質(zhì)量主觀評(píng)分：將冠狀動(dòng)脈分為15段[美國(guó)心臟協(xié)會(huì)(Ameirican Heart Association，AHA)分段法]進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。冠狀動(dòng)脈的圖像質(zhì)量按照運(yùn)動(dòng)偽影與顆粒度分為4級(jí)：分別為IV分(無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影，顆粒度不明顯，評(píng)價(jià)為優(yōu))，III分(有輕度運(yùn)動(dòng)偽影、顆粒度尚可，評(píng)價(jià)為良)，II分(較多運(yùn)動(dòng)偽影、顆粒度較差但不影響管腔評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)為中)，I分(運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重或顆粒度差嚴(yán)重影響管腔評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)為差)。主觀評(píng)價(jià)通過(guò)兩位放射醫(yī)師(分別從事胸部影像學(xué)診斷20年和3年)對(duì)每例病人的冠脈節(jié)段通過(guò)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)兩位觀察者進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，k＜0.4認(rèn)為一致性差，0.4≤k＜0.75認(rèn)為一致性中等，k≥0.75認(rèn)為一致性好。

1.4.2 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：在主動(dòng)脈根部左冠主干開(kāi)口層面設(shè)置感興趣區(qū)測(cè)量平均衰減值及其標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲值，并在相同層面主動(dòng)脈根部周?chē)窘M織設(shè)置感興趣區(qū)測(cè)量平均衰減值。根據(jù)公式[信噪比=平均衰減值/噪聲值、對(duì)比度噪聲比=(血管平均衰減值-周?chē)M織平均衰減值)/噪聲值]計(jì)算信噪比(Signal-To-Noise Ratio，SNR)與對(duì)比度噪聲比(Contrast-to-Noise Ratio，CNR)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析(1)統(tǒng)計(jì)描述病人基線資料；(2)統(tǒng)計(jì)描述冠脈圖像質(zhì)量主觀評(píng)分(并對(duì)觀察者進(jìn)行Kappa檢驗(yàn))、主動(dòng)脈根部平均衰減值、噪聲值、信噪比及對(duì)比度噪聲比；(3)采用pearson相關(guān)分析體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量與圖像質(zhì)量(噪聲值、信噪比、對(duì)比噪聲比)的關(guān)系；采用spearman相關(guān)分析對(duì)比劑注射流率與衰減值的關(guān)系；統(tǒng)計(jì)方法：采用SPSS18.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，所有計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，計(jì)數(shù)資料采用自然數(shù)表示。P＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 病人基線資料31例病人均順利完成掃描，掃描過(guò)程中未發(fā)生不良事件。病人年齡56.58±8.48歲(范圍40歲～75 歲)，BMI 為22.41±1.97Kg/ m2(范圍17.90 Kg/m2～25.37 Kg/ m2)，BM為59.32±5.58Kg(范圍43.00Kg～65.00Kg)，BL為1.62±0.05m(范圍1.55m～1.72m)。注射流率為 3.23±0.38ml/s(范圍2.5ml/s～3.5ml/s)。掃描長(zhǎng)度13.44±1.06cm(范圍11.50cm～14.00cm)，曝光時(shí)間1.25±0.13s(范圍1.02s～1.32s)。

2.2 冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量

2.2.1 主觀圖像質(zhì)量：31例病人共顯示390根冠脈節(jié)段，每例病人平均顯示12.58根。主觀評(píng)價(jià)冠脈節(jié)段圖像質(zhì)量觀察者間一致性好(k=0.770，P=0.000)，觀察者1評(píng)價(jià)冠脈節(jié)段平均分?jǐn)?shù)為2.62±0.81分，其中4分占14.87%，3分占22.31%，2分占42.31%，1分占1.79%。

2.2.2 客觀圖像質(zhì)量：主動(dòng)脈根部衰減值為411.26±72.25HU(范圍243.00HU～582.00HU)，噪聲值為40.19±9.77HU(范圍24.00HU～67.00HU)，SNR為10.58±2.21(范圍6.48±15.25)，CNR 為13.52±2.79(范圍8.38～21.46)(圖1-12)。主動(dòng)脈根部衰減值200HU～300HU之間占3.22%(1/31)，300HU～400HU之間占51.61%(16/31)，400HU～500HU之間占45.16%(14/31)(圖13)。與對(duì)比劑劑量DLP為75.04±23.02mGy·cm(范圍43.52 mGy·cm～164.84 mGy·cm)，ED為1.28±0.39mSv(范圍0.74 mSv～2.80 mSv)；對(duì)比劑劑量為32.26±3.83ml(范圍25.00ml～35.00ml)。

2.3 CTCA輻射劑量與圖像質(zhì)量(噪聲值、SNR與CNR)相關(guān)性經(jīng)pearson相關(guān)分析，體質(zhì)量指數(shù)與噪聲值無(wú)相關(guān)(r=0.201,P=0.279)，體質(zhì)量與噪聲值無(wú)相關(guān)(r=0.102,P=0.586)，體質(zhì)量指數(shù)與SNR、CNR均無(wú)相關(guān)(r=-0.055，P=0.769；r=-0.092，P=0.621)，體質(zhì)量與SNR、CNR均無(wú)相關(guān)(r=-0.099，P=0.595；r=0.102，P=0.584)。

2.4 體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量性經(jīng)spearman相關(guān)分析，注射流率與衰減值無(wú)相關(guān)(r=0.150，P=0.420)。

2.5 注射流率與衰減值相關(guān)

3 討 論

CIN是一項(xiàng)重要的心血管介入術(shù)后不良事件。CIN的定義為給予對(duì)比劑48-72h后較血清肌酐濃度較基線水平絕對(duì)值升高≥0.5mg/dl或相對(duì)升高≥25%。 CIN是醫(yī)院獲得性急性腎衰竭的第三位因素。正常人群的CIN發(fā)生率為＞2%，但是在高危人群，諸如糖尿病病人、充血性心力衰竭史、慢性腎損傷、老齡等CIN發(fā)生率可達(dá)20%～30%。世界每年大約有150,000人發(fā)生CIN，其中至少1%的病人需要透析或延長(zhǎng)住院日[4-6]。多項(xiàng)研究證實(shí)靜脈充足水化是預(yù)防CIN的有效方法。水化作用廉價(jià)、有效且安全性高，便于投入臨床實(shí)踐。而最大限度的減低對(duì)比劑劑量與給藥頻率更具有實(shí)際意義[7]。

目前通過(guò)低劑量碘試劑行CTA檢查的研究多為迭代算法降噪以提高圖像質(zhì)量[8-9]。限于設(shè)備，本研究主要評(píng)價(jià)了濾波反投影法下的雙低劑量研究。

本研究將對(duì)比劑控制到了25ml～35ml，藥量依據(jù)體質(zhì)量進(jìn)行微調(diào)。對(duì)比劑注射流率依據(jù)固定的給藥時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算(10s)。因此體質(zhì)量決定了對(duì)比劑劑量與注射流率。通過(guò)相關(guān)分析，注射流率與衰減值無(wú)相關(guān)，說(shuō)明基于體質(zhì)量確定對(duì)比劑注射參數(shù)具有可行性。對(duì)于單一個(gè)體，對(duì)比劑靜脈團(tuán)注所生成的時(shí)間-密度曲線為不對(duì)稱(chēng)鐘形曲線，即對(duì)比劑注射流率越快，其達(dá)峰時(shí)間向后推遲，而衰減值越高[10]。本研究注射流率偏低，因此會(huì)造成2種結(jié)局：達(dá)峰時(shí)間提前、衰減值偏低。由于峰值時(shí)間稍難控制，且給藥時(shí)長(zhǎng)為10s(僅超出掃描時(shí)間4s～5s)，即代償時(shí)間較短，因此本研究選取左心房作為閾值觸發(fā)層面，提高了可操作性。另一方面，通過(guò)管電壓控制衰減值是一項(xiàng)重要技術(shù)。碘對(duì)比劑與X射線的相互作用主要為光電效應(yīng)與康普頓散射效應(yīng)，其中光電效應(yīng)起主要作用、康普頓散射效應(yīng)起次要作用。光電效應(yīng)是指X射線光子完全“置換”出碘原子最外層電子，達(dá)到最高的吸收系數(shù)，增強(qiáng)了目標(biāo)衰減值，而康普頓散射效應(yīng)則沒(méi)有完全置換，由于X射線光子能量過(guò)高，碰撞后仍具有足夠動(dòng)能到達(dá)探測(cè)器，甚至進(jìn)行2次碰撞，削減了吸收系數(shù)，降低了目標(biāo)衰減值[11]。低千伏射線(80kV-100kV)更容易產(chǎn)生光電效應(yīng)，提高目標(biāo)信號(hào)值，并結(jié)合給予較高管電流的辦法補(bǔ)償了低千伏射線的噪聲值過(guò)高的問(wèn)題，使得信噪比與對(duì)比噪聲比維持一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?。本研究采用?0kV 的X射線，有效的提高靶血管衰減值，本研究中主動(dòng)脈根部衰減值200HU～300HU之間占3.22%，300HU～400HU之間占51.61%，400HU～500HU之間占45.16%，但是，受到重建算法的限制，背景噪聲水平較高(40.19±9.77HU)。本研究體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量與圖像質(zhì)量均無(wú)相關(guān)，說(shuō)明采用該設(shè)計(jì)圖像質(zhì)量穩(wěn)定性好，即圖像質(zhì)量不取決于病人生理參數(shù)。

低劑量電離輻射也具有罹患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，遵循最低劑量原則進(jìn)行檢查操作對(duì)于減低群體受照劑量具有重要意義。本研究管電壓采用了80kV，可以極大減低了輻射劑量。趙等[12]研究認(rèn)為體質(zhì)量指數(shù)(r=0.537,P=0.000)對(duì)噪聲值的影響較體質(zhì)量(r=0.257,P=0.032)大，這是由于體質(zhì)量指數(shù)可以反映全身組織的均勻性，因此本研究在體質(zhì)量指數(shù)≥22Kg/m2的情況下提高管電流以降低噪聲值對(duì)圖像質(zhì)量的影響。對(duì)于掃描模式，本研究選取了前瞻性心電門(mén)控橫斷面掃描技術(shù)，這是目前被證明的最有效的減低輻射劑量措施。前門(mén)控技術(shù)是通過(guò)寬探測(cè)器性質(zhì)，以及足夠的時(shí)間分辨力，只在預(yù)定期相如舒張中末期曝光，掃描模式采用步進(jìn)-點(diǎn)射(Step and Shoot，SAS)技術(shù)，減低了約4/5的輻射劑量。多項(xiàng)研究顯示前門(mén)控技術(shù)可以獲得可評(píng)估的圖像質(zhì)量[13-14]。

重疊時(shí)間(Padding time，PT)是前門(mén)控橫斷面單扇區(qū)掃描的前后各疊加額外的曝光時(shí)間，以提供足夠的期相對(duì)單期相數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)。PT設(shè)置越長(zhǎng)，掃描時(shí)間越長(zhǎng)，但是獲得的期相越多，以利于不同期相的匹配。趙等[15]研究認(rèn)為在心率≤65次/min，心率變異度≤5次/min的情況下，PT設(shè)置為40ms是保證圖像質(zhì)量的最短重疊時(shí)間；另一項(xiàng)研究[16]認(rèn)為在心率≤65次/min，心率變異度≤5 次/min的情況下，PT設(shè)置50ms與200ms的圖像質(zhì)量無(wú)明顯差異。而對(duì)于中等心率病人，舒張中末期+收縮末期聯(lián)合成像可以有效提高圖像質(zhì)量。對(duì)于前門(mén)控掃描模式，將采集期相設(shè)置為60%，padding time設(shè)置為200ms可以兼顧約40%～80%的期相，有效應(yīng)用于中等心率病人[17]。因此，本研究通過(guò)心率進(jìn)行采集期相與重疊時(shí)間的微調(diào)，保持了圖像質(zhì)量，減少了輻射劑量的升高與運(yùn)動(dòng)偽影的干擾。

總之，通過(guò)降低管電壓以彌補(bǔ)降低對(duì)比劑劑量衰減值過(guò)低具有可行性，可以保持滿足診斷的圖像質(zhì)量，同時(shí)大幅度減少了輻射劑量與對(duì)比劑劑量。

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(本文編輯: 劉龍平)

Ultra-Low Dose CTCA using 64-slice CT with Filtered Back Projection: Initial Experience

ZHAO Lei, HAO Fen-e, BAO Li-li, et al．, Department of Radiology, The Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010050, China

ObjectiveTo evaluate the value of low voltage CTCA in low body mass and low body mass index patients with low contrast media dose and radiation dose．Methods31 patients (BM＜65kg and body mass index ＜26kg/m2) were enrolled． All of patients with tube voltage and tube current tailored to BMI(BMI≤22Kg/m2:tube voltage 80kV, tube current 400mA．22Kg/m2＜BMI＜26Kg/m2: tube voltage 80kV, tube current 400mA), the flow rate and volume of contrast madia tailored to BM(BM≤55K:2．5ml/ s and 25ml, 55Kg＜BM＜60Kg: 3．0ml/s and 30ml, BM≥60Kg: 3．5ml/s and 35ml)．Patients were evaluated by image quality(each coronary artery scale,attenuation,noise,SNR and CNR),contrast madia dose and radiation dose． P value below 0．05 was considered to be statistically significant．ResultsAll patients successfully underwent low dose CTCA．The mean image quality score was 2．62±0．81． The percentage of assessable coronary artery segments was 98．21% ．The mean attenuation was 411．26±72．25HU． The mean noise was 40．19±9．77HU． The mean SNR was 10．58±2．21． The mean CNR was 13．52±2．79HU．The mean effective dose was 1．28±0．39mSv．The mean contrast madia dose was 32．26±3．83ml．Conclusions Low dose CTCA may decrease the contrast media dose and radiation dose and keep image quality in patients with low body mass and body mass index．

Tomography,X-ray Computed; Coronary Artery;Radiation Dose; Contrast Madia

R541.4

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.03.017

趙 磊

2016-02-10