尹蘭英 王岑 李彩英 寇晨光 張丹 屈長強(qiáng) 黃亞飛

·論著·

超雙低劑量聯(lián)合迭代重建技術(shù)256層冠狀動脈CTA實(shí)驗研究

尹蘭英 王岑 李彩英 寇晨光 張丹 屈長強(qiáng) 黃亞飛

目的 通過建立冠狀動脈增強(qiáng)掃描的體外模型，在保證冠脈CT血管造影(CTA)圖像質(zhì)量能夠滿足診斷的前提下，探討低輻射劑量和低濃度對比劑在冠脈CTA檢查中的應(yīng)用。方法 將非離子型對比劑碘克沙醇注射液(270 mgI/ml)采用等滲鹽水進(jìn)行稀釋，其濃度為3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml,以上液體分別置于7支相同長度的輸液管內(nèi)，按碘溶液濃度由低至高進(jìn)行編號(①～⑦)。每次將3支輸液管固定在鮮豬心上，模仿三支冠脈走行。采用256層螺旋CT將管電壓設(shè)為80 kV，電流采用105、210、315 mA，再固定電流105 mA時變換不同電壓80、100及120 kV，記錄輸液管中CT值、噪聲值SD、信噪比SNR、對比噪聲比CNR、輻射劑量(CTDIvol、DLP、ED)及圖像質(zhì)量評分，并進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果 管電壓固定80 kV時，改變管電流(105、210、315 mA)，CT值、SD、SNR、CNR及圖像質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)； 而CTDIvol、DLP、ED差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，105 mA較210 mA及315 mA ED分別降低了50.62%和67.01%。管電壓固定105 mA時，改變管電流(80、100、120 kV)，3組不同管電壓間圖像質(zhì)量評分及SD、SNR、CNR無明顯差異(P>0.05)； 而其管內(nèi)CT值、輻射劑量差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，80 kV較100 kV及120 kV ED分別降低了47.80% 和 65.84%。管電壓固定80 kV時，改變管電流(105、210、315 mA)，或當(dāng)管電流固定105 mA時，改變管電壓(80、100、120 kV),碘溶液組(①～⑦)圖像質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 采用256層螺旋CT對冠脈體模掃描表明，在不影響診斷質(zhì)量的前提下，低劑量CT掃描參數(shù)與低濃度對比劑聯(lián)合迭代重建技術(shù)冠脈CTA成像是可行的。

體層攝影術(shù)，螺旋計算機(jī);迭代重建;低濃度對比劑;冠狀血管造影術(shù)

近年來冠狀動脈疾病的發(fā)病率及病死率呈逐漸升高趨勢，后64層螺旋冠脈CT血管造影(CTA)已廣泛應(yīng)用冠心病的篩查，冠脈CTA患者往往接受較高輻射劑量、較高濃度及較大劑量碘對比劑造成的腎損傷風(fēng)險[1,2]，因此，本課題采用256層螺旋CT低輻射劑量參數(shù)及270低濃度對比劑聯(lián)合迭代重建對冠脈模型進(jìn)行研究，觀察在保證冠脈診斷圖像質(zhì)量前提下，雙低模式在冠脈CTA中是否具有可行性。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗?zāi)Ｐ椭谱?將270 mgI/ml碘克沙醇注射液采用等滲鹽水稀釋成濃度為3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml，注入模擬冠脈直徑7支相同長度的輸液管內(nèi)，按碘溶液濃度由低至高進(jìn)行編號(①～⑦)。每次將三只輸液管模擬冠脈走行固定在鮮豬心上表面，再用帶皮鮮豬肉排模擬胸廓對其進(jìn)行包裹。

1.2 方法

1.2.1 掃描方法與參數(shù):使用 PHILIPS Brilliance 256排螺旋 CT，選擇常規(guī)掃描模式，將管電壓分別固定為80，100、120 kV；電流設(shè)置在105、210、315 mA，采用迭代重建技術(shù)idose4 level4，層厚0.625 mm。

1.2.2 掃描后處理:所有原始圖像均傳至 EBW 工作站(Brilliance workspace， Philips Healthcare)進(jìn)行后處理。圖像后處理包括VR、 CPR、 MIP 等。

1.3 輻射劑量評價 采用容積劑量指數(shù)量(CTDIvol)和有效輻射劑量(ED)作為輻射劑量的量化指標(biāo)，而ED=DLP×κ，κ為轉(zhuǎn)換系數(shù)，本研究采用κ=0.014。

1.4 圖像質(zhì)量評價

1.4.1 圖像質(zhì)量主觀評分:圖像質(zhì)量分級采用1～5級評分法[3]：分別為5分(無運(yùn)動偽影，無明顯噪聲)、4分(有輕度運(yùn)動偽影、噪聲)、3分(較多運(yùn)動偽影、噪聲較大但不影響管腔評價)、2分(運(yùn)動偽影嚴(yán)重或噪聲大嚴(yán)重影響管腔評價)和1分(明顯運(yùn)動偽影致管腔無法評價)。由兩位從事CCTA診斷工作多年的放射科醫(yī)師對采用雙盲法進(jìn)行評價及對比， 意見不一致時由兩人協(xié)商后統(tǒng)一意見。

1.4.2 圖像質(zhì)量定量評價:記錄塑膠管內(nèi)CT值，在得到的各組圖像上，找到相同層面選擇感興趣區(qū)，測量各組試管內(nèi)碘溶液的平均衰減值及其標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲值并記錄，包括對比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)。根據(jù)下列公式計算信噪比(SNR)，對比度噪聲比(CNR)在輸液管周圍脂肪組織測量其平均衰減值。

SNR=平均衰減值/噪聲值

CNR=(平均衰減值-組織平均衰減值)/噪聲值

2 結(jié)果

2.1 256層螺旋CT采用80 kV不同管電流(105、210、315 mA)圖像質(zhì)量評價 采用256層螺旋CT對心臟冠脈體外模型進(jìn)行掃描，當(dāng)電壓固定80 kV時，改變管電流(105、210、315 mA)對CT值、噪聲值SD、信噪比SNR、對比噪聲比CNR、輻射劑量(CTDIvol、DLP、ED)及圖像質(zhì)量評分的影響，當(dāng)采用電壓80 kV時，采用不同電流(105、210、315 mA)，體外模型塑膠管內(nèi)CT值、SD、SNR、CNR及圖像質(zhì)量評分差別均不具有統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；而輻射劑量CTDIvol、DLP、ED差別明顯(P<0.05)，105 mA較210 mA及315 mA ED分別降低了50.62%和67.01%。見表1。

表1 256層螺旋CT采用80 kV不同管電流(105、210、315 mA)圖像質(zhì)量評價

管電流CT(Hu)SD(Hu)SNRCNRCTDIvol(mGy)DLP(mGy*cm)ED(mSv)評分105mA343.73±87.169.86±9.4977.22±75.75102.34±97.182.359.50±2.300.83±0.033.86±0.90210mA351.51±86.2511.00±8.6265.40±68.4384.30±85.834.6118.96±4.651.67±0.073.86±0.90315mA341.98±94.577.63±4.1564.09±53.1783.27±67.696.9174.86±7.762.45±0.114.00±1.00P值0.5650.8670.8670.8670.010.010.010.368

2.2 256層螺旋CT采用105 mA不同管電壓(80、100、120 kV)圖像質(zhì)量評價 當(dāng)管電流為105 mA固定時，改變管電壓80、100及120 kV，定量測量實(shí)驗管中CT值、噪聲值SD、信噪比SNR、對比噪聲比CNR、輻射劑量(CTDIvol、DLP、ED)及圖像質(zhì)量評分的影響，采用固定電流105 mA時，采用80、100及120 kV，SD、SNR、CNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，而CT、CTDIvol、DLP、ED 差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，管電流為105 mA時，80 kV較100 kV、120 kV的輻射劑量ED分別降低了47.80% 和65.84%。見表2。

表2 256層螺旋CT采用 105 mA不同管電壓(80、100、120 kV)圖像質(zhì)量評價

管電壓CT(Hu)SD(Hu)SNRCNRCTDIvol(mGy)DLP(mGy*cm)ED(mSv)評分80kV343.7±87.169.86±9.4977.22±75.75102.34±97.182.359.50±2.300.83±0.033.86±0.90100kV254.8±64.469.73±6.7734.76±17.7047.49±23.944.4113.76±4.451.59±0.623.86±0.90120kV220.7±64.577.22±4.3343.32±33.1360.61±45.237.1173.63±27.352.43±0.383.86±0.90P值0.010.5650.5650.5650.010.010.010

2.3 80 kV時不同電流CT值與圖像質(zhì)量評分 采用80 kV時改變管電流(105、210、315 mA)，不同碘溶液組(①～⑦)的CT值見圖1，圖像質(zhì)量評分見圖2，碘溶液組(①～⑦)圖像質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1、2。

圖1 256層螺旋CT采用80 kV不同管電流(105、210、315 mA)CT值

圖2 256層螺旋CT采用80 kV不同管電流(105、210、315 mA)圖像評分

3 討論

隨著CT冠狀動脈成像(CTPA)圖像質(zhì)量以及診斷成功率的提高，冠脈CTA廣泛用于冠心病篩查[4-7]，臨床及影像科醫(yī)師在關(guān)注圖像質(zhì)量及診斷成功率的同時，也關(guān)注輻射劑量及對比劑使用對人體可能造成的潛在危害[8,9]，因此，本課題嘗試進(jìn)行低輻射劑量及低對比劑濃度實(shí)驗研究。

3.1 低輻射劑量對圖像質(zhì)量的影響 前瞻性心電門控冠脈CTA 是一種降低輻射劑量的有效方法，與回顧性心電門控相比，大約可降低70%～80%的輻射劑量[10-12]，本課題采用靜態(tài)心臟模型和常規(guī)胸部掃描模式，因此設(shè)置不同管電壓及管電流降低輻射劑量，CT掃描中保證足夠穿透力的前提下嘗試降低管電壓，觀察輻射劑量變化與診斷圖像質(zhì)量的關(guān)系，本課題采用256層螺旋CT，idose4迭代重建技術(shù)能降低輻射劑量基礎(chǔ)上，降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量，為進(jìn)行低劑量冠脈CTA的探索提供了技術(shù)支持。

本研究表明，管電壓固定80 kV時，改變管電流，對CT值、SNR、CNR及圖像質(zhì)量評分基本無影響，但是管電流越低，輻射劑量越小。而管電流固定時，單獨(dú)改變管電壓，可以明顯影響CT值，在管電流為105 mA時，管電壓改變，但圖像質(zhì)量評分相同。采用80 kV低千伏檢查在減低輻射劑量，會增加圖像噪聲，通過采用迭代重建技術(shù)，使圖像質(zhì)量無明顯下降，達(dá)到能滿足臨床診斷[13]。因此，新一代螺旋CT 具有強(qiáng)大超低劑量軟件，通過降低管電壓可以更有效降低輻射劑量，低電壓(80 kV)降低X線束能量，加大了含碘對比劑的血管和其周圍組織的對比程度，可放寬對噪聲或?qū)Ρ葎﹦┝康囊?，減低了輻射劑量及對比劑劑量，使低對比劑濃度造影劑應(yīng)用成為可能。

3.2 低濃度對比劑的合理應(yīng)用 隨著冠脈CTA的普及，次高滲非離子型對比劑普及應(yīng)用，理論上講，碘對比劑濃度、劑量、類型、注射速度及患者自身狀況等均是能影響患者冠狀動脈及其分支增強(qiáng)效果的主要因素[14]。在注射速度與對比劑劑量相同的情況下，提高對比劑濃度能夠使強(qiáng)化峰值增高，峰值時間提前，然而，對比劑的濃度也非越高越好，對比劑濃度的選擇對圖像質(zhì)量也有較大的影響，對比劑濃度過高時，會掩蓋一些小斑塊并且導(dǎo)致對比劑腎病。因此，對比劑濃度的合理使用及個體化針對使用有很大意義。低濃度對比劑不僅可以減少高濃度對比劑相關(guān)的毒副作用，同時能夠減少對比劑的使用總量，這對減少對比劑反應(yīng)和遺留并發(fā)癥及降低死亡率等具有重要意義。

低濃度對比劑的選擇與應(yīng)用必須在圖像質(zhì)量能夠滿足診斷要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行，冠脈內(nèi)對比劑需達(dá)到一定濃度， CT值過低則減少組織的對比及病灶的顯示，影響冠脈CT診斷準(zhǔn)確性。CT值過高則產(chǎn)生偽影及影響對鈣化等病變檢出。本實(shí)驗參照以上標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為對比劑的CT值達(dá)到200 Hu以上時，則符合診斷要求。濃度為9.72 mgI/ml對比劑組的CT值約380 Hu，相當(dāng)于常規(guī)濃度對比劑，其余碘溶液作為低濃度對比劑，均以9.72 mgI/ml溶液為基準(zhǔn)，分別稀釋為3.24、4.32、5.40、6.48、7.56、8.64、9.72 mgI/ml稀釋為7種不同低濃度對比劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)四組低濃度對比劑(5.40、6.48、7.56、8.64 mgI/ml)的CT值均在200 Hu以上，可以達(dá)到診斷要求，其中一組(8.64 mgI/ml)的圖像的質(zhì)量評分及噪聲與常規(guī)濃度組(9.72 mgI/ml)比較無明顯差別。研究發(fā)現(xiàn)，5.40、6.48、7.56、8.64 mgI/ml 均為較好的CT增強(qiáng)檢查對比劑濃度，其中5.40 mgI/ml 為最低的對比劑濃度選擇。

3.3 實(shí)驗缺陷與誤差 本實(shí)驗通過將不同濃度模擬冠脈粗細(xì)塑膠管固定鮮豬心上，用帶皮肉豬排骨模擬胸廓，來模擬人體心臟位置及冠脈血管走行，但該實(shí)驗研究存在著一定的缺陷，由于心臟模型為離體，無心臟跳動，未采用心電門控，僅采用常規(guī)胸部掃描模式，研究塑膠管內(nèi)對比劑濃度變化時，未研究對比劑劑量、注射速度的選擇方案與圖像質(zhì)量關(guān)系，另外人體的肌肉、脂肪組織內(nèi)存在大量的血管，故測量到的CT值也較高，CNR的值則會相應(yīng)的減小，這需要今后進(jìn)行進(jìn)一步的臨床研究。

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Experimental study on double-low dose with iterative reconstruction used in 256 -slice CT coronary angiography

YINLanying,WANGCen,LICaiying,etal.

ImagingDepartment,TheSecondHospitalofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050000,China

Objective To investigate the clinical value of low-dose radiation scanning parameter and 270mgI/ml contrast medium with iterative reconstruction used in 256-slice CT contrast-enhanced scan.Methods Seven plastic tubes imitating coronary diameter were infused with different concentrations of iodine solution (3.24,4.32,5.40,6.48,7.56,8.64,9.72mgI/ml),and all the test tubes were fixed in vitro heart models and embedded in pig’s heart.The 256-slice Philip CT was used in different KVP and MAS with iterative reconstruction to record CT unit, radiation dose, CTDIvol, DLP,ED,image quality score, CNR,SNR and SD. All the data mentioned above were statistically analyzed.Results In fixed 80kV,there were no significant differences in CT unit, image quality score, CNR, SNR and SD among different mA (105mA,210mA, 315mA,P>0.05),however there were significant differences in CTDIvol,DLP,ED (P<0.05),moreover,the radiation dose of 105mA was decreased by 50.62% and 67.01%,as compared with that of 210mA and 315mA ED, respectively. In fixed 105mA, there were no significant differences in SD,SNR,CNR among different kV (80kV,100kV,120kV,P>0.05). However there were significant differences in CT unit, CTDIvol,DLP,ED (P<0.05). The radiation dose ED of 80kV was decreased by 47.80% and 65.84%,as compared with that of 100kV and 120kV, respectively. There were no significant differences in image quality score,with fixed 80kV in different mA (105mA,210mA,315mA)or fixed 105mA in different kV (80kV,100kV,120kV) in different concentrations of iodine solution (①～⑦).Conclusion The scan results by 256 slice CT show that it is practicable to use the low-dose radiation and 270mgI/ml concentration contrast medium with iterative reconstruction in coronary artery CTA imaging, without affecting quality of diagnosis.

tomography;spiral computer; iterative reconstruction; low-dose contrast medium; coronary angiography

10.3969/j.issn.1002-7386.2016.08.003

項目來源：河北省醫(yī)學(xué)研究與發(fā)展重點(diǎn)課題及跟蹤項目(編號：20150695)

050000 石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科

李彩英，050000 河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科；

E-mail：licaiying63@163.com

R 445.3

A

1002-7386(2016)08-1133-04

2015-11-21)