心血管CT低劑量掃描臨床應用

尹衛(wèi)華，呂濱

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院阜外心血管病醫(yī)院 放射科，

北京 100037

心血管CT低劑量掃描臨床應用

尹衛(wèi)華，呂濱

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院阜外心血管病醫(yī)院 放射科，

北京 100037

CT的出現(xiàn)使醫(yī)源性輻射劑量大大增加，降低病人的輻射劑量成為醫(yī)務工作者關(guān)心的問題。本文闡述患者輻射劑量的因素及實施一些降低輻射劑量的臨床解決方案。

體層攝影術(shù)；螺旋計算機；輻射劑量

0 前言

隨著 CT 技術(shù)的飛速進步，心血管 CT 廣泛應用于臨床，人們開始日益關(guān)注X線輻射劑量與其所帶來的潛在致癌風險之間的關(guān)聯(lián)，因此，廠家不斷致力于改善設備性能，臨床應用時不斷優(yōu)化掃描方案，以盡可能地降低輻射劑量。我們應致力于以病人為中心的劑量優(yōu)化掃描，遵循盡可能降低輻射劑量的原則，并使其標準化的實施。輻射劑量的影響因素很多，包括心電門控采集模式、管電壓、管電流及螺距（螺旋掃描）、掃描長度及范圍、準直器的寬度、前置濾線器的大小及重建后處理技術(shù)等。

1 輻射劑量的影響因素

1.1 回顧性心電門控螺旋掃描

回顧性心電門控螺旋掃描是傳統(tǒng)的心臟冠狀動脈CT血管造影（CTA）最常使用的方法，掃描連續(xù)貫穿整個心動周期，因此，允許在不同時相進行回顧性重建，以便在心臟運動周期中最慢的時相重建和分析圖像，但這是以輻射劑量的增加為代價的。通過心電管電流調(diào)制功能可在心動周期內(nèi)預選時相采用高毫安輸出，其余時相為低毫安，可有效地降低輻射劑量達 40%[1]。實際應用中，心動周期內(nèi)高毫安區(qū)域的心電時相、幅度和寬度可根據(jù)患者的心率、心律和體重指數(shù)（BMI）等情況進行個性化調(diào)整，但低毫安區(qū)域采集的圖像質(zhì)量會下降。此掃描在心率 ＞70 次 /min且心律不齊或者有潛在檢查失敗的風險（比如患者不能很好地配合屏氣、肥胖、鈣化較多）、以及評價瓣膜（能在多個時相重建）、心功能、主動脈病變（因掃描長度長，回顧性螺旋掃描比軸掃時間縮短）時推薦使用。

1.2 前瞻性心電門控觸發(fā)軸掃

采用“步進-軸掃”方式采集數(shù)據(jù)，僅在R波（恒定的心電時相）后一個預定點發(fā)出射線，在其他時相都處于關(guān)閉狀態(tài)，沒有射線發(fā)出。大量研究表明前瞻性心電門控軸 掃 的輻射劑量約 1～6 mSv[2-5]。 一 個 大 的 隨機、 多 中 心、非劣效性試驗通過圖像質(zhì)量對比了前瞻與回顧性兩種掃描模式的輻射劑量，結(jié)果表明其輻射劑量降低了 69%（分別為（3.5±2.1) mSv ；(11.2±5.9) mSv）[6]。 因 此 我 們 強 烈 推薦此種掃描，這是目前最有效的降低劑量的方法，特別是對于心律齊或心率較低、復查冠狀動脈病變的患者、冠心病排查、嬰幼兒或兒童先天性心臟病 CTA 檢查[7-8]，更加適用。

1.3 前瞻性心電門控大螺旋掃描

2009 年雙源 CT 開發(fā)出了大螺距掃描，為降低輻射劑量開辟了一個新的紀元[9]。傳統(tǒng)的心電門控螺旋掃描螺距＜ 1，表明機架旋轉(zhuǎn) 1周時，床進的速度小于準直器的寬度，允許覆蓋寬度之間必要的數(shù)據(jù)重疊，因此增加了輻射劑量。螺距大，覆蓋寬度之間出現(xiàn)間隔，容易丟失數(shù)據(jù)，然而雙源 CT 有兩個呈 94°排列的球管及探測器，能填補數(shù)據(jù)之間的間隔，螺距能達到 3.0 以上[10]，這使掃描時間大大縮短，輻射劑量降低。研究表明大螺距掃描對于心率＜ 60次/min 且心律齊的患者行冠狀動脈 CTA 檢查，當管電壓設置在 100 kV 時，輻射劑量＜ 1 mSv[11]。但是，這種采集技術(shù)要求受檢患者的心率小于 65 次 /min，且心律平穩(wěn)。

1.4 管電壓

管電壓決定了X線束的能量，輻射劑量與使用的管電壓和設定的管電壓的比值呈平方關(guān)系。因此，120 kV 的管電壓降至 100 kV 時，其輻射劑量降低了 31%（其他參數(shù)不變的情況下）[12]。對于體重 ＜ 60 kg[13]或 BMI ≤ 22.5 kg/m2[14]的患者行冠狀動脈 CTA 檢查，80 kV 的管電壓能獲得良好的圖像質(zhì)量。但是降低管電壓，噪聲增加，評估小血管病變（如非鈣化斑塊）的可行性有待通過更多的研究加以證實。一個大的隨機、多中心研究表明，對于體重≤ 90 kg 或 BMI≤ 30 kg/m2的患者使用 100 kV 的管電壓是可行的[14-15]，對于極肥胖的患者則使用 135 kV 或 140 kV 的管電壓[16]。

1.5 管電流

管電流與輻射劑量呈正相關(guān)線性關(guān)系。如果管電流降低（其他參數(shù)不變的情況下），輻射劑量降低，為了獲得可接受的圖像噪聲，可以使用心電門控或自適應性管電流調(diào)制。應用管電流調(diào)制，輻射劑量可以降低 50% 以上，這取決于患者的心率[17]、設置的低毫安值[18]以及高毫安曝光脈沖時間寬度[19]。自適應性管電流調(diào)制是根據(jù)定位相上的人體組織厚度自動調(diào)節(jié)，而不增加圖像噪聲，與固定的管電流值相比，降低了 20% 的輻射劑量[20]。

1.6 掃描長度

掃描長度決定了人體沿Z軸的掃描范圍，與輻射劑量成正比，掃描長度應該在滿足臨床診斷的前提下調(diào)至最短，100 mm 的掃描長度足以滿足對冠狀動脈病變的評估。Raff等[21]認為對于無冠狀動脈起源異常及搭橋史的患者行冠狀動脈 CTA 檢查，定位時上端位于主肺動脈干的中下段（常規(guī)是將其定在氣管隆突下 10 mm），下至心膈面。另外除非臨床上需要了解主動脈弓的情況，否則不應包括在掃描范圍內(nèi)，這樣會降低患者的輻射劑量。為了達到理想的掃描長度，在掃描前應訓練患者做深吸氣后屏氣動作，每次屏氣幅度盡量保持一致，以減少呼吸對心臟位置的影響。另外，借鑒冠狀動脈鈣化掃描確定的冠狀動脈范圍，更加實際有效。

1.7 視野

視野是人體內(nèi)所選定的、要用于重建并傳至工作站的區(qū)域，因此應包括所有的感興趣區(qū)域。前置濾線器能吸收低能量的軟X線，在增加心臟部位信號的同時，能大大減少外圍皮膚的輻射劑量。前置濾線器的大小應適應患者的不同體型，對于不同大小的前置濾線器，其輻射劑量可相差達 25%（其他參數(shù)不變的情況下）。因此，選擇合適的濾線器很關(guān)鍵，因為選定的視野不恰當，不僅影響輻射劑量也影響圖像質(zhì)量。

1.8 迭代重建

不同的迭代重建技術(shù)正應運而生，迭代重建在獲得和傳統(tǒng)的濾波反投影法無差異的信噪比及空間分辨率的同時，通過降低管電壓或管電流降低了輻射劑量[22-23]。目前，有兩種迭代重建算法并被各CT廠商應用于臨床。第一代迭代算法建立在圖像空間或預設圖像噪聲模具，僅能降低圖像噪聲。第二代原始數(shù)據(jù)空間的迭代算法，則能降低螺旋偽影，增加解剖細節(jié)。雖然此技術(shù)相對復雜、耗時，但能使偽影減少，劑量降低。此技術(shù)還有待更多的深入研究。

1.9 層厚重建

層厚重建選擇性地影響Z軸圖像。對于傳統(tǒng)的濾波反投影法重建，層厚決定了圖像的噪聲，在相同的輻射劑量下，3 mm 的層厚較 1 mm 的層厚降低了 73% 的噪聲。因此，為維持相一致的圖像噪聲，我們通過層厚重建，降低管電壓或管電流來降低輻射劑量。但是，降低劑量是以圖像的空間分辨率下降為代價的，不適于冠狀動脈病變的評估。所以，層厚重建適于冠狀動脈鈣化及大血管（如主動脈或肺靜脈）的非增強掃描。

2 臨床解決方案

2.1 冠狀動脈鈣化掃描

根據(jù)不同的掃描模式，其輻射劑量在 1～3 mSv 之間[24]。最近的一項研究報道 ：分別使用 120 kV 及 100 kV 的管電壓對同一名患者先后進行兩次冠狀動脈鈣化掃描，其輻射劑量減低了 40%，且 100 kV 的管電壓對不同體重的患者均適用[25]。但由于低的管電壓導致鈣化衰減增加，對圖像分析有一定的影響，低估了實際的鈣化積分，我們不推薦常規(guī)使用。根據(jù)患者心率選用不同的掃描模式，我們建議使用 120 kV 管電壓，與患者體型相匹配的管電流，最大的準直器寬度，以及 3 mm 層厚重建來最大化降低輻射劑量。

2.2 冠狀動脈增強掃描

根 據(jù) 患 者 的 體 重 ≤ 90 kg 或 BMI ≤ 30 kg/m2， 選 擇80～100 kV 管電壓，體重＞ 90 kg 或 BMI＞ 30 kg/m2，選擇120～140 kV 管電壓，根據(jù)患者的體重、BMI及已設置的管電壓選擇合適的管電流。若患者心率≤ 80 次 /min 且律齊，選擇前瞻性心電門控軸掃，如果機器未配備心電門控觸發(fā)軸掃，則使用回顧性心電門控螺旋掃描，使用管電流調(diào)制功能，盡量縮短高毫安曝光時相，在低毫安時相最大化的降低管電流值。若患者心率＞ 80 次 /min 或心律不齊，則使用回顧性心電門控螺旋掃描，盡量調(diào)寬高毫安時相，在低毫安時相設置一個稍高的管電流值，以充分保證圖像質(zhì)量。

隨著CT 的發(fā)展，目前第二代雙源 CT采集對于快心率患者可以常規(guī)采用前瞻性觸發(fā)軸位掃描，部分心律不齊如室早也常采用前瞻性心電門控軸掃模式。

2.3 胸痛三聯(lián)征

可通過一次檢查完成肺動脈、冠狀動脈及主動脈的增強掃描，由于上述血管血液循環(huán)時間不同，為了獲得高質(zhì)量的圖像，使用回顧性心電門控螺旋掃描（大范圍雙期），與單獨進行一次冠狀動脈掃描相比，造影劑及輻射劑量均明顯增高。據(jù)報道，掃描冠狀動脈時，同時也能發(fā)現(xiàn)部分主動脈或肺動脈的可疑異常[26-27]。然而，相比臨床上采取冠狀動脈掃描和主動脈或肺動脈的兩次掃描程序，胸痛三聯(lián)征的一次排查掃描方案既降低輻射劑量，又降低造影劑劑量[28]。盡管先前有觀點認為可疑肺栓塞患者使用 β 受體阻滯劑藥物對肺血管有負面效應，但在臨床應用中，我們還是應控制心率來排查胸痛三聯(lián)征[15]。如果臨床上排斥應用β受體阻滯劑藥物，那么除非患者心率足夠低或機器空間分辨率足夠高，否則就暫不做CT檢查。

2.4 非冠狀動脈疾病

非冠狀動脈疾病包括心肌病、心包疾病、瓣膜病、心臟腫瘤、先天性心臟病、主動脈病變及靜脈病變等，與冠狀動脈掃描相比，允許較低的空間分辨率及較高的噪聲，因此通過厚層重建，掃描中降低管電壓及管電流，以此來降低輻射劑量。對于房顫患者的左心房及肺靜脈掃描，因心臟運動與心電圖信號不同步以及左心房容積在心動周期中無明顯改變，推薦使用非心電門控螺旋掃描，其較回顧性心電門控螺旋掃描的輻射劑量低[29-31]。

2.5 CT心肌灌注成像及延遲增強掃描

這個領(lǐng)域降低輻射劑量的焦點在于最新技術(shù)的進展，依賴于寬的探測器及二代雙源 CT。通過降低管電壓及應用前瞻心電門控軸掃來降低輻射劑量。心肌CT延遲增強掃描是可行的，但是其對比度 - 噪聲比較低。Chang 等[32]報道降低管電壓的同時增加管電流，能提高對比度-噪聲比，輻射劑量也更低。

總之，輻射劑量的影響因素很多，包括掃描模式、管電壓、管電流、掃描長度及范圍、重建技術(shù)、曝光時間、螺距、準直器及前置濾線器的大小、探測器的寬窄等。同時，我們應合理把握心血管 CT適應證，避免不必要的CT 檢查，始終遵循盡可能降低輻射劑量的原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA 原則）。

[1] Hausleiter J,Meyer T,Hadamitzky M,et al.Radiation dose estimates from cardiac multislice computed tomography in daily practice:impact of different scanning protocols on effective dose estimates[J].Circulation,2006,113(10):1305-1310.

[2] Bischoff B,Hein F,Meyer T,et al.Comparison of sequential and helical scanning for radiation dose and image quality:results of the Prospective Multicenter Study on Radiation Dose Estimates of Cardiac CT Angiography (PROTECTION)ⅠStudy[J].Am J Roentgenol,2010,194(6):1495-1499.

[3] Maruyama T,Takada M,Hasuike T,et al.Radiation dose reduction and coronary assessability of prospective electrocardiogramgated computed tomography coronary angiography: comparison with retrospective electrocardiogram-gated helical scan[J].J Am Coll Cardiol,2008,(52):1450-1455.

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

[5] Shuman WP,Branch KR,May JM,et al.Prospective versus retrospective ECG gating for 64-detector CT of the coronary arteries: comparison of image quality and patient radiation dose[J].Radiology,2008,248(2):431-437.

[6] Hausleiter J,Meyer TS,Martuscelli E,et al.Prospective Randomized Trial on Radiation Dose Estimates of CT Angiography in Patients Scanned with a Sequential Scan Protocal - The PROTECTION Ⅲ Study[J].JACC Cardiovasc Imaging,2012,5(5):484-943.

[7] Gao Y,Lu B,Hou Z,et al.Low dose dual-source CT angiography in infants with complex congenital heart disease:A randomized study[J].European Journal of Radiology,2012,81(7):789-795.

[8] 侯志輝,呂濱,唐翔,等.兒童先天性心臟病雙源CT胸部增強掃描劑量分析[J].中華放射學雜志,2011,(45):18-21.

[9] Hausleiter J,Bischoff B,Hein F,et al.Feasibility of dual-source cardiac CT angiography with high-pitch scan protocols[J]. Cardiovasc Comput Tomogr,2009,(3):236-242.

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

[11] Achenbach S,Marwan M,Ropers D,et al.Coronary computed tomography angiography with a consistent dose below 1 mSv using prospective electrocardiogram-gated high-pitch spiral acquisition[J].European Heart Journal,2009,31(3):340-346.

[12] Bischoff B,Hein F,Meyer T,et al.Impact of a reduced tube voltage on CT angiography and radiation dose:result of the PROTECTIONⅠStudy[J].JACC:Cardiovascular Imaging, 2009,2(8):940-946.

[13] Abada HT,Larchez C,Daoud B,et al.MDCT of the coronary arteries: feasibility of low-dose CT with ECG-pulsed tube current modulation to reduce radiation dose[J].American JournalRoentgenology,2006,186(6):387-390.

[14] Roger VL,Go AS,Lloyd-Jones DM,et al.Heart disease and stroke statistics-2011 update:a report from the American Heart Association[J].Circulation,2011,(123):18-209.

[15] Abbara S,Arbab-Zadeh A,Callister TQ,et al.SCCT guidelines for performance of coronary computed tomographic angiography:a report of the Society of Cardiovascular Computed Tomography Guidelines Committee[J].Journal of Cardiovascular Computed Tomography,2009,(3):190-204.

[16] Kalender WA,Deak P,Kellermeier M,et al.Application and patient size-dependent optimization of x-ray spectra for CT[J]. Med Phys,2009,(36):993-1007.

[17] Jakobs TF,Becker CR,Ohnesorge B,et al.Multislice helical CT of the heart with retrospective ECG-gating:reduction of radiation exposure by ECG-controlled tube current modulation[J].Eurpean Radiology,2002,12(5):1081-1086.

[18] DeFrance T,Dubois E,Gebow D,et al.Helical prospective ECG-gating in cardiac computed tomography:radiation dose and image quality[J].Int J Cardiovasc Imaging.2010,26(1):99-107.

[19] Leschka S,Scheffel H,Desbiolles L,et al.Image quality and reconstruction intervals of dual-source CT coronary angiography:recommendations for ECG-pulsing windowing[J]. Investigave Radiolology,2007,42(8):543-549.

[20] Mulkens TH,Bellinck P,Baeyaert M,et al.Use of an automatic exposure control mechanism for dose optimization in multi-detector row CT examination:clinical evaluation[J]. Radiology,2005,(237):213-223.

[21] Raff GL,Chinnaiyan KM,Share DA,et al.Radiation dose from cardiac computed tomography before and after implementation of radiation dose-reduction techniques[J]. JAMA,2009,301(22):2340-2348.

[22] Thibault J,Sauer KD,Bouman CA,et al.A three-dimensional statistical approach to improved image quality for multislice helical CT[J].Med Phys,2007,(34):4526-4544.

[23] Wang G,Yu H,De Man B.An outlook on x-ray CT research and development[J].Med Phys,2008,(35):1051-1064.

[24] Voros S,Rivera JJ,Berman DS,et al.Guideline for minimizing radiation exposure during acquisition of coronary artery calcium scans with the use of multidetector computed tomography.A report by the Society for Atherosclerosis Imaging and Prevention Tomographic Imaging and Prevention Councils in collaboration with the Society of Cardiovascular Computed Tomography[J]. Cardiovasc Comput Tomogr,2011,5(2):75-83.

[25] Nakazato R,Dey D,Gutstein A,et al.Coronary artery calcium scoring using a reduced tube voltage and radiation dose protocol with dual-source computed tomography[J].Cardiovasc Comput Tomogr,2009,3(6):394-400.

[26] Madder RD,Raff GL,Hickman L,et al.Comparative diagnostic yield and 3-month outcomes of“triple rule-out”and standard protocol coronary angiography in the evaluation of acute chest pain[J].Cardiovasc Comput Tomogr,2011,5(3):165-171.

[27] Lee HY,Song IS,Yoo SM,et al.Rarity of isolated pulmonary embolism and acute aortic syndrome occurring outside of the field of view of dedicated coronary CT angiography[J].Acta Radiol,2011,52(4):378-384.

[28] Sommer WH,Schenzle JC,Becker CR,et al.Saving dose in triplerule-out computed tomography examination using a high-pitch dual spiral technique[J].Invest Radiol,2010,45(2):64-71.

[29] Park MJ,Jung JI,Oh YS,et al.Assessment of the structural remodeling of the left atrium by 64-multislice cardiac CT:Comparative studies in controls and patients with atrial fibrillation[J].JMCC.Int J Cardiol,2011,(4):283-295.

[30] Wagner M,Butler C,Rief M,et al.Comparison of non-gated vs. electrocardiogram-gated 64-detector-row computed tomography for integrade electroanatomic mapping in patients undergoing pulmonary vein isolation[J].EP Europace,2010,12(8):1090-1097.

[31] Martinez MW,Kirsch J,Williamson EE.Utility of nongated multidetector computed tomography for detection of left atrial thrombus in patients undergoing catheter ablation of atrial fibrillation[J].JACC Cardiovasc Imaging,2009,2(1):69-76.

[32] Chang HJ,George RT,Schuleri KH.Prospective electrocardiogramgated delayed enhanced multidetector computed tomography accurately quantifies infarct size and reduces radiation exposure[J]. JACC Cardiovasc Imaging,2009,2(4):412-420.

Clinical Application of Low-dose CT Scanning in Cardiovascular System

YIN Wei-hua, LV Bin
Department of Radiology, Fu wai Hospital, Peking Union Medical College, Chinese Academy of Medical Sciences, Beijing 100037, China.

With the emergency of CT, iatrogenic radiation dose has been increased quickly. As a result, medical workers have paid more attention on how to reduce the radiation dose. This paper introduces the impact factors of radiation dose and some solutions about reducing the radiation dose.

CT; spiral computer; radiation dose

R816.4

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.07.022

1674-1633(2012)07-0077-03

2012-04-25

2012-06-30

作者郵箱：blu@vip.sina.com