320排容積CT冠狀動(dòng)脈成像低劑量掃描技術(shù)的臨床應(yīng)用

蔡楚逸，曹國(guó)全，胡浩，張輝，葉小合，楊建濤，吳恩福

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科，浙江 溫州 325015）

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及社會(huì)的進(jìn)步，近年來(lái)冠狀動(dòng)脈疾病的發(fā)病率及病死率呈逐漸升高趨勢(shì)，據(jù)調(diào)查，大約每一分鐘便會(huì)有一個(gè)美國(guó)人死于冠心病[1]。在中國(guó)，冠心病的發(fā)病率雖低于發(fā)達(dá)國(guó)家，但發(fā)病率仍以每年1.7%的速度在增長(zhǎng)[2]。冠狀動(dòng)脈CT血管造影（CTA）檢查作為一種無(wú)創(chuàng)性檢查，能顯示冠狀動(dòng)脈內(nèi)斑塊、鈣化及狹窄率，因此也越來(lái)越廣泛地被運(yùn)用于臨床。利用64排多層螺旋CT掃描冠狀動(dòng)脈輻射劑量較高，約為8～16 mSv[3]，而320排容積CT以其特有的前瞻性心電門控掃描模式，可以在一個(gè)心動(dòng)周期中完成整個(gè)心臟的數(shù)據(jù)采集，有效地降低了輻射劑量。另外，采用ECG管電流調(diào)制的脈沖式曝光技術(shù)，對(duì)比高度重疊掃描的回顧性心電門控掃描，亦可減少對(duì)患者的輻射。本研究的目的在于探討320排容積CT前瞻性心電門控技術(shù)及ECG管電流調(diào)制掃描技術(shù)在圖像成像質(zhì)量及降低掃描劑量方面的差異。

1 資料和方法

1.1 一般資料 對(duì)2013年1月至4月我院臨床擬診為冠心病的97例患者行冠狀動(dòng)脈CT檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)為嚴(yán)重心率不齊、冠狀動(dòng)脈搭橋、碘對(duì)比劑過(guò)敏、嚴(yán)重肝腎功能不全及屏氣失敗者。97例患者按先后順序隨機(jī)分組，53例患者為常規(guī)組（A組）行ECG管電流調(diào)制掃描，44例患者為低劑量組（B組）行前瞻性心電門控掃描。兩組患者的性別、年齡、心率、體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）均具有良好的一致性（見(jiàn)表1）。

表1 兩組行320排CT檢查患者的基本資料比較（±s）

表1 兩組行320排CT檢查患者的基本資料比較（±s）

組別 n 性別 心率（次/min）BMI（kg/m2）年齡（歲）男女A組 53 34 19 70±13 24±3 56±10 B組 44 27 17 67±13 23±3 58±10 t 0.080 -1.050 -0.672 0.884 P 0.777 0.296 0.503 0.379

1.2 檢查方法 所有檢查均在320排CT（東芝Aquilion one動(dòng)態(tài)容積CT）上進(jìn)行，監(jiān)測(cè)患者心率及血壓，檢查前3～5 min囑患者舌下含服硝酸甘油，對(duì)于心率較快（＞90次/min）且無(wú)β受體阻滯劑禁忌者，囑檢查前1/2 h至1 h服25 mgβ受體阻滯劑（倍他樂(lè)克）。對(duì)所有患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，根據(jù)機(jī)器指示吸氣后屏氣。檢查時(shí)患者取仰臥位，粘貼電極并連接心電監(jiān)護(hù)，掃描范圍為16 cm，自氣管隆嵴下1 cm至心底。使用雙筒高壓注射器（Medrad，Stellant）經(jīng)肘靜脈注入非離子對(duì)比劑碘帕醇（370 mgI/mL）50 mL，流率5.0 mL/s。注射完畢后以同樣流率注入0.9%氯化鈉溶液20 mL。分別采用前瞻性心電門控及ECG管電流調(diào)制方案，管電壓設(shè)為120 kV，管電流的大小根據(jù)患者的體型自行調(diào)節(jié)，參考范圍為200～450 mA。對(duì)于前瞻性心電門控掃描的患者，當(dāng)心率≤70次/min時(shí)，設(shè)置采集一個(gè)心動(dòng)周期，采集時(shí)相為R-R間期70%～80%之間；當(dāng)心率＞70次/min時(shí)，設(shè)備自動(dòng)采集兩個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期，采集時(shí)相為R-R間期在35%～80%之間。而采用ECG管電流調(diào)制掃描的患者，在65%～85% R-R間期運(yùn)用100%管電流輸出，而其他時(shí)相為25%的管電流輸出[4]。增強(qiáng)掃描應(yīng)用SureStart造影劑追蹤技術(shù)。設(shè)定降主動(dòng)脈的閾值為180 HU，掃描后把數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vitrea Advanced6.3工作站進(jìn)行后處理重建圖像，行多平面（multiplanar reformation，MPR），容積再現(xiàn)（volume rendering，VR），最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及曲面重組（curved planer reformation，CPR），并均采用第三代迭代重建算法（third-generation iterative recon struction，AIDR 3D）重建。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 主觀評(píng)價(jià)：由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的高年資放射科醫(yī)生進(jìn)行盲法評(píng)估，意見(jiàn)不一致時(shí)協(xié)商決定。根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)的15段冠狀動(dòng)脈分法，評(píng)價(jià)直徑＞1.5 mm的冠狀動(dòng)脈[5]。評(píng)分為1～4分：4分：優(yōu)秀，無(wú)偽影，邊界清晰；3分：良好，輕度偽影，較為清晰；2分：尚可，中度偽影，血管輕度中斷；1分：無(wú)法診斷。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià)：信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity，SI）采用升主動(dòng)脈根部平均CT值表示，升主動(dòng)脈根部的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）作為圖像噪聲，測(cè)量左室心肌CT值（SI1），采用信號(hào)噪聲比（signal to noise ratio，SNR）及對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。將感興趣區(qū)ROI置于冠狀動(dòng)脈左主干開(kāi)口同一層面的升主動(dòng)脈根部，盡量避開(kāi)鈣化，感興趣區(qū)的面積根據(jù)患者具體情況設(shè)為300～600 mm2。圖像的CNR及SNR的計(jì)算公式[6-7]如下：SNR=SI/SD；CNR=（SI-SI1）/SD。用此方法算出兩組資料的SI、SD、SNR及CNR。

1.4 有效劑量評(píng)價(jià) 記錄每例患者的劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）并計(jì)算有效劑量，有效劑量（effective dose，ED）的計(jì)算公式：ED=DLP×K系數(shù)（胸部的K系數(shù)為0.014）[8]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)以±s形式表示。年齡、BMI、心率、SI、SD、SNR及CNR的組間比較均采用兩樣本獨(dú)立t檢驗(yàn)。輻射劑量按掃描圈數(shù)的不同進(jìn)行分組比較，同樣進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量總體評(píng)分采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。所有數(shù)據(jù)均為雙側(cè)檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 有效輻射劑量比較 有效輻射劑量A組平均為（8.66±3.67）mSv，B組為（3.99±2.42）mSv，B組劑量明顯低于A組（t=-7.23，P＜0.05），較A組減少54%。大部分患者采集了2個(gè)心動(dòng)周期，只有2例患者采集了4個(gè)心動(dòng)周期，掃描1個(gè)或2個(gè)心動(dòng)周期時(shí)A、B兩組劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），在掃描3個(gè)及以上的心動(dòng)周期時(shí)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.103）。A組中掃描2個(gè)與3個(gè)及以上心動(dòng)周期的劑量與患者BMI相關(guān)性高（r=0.704，P＜0.05；r=0.693，P=0.004），B組中各個(gè)心動(dòng)周期與患者BMI相關(guān)性低于前者。見(jiàn)表2。

表2 兩組320排CT檢查患者的有效輻射劑量比較（±s，mSv）

表2 兩組320排CT檢查患者的有效輻射劑量比較（±s，mSv）

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圖1 A組某患者冠狀動(dòng)脈CT血管造影圖像

2.2 兩組圖像質(zhì)量比較 主觀圖像質(zhì)量評(píng)分：A組與B組圖像質(zhì)量組間對(duì)比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（見(jiàn)表3）。A組圖像評(píng)分為3分及4分的節(jié)段數(shù)為92.4%（599/648），B組為92.9%（501/539），兩組對(duì)比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-0.357，P=0.721）。兩組特征性圖像見(jiàn)圖1-2。圖像質(zhì)量評(píng)分（為1分及2分）較差的血管，A組為0.2%（49/648），B組為0.3%（38/539），差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=-0.812，P=0.417）?？陀^圖像質(zhì)量分析見(jiàn)表4，A組與B組的SI、SD、SNR、CNR差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表3 兩組320排CT檢查患者的主觀圖像質(zhì)量評(píng)分 n（%）

表4 兩組320排CT檢查患者的客觀圖像質(zhì)量參數(shù)（±s）

表4 兩組320排CT檢查患者的客觀圖像質(zhì)量參數(shù)（±s）

組別 n SI（HU） SD SNR CNR A組 53 433.4±82.5 22.1±6.2 20.7±5.7 16.6±5.0 B組 44 436.1±94.7 21.5±4.9 20.9±5.5 16.9±4.7 t 0.153 -0.522 0.240 0.311 P 0.879 0.603 0.811 0.757

3 討論

CTA冠狀動(dòng)脈檢查以其方便、快捷、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，已在臨床上得到廣泛應(yīng)用，但普通螺旋CT受探測(cè)器寬度限制，需多次重疊掃描拼接成像，故掃描時(shí)間長(zhǎng)，輻射劑量大。320排容積CT擁有16 cm寬的探測(cè)器，一圈掃描即可覆蓋整個(gè)心臟，消除了移動(dòng)偽影和錯(cuò)層偽影的影像，無(wú)需多次螺旋采集及重疊重建，大大提高了時(shí)間分辨率，使掃描時(shí)間縮短至0.35 s，減少了患者屏氣時(shí)間，同時(shí)降低了患者的輻射劑量。

CT掃描中，當(dāng)管電壓及曝光時(shí)間不變時(shí)，輻射劑量與管電流大小呈正比，但降低管電流勢(shì)必導(dǎo)致圖像量子噪聲的增加，故需在滿足圖像診斷的條件下適當(dāng)降低管電流。ECG管電流調(diào)控技術(shù)是冠狀動(dòng)脈掃描低劑量技術(shù)之一，其原理是根據(jù)患者心動(dòng)周期的不同時(shí)相調(diào)節(jié)管電流的大小及輸出功率。由于心功能的評(píng)估不需要很高的空間分辨率，而冠狀動(dòng)脈的分析需要高分辨率圖像，所以在需獲得冠狀動(dòng)脈圖像信息的期相采用高電流，而獲取心功能的期相采用低電流。如此只對(duì)特定的時(shí)間窗采用全量（為100%）管電流輸出，而其余時(shí)相管電流減至原來(lái)的25%，這樣既可以實(shí)現(xiàn)心功能的評(píng)價(jià)，又大大降低了放射劑量。本研究A組平均劑量為（8.66±3.67）mSv，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，使用ECG管電流調(diào)制技術(shù)可使劑量減少37%～40%[9]。前瞻性心電門控技術(shù)相比ECG管電流調(diào)制技術(shù)，只對(duì)預(yù)選的特定時(shí)相進(jìn)行采集，并采取步進(jìn)式掃描，故放射劑量更低，有學(xué)者專門采用前瞻性心電門控法對(duì)64排雙源CT、128排雙源CT與320排CT劑量做了對(duì)比，平均劑量分別為（4.2±1.9）mSv，（4.1±0.6）mSv，（3.8±1.4）mSv，相比之下320排CT最優(yōu)[10]。對(duì)比于高度重疊，連續(xù)曝光掃描的一般回顧性心電門控技術(shù)，ECG管電流調(diào)控技術(shù)及前瞻性心電門控技術(shù)在降低劑量方面均具優(yōu)勢(shì)。本研究將前瞻性心電門控掃描與ECG管電流調(diào)制掃描從主觀與客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是高心率或低心率，前瞻性掃描均能獲得較好質(zhì)量的圖像。A組圖像CNR為16.6±5.0，B組CNR為16.9±4.7，兩組對(duì)比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.311，P＞0.05）。當(dāng)只采集1個(gè)心動(dòng)周期時(shí)，平均劑量為（1.89±0.87）mSv，其中有3例BMI均小于24 kg/m2，心率小于70次/min的病例劑量小于1 mSv，所以非肥胖且低心率患者采用前瞻性掃描，完全可以將輻射劑量降至1 mSv以下[11]。當(dāng)掃描3個(gè)及以上心動(dòng)周期（高心率患者）時(shí)，兩組劑量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-1.172，P＞0.05），所以對(duì)于高心率患者，為了滿足心功能的評(píng)價(jià)需要，選擇ECG管電流調(diào)制掃描更佳。

圖2 B組某患者冠狀動(dòng)脈CT血管造影圖像

在行冠狀動(dòng)脈檢查時(shí)，除了不同掃描方式的選擇，其他因素也可影響到劑量。在本組資料中，隨著患者心率的增加，平均冠狀動(dòng)脈節(jié)段評(píng)分呈下降趨勢(shì)（r=-0.244，P＜0.05）。當(dāng)患者心率≤70次/min時(shí)，設(shè)備自動(dòng)采集一個(gè)心動(dòng)周期，當(dāng)心率＞70次/min時(shí)，采集兩個(gè)或多個(gè)心動(dòng)周期。通過(guò)對(duì)比不同心動(dòng)周期掃描的劑量發(fā)現(xiàn)，掃描的心動(dòng)周期增加，患者的劑量將加倍，本組心率≤70次/min行前瞻掃描劑量較心率＞70次/min劑量減少64%，故對(duì)于高心率的患者，掃描前服用β受體阻滯劑可以安全地降低心率，從而減少輻射[12]。其次，BMI也與患者輻射劑量有關(guān)，BMI越大，劑量會(huì)相應(yīng)增大。因?yàn)榉逝煮w型會(huì)增加管電流的輸出，從而導(dǎo)致劑量增加，隨著B(niǎo)MI的增加，圖像噪聲也隨之增大。此外，本研究的圖像重建均采用AIDR 3D算法，其通過(guò)循環(huán)迭代重建域內(nèi)數(shù)據(jù)降低圖像噪聲，1 min內(nèi)最多可處理50張圖像，相比傳統(tǒng)的濾波反投影算法，可以有效降低劑量，提高圖像質(zhì)量[13]。

前瞻性心電門控技術(shù)以其高時(shí)間分辨率，高圖像分辨率的優(yōu)勢(shì)，減少了患者的掃描偽影和放射劑量，有研究表明，前瞻性掃描選擇70%、80%及40%三個(gè)相位窗可有效獲得滿意的圖像質(zhì)量[14]。但前瞻性心電門控技術(shù)仍有缺陷，由于只對(duì)心動(dòng)周期的特定時(shí)相進(jìn)行脈沖式曝光，即在低心率時(shí)選擇舒張期曝光，高心率時(shí)選擇收縮期曝光，那么就無(wú)法采集整個(gè)心室數(shù)據(jù)，進(jìn)行心功能的評(píng)價(jià)與分析，而且對(duì)于心律嚴(yán)重不齊的患者只能在一定范圍內(nèi)掃描，較難控制圖像質(zhì)量。相比之下，ECG管電流調(diào)制掃描可以降低管電流，又不影響心功能分析，其不足在于管電流的變化需要較長(zhǎng)的R-R間期。當(dāng)心率過(guò)快，R-R間期過(guò)短時(shí)，最高毫安輸出可能來(lái)不及降至最低便被下一個(gè)R波觸發(fā)上升，甚至未及下降就恢復(fù)至最高，故當(dāng)心率過(guò)快時(shí)，ECG管電流調(diào)制對(duì)于劑量的降低會(huì)大打折扣[15]。

綜上所述，320排容積CT利用ECG管電流調(diào)控技術(shù)可以降低劑量，獲得良好的診斷圖像，并可同時(shí)進(jìn)行心功能分析。而利用前瞻掃描可以進(jìn)一步減少劑量，但其對(duì)心率要求相對(duì)較高，故檢查前可以常規(guī)服用β受體阻滯劑來(lái)降低心率，這樣可以使其更廣泛地運(yùn)用于臨床。但本研究也有不足之處，首先收集的病例數(shù)相對(duì)較少，再者沒(méi)有對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄的準(zhǔn)確率與金標(biāo)準(zhǔn)的冠狀動(dòng)脈造影進(jìn)行對(duì)比評(píng)估，也沒(méi)有對(duì)比回顧性心電門控與兩組的掃描劑量，故有待今后更多樣本量的收集及進(jìn)一步完善相關(guān)檢查進(jìn)行研究。

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