基于BMI 調(diào)節(jié)管電壓的前瞻性大螺距CT 冠狀動(dòng)脈成像研究

陳惠娟，祁 麗，趙艷娥，周長(zhǎng)圣，張龍江，盧光明

0 引 言

CT 冠狀動(dòng)脈成像(CT coronary angiography，CTCA)作為冠狀動(dòng)脈疾病無(wú)創(chuàng)性檢查手段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床，然而CTCA 的高輻射劑量近些年一直受到較大的關(guān)注。Einstein 等［1］的研究顯示CTCA存在致癌風(fēng)險(xiǎn)，且在女性、年輕患者中更高。降低CTCA 檢查的輻射劑量有重要的社會(huì)意義。降低輻射劑量的方法大體上分為兩大類，即基于人群降低輻射劑量的策略和個(gè)體化降低輻射劑量的策略。針對(duì)個(gè)體降低輻射劑量的策略研究較多，主要有前瞻性心電門控技術(shù)、低管電壓技術(shù)、大螺距掃描技術(shù)以及迭代重建算法等。例如，Huang 等［2］的研究表明與回顧性心電門控CTCA 相比，前瞻性心電門控CTCA 能夠有效降低輻射劑量，降低了致癌風(fēng)險(xiǎn)。雖然基于人群降低輻射劑量的研究開(kāi)展的并不多，但基于BMI 調(diào)整管電壓是行之有效的方法［3］。隨著CT 技術(shù)的迅速發(fā)展，綜合應(yīng)用多種降低輻射劑量的技術(shù)能最大程度地降低患者接受的輻射劑量［4］。保證足夠診斷的圖像質(zhì)量已是大勢(shì)所趨，因此需要更新基于群體的CTCA 降低輻射劑量的策略。本研究探討聯(lián)合應(yīng)用基于BMI 調(diào)整管電壓的前瞻性大螺距以及迭代重建算法的CTCA 在人群基礎(chǔ)上降低輻射劑量的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2013 年4 月至2014 年7 月102 例因可疑或已知患冠狀動(dòng)脈疾病在我院行CTCA檢查的患者納入本研究。其中實(shí)驗(yàn)組72 例患者，對(duì)照組30 例患者。檢查前心率＞70 次/min 的患者，檢查1 h 內(nèi)給予25 ～50 mg 倍他樂(lè)克口服，心率降至70 次/min 以下后行CTCA 檢查。納入標(biāo)準(zhǔn):年齡＞18 歲、竇性心律、CT 掃描時(shí)心率＜70 次/min;排除標(biāo)準(zhǔn):碘對(duì)比劑過(guò)敏者、心腎功能不全者、口服倍他樂(lè)克心率不能降至70 次/min以下者、心律失常者、孕婦、冠狀動(dòng)脈支架植入或冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后患者。本研究通過(guò)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者同意該研究，并簽署知情同意書(shū)。

1.2 掃描方法 掃描設(shè)備為第2 代雙源CT(Definition Flash)。檢查前5 min，硝酸甘油舌下噴霧以擴(kuò)張冠狀動(dòng)脈。實(shí)驗(yàn)組采用基于BMI 調(diào)整的管電壓，對(duì)于BMI ＜23 kg/m2的患者，選擇70 kV;BMI 在23 ～25 kg/m2之間者選擇80 kV;BMI ＞25 kg/m2的患者選擇自動(dòng)化管電壓選擇技術(shù)(自動(dòng)化管電壓可調(diào)節(jié)電壓有80、100 和120 kV)。實(shí)驗(yàn)組所有患者行前瞻性心電門控大螺距掃描。所有患者均使用動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)管電流。前瞻性心電門控期相選擇在R-R間期的60%，螺距為3.4，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.28 s，準(zhǔn)直器寬度為128×0.6 mm。對(duì)照組管電壓選擇120 kV，采用前瞻性心電門控序列掃描方式，前瞻性心電門控的期相選擇在R-R 間期的60%～80%，開(kāi)啟動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間和準(zhǔn)直器寬度同實(shí)驗(yàn)組。

采用對(duì)比劑為優(yōu)維顯30 ～60 mL(碘普羅胺，濃度為370 mg I/mL)，以4 ～5 mL/s 的速率經(jīng)肘前靜脈注射，注射完畢后以相同速率注射40 mL 等滲鹽水。基于前期的研究經(jīng)驗(yàn)［4］，對(duì)實(shí)驗(yàn)組70 kV 組采用了注射速率為4 mL/s 對(duì)比劑用量為30 mL 的對(duì)比劑注射方案以達(dá)到降低同時(shí)對(duì)比劑用量和輻射劑量的雙重目的。延遲時(shí)間確定方法同前［4］。

1.3 圖像重建 所有數(shù)據(jù)均重建為0.75 mm 層厚及0.6 mm 重建間隔的圖像。實(shí)驗(yàn)組數(shù)據(jù)采用基于原始數(shù)據(jù)域迭代重建算法(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)進(jìn)行圖像重建，重建卷積核為126。SAFIRE 能夠減少圖像噪聲，在管電流或管電壓明顯降低時(shí)可重建出與標(biāo)準(zhǔn)管電流或管電壓條件下相同質(zhì)量的圖像，從而降低輻射劑量［5］。本研究采用默認(rèn)的第3 種。對(duì)照組采用常規(guī)濾過(guò)反投影重建圖像。所有CT 數(shù)據(jù)重新放大視野后重建在肺動(dòng)脈主干層面測(cè)量胸部前后徑和橫徑以計(jì)算體型特異性劑量估計(jì)(size-specific dose estimates，SSDE)。

1.4 圖像評(píng)價(jià) 所有圖像數(shù)據(jù)均傳到工作站MMWP及Singovia 進(jìn)行圖像客觀和主觀評(píng)價(jià)。一名放射科醫(yī)師在0.75 mm 的重建圖像上測(cè)量每例患者升主動(dòng)脈根部、右冠狀動(dòng)脈起始處、左冠狀動(dòng)脈主干起始處、左冠狀動(dòng)脈前降支起始處、左冠狀動(dòng)脈回旋支起始處及縱隔脂肪的CT 值及標(biāo)準(zhǔn)差，將主動(dòng)脈根部的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲。畫(huà)取興趣區(qū)時(shí)應(yīng)避免鈣化及軟斑塊，畫(huà)取興趣區(qū)的大小應(yīng)盡可能包括該血管斷面。按照文獻(xiàn)中描述的方法計(jì)算每支血管的信噪比(signalto-noise ratio，SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)［5］。

按照美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)制定的冠狀動(dòng)脈分段標(biāo)準(zhǔn)將冠狀動(dòng)脈分為15 段，右冠狀動(dòng)脈包括1 ～4 段，左冠狀動(dòng)脈主干為第5 段，左冠狀動(dòng)脈前降支包括6 ～10 段，左冠狀動(dòng)脈回旋支包括11 ～15 段，當(dāng)有左冠狀動(dòng)脈中間支時(shí)，記為16 段［6］。由2 名有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立觀察橫斷面圖像及曲面重組圖像并對(duì)每段血管進(jìn)行評(píng)分，圖像評(píng)分采用4 分法:1 分代表血管壁顯示不清，血管不連續(xù)，圖像噪聲大，血管強(qiáng)化不佳，不能用于診斷;2 分代表有中度運(yùn)動(dòng)偽影、噪聲，血管強(qiáng)化一般;3 分代表輕度的運(yùn)動(dòng)偽影、噪聲，血管強(qiáng)化好，無(wú)血管不連續(xù);4 分代表無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影，噪聲小，無(wú)血管不連續(xù)，血管強(qiáng)化很好。意見(jiàn)不一致時(shí)，共同商議最后評(píng)分。將每支冠狀動(dòng)脈所含段中的最低分定義為該支冠狀動(dòng)脈的評(píng)分，將每例患者所有冠狀動(dòng)脈段中的最低分定義為該患者的評(píng)分。

1.5 輻射劑量 記錄每例患者的劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)和CT 容積劑量指數(shù)(volume computed tomography dose index，CTDIvol)，計(jì)算有效劑量(effective dose，ED)。ED 為DLP 與轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積，轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.014 mSv/(mGy·cm)［7］。SSDE 為CTDIvol 與轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積，此轉(zhuǎn)換系數(shù)根據(jù)患者的有效直徑(通過(guò)擴(kuò)大重建冠狀動(dòng)脈掃描的視野測(cè)得)查表而得［8－9］。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示，計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)或百分率表示。2 組患者的年齡、BMI、CT 值、SNR、CNR、噪聲比較采用兩獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)，性別采用χ2檢驗(yàn)。2 組患者的心率、主觀圖像質(zhì)量、輻射劑量的比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)(Mann-Whitney 檢驗(yàn))。對(duì)圖像質(zhì)量的觀察者間一致性采用Kappa 分析(K 值0.80 ～1.00 為一致性有效;K值0.60 ～0.80 為一致性好;K 值0.40 ～0.60 為一致性中等;K 值＜0.40 為一致性差)。以P≤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 患者一般資料比較 實(shí)驗(yàn)組中，BMI ＜23 kg/m2的患者28 例，BMI 在23 ～25 kg/m2之間的患者23例，BMI ＞25 kg/m2的患者21 例，對(duì)照組患者30 例。2 組基礎(chǔ)資料差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)，具有可比性。見(jiàn)表1。

表1 行CT 冠狀動(dòng)脈成像患者一般資料比較Table 1 General data about the two groups of patients

2.2 客觀圖像質(zhì)量 實(shí)驗(yàn)組各部位的平均CT 值均高于對(duì)照組(P ＜0.001)，右冠狀動(dòng)脈和左冠狀動(dòng)脈主干的SNR 低于對(duì)照組(P ＜0.001)，實(shí)驗(yàn)組所有部位的CNR 均高于對(duì)照組，但是2 組之間CNR的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。見(jiàn)表2。

表2 行CT 冠狀動(dòng)脈成像患者客觀圖像質(zhì)量比較Table 2 Comparison of objective image quality between the two CTCA protocols

表2 行CT 冠狀動(dòng)脈成像患者客觀圖像質(zhì)量比較Table 2 Comparison of objective image quality between the two CTCA protocols

指標(biāo) 對(duì)照組(n=30) 實(shí)驗(yàn)組(n=72) t 值 P值右冠狀動(dòng)脈CT(HU) 399.6±61.3 562.2±152.3 －7.684 ＜0.001 SNR 22.6±3.4 18.9±6.2 3.872 ＜0.001 CNR 26.6±13.9 27.2±12.6 －0.213 0.832左冠狀動(dòng)脈主干CT(HU) 380.3±46.2 571.1±159.5 －9.258 ＜0.001 SNR 21.6±3.1 19.1±6.0 2.744 0.007 CNR 24.7±11.6 27.5±12.4 －1.032 0.305左冠狀動(dòng)脈前降支CT(HU) 356.0±39.7 559.4±140.9 －11.227 ＜0.001 SNR 20.3±3.3 19.0±6.3 1.395 0.166 CNR 22.8±10.9 27.2±12.5 －1.672 0.098左冠狀動(dòng)脈回旋支CT(HU) 348.9±52.3 553.0±168.6 －9.259 ＜0.001 SNR 19.9±3.7 18.7±6.5 1.129 0.262 CNR 22.1±10.8 26.8±12.5 －1.919 0.06噪聲(HU)17.9±3.1 32.6±12.1 －9.547 ＜0.001

2.3 主觀圖像質(zhì)量 102 例患者共408 支血管1335 個(gè)血管節(jié)段納入最終的圖像分析中。2 組患者的主觀圖像質(zhì)量評(píng)分差異亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.604)。各組圖像觀察者間的一致性好，實(shí)驗(yàn)組Kappa=0.71，對(duì)照組Kappa=0.66。對(duì)于實(shí)驗(yàn)組，70 kV 組的Kappa=0.61，80 kV 組的Kappa=0.66，自動(dòng)管電壓組的Kappa=0.74。具有代表性的CTCA圖像見(jiàn)圖1。所有圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，均達(dá)到診斷要求。

2.4 輻射劑量 實(shí)驗(yàn)組的DLP、CTDIvol、ED 和SSDE均明顯低于對(duì)照組，較對(duì)照組分別降低了88.6%、92.5%、88.9%、92.5%。見(jiàn)表3。

圖1 代表性的CTCA 圖像Figure 1 Representative CTCA images in the two CTCA protocols

表3 行CT 冠狀動(dòng)脈成像患者接受輻射劑量比較Table 3 Comparison of radiation dose between the two CTCA protocols

表3 行CT 冠狀動(dòng)脈成像患者接受輻射劑量比較Table 3 Comparison of radiation dose between the two CTCA protocols

指標(biāo) 對(duì)照組(n=30) 實(shí)驗(yàn)組(n=72) Z 值 P值DLP(mGy*cm)324.9±95.1 37.0±34.7 －7.913 ＜0.001 CTDIvol(mGy) 27.9±8.0 2.1±2.0 －7.932 ＜0.001 ED(mSv) 4.5±1.3 0.5±0.5 －7.913 ＜0.001 SSDE(mSv)38.9±9.9 2.9±2.7 －7.932 ＜0.001

3 討 論

本研究表明，竇性心率≤70 bpm 的患者，根據(jù)BMI 個(gè)體化選擇管電壓的前瞻性大螺距CTCA，相比于120 kV 前瞻性心電門控序列掃描CTCA 而言，能夠在滿足診斷圖像質(zhì)量的前提下大幅度降低輻射劑量。

根據(jù)BMI 個(gè)體化調(diào)整管電壓能有效地降低CT檢查輻射劑量。LaBounty 等［10］研究結(jié)果表明，對(duì)BMI ＜25 kg/m2的患者采用80 kV 掃描，輻射劑量較100 kV 掃描方式降低了47%。盡管SNR 和CNR有所下降，但是圖像質(zhì)量未見(jiàn)明顯降低，說(shuō)明在BMI正常的患者行80 kV 的CTCA 檢查是可行的。Khan等［11］的研究結(jié)果表明在BMI ＜27 kg/m2的患者可行100 kV 檢查，與120 kV 組相比輻射劑量降低了30%，且圖像質(zhì)量無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差別［11］。本研究基于前期70 kV CTCA 的研究結(jié)果［4］，嚴(yán)格控制了BMI 對(duì)CTCA 圖像質(zhì)量的影響，對(duì)23 kg/m2的患者行70 kV掃描以更大程度地降低輻射劑量。對(duì)BMI 在23 ～25 kg/m2間的患者選擇80 kV，對(duì)BMI ＞25 kg/m2的患者選擇自動(dòng)管電壓選擇技術(shù)自動(dòng)化調(diào)整管電壓。本研究顯示使用該技術(shù)在BMI ＜25 kg/m2的患者常難以取得最低管電壓條件，這也是本研究實(shí)驗(yàn)組未全部采用自動(dòng)化管電壓技術(shù)的原因。本研究提出的以BMI 為基礎(chǔ)調(diào)整管電壓前瞻性大螺距CTCA 與前瞻性序列掃描120 kV CTCA 相比輻射劑量降低了89%，而圖像質(zhì)量未見(jiàn)明顯降低。

在采用低管電壓掃描時(shí)，低管電壓所產(chǎn)生的X線能量更加接近碘對(duì)比劑的K 邊緣值(33.2 keV)，增加碘對(duì)比劑的CT 值，因此在理論上可減少CTCA檢查時(shí)對(duì)比劑的使用量。Nakaura 等［12］研究表明當(dāng)CTCA 檢查時(shí)管電壓從120 kV 降至80 kV 時(shí)，對(duì)比劑用量可以減少一半而獲得相同的圖像質(zhì)量。盡管本研究未對(duì)對(duì)比劑注射方案進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，但基于前期研究經(jīng)驗(yàn)［4］，將70 kV CTCA 組的對(duì)比劑用量調(diào)整為30 mL，從總體上來(lái)講，降低了患者注射的對(duì)比劑用量。進(jìn)一步嚴(yán)格按照BMI 設(shè)計(jì)對(duì)比劑注射方案進(jìn)行研究是需要的，以達(dá)到同時(shí)最大程度降低輻射劑量和對(duì)比劑用量的雙重目的。

聯(lián)合大螺距和低管電壓技術(shù)能夠有效降低對(duì)比劑的使用量，但增加了圖像噪聲，這可能會(huì)影響診斷準(zhǔn)確性。迭代重建算法能降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，已廣泛用于臨床［13］。本研究實(shí)驗(yàn)組采用SAFIRE后，雖然CNR 略高于對(duì)照組，但2 組之間的差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。目前尚無(wú)文獻(xiàn)提出SNR 和CNR 可滿足診斷的最低閾值，但本研究中無(wú)論是客觀圖像質(zhì)量還是主觀圖像質(zhì)量評(píng)估均顯示2 組CTCA 參數(shù)的圖像質(zhì)量無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

當(dāng)前，采用本研究提出的CTCA 掃描方案對(duì)受檢者有較高要求，可能在一定程度上限制了本方案的推廣。本研究采用的是前瞻性心電門控大螺距CTCA 技術(shù)，要求將受檢者心率控制在70 次/min 以下。但也有學(xué)者通過(guò)調(diào)整預(yù)設(shè)的R-R 間期期相在心率＞70 次/min 的患者也取得了滿意的結(jié)果［14］。本研究提出的基于BMI 調(diào)整管電壓的前瞻性大螺距CTCA 方案是基于第2 代雙源CT 提出的。在第3 代雙源CT，由于球管輸出的管電流可達(dá)1300 mA，70 kV 的CTCA 可能在BMI ＜25 kg/m2的患者成為常規(guī)［15］。因此本研究提出的掃描方案可能會(huì)隨著CT 技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)一步調(diào)整［16－17］。

總之，本研究提出的基于BMI 個(gè)體化調(diào)整管電壓進(jìn)行大螺距前瞻性心電門控CTCA 是可行的，其能在獲得滿足診斷要求的圖像質(zhì)量的同時(shí)大幅度降低患者接受的輻射劑量。

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