1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

趙 磊1 郝粉娥1 包麗麗2劉挨師1

濾波反投影法下超低劑量64層螺旋CT冠狀動脈造影的初步經(jīng)驗(yàn)

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010050)

2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院(內(nèi)蒙古 呼和浩特 010059)

趙 磊1郝粉娥1包麗麗2劉挨師1

目的本研究通過評價低輻射劑量與低對比劑劑量下的前門控CT冠脈造影圖像質(zhì)量與輻射劑量，明確該項(xiàng)掃描-注射技術(shù)的有效性。方法本研究共連續(xù)選取31例病人，心率(heart rate，HR) ＜75次/min、心率變異度(heart rate variability,HRv)＜5次/min、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26Kg/m2，體質(zhì)量(body mass,BM)≤65Kg。BM≤55Kg采用2.5ml/s流率，55Kg＜BM＜60Kg采用3.0ml/s流率，BM≥60Kg采用3.5ml/ s流率，BMI≤22Kg/m2管電壓80kV，管電流400mA，22Kg/m2＜BMI＜26Kg/m2管電壓80kV，管電流600mA。評價圖像質(zhì)量、對比劑劑量及輻射劑量。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。結(jié)果31例病人冠脈節(jié)段平均分?jǐn)?shù)為2.62±0.81分，可評估率為98.21%。主動脈根部衰減值為411.26±72.25HU，噪聲值為40.19±9.77HU，SNR為10.58±2.21，CNR 為13.52±2.79。有效劑量為1.28±0.39mSv，對比劑劑量為32.26±3.83ml。結(jié)論對于低體質(zhì)量及低體質(zhì)量指數(shù)病人，通過降低管電壓、降低對比劑劑量行CTCA掃描可以在獲得可評估圖像質(zhì)量的同時大幅減低輻射劑量與對比及劑量。

體層攝影術(shù)，X線計算機(jī)；冠狀動脈；輻射劑量；對比劑

自從64層螺旋CT投入臨床實(shí)踐，CT冠脈造影(CT coronary angiography，CTCA)獲得了長足的進(jìn)步。同侵入性冠脈造影相比，CT冠脈造影具有極高的陰性預(yù)測值與靈敏度，判斷梗阻性狹窄的診斷準(zhǔn)確性達(dá)到90%左右，且具有衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于在可疑冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的篩查與隨訪[1]。然而常規(guī)CT冠脈造影輻射劑量與對比劑劑量較高，前者可影響罹患癌癥的風(fēng)險，后者可影響對比劑腎病(Contrast Induced Nephropathy,CIN)的發(fā)生率。因此，降低輻射劑量與對比劑劑量可以增加心血管影像篩查與隨訪的安全性。本研究通過評價低輻射劑量與低對比劑劑量下的前門控CT冠脈造影圖像質(zhì)量與輻射劑量，明確該項(xiàng)掃描-注射技術(shù)的有效性。

1 資料與方法

1.1 病人準(zhǔn)備搜集2014年3月～2014年8月擬診或確診冠狀動脈粥樣硬化性心臟病病人31例，中位年齡56歲(范圍：40歲～75歲)，其中男性22例，女性9例。納入標(biāo)準(zhǔn)：簽署知情同意書、心率(heart rate，HR)＜75次/min、心率變異度(heart rate variability,HRv) ＜5次/min、體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26Kg/m2，體質(zhì)量(body mass,BM)≤65Kg。排除標(biāo)準(zhǔn)：心腎功能不全、屏氣不佳。所選病人均接受特殊設(shè)計的前瞻性心電門控CTCA掃描序列進(jìn)行檢查。

1.2 方法

1.2.1 設(shè)備與藥品：64層螺旋CT lightspeed VCT-XT(GE醫(yī)療，美國)，碘普羅胺(370mgI/ m1)對比劑(拜耳先靈，德國)，Stellant D雙筒高壓注射器(美德瑞達(dá)，美國)。

1.2.2 掃描方法：受檢者取仰臥位，足先進(jìn)。首先攝定位像。其次進(jìn)行冠狀動脈鈣化積分掃描，掃描結(jié)束后記錄左心房層面水平位置。CTCA掃描采用手動觸發(fā)模式，連續(xù)監(jiān)測層面設(shè)置為左心房層面，ROI繪制于左心房內(nèi)，待左心房進(jìn)藥后手動觸發(fā)掃描(延遲時間5s)。囑患者序列開啟掃描后5s屏氣。

1.2.3 對比劑注射參數(shù)：BM≤55Kg采用2.5ml/s流率，55Kg ＜BM＜60Kg采用3.0ml/s流率，BM≥60Kg采用3.5ml/s流率，注射10s對比劑劑量，即25ml、30ml、35ml。

1.2.4 CTCA掃描參數(shù)：機(jī)架轉(zhuǎn)速0.35s/圈，準(zhǔn)直器寬度0.625 mm×64層，重建層厚0.625mm，重建層間距0.625mm，矩陣512×512，標(biāo)準(zhǔn)算法重建。開啟C2后置濾線器。屏氣心率≤65次/min時重疊時間設(shè)置為50ms，采集期相為75%，屏氣心率介于65次/min～75次/min時重疊時間設(shè)置為200ms，采集期相設(shè)置為60%。BMI≤22Kg/m2管電壓80kV，管電流400mA，22Kg/m2＜BMI≤26Kg/ m2管電壓80kV，管電流600mA。掃描結(jié)束后圖像質(zhì)量不滿意者進(jìn)行期相重建，采集期相為75%時重建70%、80%相位；采集期相60%時重建40%、45%、70%、75%、80%相位。所有數(shù)據(jù)傳入ADW4.4工作站進(jìn)行圖像后處理。

1.2.5 圖像后處理：曲面重組技術(shù)(curved planar reconstruction，CPR)應(yīng)用于擬要評價的冠狀動脈三支，并結(jié)合每支、每段動脈的橫斷面圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評價。

1.3 輻射劑量評價每例病人均通過計算機(jī)自動生成的劑量長度乘積(dose length product,DLP)計算有效劑量(Effective Dose,ED)，公式為ED=DLP×k，其中k為劑量換算因子，本研究取值為0.017 mSv/ mGy·cm[2]。

1.4 圖像質(zhì)量評價

1.4.1 圖像質(zhì)量主觀評分：將冠狀動脈分為15段[美國心臟協(xié)會(Ameirican Heart Association，AHA)分段法]進(jìn)行評價[3]。冠狀動脈的圖像質(zhì)量按照運(yùn)動偽影與顆粒度分為4級：分別為IV分(無運(yùn)動偽影，顆粒度不明顯，評價為優(yōu))，III分(有輕度運(yùn)動偽影、顆粒度尚可，評價為良)，II分(較多運(yùn)動偽影、顆粒度較差但不影響管腔評價，評價為中)，I分(運(yùn)動偽影嚴(yán)重或顆粒度差嚴(yán)重影響管腔評價，評價為差)。主觀評價通過兩位放射醫(yī)師(分別從事胸部影像學(xué)診斷20年和3年)對每例病人的冠脈節(jié)段通過上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，并對兩位觀察者進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，k＜0.4認(rèn)為一致性差，0.4≤k＜0.75認(rèn)為一致性中等，k≥0.75認(rèn)為一致性好。

1.4.2 圖像質(zhì)量客觀評價：在主動脈根部左冠主干開口層面設(shè)置感興趣區(qū)測量平均衰減值及其標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲值，并在相同層面主動脈根部周圍脂肪組織設(shè)置感興趣區(qū)測量平均衰減值。根據(jù)公式[信噪比=平均衰減值/噪聲值、對比度噪聲比=(血管平均衰減值-周圍組織平均衰減值)/噪聲值]計算信噪比(Signal-To-Noise Ratio，SNR)與對比度噪聲比(Contrast-to-Noise Ratio，CNR)。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析(1)統(tǒng)計描述病人基線資料；(2)統(tǒng)計描述冠脈圖像質(zhì)量主觀評分(并對觀察者進(jìn)行Kappa檢驗(yàn))、主動脈根部平均衰減值、噪聲值、信噪比及對比度噪聲比；(3)采用pearson相關(guān)分析體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量與圖像質(zhì)量(噪聲值、信噪比、對比噪聲比)的關(guān)系；采用spearman相關(guān)分析對比劑注射流率與衰減值的關(guān)系；統(tǒng)計方法：采用SPSS18.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，所有計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，計數(shù)資料采用自然數(shù)表示。P＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 病人基線資料31例病人均順利完成掃描，掃描過程中未發(fā)生不良事件。病人年齡56.58±8.48歲(范圍40歲～75 歲)，BMI 為22.41±1.97Kg/ m2(范圍17.90 Kg/m2～25.37 Kg/ m2)，BM為59.32±5.58Kg(范圍43.00Kg～65.00Kg)，BL為1.62±0.05m(范圍1.55m～1.72m)。注射流率為 3.23±0.38ml/s(范圍2.5ml/s～3.5ml/s)。掃描長度13.44±1.06cm(范圍11.50cm～14.00cm)，曝光時間1.25±0.13s(范圍1.02s～1.32s)。

2.2 冠狀動脈圖像質(zhì)量

2.2.1 主觀圖像質(zhì)量：31例病人共顯示390根冠脈節(jié)段，每例病人平均顯示12.58根。主觀評價冠脈節(jié)段圖像質(zhì)量觀察者間一致性好(k=0.770，P=0.000)，觀察者1評價冠脈節(jié)段平均分?jǐn)?shù)為2.62±0.81分，其中4分占14.87%，3分占22.31%，2分占42.31%，1分占1.79%。

2.2.2 客觀圖像質(zhì)量：主動脈根部衰減值為411.26±72.25HU(范圍243.00HU～582.00HU)，噪聲值為40.19±9.77HU(范圍24.00HU～67.00HU)，SNR為10.58±2.21(范圍6.48±15.25)，CNR 為13.52±2.79(范圍8.38～21.46)(圖1-12)。主動脈根部衰減值200HU～300HU之間占3.22%(1/31)，300HU～400HU之間占51.61%(16/31)，400HU～500HU之間占45.16%(14/31)(圖13)。與對比劑劑量DLP為75.04±23.02mGy·cm(范圍43.52 mGy·cm～164.84 mGy·cm)，ED為1.28±0.39mSv(范圍0.74 mSv～2.80 mSv)；對比劑劑量為32.26±3.83ml(范圍25.00ml～35.00ml)。

2.3 CTCA輻射劑量與圖像質(zhì)量(噪聲值、SNR與CNR)相關(guān)性經(jīng)pearson相關(guān)分析，體質(zhì)量指數(shù)與噪聲值無相關(guān)(r=0.201,P=0.279)，體質(zhì)量與噪聲值無相關(guān)(r=0.102,P=0.586)，體質(zhì)量指數(shù)與SNR、CNR均無相關(guān)(r=-0.055，P=0.769；r=-0.092，P=0.621)，體質(zhì)量與SNR、CNR均無相關(guān)(r=-0.099，P=0.595；r=0.102，P=0.584)。

2.4 體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量性經(jīng)spearman相關(guān)分析，注射流率與衰減值無相關(guān)(r=0.150，P=0.420)。

2.5 注射流率與衰減值相關(guān)

3 討 論

CIN是一項(xiàng)重要的心血管介入術(shù)后不良事件。CIN的定義為給予對比劑48-72h后較血清肌酐濃度較基線水平絕對值升高≥0.5mg/dl或相對升高≥25%。 CIN是醫(yī)院獲得性急性腎衰竭的第三位因素。正常人群的CIN發(fā)生率為＞2%，但是在高危人群，諸如糖尿病病人、充血性心力衰竭史、慢性腎損傷、老齡等CIN發(fā)生率可達(dá)20%～30%。世界每年大約有150,000人發(fā)生CIN，其中至少1%的病人需要透析或延長住院日[4-6]。多項(xiàng)研究證實(shí)靜脈充足水化是預(yù)防CIN的有效方法。水化作用廉價、有效且安全性高，便于投入臨床實(shí)踐。而最大限度的減低對比劑劑量與給藥頻率更具有實(shí)際意義[7]。

目前通過低劑量碘試劑行CTA檢查的研究多為迭代算法降噪以提高圖像質(zhì)量[8-9]。限于設(shè)備，本研究主要評價了濾波反投影法下的雙低劑量研究。

本研究將對比劑控制到了25ml～35ml，藥量依據(jù)體質(zhì)量進(jìn)行微調(diào)。對比劑注射流率依據(jù)固定的給藥時長進(jìn)行計算(10s)。因此體質(zhì)量決定了對比劑劑量與注射流率。通過相關(guān)分析，注射流率與衰減值無相關(guān)，說明基于體質(zhì)量確定對比劑注射參數(shù)具有可行性。對于單一個體，對比劑靜脈團(tuán)注所生成的時間-密度曲線為不對稱鐘形曲線，即對比劑注射流率越快，其達(dá)峰時間向后推遲，而衰減值越高[10]。本研究注射流率偏低，因此會造成2種結(jié)局：達(dá)峰時間提前、衰減值偏低。由于峰值時間稍難控制，且給藥時長為10s(僅超出掃描時間4s～5s)，即代償時間較短，因此本研究選取左心房作為閾值觸發(fā)層面，提高了可操作性。另一方面，通過管電壓控制衰減值是一項(xiàng)重要技術(shù)。碘對比劑與X射線的相互作用主要為光電效應(yīng)與康普頓散射效應(yīng)，其中光電效應(yīng)起主要作用、康普頓散射效應(yīng)起次要作用。光電效應(yīng)是指X射線光子完全“置換”出碘原子最外層電子，達(dá)到最高的吸收系數(shù)，增強(qiáng)了目標(biāo)衰減值，而康普頓散射效應(yīng)則沒有完全置換，由于X射線光子能量過高，碰撞后仍具有足夠動能到達(dá)探測器，甚至進(jìn)行2次碰撞，削減了吸收系數(shù)，降低了目標(biāo)衰減值[11]。低千伏射線(80kV-100kV)更容易產(chǎn)生光電效應(yīng)，提高目標(biāo)信號值，并結(jié)合給予較高管電流的辦法補(bǔ)償了低千伏射線的噪聲值過高的問題，使得信噪比與對比噪聲比維持一個適當(dāng)?shù)乃?。本研究采用?0kV 的X射線，有效的提高靶血管衰減值，本研究中主動脈根部衰減值200HU～300HU之間占3.22%，300HU～400HU之間占51.61%，400HU～500HU之間占45.16%，但是，受到重建算法的限制，背景噪聲水平較高(40.19±9.77HU)。本研究體質(zhì)量指數(shù)、體質(zhì)量與圖像質(zhì)量均無相關(guān)，說明采用該設(shè)計圖像質(zhì)量穩(wěn)定性好，即圖像質(zhì)量不取決于病人生理參數(shù)。

低劑量電離輻射也具有罹患癌癥的風(fēng)險，遵循最低劑量原則進(jìn)行檢查操作對于減低群體受照劑量具有重要意義。本研究管電壓采用了80kV，可以極大減低了輻射劑量。趙等[12]研究認(rèn)為體質(zhì)量指數(shù)(r=0.537,P=0.000)對噪聲值的影響較體質(zhì)量(r=0.257,P=0.032)大，這是由于體質(zhì)量指數(shù)可以反映全身組織的均勻性，因此本研究在體質(zhì)量指數(shù)≥22Kg/m2的情況下提高管電流以降低噪聲值對圖像質(zhì)量的影響。對于掃描模式，本研究選取了前瞻性心電門控橫斷面掃描技術(shù)，這是目前被證明的最有效的減低輻射劑量措施。前門控技術(shù)是通過寬探測器性質(zhì)，以及足夠的時間分辨力，只在預(yù)定期相如舒張中末期曝光，掃描模式采用步進(jìn)-點(diǎn)射(Step and Shoot，SAS)技術(shù)，減低了約4/5的輻射劑量。多項(xiàng)研究顯示前門控技術(shù)可以獲得可評估的圖像質(zhì)量[13-14]。

重疊時間(Padding time，PT)是前門控橫斷面單扇區(qū)掃描的前后各疊加額外的曝光時間，以提供足夠的期相對單期相數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)。PT設(shè)置越長，掃描時間越長，但是獲得的期相越多，以利于不同期相的匹配。趙等[15]研究認(rèn)為在心率≤65次/min，心率變異度≤5次/min的情況下，PT設(shè)置為40ms是保證圖像質(zhì)量的最短重疊時間；另一項(xiàng)研究[16]認(rèn)為在心率≤65次/min，心率變異度≤5 次/min的情況下，PT設(shè)置50ms與200ms的圖像質(zhì)量無明顯差異。而對于中等心率病人，舒張中末期+收縮末期聯(lián)合成像可以有效提高圖像質(zhì)量。對于前門控掃描模式，將采集期相設(shè)置為60%，padding time設(shè)置為200ms可以兼顧約40%～80%的期相，有效應(yīng)用于中等心率病人[17]。因此，本研究通過心率進(jìn)行采集期相與重疊時間的微調(diào)，保持了圖像質(zhì)量，減少了輻射劑量的升高與運(yùn)動偽影的干擾。

總之，通過降低管電壓以彌補(bǔ)降低對比劑劑量衰減值過低具有可行性，可以保持滿足診斷的圖像質(zhì)量，同時大幅度減少了輻射劑量與對比劑劑量。

[1]Maffei E, Martini C, De Crescenzo S,et al.Low dose CT of the heart: a quantum leap into a new era of cardiovascular imaging[J]. Radiol Med，2010，115:1179-1207.

[2]Bongartz G, Golding SJ, Jurik AJ. Guidelines on Radiation Dose to the Patient[R]// European Commission. European guidelines on quality criteria for computed tomography. Report EUR 16262 EN.Office for Official Publication of the European Communities, Luxembourg.http://www.drs.dk/ guidelines /ct/quality/index. htm. Accessed 20 January 2010.

[3] Austen WG, Edwards JE, Frye RL, et al. A reporting system on palients evaluated for coronary artery disease: Report of the ad hoc committee for grading of coronary artery discase, council on cardiovascular surgery, american heart association[J]. Circulation, 1975, 51(S4): 5-40.

[4] Schilp J, de Blok C, Langelaan M, Spreeuwenberg P, Wagner C. Guideline adherence for identification and hydration of high-risk hospital patients for contrast-induced nephropathy[J]. BMC Nephrol. 2014;15(1):2.

[5]Barrett BJ, Parfrey PS. Clinical practicePreventing nephropathy induced by contrast medium[J]. N Engl J Med. 2006;354(4):379-386.

[6] Harjai KJ,Raizada A,Shenoy C,et al.A comparison of contemporary definitions of contrast nephropathy in patients undergoing percutaneous coronary intervention and a proposal for a novel nephropathy grading system[J]. Am J Cardiol. 2008;101(6):812-819.

[7]Persson PB, Hansell P, Liss P. Pathophysiology of contrast medium-induced nephropathy[J]. Kidney Int. 2005;68(1):14-22.

[8]Nakaura T, Kidoh M, Nakamura S, et al. Low-dose abdominal CT protocols with a tube voltage setting of 100 kVp or 80 kVp: Performance of radiation dose reduction and influence on visual contrast[J]. Clin Radiol, 2014,69(8):804-811

[9]祁麗,張龍江,周長圣,等.70kVp管電壓和30ml對比劑的前瞻性心電門控觸發(fā)大螺距CT冠狀動脈成像[J].放射學(xué)實(shí)踐,2014.29(6): 601-605.

[10]王欣,于麗娟,劉瑞寶,等.對比劑注射速率與家兔肺動態(tài)CT時間-密度曲線的關(guān)系[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2008,18 (9):1002-1005.

[11]CT系統(tǒng)的性能參數(shù)[M]//余曉鍔，盧廣文.CT 設(shè)備原理、結(jié)構(gòu)與質(zhì)量保證.北京：科學(xué)出版社，2005：107-116.

[12]趙磊,王澤鋒,劉挨師.低體質(zhì)量指數(shù)與低體質(zhì)量患者CT冠狀動脈造影：減低碘對比劑劑量與輻射劑量[J].實(shí)用放射學(xué)雜志,2014,30(1):123-127.

[13]James PE,Elise LB,Bruce AU,et al.Prospectively gated transverse coronary CT angiography versus retrospectively gated helical technique: improved image quality and reduced radiation dose[J]. Radiology,2008,246(3):742-753.

[14]馬延賀,于鐵鏈,李東,等.64層螺旋CT 冠狀動脈成像中前瞻性心電門控技術(shù)的應(yīng)用價值[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2010,26(3):492-495.

[15]趙磊,王娟,王澤鋒,等.低心率及心率變異下前門控CT冠狀動脈造影中重疊時間設(shè)置的臨床研究[J].臨床放射學(xué)雜志，2014,33(1)：117-120.

[16]Fumiko K,Tatsuo U,Tomonari A,et al.Coronary computed tomography angiography using prospective electrocardiography-gated axial scans with 64-detector computed tomography: evaluation of stair-step artifacts and padding time[J].Jpn J Radiol,2010, 28(6):437-445.

[17]趙磊,劉挨師,王澤鋒,等.中等心率患者前瞻性心電門控CT冠狀動脈成像的臨床研究[J].中華放射學(xué)雜志,2012，46(2)：175-177.

(本文編輯: 劉龍平)

Ultra-Low Dose CTCA using 64-slice CT with Filtered Back Projection: Initial Experience

ZHAO Lei, HAO Fen-e, BAO Li-li, et al．, Department of Radiology, The Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010050, China

ObjectiveTo evaluate the value of low voltage CTCA in low body mass and low body mass index patients with low contrast media dose and radiation dose．Methods31 patients (BM＜65kg and body mass index ＜26kg/m2) were enrolled． All of patients with tube voltage and tube current tailored to BMI(BMI≤22Kg/m2:tube voltage 80kV, tube current 400mA．22Kg/m2＜BMI＜26Kg/m2: tube voltage 80kV, tube current 400mA), the flow rate and volume of contrast madia tailored to BM(BM≤55K:2．5ml/ s and 25ml, 55Kg＜BM＜60Kg: 3．0ml/s and 30ml, BM≥60Kg: 3．5ml/s and 35ml)．Patients were evaluated by image quality(each coronary artery scale,attenuation,noise,SNR and CNR),contrast madia dose and radiation dose． P value below 0．05 was considered to be statistically significant．ResultsAll patients successfully underwent low dose CTCA．The mean image quality score was 2．62±0．81． The percentage of assessable coronary artery segments was 98．21% ．The mean attenuation was 411．26±72．25HU． The mean noise was 40．19±9．77HU． The mean SNR was 10．58±2．21． The mean CNR was 13．52±2．79HU．The mean effective dose was 1．28±0．39mSv．The mean contrast madia dose was 32．26±3．83ml．Conclusions Low dose CTCA may decrease the contrast media dose and radiation dose and keep image quality in patients with low body mass and body mass index．

Tomography,X-ray Computed; Coronary Artery;Radiation Dose; Contrast Madia

R541.4

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2016.03.017

趙 磊

2016-02-10