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  中华放射医学与防护杂志  2016, Vol. 36 Issue (7): 534-539   PDF    
引用本文
姚莉萍, 张丽, 丁茗, 虞崚崴, 孙锟, 李惠民 前瞻性心电门控心血管CTA在小儿先天性心脏病冠状动脉评估中的应用价值[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2016, 36(7): 534-539, DOI: 10.3760/cma.j.issn.0254-5098.2016.07.012.
前瞻性心电门控心血管CTA在小儿先天性心脏病冠状动脉评估中的应用价值
姚莉萍, 张丽, 丁茗, 虞崚崴, 孙锟, 李惠民     
200092 上海交通大学医学院附属新华医院
收稿日期: 2015-11-11
基金项目: 上海市科委基础研究重点项目（12JC1406600）
通信作者: 李惠民, E-mail:lihuiminphd@163.com
[摘要] 目的 研究先天性心脏病（congenital heart disease，CHD）患儿进行前瞻性心电门控256-MSCT血管造影时冠状动脉的显示质量和辐射剂量。 方法 93例CHD患儿纳入研究，按年龄分为A组 （ < 4个月）、B组（4个月≤年龄 < 3岁）、C组（3≤年龄 < 8岁）以及D组（8~15岁）。分析容积剂量指数（volumetric CT dose index，CTDIvol），剂量长度乘积（dose-length product，DLP） 和有效剂量（effective dose，E）与年龄之间的相关性。对74例同时记录心率变化的患儿进行冠脉分析，运用4点评分法研究冠状动脉的检出率。记录信号值（signal）、噪声（noise）和对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）评价图像质量与年龄的关系以及不同年龄组间冠状动脉图像质量。 结果 按11个节段分析法，冠状动脉总检出率为91%，左右冠状动脉起始、冠状动脉的近段、中段和远段检出率分别为100%、97%、92%和78%，不同年龄组间差异无统计学意义（P > 0.05）。A、B、C和D组的E值分别为1.8、1.3、0.8和 0.7 mSv，E与年龄间呈负相关性（r=-0.803，P < 0.01）。虽然DLP与年龄间无相关性（r=0.124，P > 0.05），但是D组的数值高于其他年龄组。噪声与年龄间无相关性（r=0.041，P > 0.05）。信号、CNR和E值，（A+B）组均高于（C+D）组（t=3.386、2.073、3.825，P < 0.05）。 结论 新一代256-MSCT对CHD儿童冠状动脉检测有优异的显示效果。虽然远段检出率较其他节段低，但是比以往有更好的检出，为小儿冠状动脉疾病的诊断提供一种高效选择。同时从辐射剂量的角度，大年龄儿童可尝试使用更低的管电压完成检查，3岁以下小儿童仍应慎重选择CT检查。
[关键词] 冠状动脉     先天性心脏病     前瞻性心电门控256-MSCT     辐射剂量    
Assessment of coronary artery by prospective ECG-triggered 256 multi-slice CT on children with congenital heart diseases
Yao Liping, Zhang Li, Ding Ming, Yu Lingwei, Sun Kun, Li Huimin     
Department of Cardiothoracic Surgery, Department of Radiology, Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University School of Medicine, Shanghai 200092, China
Fund programs: Key Project of Science and Technology Commission of Shanghai Municipality(12JC1406600)
Corresponding author: Li Huimin. E-mail:lihuiminphd@163.com
[Abstract] Objective To investigate the image quality and radiation dosage of the prospective ECG-triggered 256 multi-slice computer tomography (MSCT) angiography in accessing coronary artery (CA) on children Methods Coronary arteries of ninety-three children were evaluated using prospective ECG-triggered 256-MSCT with the same system setting. Seventy-four patients had the heart rate records and a four-point scoring system was applied to study the capability of MSCT in detecting CA. The signal, noise and contrast-to-noise ratio (CNR) were analyzed to investigate the association of image quality with age (n=74). Then volumetric CT dose index (CTDIvol), dose-length product (DLP) and effective dose (E) were utilized to study the association of radiation dosage with age (n=93). Results On 74 patients with heart records, the detection rate for original, proximal, middle, distal and all 11 segments of CA was 100%, 97%, 92%, 78% and 91%, respectively. No influence of age was found on their detection (allP > 0.05).Eof group A,B,C and D were 1.8, 1.3, 0.8 and 0.7 mSv, respectively. A strong negative correlation was found betweenEand age (r=-0.803,P < 0.01). Higher DLP was found on elder patients, though no correlation was found between agesvs. DLP(r=0.124,P > 0.05). No correlation was found between noisevs. age (r=0.041,P > 0.05). Significantly larger signals,CNR andE(t=3.386, 2.073, 3.825,P < 0.05)were found on younger patients (age < 3 years). Conclusions Prospective ECG-triggered 256-MSCT has considerable performance for the evaluation of coronary arteries on children. However, children under the age of 3 are not recommended for this examinary, but for examination on children ≥ 8-year old, the tube current could be further needed.
[Key words] Coronary artery     Congenital heart disease     Prospective ECG-triggered 256-MSCT angiography     Radiation dosage    

先天性心脏病(congenital heart disease,CHD)常常合并有冠状动脉解剖发育异常,如大动脉转位、法洛四联症、右室双出口、共同动脉干等。冠状动脉起源及走行异常会影响手术操作和治疗效果。因此，术前对冠状动脉进行准确评估对CHD患儿的诊治有重要意义。儿童CHD的诊断首选超声心动图,但由于透状动脉的异常,但是心导管检查有明显创伤性,存在很大的局限性。新近出现的256-多层螺旋CT(256-MSCT)空间分辨率及密度分辨率极高,扫描速度快,心电门控技术优越,图像后处理功能强大,能够对冠状动脉病变进行无创、有效的评价,在新生儿和儿童CHD患者中的运用与日俱增[1-3]。Goo等[4]曾使用16层CT研究CHD患儿左右冠状动脉起源和主支的显示情况。Tsai等[5]运用40层MSCT研究新生儿冠状动脉的显示情况。但是,基于新一代CT对儿童CHD患儿冠状动脉各节段显示情况的研究目前报道甚少。本研究运用前瞻性心电门控256-MSCT血管造影步进式扫描技术,研究先天性心脏病患儿的放射剂量和冠状动脉各节段的显示质量,评价其在临床CHD儿童诊断中的价值。

资料与方法

1. 临床资料:2013年9月至2014年11月在本院住院检查和治疗并同期完成256-MSCT冠脉血管造影的先天性心脏病患儿纳入回顾性研究分析,共93例,其中男性52例,女性41例。根据患者的年龄,将其分为4组,A组( < 4个月),14例;B组(4个月≤年龄 < 3岁),33例;C组(3≤年龄 < 8岁),29例;D组(8≤年龄 < 15岁),17例。冠状动脉图像质量的研究选取回顾性分析93例病例中记录心率变化的74例患儿(其中男性41例,女性33例)的CT图像。依据以上年龄分组:A组13例,B组29例,C组15例,D组17例。患儿的临床基本情况见表 1。

表 1 各年龄组患儿两种研究的临床特征 Table 1 Characteristics of the study subjects

2. 256-MSCT数据的获取:检查前禁食4~6 h,不能配合检查的患儿检查前给予10%水合氯醛溶液镇静(0.5 ml/kg),待患者熟睡后进行检查。能够配合的患者,嘱深吸气后1次屏气完成扫描。采用荷兰hilips Brilliance 256层iCT,探测器宽度为0.625 mm×128。管电压80 kV;管电流为自动调制模式;有效毫安秒为120 mAs;机架转速270 ms/圈;视野250 mm,矩阵512×512。患儿采用仰卧位,扫描范围自胸廓入口至膈下5 cm。扫描采用自动跟踪手动触发技术[6],所有患儿均采用前瞻性心电门控下步进式(step and shoot)扫描。使用Mallinckrodt双筒高压注射器,肘正中静脉留置针,2 ml/kg,婴幼儿以1.0~2.0 ml/s、少儿以3.5~5 ml/s流率注入碘海醇注射液350 mg I/ml。

3. 辐射剂量评估:93例CHD患儿CT图像采集时,同时记录每个患儿的容积CT剂量指数(CT dose index,CTDI)、剂量长度乘积(dose-length product,DL)。由DL乘以转换系数获得有效放射剂量(effective dose,E)。A~D组转换系数分别为0.039、0.026、0.018和0.013 mSv·mGy-1·cm-1[7-8]。

4. 256-MSCT图像质量评估:使用iCT自带EBW4.2工作站(extended brilliance workspace 4.02,荷兰皇家飞利浦电子公司),对扫描采集得到的原始数据进行重建。重建层厚为0.9 mm,重建间隔为0.45 mm。应用iDose4迭代重建技术重建图像,采用Xres标准算法。重建图像传输至工作站,应用多平面重组(MR)、容积显示(VR)、曲面重组(CR)及最大密度投影(MI)处理图像。对记录心率变化的74例CHD患儿的CT图像进行冠状动脉分段评估,由两位工作3~5年心血管放射科医生共同完成冠状动脉各节段显示的主观评价。

冠状动脉共分为11个节段[9]:左冠状动脉起始段、主支、左前降支近段、中段、远段,回旋支近段、远段;右冠状动脉起始段、近段、中段和远段,见图 1。冠状动脉分段评估以CR重建图像为准,采用4分法。4分:冠状动脉管壁清晰锐利,无伪影。3分:冠状动脉管壁稍模糊,轻度运动伪影。2分:冠状动脉管壁明显模糊,中度运动伪影,但能确定冠状动脉走行。1分,无法辨认冠状动脉。评分2~4分为可满足临床冠状动脉评估的图像。

图 1 冠状动脉节段显示 A.显示右冠状动脉的近段、中段和远段;B.显示左前降支的近段、中段和远段;C.显示左回旋支的近段和远段 注:RCAp. 右冠状动脉近段; RCAm. 右冠状动脉中段; RCAd. 右冠状动脉远段; LADp. 左前降支近段; LADm. 左前降支中段; LADd. 左前降支远段; LCXp. 左回旋支近段; LCXd. 左回旋支远段 Figure 1 The show of coronary artery segments A. The proximal,middle and distal segments of right coronary artery (RCAp,RCAm and RCAd) were denoted on the CT image; B. The proximal,middle and distal segments of left descending artery (LADp,LADm and LADd) were denoted on the CT image; C. The proximal and distal segments of left circumflex artery (LCXp and LCXd) were denoted

第3位放射科医师完成对74例患儿CT图像质量的客观评估。分别记录图像的信号、噪声、和对比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)。其中信号值为主动脉根部ROI(10 mm2)处的CT值,噪声值为该处的CT值的标准差,CNR=(信号同一层面背部肌肉的CT值)/噪声。

5. 统计学处理:定量变量以x±s表示,分类变量以频数表示。运用MedCalc 10.4.7.0软件进行分析。使用盒形图,分析年龄与辐射剂量以及年龄和图像质量间的相关性。计算Spearman相关系数研究年龄和每个参数间的相关性。当0 < |r| < 0.4,认为没有相关性;0.4≤|r|≤0.7时相关性较弱;|r| > 0.7时相关性强。定量参数间两两变量采用独立样本t检验,分类变量两两参数间运用Mann-Whitney检验评估两者间差异。P < 0.05为差异有统计学意义。

结果

1. 冠状动脉的检出率:不同年龄组各冠脉节段图像质量主观评价评分值见表 2。由表 2可知,对每个冠状动脉节段的检出率进行分析,LADd,LCXd,RCAm和RCAd的分值明显低于其他冠状动脉节段,LADd、LCXd、RCAm和RCAd分别与LCAo、LCAm、LADp、LADm、LCXp、RCAo和RCAp比较,[2]Z=-7.677~-4.119、-6.904~-2.761、-6.857~-2.712、-6.515~-3.125,P < 0.05;LADd分别与LCXd、RCAm和RCAd组间比较,LCXd分别与RCAm和RCAd组间比较以及RCAm与RCAd组间比较,差异均无统计学意义(P > 0.05)。

表 2 各年龄组患儿冠状动脉节段评分值 Table 2 Scores for evaluation of coronary arteries in groups

由表 3可知,74例患者,11个节段总检出率为91% (744/814),起始段(LCAo和RCAo)检出率为100% (74/74),近段(LCAm、LADp、LCXp和RCAp)检出率为97% (286/296),中段(LADm和RCAm)检出率为92%(136/148),远段(LCXd、RCAd和LADd)检出率为78% (174/222)。A、B、C和D组冠状动脉的总检出率分别为87% (124/143),92% (294/319),97% (160/165)和89% (166/187),近段、中段和远段冠状动脉分别与起始段冠状动脉检出率相比明显降低(Z=-2.289、-7.437、-10.194,P < 0.05);近段和中段冠状动脉与远段冠状动脉的检出率相比明显增高(Z=-10.408、-3.332,P > 0.05),但不同年龄组间冠状动脉检出率差异无统计学意义(P > 0.05)。

表 3 各年龄组患儿冠状动脉11个节段的检出率(%) Table 3 Visibility of coronary arteries on ECG-triggered 256 MSCT images(%)

2. 客观图像质量与年龄的相关性:不同年龄组图像质量客观参数:信号、噪声和CNR分别见表 4。年龄与信号间有较弱的相关性(r=-0.481,P < 0.05)。C与D组间信号值差异无统计学意义(P > 0.05);B组明显高于(C+D)组(t=2.754,P < 0.05);(A+B)组明显高于(C+D)组(t=3.386,P < 0.01)。年龄与噪声间无相关性(r=0.041,P > 0.05)。A、B、C和D组,噪声两组间比较,差异均无统计学意义( > 0.05)。年龄与CNR间无相关性(r=-0.380,|r| < 0.4)。CNR值在A与B组间及C与D组间差异无统计学意义( > 0.05)。然而,CNR在(A+B)组与(C+D)组间差异有统计学意义(t=2.073,P < 0.05)。

表 4 不同年龄组患儿放射剂量和CT图像质量参数(x±s) Table 4 Objective Image Quality and Radiation Dosage in Groups(x±s)

3. 放射剂量与年龄的相关性:不同年龄间CTDIvol,DL和E见表 4。年龄与DL间无相关性(r=0.124,P > 0.05)。D组DL值高于A、B和C 3组(t=-3.537、-2.670、-3.867,P < 0.05),但A、B和C两两组间差异无统计学意义(P > 0.05)。年龄和E间有强相关性(r=-0.803, < 0.01)。A组的E明显高于B组(t=3.574,P < 0.05),B组高于C组(t=-8.559,P < 0.05),C组高于D组(t=3.400,P < 0.05)。

3、 讨论

先天性心脏病合并冠状动脉开口与走行异常的比例较高,尤其是复杂性CHD。因此,明确冠状动脉的开口及走行对于CHD手术治疗有重要意义。至今,心导管造影仍是术前评估冠状动脉的金标准,但其存在很大的局限性。心导管造影有创伤性,易出现并发症,尤其是其辐射性,限制了心导管在儿童中的运用。新一代MSCT具有高时间和空间分辨率,强大的图像后处理功能为CHD患儿的冠状动脉评估提供了无创检测的新方法,并且越来越多地运用于CHD儿童。新一代CT在成人冠状动脉的临床诊断和运用中已显现出明显的优势。与成人不同,临床儿童的运用更强调低辐射剂量和优质的图像质量。到目前为止,运用新一代MSCT对儿童冠状动脉进行系统全面地评估的研究较少,本研究运用新一代256-MSCT对先天性心脏病儿童的冠状动脉进行研究,评估其在临床儿童运用中的价值。

本研究运用新一代256-MSCT在前瞻性心电门控模式下完成冠脉血管造影,对CHD患儿左、右冠状动脉起源及各个节段进行显示,总体、起始段、近段、中间段和远段的检出率分别为91%、100%、97%、92%和78%。11个节段中,左、右冠状动脉起源部位和左冠状动脉主干显示效果最佳,检出率达到100%;LADd和RCAd显示效果最差,但其检出率也达到76%和74%。LAD近段、LCX和RCA近端、中段的检出率位于中间,考虑不同节段CA检出率的差异主要与各支冠状动脉的发育有关,同时也受冠状动脉的走行和心脏运动影响有关。本研究结果显示,新一代CT对小儿冠状动脉的显示优于第一代CT,尤其体现在远段冠状动脉的检测[2, 10-11]。Tsai等[5]研究显示,近段和远段的CA检出率分别为100%和73.3%。ache等[10]运用第一代CT对20例2至35个月的小儿CA研究的总检出率为77.3%。Moez等[11]运用第一代双源CT回顾性心电门控心脏扫描技术对110例CHD新生儿分析近段和中段冠状动脉的图像质量,左冠状动脉的检出率为91%,右冠状动脉的检出率为84%。本研究中,远段冠状动脉的检出率明显低于其他冠状动脉节段部分,但是较以往的研究结果有明显的改善。

就冠脉图像质量来说,本组图像的主观评价显示了各年龄儿童均可以获得良好的图像质量。客观质量参数分析显示各年龄组间图像噪声差异无统计学意义,但3岁以下儿童的图像信号和CNR值显著高于3岁以上儿童,即图像信号强度和对比噪声比差异有统计学意义,考虑低龄儿童的血管强化更好,虽然注射速度更小,但却获得了更好的对比度,其强化值明显超过300 HU,图像质量优秀。CT图像良好的对比度,为临床检查进一步降低CHD儿童的造影剂注射速度,以及进一步降低CT检查时的辐射剂量提供了一个空间。

近几年,新一代CT技术的发展,使儿童在CT检查时接受的辐射剂量大大减少。Ghoshhajra等[12]运用MDCT/DSCT完成95例小儿(0~18岁)的检查,其平均辐射剂量为2.2 mSv。运用256-MSCT对小儿辐射剂量的研究,报道的E值范围从(0.29±0.08)到(1.6±0.3)mSv。Klink等[13]报道12例新生儿MSCT检查的辐射剂量最低,仅为(0.29±0.08)mSv。Huang等[14]报道中64个CHD新生儿的E为(1.6±0.3)mSv。另有研究者运用320-MSCT在心电门控下对新生儿和 < 4岁的CHD患者进行心脏检查,其E为(0.8±0.39)mSv[15]。研究时,CT检查选用不同的参数设置,可能造成E值的差异。本研究中93例病例,均行256-MSCT前瞻性扫描,平均E值为1.1 mSv。年龄和E值间有强负相关性。4个月以下、4个月≤年龄 < 3岁、3岁≤年龄 < 8岁和8岁≤年龄 < 15岁小儿的有效辐射剂量分别为(1.8±0.4)、(1.3±0.5)、(0.8±0.2)和(0.7±0.1)mSv。本研究中,3岁以下儿童的辐射剂量显著高于3岁以上儿童,因此,3岁以下小儿童仍应慎重选择CT检查。年龄和DL值间无相关性,但是D组儿童的数值高于其他各组,且差异有统计学意义。研究结果提示,在大年龄儿童( > 8岁)可考虑进一步降低管电压以获得更低的辐射剂量。

总之,新一代256-MSCT对CHD儿童冠状动脉检测有优异的显示效果。虽然远段检出率较其他节段低,但是比以往有更好的检出,为小儿冠状动脉疾病的诊断提供一种高效选择。本研究就辐射剂量角度提出,大年龄儿童可尝试使用更低的管电压完成检查; 3岁以下小儿童仍应慎重选择CT检查。

利益冲突 所有共同作者均在投稿前阅读并认可本研究,本研究不存在任何潜在利益冲突
作者贡献声明 姚莉萍负责数据分析和论文起草;张丽负责数据分析;丁茗、虞崚崴负责数据采集;孙锟负责研究思路、设计研究方案和论文修改;李惠民负责数据采集、研究思路和设计研究方案和论文修改
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