聶壯，雷子喬，范文亮，楊明，余建明

1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430022；2.分子影像湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430022

引言

心臟冠脈CTA成像（Coronary CT Angiography，CCTA）可無創(chuàng)性地實(shí)現(xiàn)對心臟冠狀動(dòng)脈以及心肌的三維立體評(píng)估，是臨床中冠狀動(dòng)脈相關(guān)疾病篩查的首選方案[1]。CT技術(shù)的發(fā)展使得CCTA篩查進(jìn)一步普及[2]，同時(shí)臨床醫(yī)生和患者也越來越關(guān)注其輻射劑量水平，需要更為有效的指標(biāo)對患者CCTA檢查所接受的輻射劑量水平進(jìn)行個(gè)體化評(píng)估和管理。2011年美國物理師協(xié)會(huì)204工作組報(bào)告（AAPM work group 204）中提出體型特異性劑量估算值（Size Specific Dose Estimation，SSDE）[3]。SSDE最初應(yīng)用于兒童患者輻射劑量的評(píng)估，之后其應(yīng)用擴(kuò)展到成人胸腹盆CT掃描的劑量評(píng)估[4-5]。Westra等[6]報(bào)道了使用SSDE評(píng)估胸部CTA的研究，探討SSDE在CT血管成像中劑量評(píng)估的可行性。本研究旨在探討使用SSDE對第三代雙源CCTA進(jìn)行個(gè)性化輻射劑量評(píng)估的可行性，并與傳統(tǒng)的容積CT劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）方法進(jìn)行對比。

1 資料與方法

1.1 病例

回顧性分析了2019年8至9月之間的CCTA病例。納入標(biāo)準(zhǔn)：連續(xù)性納入采用前瞻性心電門控觸發(fā)軸掃方案完成檢查的CCTA病例。排除標(biāo)準(zhǔn)：冠脈搭橋術(shù)后，起搏器植入，以及由于金屬偽影可能造成輻射劑量估算不準(zhǔn)的病例數(shù)據(jù)。本回顧性研究獲得了機(jī)構(gòu)倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)，并免去患者知情同意要求。

1.2 設(shè)備

（1）CT掃描儀：本研究所有CCTA病例均使用德國西門子SOMATOM Force CT進(jìn)行掃描。Force CT為西門子第三代雙源CT，探測器準(zhǔn)直器為0.6 mm×192，配有CARE kV管電壓技術(shù)、Care Dose4D智能電流技術(shù)以及ADMIRE迭代技術(shù)。

（2）高壓注射器：使用三腔式高壓注射器（CT MOTION，ulrich medical）。

1.3 掃描方案

（1）患者準(zhǔn)備與掃描技術(shù)：去除患者體外金屬物品，掃描前3～5 min給患者舌下服硝酸甘油0.5 mg，有青光眼或其他硝酸甘油使用禁忌癥或不良反應(yīng)患者除外。建立靜脈通道，連接心電門控電極，進(jìn)行屏氣訓(xùn)練?；颊唧w位為足先進(jìn)，雙臂上舉過頭伸直，掃描范圍為氣管隆突下1～2 cm至心臟膈面。掃描方案為前瞻性心電門控觸發(fā)軸掃模式，所有檢查均使用3個(gè)心動(dòng)周期完成整個(gè)心臟數(shù)據(jù)采集。X線球管電壓采用CARE kV技術(shù)根據(jù)所掃描患者定位像進(jìn)行自適應(yīng)選擇，管電壓中位數(shù)為80 kV（管電壓范圍：70～120 kV）；同時(shí)采用Care Dose4D技術(shù)行實(shí)時(shí)管電流調(diào)制，參考管電流設(shè)置為110 mAs。準(zhǔn)直器組合根據(jù)實(shí)際掃描范圍調(diào)整；螺距根據(jù)患者心率自適應(yīng)，螺距中位數(shù)為0.85，平均球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.58 s。根據(jù)患者心率選擇相應(yīng)時(shí)相原始數(shù)據(jù)重建圖像，圖像采集矩陣為512×512，重建層厚為0.75 mm，層間距0.5 mm，重建卷積核為Bv46，圖像重建聯(lián)合使用ADMIRE迭代重建技術(shù)。

（2）對比劑注射方案：對比劑使用碘邁倫（400 mg/mL）。本研究根據(jù)kV條件調(diào)整對比劑注射流速以適配所需的碘流率[7]，具體為：70 kV，2.5 mL/s；80 kV，3 mL/s；90 kV，3.5 mL/s ；100 kV，4 mL/s；110 kV 及以上，4.5～5 mL/s。對比劑注射量為掃描時(shí)間加上經(jīng)驗(yàn)值7 s之和再乘以注射流速計(jì)算所得，隨后同速注射生理鹽水30 mL。注射對比劑后，觸發(fā)掃描方式為團(tuán)注追蹤法（Bolus-Tracking），在升主動(dòng)脈設(shè)置一個(gè)ROI檢測區(qū)，設(shè)定CT閾值100 HU，達(dá)到閾值后即刻施加口令通知患者配合屏氣啟動(dòng)掃描。

1.4 輻射劑量參數(shù)

記錄每個(gè)患者設(shè)備報(bào)告輻射劑量參數(shù)，包括CTDIvol和DLP。所有病例圖像數(shù)據(jù)再導(dǎo)入Radimetrics平臺(tái)（Radimetrics Inc，Bayer）進(jìn)行相關(guān)輻射劑量參數(shù)值的計(jì)算分析，包括器官劑量、有效劑量）、患者水等效直徑（Water-Equivalent Diameter，WED）以及SSDE。患者器官劑量通過一系列對應(yīng)男性和女性的標(biāo)準(zhǔn)化模擬人體數(shù)學(xué)模型，使用蒙特卡羅模擬推算[8]。本研究分別計(jì)算出患者掃描范圍內(nèi)的表層臟器皮膚，深層臟器肺部以及受檢臟器心臟的輻射劑量。有效劑量通過應(yīng)用國際放射防護(hù)委員會(huì)（ICRP103）提出的輻射敏感性權(quán)重因子進(jìn)行計(jì)算[9]。

1.5 SSDE計(jì)算

本研究通過定位圖計(jì)算患者WED，WED為與人體有相同衰減特性的圓柱形水模的直徑，可體現(xiàn)患者身體密度與成分差異等體型特征[10]。然后根據(jù)美國物理師協(xié)會(huì)220工作組（AAPM Task Group 220）報(bào)告的轉(zhuǎn)換因子（基于32 cm體模）表[11-12]，按式(1)計(jì)算SSDE。

其中，fWED為不同WED對應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用R語言開源軟件。計(jì)數(shù)資料使用頻數(shù)或百分比表示。計(jì)量資料（CTDIvol、SSDE、DLP、有效劑量和器官劑量）進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn)，為偏態(tài)分布故以中位數(shù)和四分位間距表示。SSDE分別與各器官劑量行相關(guān)分析。雙變量相關(guān)性分析，符合正態(tài)分布使用Pearson相關(guān)分析，偏態(tài)分布使用Spearman相關(guān)分析。分別行SSDE、CTDIvol與各器官劑量的線性回歸分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究隊(duì)列

本研究共納入453例研究對象，其中男性265例，平均年齡（56.3±13.4）歲；女性188例，平均年齡（60.0±12.3）歲?；颊遅ED平均值為（24.3±2.6）cm，其中大于32 cm的3例；掃描平均長度為（11.7±1.2）cm；管電壓中位數(shù)為80（Q1：70，Q3：90）kV，其中40%（181/453）患者使用 70 kV，28% （125/453）為80 kV，17%（80/453）為90 kV，11%（50/453）為100 kV，4%（17/453）為110 kV及以上。

2.2 輻射劑量參數(shù)

CTDIvol、DLP、有效劑量、SSDE及器官劑量（分別包括：人體表層臟器皮膚，深層臟器肺部以及受檢臟器心臟）結(jié)果以中位數(shù)和四分衛(wèi)間距表示（Q1和Q3），見表1。

表1 輻射劑量參數(shù)

2.3 患者體型與輻射劑量

WED大于32 cm的3例中，患者的CTDIvol（平均值56.8 mGy）均高于SSDE（平均值54.1 mGy）（表2）。其余450例患者WED均<32 cm，CTDIvol中位數(shù)為14.9（11.2，20.0）mGy，SSDE中位數(shù)為19.2（14.9，24.6）mGy。CTDIvol較SSDE低約22.4%（19% ～ 24.8%），兩者間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）（圖1）。

表2 WED大于32 cm的3例患者CTDIvol均大于SSDE

圖1 對于WED<32 cm的患者SSDE均>CTDIvol

2.4 SSDE相關(guān)分析

SSDE與器官劑量均為顯著性正相關(guān)。SSDE與器官劑量相關(guān)程度線性回歸分析組，皮膚：P<0.001，r2=0.96，斜率 =0.13 ；肺部：P<0.001，r2=0.93，斜率 =0.70；心臟：P<0.001，r2=0.95，斜率 =0.94。CTDIvol與器官劑量相關(guān)程度線性回歸分析組，皮膚：P<0.00.1，r2=0.94，斜率=0.16；肺部：P<0.001，r2=0.89，斜率=0.94；心臟：P<0.001，r2=0.94, 斜率 = 1.25。通過體型校準(zhǔn)的SSDE相關(guān)度高于CTDIvol（圖2）。

3 討論

本研究使用SSDE對第三代雙源CCTA患者輻射劑量進(jìn)行評(píng)估，SSDE與器官劑量表現(xiàn)出高度的正相關(guān)，表明SSDE可有效評(píng)估患者CCTA檢查中的吸收劑量，驗(yàn)證了SSDE評(píng)估CCTA輻射劑量臨床應(yīng)用可行性。

CCTA目前已成為冠心病的一線篩查手段，近年來在臨床中使用頻率快速增長，同時(shí)CCTA亦是CT檢查中輻射劑量最高的檢查之一[2,13]，相關(guān)輻射風(fēng)險(xiǎn)亦引起廣泛關(guān)注，所以需要一個(gè)有效輻射劑量參數(shù)對患者輻射劑量水平進(jìn)行評(píng)估，指導(dǎo)掃描方案的優(yōu)化。目前研究主要使用CTDIvol和DLP評(píng)估CCTA輻射劑量，但存在一定局限性。CTDIvol描述多排（層）螺旋 CT 在整個(gè)掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量輸出，通過采用固定尺寸體模分別測量CT掃描儀在各種不同曝光條件的輻射劑量所得，其中應(yīng)用于CCTA的一般是32 cm體模。所以CTDIvol反應(yīng)了CT掃描儀的輻射輸出量，其數(shù)值決定于掃描協(xié)議中的曝光條件，不能反映患者個(gè)體化輻射劑量的差異。其次，CTDIvol是基于32 cm體模測量，該體模大于正常患者體型，特別是中國患者體型。Nickoloff等[14]研究發(fā)現(xiàn)對于相同掃描參數(shù)，6 cm 直徑體模所測量得到中心 CTDI 比 32 cm 尺寸體模大 3～5 倍。這意味著患者實(shí)際接受劑量與體型相關(guān)，故常規(guī)CTDIvol難以準(zhǔn)確評(píng)估患者的實(shí)際吸收劑量[4]。DLP亦是使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸體模測量的設(shè)備輸出輻射劑量，主要與掃描長度相關(guān)，也不能個(gè)性化反應(yīng)患者的輻射劑量水平。SSDE是美國物理師協(xié)會(huì)204工作組報(bào)告中提出[3]，通過結(jié)合患者體型差異對CTDIvol進(jìn)行修正的輻射劑量計(jì)算參數(shù)，主要是為了滿足更為準(zhǔn)確的患者個(gè)體化輻射劑量評(píng)估和管理策略的需求，相關(guān)研究證實(shí)了SSDE用于兒童及成人患者體部CT掃描輻射劑量評(píng)估的可行性[4-6]。SSDE相對于傳統(tǒng)的CTDIvol等參數(shù)能夠個(gè)性化計(jì)算出患者輻射劑量[4]，有潛力成為一個(gè)更有臨床意義的CCTA輻射劑量評(píng)估指標(biāo)。

Kidoh等[15]研究對37名患者CCTA檢查的CTDIvol與SSDE進(jìn)行了對比，結(jié)果顯示SSDE平均比CTDIvol高出約34%，使用CTDIvol會(huì)低估患者輻射劑量。本研究隊(duì)列中亦得到相似趨勢，SSDE較CTDIvol高約22.4%（19%～24.8%）。此外本研究有3例患者WED>32 cm，這3例患者的SSDE均

患者器官劑量能真實(shí)反映患者身體實(shí)際吸收的輻射劑量以及輻射危害。本研究使用蒙特卡羅模擬估算患者的相關(guān)器官劑量，包括人體表層臟器皮膚，深層臟器肺部以及受檢臟器心臟。如圖2所示，SSDE與相關(guān)器官劑量線性相關(guān)度高于CTDIvol。與皮膚的線性相關(guān)度，SSDE的r2=0.96，稍高于CTDIvol的r2=0.94。本研究中SSDE與CTDIvol線性相關(guān)性的差異低于Westra等[6]在兒童CTA中的結(jié)果（SSDE：r2=0.96，CTDIvol：r2=0.91），這可能是因?yàn)楸狙芯繉ο鬄槌扇?，體型相較于兒童更接近于32 cm的體模。此外，本研究還對比了SSDE，CTDIvol與心臟和肺部兩個(gè)臟器線性相關(guān)度。肺部是輻射較為敏感臟器，SSDE與其線性相關(guān)度高于CTDIvol（SSDE：r2=0.93，CTDIvol：r2=0.89）。心臟是CCTA掃描中的直接輻射受體，SSDE的線性相關(guān)度稍高于CTDIvol（SSDE：r2=0.95，CTDIvol：r2=0.94）。本研究中，SSDE與各器官劑量的線性相關(guān)度均高于CTDIvol，SSDE可以更有效反應(yīng)CCTA檢查過程中，被照射臟器的吸收劑量。所以SSDE有潛力成為CCTA檢查中評(píng)估器官劑量的代替參數(shù)，對于患者輻射危害的評(píng)估具有臨床意義，同時(shí)也可作為劑量優(yōu)化的評(píng)估指標(biāo)。

圖2 SSDE與CTDIvol分別與人體器官劑量的線性回歸分析

本研究存在一定不足：① 本研究病例均來自單中心，且時(shí)間跨度較小，可能存在一定偏差，未來需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本驗(yàn)證研究結(jié)果；② 因?yàn)槭腔仡櫺匝芯克允褂肳ED代表患者體型，未來研究中可引入患者身體質(zhì)量指數(shù)進(jìn)一步完善；③ 研究中使用蒙特卡羅進(jìn)行臟器的估算，還需物理測量的進(jìn)一步驗(yàn)證，但相關(guān)研究也證實(shí)了蒙特卡羅評(píng)估臟器劑量的可行性[17]。

總之，CCTA因其掃描部位解剖成分的復(fù)雜性，使用傳統(tǒng)CTDIvol等參數(shù)不能有效評(píng)估患者實(shí)際吸收輻射劑量水平。使用WED進(jìn)行患者體型個(gè)性化校準(zhǔn)后的SSDE是更為準(zhǔn)確的輻射劑量評(píng)估參數(shù)。應(yīng)用SSDE可有效評(píng)估第三代雙源Force CCTA劑量水平，同時(shí)有利于患者個(gè)性化輻射劑量管理與優(yōu)化。