雙低掃描在冠狀動(dòng)脈CT血管成像的研究進(jìn)展

王甜，張衛(wèi)，曹治婷，肖運(yùn)平

1.廣西醫(yī)科大學(xué)附屬柳州市人民醫(yī)院 放射科，廣西 柳州 545006；2.廣西醫(yī)學(xué)影像臨床重點(diǎn)?？?，廣西 柳州 545006；3.柳州市分子影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 柳州 545006

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，暴飲暴食和存在不健康生活方式的人群日益增多，使冠心病的發(fā)病率和死亡率不斷提高[1]。目前冠狀動(dòng)脈造影（Coronary Angiography，CAG）是診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其有創(chuàng)、費(fèi)用高和顯示斑塊性質(zhì)及累積范圍有限的缺點(diǎn)，使其臨床應(yīng)用受到較大限制。冠狀動(dòng)脈CT成像（Coronary CT Angiography，CCTA）因快速、準(zhǔn)確、無創(chuàng)等特點(diǎn)，已成為篩查、診斷冠心病的有效方法之一[2-3]。隨著CCTA 檢查在臨床上的廣泛應(yīng)用，其高輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)和碘對(duì)比劑不良反應(yīng)等問題受到人們的密切關(guān)注?？山档洼椛鋭┝亢蛯?duì)比劑用量的雙低掃描CCTA 逐步成為目前的研究熱點(diǎn)，該技術(shù)可在保證診斷效能前提下，有效降低輻射劑量和對(duì)比劑用量。本文對(duì)雙低掃描在CCTA 中的應(yīng)用及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為冠狀動(dòng)脈疾病的臨床診斷提供參考。

1 CCTA的發(fā)展史

2000 年，Becker 等[4]首次運(yùn)用4 層螺旋CT 成功掃描出冠狀動(dòng)脈，但時(shí)間分辨力不足導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限。隨著影像設(shè)備探測(cè)器排數(shù)和寬度的增加，時(shí)間分辨力、空間分辨力的升高，多層螺旋CT 已經(jīng)成為一種無創(chuàng)性篩查和診斷冠心病的常用手段。近年來，后64 排高端CT（128 排、256 排、320 排、雙源CT 及寶石CT）設(shè)備大量裝機(jī)，為高清、低劑量提供了硬件基礎(chǔ)，使得CCTA 臨床應(yīng)用更加廣泛[5-8]。

2 CCTA的臨床應(yīng)用

2.1 冠狀動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)變異的診斷

在1.3%的先天性冠狀動(dòng)脈異?；颊咧?，約20%可引起不同程度的心肌缺血，極易引發(fā)猝死[9]。冠狀動(dòng)脈起源和走形異常較為常見（同側(cè)或異側(cè)冠狀竇、高位起源、心肌橋等）。CAG 對(duì)患者變異血管的顯示和醫(yī)師操作均較困難，故不作為冠脈結(jié)構(gòu)變異的首選檢查方法。多排螺旋CT 血管成像的容積三維重建技術(shù)、多平面重建技術(shù)能更好地提供整個(gè)冠狀動(dòng)脈樹解剖結(jié)構(gòu)信息、管腔內(nèi)狹窄及斑塊情況，對(duì)疾病診斷和解剖結(jié)構(gòu)變異顯示等方面具有重要的臨床意義。

2.2 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的評(píng)估

CCTA 對(duì)評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈管腔狹窄、斑塊形態(tài)和成分組成，特別是識(shí)別易損斑塊具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值[10]。目前，必須在CAG 基礎(chǔ)上進(jìn)行的血管內(nèi)超聲是診斷冠狀動(dòng)脈斑塊病變的參考標(biāo)準(zhǔn)，其與CCTA 相比，存在有創(chuàng)、副作用多等缺點(diǎn)[11-13]，不作為首選檢查方法。國內(nèi)外研究顯示，CCTA 對(duì)評(píng)價(jià)急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者斑塊形態(tài)與成分組成具有較高的準(zhǔn)確性[14-15]。

2.3 冠狀動(dòng)脈狹窄病變的評(píng)估及支架置入術(shù)后隨訪

64 排及以上CT 能清晰顯示冠狀動(dòng)脈及其細(xì)小分支、血管畸形、斑塊位置及形態(tài)以及血管腔的狹窄程度，CCTA 能確切地顯示冠狀動(dòng)脈中重度狹窄，冠狀動(dòng)脈狹窄程度＞50%病變的檢測(cè)敏感度為83%～87%，特異性為95%～97%[16]。隨著影像設(shè)備更新?lián)Q代，后64 排高端CT 的大量應(yīng)用，空間分辨率和時(shí)間分辨率提高，冠狀動(dòng)脈狹窄病變的評(píng)估將更加準(zhǔn)確。特別是支架置入術(shù)后隨訪，寶石CT 和東芝320 排高端的技術(shù)可以清晰顯示支架位置和形態(tài)，還能對(duì)支架內(nèi)有無內(nèi)膜增生和血栓形成進(jìn)行直觀地觀察。梁文嬌等[17]根據(jù)研究、隨訪、統(tǒng)計(jì)學(xué)得出結(jié)論，CCTA 診斷支架腔內(nèi)再狹窄的敏感度為88.9%（16/18），特異性為100%（90/90），陽性預(yù)測(cè)值為100%（16/16），陰性預(yù)測(cè)值為97.8%（90/92），診斷準(zhǔn)確率為98.1%（106/108）。說明CCTA 的臨床應(yīng)用有廣闊的前景。

3 雙低技術(shù)的意義與方法

3.1 雙低技術(shù)的意義

現(xiàn)代CT 最佳的狀態(tài)是圖像質(zhì)量與患者所受輻射劑量和碘攝入量達(dá)到最佳融合[18]。CT 掃描能為確診疾病提供重要的影像學(xué)信息，但過量輻射可誘發(fā)多種癌癥。報(bào)道指出，輻射劑量每增加1 Sv，癌癥發(fā)生率上升約4.1%[19]。隨著影像技術(shù)硬件和軟件的不斷發(fā)展，以往高濃度、高流率、大劑量的對(duì)比劑給患者造成很多潛在風(fēng)險(xiǎn)的注射方案已不適用[20]。因此，在滿足診斷需求前提下，雙低技術(shù)的應(yīng)用勢(shì)在必行。

3.2 雙低技術(shù)掃描方法

3.2.1 降低輻射劑量

降低輻射劑量的方法包括降低管電壓、管電流、曝光時(shí)間、采集時(shí)相和Z 軸的覆蓋范圍等。其中最為顯著的是降低管電壓，因?yàn)楦鶕?jù)輻射劑量的公式可知，管電壓與輻射劑量平方成正比，而且由于光電效應(yīng)，降低管電壓能增加對(duì)比劑CT 值，從而為降低碘對(duì)比劑用量提供基礎(chǔ)。陳玉環(huán)等[21]把患者分為管電壓70 kV 和管電壓100 kV 兩組行CCTA 檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，70 kV 組輻射劑量較100 kV 組大幅度降低，碘對(duì)比劑用量也減少約50%。李萬江等[22]運(yùn)用管電壓80 kV 與100 kV 比較，輻射劑量降低約51.1%。早期降低輻射劑量主要是通過降低管電流，但管電流降低會(huì)引起密度分辨率下降，噪聲值增加，使圖像信噪比和對(duì)比信噪比下降，對(duì)圖像質(zhì)量有一定影響。前門控預(yù)設(shè)采集時(shí)相軸掃，可有效降低輻射劑量[23]，但其對(duì)心率要求較高。由于CCTA 檢查只在胸部的心臟位置曝光，心臟掃描長(zhǎng)度是（Z 軸覆蓋范圍）影響放射輻射劑量的重要因素，根據(jù)放射輻射劑量公式，限制Z 軸的容積掃描長(zhǎng)度是降低放射輻射劑量的一個(gè)重要措施。Leschka 等[24]發(fā)現(xiàn)CCTA 利用鈣化積分橫斷位圖像制定冠狀動(dòng)脈掃描長(zhǎng)度，比常規(guī)CCTA 利用定位像制定冠狀動(dòng)脈掃描長(zhǎng)度減少了21 mm，有效輻射劑量降低了16%。王甜等[25-26]通過對(duì)心臟不同屏氣方式位置變化情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)平靜呼吸下屏氣方式可以縮短容積掃描長(zhǎng)度，從而有效減少輻射劑量，而圖像質(zhì)量沒有改變。

3.2.2 降低對(duì)比劑碘量

對(duì)比劑腎病、對(duì)比劑滲漏和過敏反應(yīng)等的發(fā)生率與對(duì)比劑的劑量、注射速率成正相關(guān)，尤其是CTA檢查需要大量高濃度對(duì)比劑，且注射速率快，發(fā)生不良反應(yīng)的概率更高[27]。影像設(shè)備探測(cè)器的排數(shù)和寬度增加，時(shí)間分辨率和密度分辨率的提高，更低的管電壓為低對(duì)比劑碘量掃描提供了硬件基礎(chǔ)。目前，學(xué)者大多通過降低管電壓來減少對(duì)比劑碘量。如馬燕輝等[28]將擬行CCTA檢查的60例體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）＜30 kg/m2的患者隨機(jī)分為試驗(yàn)組與對(duì)照組，試驗(yàn)組采用100 kV和基于BMI的對(duì)比劑注射方案：流速（mL/s）=體重（kg）×0.6（mL/kg）/10 s，對(duì)比劑用量=流速×10 s（心率＜75 次/min）；流速×11 s（75 次/min≤心率＜90 次/min）；流速×12 s（心率≥90 次/min）。對(duì)照組采用120 kV和常規(guī)固定流速以及對(duì)比劑用量（流速5 mL/s，對(duì)比劑總量75 mL）。結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組單個(gè)患者對(duì)比劑用量平均減少37.07%，而圖像質(zhì)量沒有受到影響。Luan等[29]把研究對(duì)象分為2組，對(duì)照組采用120 kV，高壓注射器以4 mL/s速率注射50 mL對(duì)比劑，而實(shí)驗(yàn)組采用80 kV，高壓注射器以5 mL/s速率注射18 mL對(duì)比劑，超低的注射劑量與傳統(tǒng)方案相比，提供了相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量和診斷效能。

3.2.3 迭代重建技術(shù)

濾波反投影作為一種傳統(tǒng)CT 圖像重建的主要算法，運(yùn)算簡(jiǎn)單、速度快，但對(duì)噪聲和偽影敏感，故其無法消除降低掃描條件引起的噪聲，從而影響影像診斷效果。早期，迭代重建技術(shù)因計(jì)算量大、重建時(shí)間長(zhǎng)，無法廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算能力和速度的提升，迭代重建技術(shù)因降低圖像噪聲、改善圖像質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)已成為當(dāng)今CT 主流的圖像重建算法。各CT 生產(chǎn)廠商都有自己的迭代算法：如GE 的ASiR 和TrueFidelityTM、Phillip 的iDose 和IMR、Siemens 的SAFIRE、佳能（東芝）的AIDR、IRE 云迭代和AiCT深度學(xué)習(xí)重建等。詹鶴鳳等[30]、Wang 等[31]研究指出，低管電壓結(jié)合深度學(xué)習(xí)重建算法，可在大幅度減少輻射劑量的同時(shí)降低碘對(duì)比劑用量，而診斷效能未受影響。

4 雙低技術(shù)聯(lián)合迭代重建技術(shù)在CCTA中的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀和進(jìn)展

圖像質(zhì)量與患者所受輻射劑量和碘攝入量之間的平衡點(diǎn)是現(xiàn)代CT 應(yīng)用中研究的熱點(diǎn)。成水華等[32]利用64 排螺旋CT 行70 kV，55 mL 碘對(duì)比劑（300 mgI/mI）結(jié)合Karl 3D迭代技術(shù)的CCTA檢查，輻射劑量降低約72%，碘攝入量減少21.4%。趙英華等[33]建立體外模型，研究不同管電壓、不同管電流、碘克沙醇注射液（270 mgI/mL）和0.9%氧化鈉溶液稀釋不同的碘濃度下行CCTA檢查，結(jié)果顯示80 kV時(shí)有效劑量較100 kV及120 kV分別下降47.80%和65.84%，設(shè)定固定管電壓為80 kV，改變管電流大小，或設(shè)定固定管電流105 mA改變管電壓大小時(shí)，不同碘濃度對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，在不影響圖像質(zhì)量前提下，用0.9%氧化鈉溶液稀釋碘克沙醇注射液（270 mgI/mL），行128排螺旋CT雙低掃描結(jié)合迭代重建的方案是可行的。詹鶴鳳等[30]和Wang等[31]同樣通過降低管電壓減少輻射劑量和碘攝入量，并通過迭代重建技術(shù)減少噪聲，提高圖像質(zhì)量。充分說明雙低技術(shù)聯(lián)合迭代重建技術(shù)是目前的研究主流方向，可作為CCTA的首選檢查方式。

隨著影像技術(shù)飛速發(fā)展，新型迭代重建技術(shù)的不斷更新，CCTA 的雙低掃描將有更廣闊的前景。如文雨婷等[7]的研究，通過新型深度學(xué)習(xí)圖像重建算法強(qiáng)大的除噪聲功能，在保證圖像質(zhì)量的前提下，可用更低的輻射劑量（70 kV）和對(duì)比劑用量（16 mL）來滿足臨床需求。劉珮君等[34]用人工智能結(jié)合迭代算法（Clearview+50%）進(jìn)行圖像優(yōu)化處理應(yīng)用于大體型患者（BMI＞26 kg/m2）的CCTA 檢查：圖像主動(dòng)脈根部、左主干開口、左前降支中段、左回旋支中段及右冠狀動(dòng)脈中段的噪聲分別比單迭代算法（Clearview+50%）降低了68.36%、45.89%、28.41%、32.49%和31.25%，而且圖像信噪比、對(duì)比信噪比和主觀評(píng)分更優(yōu)。證明人工智能圖像優(yōu)化算法可有效提高大體型患者低劑量的冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量，為大體型患者優(yōu)化的CCTA 檢查提供了新思路和新方法。賈紫珺等[35]對(duì)BMI ≤30 kg/m2患者行CCTA 檢查，采用70 kV 管電壓及低對(duì)比劑用量和流速結(jié)合高級(jí)迭代重建算法，在亞毫希沃特條件下得到常規(guī)劑量方案的診斷效能。充分說明雙低技術(shù)結(jié)合迭代算法具有很廣闊的前景。

5 結(jié)論與展望

隨著人民生活水平不斷提升，健康意識(shí)增強(qiáng)，CCTA 的檢查不斷增多，CT 檢查所帶來的輻射和碘對(duì)比劑不良反應(yīng)問題日益受到重視。在滿足診斷需求前提下，更低輻射劑量和更低碘攝入量的雙低技術(shù)將有更廣闊的運(yùn)用前景，迭代重建技術(shù)的除噪聲優(yōu)點(diǎn)是雙低技術(shù)的強(qiáng)力后盾。期待未來隨著CT 硬件和軟件技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，能夠在圖像質(zhì)量和降低碘攝入量、更低輻射劑量三者間找到更好的平衡點(diǎn)，制定出更合理的個(gè)性化方案，為廣大檢查者的健康提高更多保障。