冠状动脉CT成像检查(coronary artery CT angiography,CCTA)在冠状动脉疾病诊断中的作用日益突出,但其检查过程中较高的辐射剂量不容忽视。低管电压技术是降低辐射剂量的有效手段,已有研究报道,在不影响CCTA诊断要求的情况下,可将管电压从120 kV降低至100 kV^[1]。并且,对于低体质量指数(BMI)的患者,管电压可降至80 kV,图像仍然能够满足主观诊断需要^[2,3]。另一方面,较高的碘负荷会给患者带来潜在的伤害^[4]。本研究旨在探讨同时使用低管电压(80或100 kV)和低浓度对比剂(270 mg I/ml)在CCTA检查中的可行性,以期在保证图像质量、满足诊断要求的同时进一步降低辐射剂量及降低对比剂浓度。

1.病例资料:2013年10月至2014年1月间,共收集160例疑有冠状动脉疾病的患者,将80例BMI＜25 kg/m²的患者按随机数字表法和不同条件分成270 mg I/ml-80 kV组(A组)、350 mg I/ml-120 kV组(B组)行CCTA检查,各组每组40例,其中男性42例,女性38例,年龄32~84岁,平均年龄(60.65±9.6)岁,BMI=(24.75±2.84)kg/m²;另80例25≤BMI＜30 kg/m²的患者按同样方法分成270 mg I/ml-100 kV组(C组)、350 mg I/ml-120 kV组(D组)行CCTA检查,各组每组40例,其中男性44例,女性36例,年龄33~85岁,平均年龄(60.71±8.3)岁,BMI=(25.23+2.96)kg/m²。排除标准:碘对比剂过敏、肝肾功能不全(血肌酐>12 mol／L)、严重心率不齐及心功能不全;冠状动脉支架植入术或冠状动脉搭桥术后; BMI>30 kg/m²;不能配合呼吸者。所有患者均在自然心率下完成检查。各组患者在年龄、性别、心率、心率变异、BMI、扫描范围上差异无统计学意义(P >0.05,)。本研究已经通过本院伦理委员会审核,且在检查前签署碘对比剂给药知情同意书。

2.检查方法:扫描前舌下含服硝酸甘油0.5 mg。于右肘正中静脉埋置18G留置针,患者取仰卧位,训练患者屏气。采用德国Siemens双源CT (somatom I definition flash )。首先,行常规屏气定位像,扫描范围自气管分叉处下1 cm至膈面。根据屏气后心电图中的心率变化自动选择相应扫描时相。270 mg I/ml-80 kV组、270 mg I/ml-100 kV组对比剂采用270 mg I/ml碘克沙醇,350 mg I/ml-120 kV组、350 mg I/ml-120 kV组对比剂采用350 mg I/ml碘海醇。4组均注射对比剂60 ml,注射速率5 ml/s,然后以相同速率注射生理盐水40 ml。4组均采用Bolus-tracking团注法,感兴趣区设置在升主动脉根部,触发阈值100 HU,延迟时间4 s。扫描参数:4组管电压分别为80、120、100和120 kV;管电流由四维智能在线剂量调控技术(CARE Dose 4D,西门子医疗系统)根据患者个体情况自动调制,4组参考管电流分别设置为390、320、320 和320 mAs/周,螺距根据患者心率自动匹配。探测器准直2 mm×64 mm×0.6 mm,图像层厚0.75 mm,卷积核b26f,启动自适应前瞻性心电门控序列扫描技术,数据采集期相:在心率<75次/min采集期相为65%~75%R-R间期,心率≥75次/min采集期相为40%~50％R-R间期。270 mg I/ml-80 kV组和270 mg I/ml-100 kV组采用迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)技术,350 mg I/ml-120 kV组和350 mg I/ml-120 kV组采用滤波反投影重建(filtered back projection,FBP)技术,将重建数据传输至工作站(syngo MMWP VE36A)。

3.图像后处理:所有图像应用Circulation软件进行重建。对每支血管进行容积再现(VR)、最大密度投影(MIP)、多平面重建(MPR)、曲面重建(CPR)。测量4组的主动脉根部、左主干(LM)、左前降支(LAD)、左旋回支(LCX)、右冠状动脉(RCA)近端的CT值。

4.客观评价指标:感兴趣区(ROI)放在上述各大血管的近端,ROI尽可能大,但是要小心避开钙化、斑块及管壁。计算信噪比(SNR)、增强后管腔CT值及对比噪声比(CNR)的比值。计算公式为:SNR=管腔CT值/SD值,CNR=(管腔CT 值-邻近组织平均CT值)/邻近组织SD值。本研究选取背部肌肉为邻近组织。

表 1(Table 1)

表 1 各组患者辐射剂量比较(x±s)

表 1 各组患者辐射剂量比较(x±s)

表 2(Table 2)

表 2 各组病例客观质量评价比较(x±s)

表 2 各组病例客观质量评价比较(x±s)

5.主观评价指标:根据美国心脏病学会(American Heart Association,AHA)冠状动脉树的15段分段法命名^[5],选取所有直径≥1.5 mm的冠状动脉节段进行分析,观察横轴面、MPR、CPR及MIP图像。按照3分法评定图像质量^[3]。3分:图像质量优秀,噪声小,管壁连续完整、无错层及运动伪影,斑块显示清晰;2分:图像噪声偏大但尚可接受,管壁有轻度错层或运动伪影,斑块可显示;1分:图像噪声大,管壁有明显错层或运动伪影,管腔及斑块显示不清,图像不能用于诊断。冠状动脉节段为单位,包括:右冠脉近、中、远段,左主干,左前降支近、中、远段和左回旋支近、中、远段,以及后降支、第1对角支和第l钝缘支,共计13个节段。由两名资深影像科医师对图像质量进行评价,二者意见不一致时,共同商定结果。

6.辐射剂量计算:所有病例仅计算注入对比剂扫描时的辐射剂量。检查后,容积剂量指数(CTDI)及剂量长度乘积(DLP)由扫描仪剂量报告提供,有效辐射剂量(E)根据公式E(mSv)=DLP×k计算,其中k为换算因子,取0.017 mSv[DK]·mGy^-1[DK]·cm^-1)^[6]。由于患者个体接收剂量与扫描机输出剂量及患者体型相关,现在国际上提倡使用体型特异性剂量评估(SSDE),可以较准确地评估受检者所受的辐射剂量,具体换算参数参照Li和Behrman^[7]的报道。

7.统计学处理:采用SPSS 19.0软件进行统计处理。计量资料采用[AKx-D]±s表示,计数资料采用绝对数表示。270 mg I/ml-80 kV组、270 mg I/ml-100 kV组和350 mg I/ml-120 kV组、350 mg I/ml-120 kV组间性别比较用χ²检验,年龄、BMI、心率、心率变异、管电流、螺距、扫描长度、CTDI_vol、DLP、E、SSDE、冠状动脉的各客观参数值及冠状动脉图像质量评分的比较均采用两独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

1.辐射剂量评价:270 mg I/ml-80 kV组E值较350 mg I/ml-120 kV组明显降低,差异有统计学意义(t=-17.444,P<0.05),270 mg I/ml-100 kV组E值较350 mg I/ml-120 kV组明显降低,差异有统计学意义(t=-10.523,P<0.05)。270 mg I/ml-80 kV组的SSDE值较350 mg I/ml-120 kV组明显降低,降低幅度约66.7％,差异有统计学意义(t=-13.032,P<0.05);270 mg I/ml-100 kV组的SSDE值较350 mg I/ml-120 kV组明显降低,降低幅度约58.8％,差异有统计学意义(t=-9.119,P<0.05)。

[JP3] 2.客观质量评价:270 mg I/ml-80 kV组、350 mg I[JP]/ml-120 kV组与270 mg I/ml-100 kV组、350 mg I/ml-120 kV组组间噪声差异无统计学意义(P>0.05),270 mg I/ml-80 kV组的平均SNR、平均CNR及平均CT值高于350 mg I/ml-120 kV组,差异有统计学意义(t=4.623,3.272,0.436,P<0.05);270 mg I/ml-100 kV组的平均SNR高于350 mg I/ml-120 kV组,差异有统计学意义(t=2.981,P<0.05),270 mg I/ml-100 kV组、350 mg I/ml-120 kV组的平均CNR、平均CT值比较,差异无统计学意义(P>0.05)。

3.主观质量评价:各组患者共有1 870段冠状动脉血管直径≥1.5 mm。经独立样本t检验,两组患者右冠状动脉管壁光滑,无伪影,评分3分,主观图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05,图 1)。

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图 1 患者不同条件下的CPR扫描图像 A.患者男,65岁,BMI为22.91 kg/m2,管电压80 kV,管电流320 mAs,平均心率71 次/min,选择65%~75%R-R间期扫描;B. 患者男,59岁,BMI为23.01 kg/m2,管电压120 kV,管电流290 mAs,平均心率67 次/min,选择65%~75%R-R间期扫描;C. 患者女,67岁,BMI为27.99 kg/m2,管电压100 kV,管电流260 mAs,平均心率83 次/min,选择40%~50%R-R间期扫描; D.患者男,61岁,BMI为28.71 kg/m2,管电压120 kV,管电流260 mAs,平均心率69 次/min,选择65%~75%R-R间期扫描

机器设备的更新和后处理系统的发展使得更多降低CCTA辐射剂量的途径产生和完善,现有多种降低CCTA辐射剂量的途径包括:前瞻性心电门控扫描、降低管电压、降低管电流、使用心电图自动管电流调制技术、体型适应性电流调制、降低Z轴长度、增大螺距、使用迭代算法技术等^[8]。本研究主要针对DSCT自适应前瞻性心电门控序列扫描冠状动脉成像技术,联合使用了多项直接或间接降低辐射剂量的技术,包括降低管电压、使用心电图自动管电流调制、使用迭代算法等,最终使得辐射剂量大大降低,而图像质量可满足临床诊断要求。

1.前瞻性心电门控序列扫描冠状动脉成像技术(CorAdSeq扫描技术):CorAdSeq扫描技术是在前瞻性心电触发序列扫描的基础上改进的新技术,通过心电图中的心率快慢及变化自动选择相适应的重建时相,控制X射线管曝光。CorAdSeq技术可以提供心律不齐补偿技术,当期前收缩发生时,可自动识别并忽略扫描或重复扫描,可提高检查成功率,对于期前收缩等严重心律不齐患者具有优势^[9]。CorAdSeq扫描时间分辨力较高且采用自动重建时相设计,本研究中所有病例在检查前均未予心率干预,当心率<75次/min时采集期相为65%~75％R-R间期,心率≥75次/min时采集期相为40%~50％R-R间期。如此,得以实现非心率控制下患者的冠状动脉成像,既可保证诊断所需图像质量,又能显著降低辐射剂量。在本研究的270 mg I/ml-80 kV组中,E最低为0.59 mGy。

2.迭代重建技术: 辐射剂量与管电压的指数成正比,降低管电压可以显著降低患者接受的辐射剂量。但是众所周知,管电压的降低势必会导致噪声的增加,影响诊断。近来,迭代重建算法以其能降低图像噪声的功效被大量应用于临床和科研,本研究中所使用的SAFIRE重建技术是近来才被用于临床的第二代迭代重建技术,它将基于原始数据的迭代算法和基于图像数据的迭代算法结合,更好地对图像进行了修正,在获取图像真实信息的同时大大降低了图像噪声。至今为止,SAFIRE技术在头部、胸部、腹部等多项CT检查中被广泛应用^{[10,11,12,13]},结果表明,SAFIRE技术的运用为降低管电压从而降低辐射剂量提供了很好的技术支持。SAFIRE技术共有5种前设模式可供选择,本研究采用SAFIRE-3重建技术。

3."双低"扫描理念:降低管电压可以有效增加脉管系统的浊化效应,增加含碘对比剂的CT值,从而增加血管与周围组织结构的对比^[13,14]。有研究显示,采用80或100 kV检查时冠脉各支血管CT值较120 kV组明显升高^[2],这种提高碘检测效率的效应为降低对比剂的使用提供了依据。并且,Szucs-Farkas 等^[15]已经在CT肺血管成像检查中使用了与本研究类似的"双低"扫描方案,并取得了较为满意的图像质量,然而这种"双低"扫描方案在CT冠状动脉成像检查中的运用报道较少。本研究结果显示270 mg I/ml-80 kV组、350 mg I/ml-120 kV组图像的主观质量及客观质量均分别不低于270 mg I/ml-100 kV组、350 mg I/ml-120 kV组,与此同时,270 mg I/ml-80 kV组的SSDE较350 mg I/ml-120 kV组下降了64.4%,270 mg I/ml-100 kV组的SSDE较350 mg I/ml-120 kV组下降了39.3%。

4.本研究的不足:首先,在本研究中,没有将CCTA诊断结果与目前"金标准"的冠状动脉DSA结果对照。其次,本研究"双低"组中的270 mg I/ml-80 kV组图像噪声及CT值明显高于350 mg I/ml-120 kV组,然而270 mg I/ml-80 kV组的CNR和SNR均不低于350 mg I/ml-120 kV组,甚至部分冠脉节段的数据结果明显高于350 mg I/ml-120 kV组,这可能是因为常规注射速率(5 ml/s)对于 "双低"扫描方案来说尚偏高,所以对比剂注射参数仍有进一步优化的必要。这些都有待进一步研究完善。

综上所述,行冠状动脉CCTA检查时,在SAFIRE重建算法的技术支持下,同时降低管电压及对比剂浓度("双低"扫描方案)是可行的,它可以有效降低检查过程中患者所受到的辐射剂量,并且所获得的图像依然可以满足诊断需要。