钙化积分(calcium score，CS)是一种评估冠状动脉钙化负荷的定量方法，能够对冠心病进行风险分层，从而预测未来心血管事件风险^[1]；冠状动脉CT血管造影(coronary computed tomography angiography，CCTA)是目前临床上评估冠状动脉狭窄程度的重要手段^[2]。两种方法联合应用对冠心病患者临床诊断和预后评估有较大价值^[3-4]。在常规临床工作中，为了避免血管内造影剂的干扰，CS需基于额外的冠状动脉平扫半自动计算获得。因此，常规冠状动脉CTA成像扫描方案均先行冠状动脉平扫，即真实平扫(true non-contrast，TNC)，再行心电门控CCTA扫描。两次扫描叠加的辐射剂量危害不容忽视。因此在放射防护最优化“ALARA” (as low as reasonably achievable) 原则的指导下，如何在满足临床诊断及不影响图像质量的前提下尽可能多的降低辐射剂量，日趋成为国内外研究的热点^[5]。

与常规CT相比，能谱CT通过同时、同源、同向高低能量信息采集，可实现不同物质的鉴别及分离(如碘造影)，在增强扫描中通过物质识别算法识别出碘，并虚拟的移除碘贡献的衰减值，得到虚拟平扫(virtual non-contrast，VNC)图像，有研究证实，腹部增强CT的VNC图像与TNC图像之间的CT值一致性较高，可以用来代替TNC，避免重复扫描，可降低患者1/3或者1/2的辐射剂量^[6]。Nadjiri等^[7]在双层探测器光谱CT冠状动脉CTA检查中利用VNC代替TNC计算CS，初步发现二者具有高度相关性，但并未聚焦辐射剂量的探讨。基于VNC的冠状动脉分支的CS可行性也有待深入研究。本研究在此基础上，通过回顾性分析CCTA中VNC技术评估CS的可行性，探讨基于CCTA的VNC图像是否可以替代常规TNC图像，为进一步优化CCTA扫描方案，有效减少CCTA的辐射剂量提供依据。

1. 临床资料：回顾性分析南京大学医学院附属鼓楼医院2019年3月至2020年8月行冠状动脉CTA检查患者的临床及影像资料。纳入122例患者。其中，男69例，女53例，年龄35~84(62.3± 10.1)岁。有吸烟史患者59例(48.4%)，高血压患者45例(36.9%)，糖尿病患者9例(7.4%)，高脂血症患者42例(34.4%)，心肌梗死家族史12例(9.8%)。纳入标准：①检查机型为双层探测器光谱CT。②图像采用回顾性心电门控技术扫描。共纳入203例患者。排除标准：①患有结构性心脏病(8例)。②冠状动脉搭桥或支架植入后(36例)。③总CS为0(37例)。本研究通过伦理委员会批准。

2. CT扫描方案：成像采用双层探测器光谱CT扫描仪(IQon spectral CT，荷兰飞利浦公司)。患者仰卧位，足先进。TNC扫描：扫描范围为隆突下1 cm至膈下1 cm处，120 kVp，40 mAs，层厚2.5 mm，层间隔2.5 mm。回顾性心电门控CCTA扫描：双筒高压注射器，经右肘前静脉通路注入对比剂碘克沙醇(含碘320 mg/ml，爱尔兰GE公司)。对比剂总量50~65 ml，注射速率每秒4.5-5 ml/s，监测层面感兴趣区(region of interest，ROI)置于降主动脉层面，触发阈值设置为100 HU，全剂量曝光范围40%~75% R-R间期。以同等速率追加40 ml 0.9%氯化钠液。扫描参数：管电压120 kVp。管电流采用自动mAs技术。准直器宽度64×0.625 mm，螺距0.16，旋转时间0.27 s/周，视野257 mm×257 mm，矩阵512×512，层厚0.90 mm，层距0.45 mm。

3. 辐射剂量及扫描时间相关数据采集：分为2组：常规组(包含TNC扫描和回顾性心电门控CCTA扫描两部分)，VNC组(不包含TNC扫描，包含回顾性心电门控CCTA扫描)。分别记录两组辐射剂量，包括CT容积剂量指数(volume computed tomography dose index，CTDI_vol)值、剂量长度乘积(dose length product，DLP)值和有效剂量(effective dose，E)^[8]。计算公式如下：E(mSv)=DLP×k。其中，k为胸部(心脏)的有效剂量转换因子，取0.014 mSv ·mGy^-1 ·cm^-1。从影像归档与通信系统(picture archiving and communication system，PACS)上调取患者检查时间，分别记录定位相扫描、TNC扫描及心电门控CCTA扫描的检查时间。常规组扫描的检查时间，即定位相与心电门控CCTA扫描的时间长度，记为ΔT_常规组；VNC组扫描的检查时间，即TNC扫描与心电门控CCTA扫描的时间长度，记为ΔT_VNC组。

4. 图像分析和后处理：将图像传入ISP图像工作站(Intelli Space Portal V10.1，荷兰飞利浦公司)进行后处理及分析。基于CCTA的光谱基数据(spectral base images，SBI)生成VNC图像并保存，层厚为2.5 mm，层间距为2.5 mm，与TNC图像一致。CS通过工作站半自动软件HBCS(heartbeat calcium scoring)计算得到，选择Agatston等^[9]采用的方法。由1名具有5年以上及1名具有8年以上工作经验的医师独立测量并记录TNC及VNC的CS (CS_TNC，CS_VNC)，两者意见不一致的经过协商达成一致。测量血管分别标记为：左前降支(left anterior descending，LAD)，包括左主干，左前降支及对角支；左回旋支(left circumflex artery，LCx)，包括左回旋支及钝缘支；右冠状动脉(right coronary artery，RCA)三支血管。记录LAD、LCx、RCA及总体冠状动脉(Total)的CS。

通过TNC、VNC之间的相关性分析分别得到校正系数λ，各分支及总冠状动脉的校正系数分别记为λ_LAD、λ_LCx、λ_RCA及λ_AVG。校正后VNC的CS(calibrated calcium score, CCS_VNC)=λ × CS_VNC。

5. 统计学处理：采用SPSS 22.0及MedCalc软件进行统计学分析。计数资料用频数表示。采用KolmogorovSmirnov检验计量资料是否为正态分布，符合正态分布计量资料用x±s表示。采用配对t检验对两组E进行比较。采用配对t检验及Pearson检验，对CS_TNC、CS_VNC进行比较及相关性分析；采用重复测量单因素方差分析比较CS_TNC及CCS_VNC的差异，不满足Macuchly球形检验假设者，采用Greenhouse-Geisser校正系数校正自由度，组间差异有统计学意义者，采用Bonferroni法进行组内两两比较。采用Bland-Altman法对CS_TNC及CCS_VNC进行一致性评价。P < 0.05为差异有统计学意义。

1. 辐射剂量及扫描时间情况：VNC组E较常规组中明显降低，差异有统计学意义(t=62.91，P < 0.05，见表 1。辐射剂量减少了10.6%(0.69 mSv)。ΔT_常规组平均值为144 s，ΔT_VNC组平均值为88 s，利用VNC技术后，平均检查时间减少了56 s(39%)。

表 1(Table 1)

表 1 患者CCTA扫描剂量 Table 1 The patient radiation doses in CCTA scanning 组别 扫描序列 CT容积剂量指数(mGy) 剂量长度乘积(mGy·cm) 有效剂量(mSv) 常规组 TNC扫描 3.94 49.29 0.69 心电门控CCTA扫描 36.97 462.14 6.47 总序列 40.91 511.42 7.16 VNC组 心电门控CCTA扫描 36.97 462.14 6.47 总序列 36.97 462.14 6.47 注：CCTA. 冠状动脉CT血管造影；TNC. 真实平扫；VNC. 虚拟平扫

表 1 患者CCTA扫描剂量 Table 1 The patient radiation doses in CCTA scanning

2. 双层探测器光谱CT的VNC技术评价CS有效性验证

(1) 冠状动脉壁钙化的显示：双层探测器CCTA去碘成像获得的VNC图像在显示冠状动脉壁钙化的位置及大小与TNC中的位置及大小相一致，见图 1。

A.TNC图像；B.CCTA成像；C.VNC图像 图 1 1例患者冠状动脉左前降支钙化的CT图像 A. True non-contrast image; B. CCTA image; C. Virtual non-contrast image Figure 1 CT image of calcification of left anterior desconding coronary artery in a patient

(2) CS_TNC和CS_VNC的比较及相关性分析：LAD、LCx、RCA和总的CS_TNC分别为225.66±351.65、95.74±200.59、269.51±440.48、381.41±668.51；对应CS_VNC分别为52.59±198.72、54.77±166.18、99.99±196.34、171.40±323.33，差异有统计学意义(t=6.75、5.33、4.99、6.60，P < 0.05)；相关性分析R²值分别为0.929、0.896、0.958、0.918，λ分别为2.18、1.18、2.15、2.07。

(3) CS_TNC和CCS_VNC的比较：LAD和RCA的CS_TNC、平均系数CCS_VNC及分支系数CCS_VNC的差异均无统计学意义(P>0.05)。LCx的CS_TNC、平均系数CCS_VNC及分支系数CCS_VNC差异有统计学意义(F=10.94，P < 0.05，表 2)；组内两两比较：LCx的CS_TNC与平均系数CCS_VNC差异有统计学意义(t= 3.31，P < 0.05)，LCx的平均系数CCS_VNC与分支系数CCS_VNC差异有统计学意义(t=3.43，P < 0.05)，LCx的CS_TNC与及分支系数CCS_VNC组间差异无统计学意义(P＞0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 CS_TNC与CCS_VNC的比较(x±s) Table 2 Comparison of calcium score between true and calibrated virtual non-contrast images(x±s) 组别 LAD LCx RCA CS _TNC 225.66±351.65 95.74±200.59 269.51±440.48 CCS_VNC(平均系数) 236.01±316.57 172.19±340.07 265.80±406.42 CCS_VNC(分支系数) 225.13±333.39 95.67±193.86 269.52±422.13 F值 0.90 10.94 0.05 P值 0.347 ＜0.001 0.830 注：LAD. 左前降支；LCx. 左回旋支；RCA. 右冠状动脉；CS_TNC.真实平扫钙化积分；CCS_VNC.校正后虚拟平扫钙化积分

表 2 CS_TNC与CCS_VNC的比较(x±s) Table 2 Comparison of calcium score between true and calibrated virtual non-contrast images(x±s)

3. 双层探测器光谱CT的VNC技术评价CS可靠性验证

(1) CS_TNC与平均系数CCS_VNC的Bland-Altman分析显示一致性良好，95%一致性界限(95% limits of agreement，95%LoA)的上限和下限分别为：LAD，-234.7、214.0；LCx，-376.9、224.0；RCA，-244.9、252.3；Total，-349.1、351.4。差值的平均值分别为：LAD，-10.3；LCx，-76.5；RCA，3.7；Total，1.2。

(2) CS_TNC与分支系数CCS_VNC的Bland-Altman分析显示一致性良好，95%LoA的上限和下限分别为：LAD，-221.5、222.6；LCx，-80.6、80.7；RCA，-246.7、246.7。差值的平均值分别为：LAD，0.5；LCx，0.1；RCA，0.0。

CCTA检查的无创性为临床排查冠心病带来了便利，但也带来了潜在辐射危害。尤其是多次接受CCTA检查而导致辐射剂量不断的累积，可能会使人体接受过量射线引起染色体畸变或增加致癌风险。因此，需要结合患者条件及最新的技术，尽可能优化扫描条件，符合“ALARA”原则。目前CCTA检查中降低辐射剂量的常规方法包括：前瞻性心电门控采集技术、增大螺距、降低管电压、降低管电流等^[10]，其中最有效的方法是利用前瞻性心电门控采集技术，能够使辐射剂量降低约70%~80%。但其对患者心率和呼吸要求高，对大多数心脏疾病患者的检查失败率较高，并且由于采集窗相对较窄，不能包含完整的舒张期和收缩期，限制了心功能的分析。临床上，一部分患者为满足临床诊断要求或提高检查成功率，必须使用相对辐射剂量较高的回顾性心电门控采集技术。如何优化现有的扫描方案或选择合适方法降低此部分患者的CCTA扫描辐射剂量亟需解决。

近年来，能谱CT去碘技术的应用，实现高低能量的分离，不改变X射线球管的输出，不会损失时间分辨率，得到常规图像的同时得到基于增强图像去碘获得VNC图像，有望代替TNC图像，通过减少重复扫描而减少辐射剂量。该技术已经应用于多个器官或组织^{[6, 11]}。Yang等^[12]在颈部淋巴结双能CT扫描的一项研究证实，使用VNC技术可降低至少19%的辐射剂量。本研究通过双层探测器光谱CT直接进行心电门控CCTA扫描，利用后处理得到的VNC图像代替TNC评价CS，与常规CCTA相比较，降低0.69 mSv(10.6%)的辐射剂量，缩短扫描时间约56 s(39%)^[13]。Cassert等^[14]在一项72例患者的前瞻性研究中，采用前瞻性心电门控CCTA扫描并采用VNC技术评价CS，结果发现TNC与VNC的CS相关性较好，引用校正系数后，其一致性较高，最终降低了19.3%的辐射剂量，减少了4.63 min的检查时间。与前瞻性心电门控扫描相比较，回顾性心电门控CCTA对辐射剂量降低的需求更高，本研究通过双层探测器光谱CT的VNC技术优化了回顾性心电门控CCTA扫描流程，实现了最大限度的降低辐射剂量。

通过采用双层探测器光谱CT的VNC技术代替TNC扫描，减少重复扫描导致的辐射剂量的前提是要保证基于VNC获得的CS的准确性及稳定性。本研究共122例患者，结果显示总CS_TNC与CS_VNC相关性良好(r> 0.9)，与以往的研究结果基本一致^{[13, 15]}。LAD、LCx及RCA的CS_TNC与CS_VNC相关性良好(r > 0.9)，与Schwarz等^[16]的研究结果一致。本研究CS_TNC低于CS_VNC，可能是由于目前物质算法还不算成熟，部分钙化被识别为类碘物质而被移除^[7]。因此，临床工作中需要引入相关性分析中的斜率作为系数来校正CS_VNC，减少与CS_TNC的误差。本课题组经相关性分析得到的平均系数为2.07，略低于Nadjiri等^[7]报告的2.32。LAD及RCA的CS_TNC与平均系数CCS_VNC相等，而LCx的平均系数CCS_VNC仍较CS_TNC小。这可能是因为LCx的CS_TNC是95.74，远小于LAD及RCA的CS_TNC，较大的差异性导致做回归分析时LCx的平均系数CCS_VNC偏差较大。因此，需要选择更精确的校正系数减少误差。本研究应用分支校正系数，Bland-Altman分析发现LAD、LCx及RCA的CS_TNC分别与分支系数CCS_VNC的一致性良好。本研究证实引用分支系数的CCS_VNC，在样本选择偏差的情况下，比引用平均系数更能准确反映CS值。具体系数值参考范围的选择，仍有待探讨。

本研究存在一定局限性。首先，样本量较小，并且是单中心研究，未来将进一步扩大样本量及开展多中心合作；其次，采用Agatston方法计算CS，未采用其他方法如质量积分或体积积分计算CS；最后，未评估CS与心血管事件风险的关联，下一步将开展此项研究。

总之，本研究结果显示双层探测器光谱CT冠状动脉VNC图像得到CS与真实CS的结果高度相关；在应用校正系数后，两者的一致性较高，证明了VNC技术评价冠状动脉CS的准确性及可靠性。基于CCTA的VNC图像能够替代TNC图像，在临床工作中省去CCTA扫描前的CT平扫，直接评价CS，既有效降低患者的辐射剂量又减少了扫描时间。

利益冲突  无

作者贡献声明  陈文萍负责材料收集、数据分析、论文撰写；尹克杰、康丽娜、余鸿鸣、梁静、吴敏、Kashif Dar负责材料收集、数据整理；李茗负责提供数据；陈杏彪、盛志洪负责统计分析及文献整理；牡丹负责研究设计、论文指导和审核