第三代雙源CT冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式CT血管成像：低劑量技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

向春林，駱磊，胡珊，鄒乾，舒紅格，胡軍武，夏黎明

動(dòng)脈粥樣硬化是一種全身性疾病，其發(fā)病機(jī)制相同，患者常表現(xiàn)為多個(gè)血管受累，在冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈粥樣硬化通常同時(shí)存在。動(dòng)脈粥樣斑塊容易導(dǎo)致血管狹窄或者發(fā)生突發(fā)性血栓事件，導(dǎo)致心肌梗死或腦栓塞[1]。有研究[2]表明不穩(wěn)定的頸動(dòng)脈斑塊可用于預(yù)測(cè)冠狀動(dòng)脈疾病患者冠狀動(dòng)脈斑塊的復(fù)雜程度和相應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)展；據(jù)統(tǒng)計(jì)在超過三分之一的中風(fēng)患者中存在無癥狀的冠狀動(dòng)脈疾病[3]。因此，同時(shí)評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈血管是具有重要意義的。隨著MSCT技術(shù)的發(fā)展，CTA具有較高的時(shí)間和空間分辨率，已廣泛應(yīng)用于血管性疾病的診斷，尤其在冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈病變的診斷方面具有非常高的敏感性和特異性[4-5]。然而，CTA檢查的電離輻射和對(duì)比劑腎功能損傷問題是不容忽視的，如何降低輻射劑量和對(duì)比劑用量一直是近年來研究的熱點(diǎn)[6-7]。第三代雙源CT(dual-source CT,DSCT)具有更快的掃描速度(0.25 s/r)和更高的時(shí)間分辨率(66 ms)，為低劑量一站式成像提供了更寬闊的應(yīng)用空間。本研究旨在探討第三代雙源CT前瞻性心電門控大螺距掃描模式下，應(yīng)用70 kV管電壓和30 mL對(duì)比劑進(jìn)行冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈一站式成像的圖像質(zhì)量和輻射劑量。

材料與方法

1.臨床資料

將本院2019年9月-2019年12月因臨床懷疑冠狀動(dòng)脈疾病和/或頭頸血管疾病而擬行CTA檢查的85例連續(xù)患者納入觀察，納入標(biāo)準(zhǔn)：①心率≤75次/分；②心率變異率(variation of heart rate,HRV)≤8次/分；③身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：①碘對(duì)比劑過敏；②腎功能不全；③有冠狀動(dòng)脈或頭頸動(dòng)脈手術(shù)史。根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)15例患者被剔除，最終將60例患者納入本研究。其中，男25例，女35例；年齡35～73歲，平均(54.75±8.75)歲。將60例患者隨機(jī)分均為A、B兩組。

本研究為前瞻性研究，獲得了本院倫理審查委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有患者在CT檢查前知情并簽署知情同意書。

2.檢查方法

檢查前通知患者空腹，測(cè)量心率、身高和體重。所有CTA檢查使用Siemens Somatom Force第三代雙源CT機(jī)。檢查中患者取仰臥位、頭先進(jìn)，用彈力繃帶固定頭部。在采集完定位像后，使用高壓注射器經(jīng)右肘正中靜脈注射對(duì)比劑碘海醇(350 mg I/mL)，注射速率5.0 mL/s，對(duì)比劑注射方案：A組為30 mL對(duì)比劑+40 mL生理鹽水；B組為40 mL對(duì)比劑+40 mL生理鹽水。采用對(duì)比劑團(tuán)注追蹤(bolus-tracking)觸發(fā)掃描，將ROI放置在升主動(dòng)脈，閾值為100 HU，延遲4 s啟動(dòng)掃描，掃描范圍自膈肌下1 cm至顱頂，掃描方向?yàn)樽泐^方向。A組采用70 kV固定管電壓，B組采用100 kV固定管電壓，均采用自動(dòng)管電流調(diào)制(CARE Dose 4D)，圖像質(zhì)量參考成像條件為100 kVp、288 mAs，其它掃描參數(shù)：前瞻性心電門控，65% R-R間期，螺距3.2，0.25 s/r，探測(cè)器準(zhǔn)直寬度192×0.6 mm，重建層厚0.75 mm，重建間隔0.50 mm，重建算法為高級(jí)模擬迭代重建(advanced modelled iterative reconstruction，ADMIRE)，迭代強(qiáng)度3，血管重建卷積核Bv40。

3.圖像評(píng)價(jià)

所有圖像傳輸至Siemens Syngo.via工作站，使用多平面重組(MPR)、最大密度投影(MIP)、曲面重組(CPR)和容積再現(xiàn)(VR)技術(shù)進(jìn)行圖像后處理。由兩位放射科醫(yī)師(分別有3年和8年影像診斷經(jīng)驗(yàn))分別獨(dú)立進(jìn)行評(píng)估，兩位醫(yī)師對(duì)所有被試的臨床信息和掃描協(xié)議不知情。

圖像質(zhì)量主觀評(píng)分：根據(jù)國(guó)際心血管CT協(xié)會(huì)(Society of Cardiovascular Computed Tomography,SCCT)2014年發(fā)布的心血管病血管成像指南中推薦的冠狀動(dòng)脈分段標(biāo)準(zhǔn)[8]，將冠狀動(dòng)脈分為18段，分別進(jìn)行評(píng)分，直徑<1.5 mm的冠狀動(dòng)脈節(jié)段不計(jì)入評(píng)分。對(duì)頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈、椎動(dòng)脈、大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈、大腦后動(dòng)脈和基底動(dòng)脈共7支頭頸動(dòng)脈節(jié)段進(jìn)行評(píng)分。采用Likert量表方法，將所有動(dòng)脈的圖像質(zhì)量評(píng)分分為4級(jí)：4分，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)，無偽影；3分，圖像質(zhì)量良好，存在輕度偽影，不影響診斷；2分，圖像上有中度偽影，圖像質(zhì)量一般，但仍可評(píng)價(jià)；1分，圖像質(zhì)量差，無法診斷[9-11]。評(píng)分為2～4分歸為可評(píng)價(jià)血管，1分為不可評(píng)價(jià)血管。

圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)方法：分別在升主動(dòng)脈根部、左冠狀動(dòng)脈主干、右冠狀動(dòng)脈近端、頸總動(dòng)脈起始部、椎動(dòng)脈V1段、頸內(nèi)動(dòng)脈起始部、基底動(dòng)脈中段、大腦中動(dòng)脈M1段共8支血管內(nèi)放置ROI，測(cè)量各目標(biāo)血管的CT值及其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)，定義目標(biāo)血管的SD值為噪聲(noise，N)。所有ROI的放置約占血管截面積的3/4，避開血管壁的鈣化、斑塊、狹窄和明顯運(yùn)動(dòng)偽影區(qū)域。左冠脈主干和右冠脈近端的CT值在曲面重組圖像上進(jìn)行測(cè)量，并在升主動(dòng)脈根部鄰近的心包脂肪內(nèi)勾畫ROI，測(cè)量其CT值[12]；頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)動(dòng)脈、椎動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈的CT值，均取雙側(cè)測(cè)量值的平均值，并在同層面目標(biāo)血管鄰近的組織內(nèi)(頸總動(dòng)脈選擇豎脊肌，頸內(nèi)動(dòng)脈和椎動(dòng)脈V1段選擇胸鎖乳突肌，基底動(dòng)脈選擇腦干，大腦中動(dòng)脈M1段選擇M1段鄰近的腦組織)勾畫ROI，測(cè)量其CT值，勾畫ROI時(shí)應(yīng)避開血管、骨骼和鈣化。按照公式(1)和(2)分別計(jì)算各支動(dòng)脈的信噪比(signal noise ratio,SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast noise ratio,CNR)：

(1)

(2)

4.輻射劑量

每次掃描結(jié)束后記錄機(jī)器自動(dòng)生成的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product,DLP)，并按公式(3)計(jì)算效輻射劑量(effective dose,ED)：

ED=DLP×k

(3)

本研究中胸部和頭頸部掃描的k值分別取0.014 mSv/(mGy·cm)[13]和0.0031mSv/(mGy·cm)[14]。

5.統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。定量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，分類變量以頻數(shù)或百分?jǐn)?shù)表示。兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。對(duì)兩位醫(yī)師評(píng)分的一致性分析采用Kappa檢驗(yàn)(Kappa≥0.75為一致性好，Kappa<0.4為一致性欠佳)。對(duì)兩組圖像的客觀質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(CT值、圖像噪聲、SNR和CNR)及輻射劑量(CTDIvol、DLP、ED)的比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(經(jīng)檢驗(yàn)所有指標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.基本臨床資料和掃描參數(shù)

所有檢查順利完成，無并發(fā)癥發(fā)生。兩組患者基本臨床資料和掃描參數(shù)的比較見見表1。兩組之間年齡、身高、體重、BMI、心率、掃描前HRV和掃描范圍的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

表1 患者基本臨床資料及掃描信息

2.兩組圖像主觀評(píng)分的比較

在冠狀動(dòng)脈節(jié)段分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。A組有384個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段納入評(píng)價(jià)，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、一般和差的節(jié)段分別占87%(334/384)、10.9%(42/384)、1.3%(5/384)和0.8%(3/384)。B組有388個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段納入評(píng)價(jià)，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、一般和差的節(jié)段分別占87.6%(340/388)、10.1%(39/388)、2 %(8/388)和0.3%(1/388)。兩組圖像的平均評(píng)分分別為3.84和3.85，兩組間圖像質(zhì)量評(píng)分的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.257，P=0.797)。兩位醫(yī)師對(duì)冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性好(A組：Kappa=0.807，P<0.001；B組：Kappa=0.781，P<0.001)。

對(duì)7支頭頸動(dòng)脈進(jìn)行圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)，A組有208個(gè)頭頸動(dòng)脈節(jié)段納入評(píng)價(jià)，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好和一般的節(jié)段分別占92.3%(192/208)、7.2%(15/208)和0.5%(1/208)。B組有207個(gè)頭頸動(dòng)脈節(jié)段納入評(píng)價(jià)，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、和一般的節(jié)段分別占94.7%(196/207)、4.3%(9/207)和1.0%(2/207)。兩組中均沒有圖像質(zhì)量差(1分)的血管節(jié)段，平均評(píng)分分別為3.92和3.94，兩組之間圖像質(zhì)量主觀評(píng)分的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.961，P=0.337)。兩位醫(yī)師對(duì)頭頸動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性好(A組：Kappa=0.804，P<0.001；B組：Kappa=0.817，P<0.001)。

3.兩組圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

對(duì)兩組中8支血管的圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較，詳見表2。

表2 兩組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

A組中所有血管節(jié)段的CT值大于B組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。A組中所有血管節(jié)段的圖像噪聲大于B組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組間所有血管節(jié)段的SNR和CNR的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

4.兩組輻射劑量的比較

A組的3項(xiàng)輻射劑量指標(biāo)值(CTDIvol、DLP、ED)均顯著低于B組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。A組的ED較B組下降了59.2%，詳見表3。A組對(duì)比劑(30mL)用量較B組(40mL)減少了25%。

表3 兩組輻射劑量的比較

討 論

本研究的目的是合理的將冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式成像時(shí)輻射劑量和對(duì)比劑用量降至極低水平。在本研究中，對(duì)于冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈一站式成像，我們?cè)u(píng)估了圖像質(zhì)量、輻射劑量和對(duì)比劑用量。通過第三代雙源CT大螺距掃描模式，采用70 kV管電壓，ED降至(0.51±0.04) mSv，對(duì)比劑用量降至30 mL，一站式掃描冠脈動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈成像質(zhì)量均較好(圖1)；與100 kV管電壓相比，ED降低了59.2%，對(duì)比劑減少了25%，并且有著同等可評(píng)價(jià)的圖像質(zhì)量(圖2～5)。

在目前常規(guī)CT檢查中，CTA對(duì)于冠脈動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈的掃描需要分兩次進(jìn)行，這樣容易增加輻射劑量和對(duì)比劑用量，檢查相對(duì)費(fèi)時(shí)。隨著CT技術(shù)的快速發(fā)展，也曾有學(xué)者對(duì)于冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式成像進(jìn)行過探討。張曉東等[15]嘗試采用256層CT前瞻性心電門控對(duì)冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈進(jìn)行一站式成像，掃描的輻射劑量為(7.0±0.8) mSv，對(duì)比劑用量為90 mL，獲得了良好的圖像質(zhì)量。Wang等[16]采用第二代雙源CT大螺距掃描進(jìn)行冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式成像，并與單獨(dú)完成的冠狀動(dòng)脈成像的圖像質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩種掃描方法獲得的圖像質(zhì)量具有可比性，DLP為(256.3±24.5) mGy·cm，對(duì)比劑用量為65 mL。Sun等[14]采用第二代雙源CT大螺距掃描對(duì)冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈進(jìn)行一站式成像，驗(yàn)證了一站式成像對(duì)于診斷血管狹窄具有較高的準(zhǔn)確性，輻射劑量降低至(1.42±0.44) mSv，對(duì)比劑用量為60 mL。這些研究均證實(shí)了冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈一站式掃描的可行性，所用的設(shè)備基本為第二代雙源CT機(jī)，張曉東等[15]和Wang[16]等采用的是120 kV的管電壓，輻射劑量非常高，Sun等[14]采用100 kV管電壓后輻射劑量大幅下降，但是對(duì)比劑用量仍較高，對(duì)心率的要求(需要<65次/分)也更苛刻。目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中涉及運(yùn)用第三代雙源CT機(jī)對(duì)冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈進(jìn)行一站式成像的研究很少，本課題組對(duì)第三代雙源CT機(jī)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈的低輻射劑量低對(duì)比劑用量一站式成像的可行性和成像質(zhì)量進(jìn)行了分析。

在各種降低輻射劑量的方法中，降低管電壓是最有效的方法。這是由于輻射劑量與管電壓的平方成正比，因此70 kV管電壓較常規(guī)管電壓(120 kV)掃描可顯著降低輻射劑量。此外，隨著管電壓的降低，X線束的有效光能更接近碘的衰減k緣[17]，70 kV管電壓掃描可以顯著增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，從而可相應(yīng)的降低對(duì)比劑的用量，也因此可降低對(duì)比劑誘發(fā)腎病的風(fēng)險(xiǎn)[18]。然而，70 kV管電壓掃描也存在一定的局限性，包括圖像噪聲的增加和圖像質(zhì)量的降低。在以往的CTA檢查中，圖像質(zhì)量在70 kV管電壓條件下受到很大限制，這是因?yàn)橐郧暗腃T系統(tǒng)的管電流輸出受限(500 mA)，為了使圖像質(zhì)量滿足診斷要求，需要更高的管電流或采用迭代重建技術(shù)來補(bǔ)償因管電壓降低而造成的圖像質(zhì)量下降[19]。第三代雙源CT為了克服圖像噪聲的增加，采用了先進(jìn)的ADMIRE迭代重建算法，120 kW雙球管的最大峰值管電可高達(dá)1300 mA[17]。新的迭代重建算法(ADMIRE)與傳統(tǒng)重建算法(filter back projection，F(xiàn)BP)相比，降低圖像噪聲的效果更顯著，且能顯著降低輻射劑量和對(duì)比劑用量[20]。前瞻性心電門控大螺距掃描模式與70 kV管電壓聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)了亞mSv(<1.0 mSv)條件下完成冠狀動(dòng)脈CTA并獲得較滿意的圖像質(zhì)量[9,10,21]。Zhang等[10]的研究顯示在冠狀動(dòng)脈成像中采用70 kV管電壓較100 kV管電壓的輻射劑量降低了75%。70 kV管電壓在頭頸部CTA中也實(shí)現(xiàn)了輻射劑量的顯著降低，70 kV管電壓相較于100 kV管電壓的輻射劑量降低了56%[11]。

第三代雙源CT機(jī)的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度(0.25 s/r)和移床速度(737 mm/s)極快，時(shí)間分辨率達(dá)66 ms，大螺距掃描模式下使得對(duì)于患者心率的要求降低，且掃描速度提高。在本研究中，完成冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式掃描僅需(0.75±0.12) s ，這也為減少對(duì)比劑注射時(shí)間提供了支持，從而可以進(jìn)一步減少對(duì)比劑用量。本研究在既往70 kV管電壓條件下單獨(dú)完成的極低對(duì)比劑用量冠狀動(dòng)脈CTA[10]和極低對(duì)比劑用量頭頸動(dòng)脈CTA[11]的研究基礎(chǔ)上，采用30 mL對(duì)比劑完成掃描，并利用超短掃描時(shí)間來識(shí)別對(duì)比劑峰值時(shí)間。

本研究在70 kV管電壓和30 mL對(duì)比劑用量下，得到了較好的血管增強(qiáng)圖像，與100 kV管電壓、40 mL對(duì)比劑的掃描方案相比，SNR和CNR均無明顯差異。這是由于在70 kV時(shí)CT值增大，而圖像噪聲由于管電流增大和先進(jìn)的ADMIRE迭代重建算法，所增加的幅度得到了比較好的控制。在Meinel等[22]的研究中采用第三代雙源CT對(duì)冠狀動(dòng)脈CTA體模進(jìn)行掃描，管電壓為70～150 kV，結(jié)果顯示在70 kV和80 kV時(shí)血管的CNR最高。Higashigaito等[23]運(yùn)用第三代雙源CT在評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈搭橋血管時(shí)，發(fā)現(xiàn)在低千伏時(shí)允許減少對(duì)比劑用量并能保持恒定的CNR。本研究中所有血管的CT值均達(dá)到診斷要求(>325 HU)[24-25]，SNR和CNR也滿足了先前報(bào)道的冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈診斷研究的要求[11-12,26-27]。輻射劑量和對(duì)比劑用量低于既往的研究報(bào)道[14-16]。本研究結(jié)果表明，第三代雙源CT可以實(shí)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式成像，圖像質(zhì)量較好，評(píng)估者一致性較高，最重要的是，我們使用了極低的輻射劑量和極低的對(duì)比劑用量。

本研究的主要局限性是缺乏與金標(biāo)準(zhǔn)DSA的直接比較，來評(píng)估這種方法的診斷效能。然而，第三代雙源CT極低劑量在分開檢查的冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈已經(jīng)被證實(shí)是可靠的[10-11]。另一個(gè)局限性是對(duì)患者有一定的要求(心率≤75次/分，BMI≤26 kg/m2)，因?yàn)檫@是一個(gè)前瞻性掃描模式下極低輻射劑量、極低對(duì)比劑用量的初步可行性研究，為了避免組內(nèi)高心率和肥胖者對(duì)于血管評(píng)價(jià)和圖像質(zhì)量可能產(chǎn)生的影響。最后，本研究的樣本量較小，在后續(xù)的工作中，我們還需要更大的樣本量做進(jìn)一步探討。

總之，第三代雙源CT使用70 kV管電壓、30 mL對(duì)比劑行冠狀動(dòng)脈、頭頸動(dòng)脈一站式成像，獲得了較好的血管增強(qiáng)圖像，對(duì)患有冠狀動(dòng)脈和頭頸動(dòng)脈疾病的患者實(shí)現(xiàn)一站式低劑量檢查具有重要的臨床意義。