第三代雙源CT冠狀動脈成像三低掃描方案的初步經(jīng)驗

梁蓉， 張璋， 李鋒坦， 姜英健， 華明輝， 張澤偉， 于鐵鏈， 李東

·心血管影像學(xué)·

第三代雙源CT冠狀動脈成像三低掃描方案的初步經(jīng)驗

梁蓉， 張璋， 李鋒坦， 姜英健， 華明輝， 張澤偉， 于鐵鏈， 李東

目的：探究第三代雙源CT(DSCT)前瞻性心電門控大螺距CT冠狀動脈成像(CTCA)掃描模式下，應(yīng)用70kv低管電壓聯(lián)合20 mL低對比劑用量和3.0 mL/s低注射流率的三低方案的可行性。方法：應(yīng)用第三代雙源CT對100例體質(zhì)量指數(shù)(BMI)≤30 kg/m2、 心率(HR)≤75次/分的患者行前瞻性心電門控大螺距CTCA檢查。所有患者隨機分為兩組，采用2種掃描方案：A組48例，管電壓80 kVp，對比劑總量及流率分別為40 mL和4.0 mL/s；B組52例，管電壓70 kVp，對比劑總量及流率分別為20 mL和3.0 mL/s。測量動脈腔內(nèi)CT值、圖像噪聲、信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)等客觀指標(biāo)以及Likert 4級主觀評分法比較兩組的圖像質(zhì)量，記錄并比較兩組的輻射劑量。結(jié)果：B組的圖像噪聲顯著高于A組，但動脈(主動脈、左冠脈主干和前降支、右冠狀動脈)腔內(nèi)CT值均顯著高于A組(P<0.05)。兩組間SNR和CNR的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，兩組間圖像質(zhì)量評分的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。與A組相比，B組的有效輻射劑量減少了40%。結(jié)論：使用第三代DSCT結(jié)合三低掃描方案行前瞻性心電門控大螺距冠狀動脈成像，可獲得較為滿意的圖像質(zhì)量，且輻射劑量、對比劑用量和流率均較常規(guī)掃描方案顯著降低。

體層攝影術(shù)，X線計算機； 血管成像； 冠狀動脈疾?。?低劑量掃描； 輻射劑量； 圖像質(zhì)量

CT冠狀動脈成像(computed tomography coronary angiography，CTCA)已經(jīng)成為篩查冠狀動脈疾病的首選無創(chuàng)性影像學(xué)檢查方法[1]。然而，CTCA檢查所造成的電離輻射損傷以及對比劑引起的腎功能損傷仍不容忽視，如何降低輻射劑量及檢查所需對比劑用量已成為目前研究的熱點。本研究旨在探討第三代雙源CT(dual source CT，DSCT)前瞻性心電門控大螺距(high-pitch)掃描模式下，應(yīng)用70 kV管電壓聯(lián)合超低對比劑注射方案(20 mL，3.0 mL/s)進行CTCA檢查的可行性及臨床價值。

材料與方法

1.一般資料

搜集2016年4月-2016年9月臨床提示存在冠心病輕至中度危險因素且在本院行CTCA檢查的連續(xù)患者的病例資料。入組標(biāo)準(zhǔn)：年齡>18歲、身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)≤30 kg/m2、心率(heart rate，HR)≤75次/分。排除標(biāo)準(zhǔn)：BMI>30 kg/m2、HR>75次/分或心律不齊、冠狀動脈支架或搭橋術(shù)后、碘對比劑過敏、甲亢、孕婦、房顫和腎功能不全者。最終入組100例患者，隨機分為兩組，A組48例：管電壓80 kV，對比劑總量和注射流率分別為40 mL和4.0 mL/s；B組52例，管電壓70 kV，對比劑總量和流率分別為20 mL和3.0 mL/s。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)，患者均簽署知情同意書。

2.儀器和檢查方法

使用Siemens Somatom第三代DSCT機。所有受檢者均未服用降心率藥物，于檢查前5 min舌下含服硝酸甘油0.5 mg。取仰臥位，頭足方向，掃描過程中患者無需屏氣，前瞻性心電門控大螺距掃描，掃描范圍自隆突下方1 cm至膈下2 cm水平。掃描時相設(shè)在65% R-R間期。掃描參數(shù)：采用飛焦點技術(shù)，探測器準(zhǔn)直寬度2×96×0.6 mm， 250 ms/r，時間分辨率66 ms，螺距3.2；自動管電流調(diào)節(jié)采用CARE Dose 4D模式，參考管電流為130 mAs；采用CARE kV模式調(diào)節(jié)管電壓，參考管電壓為120 kV，實際掃描中將CARE kV設(shè)定為“semi“模式，手動設(shè)定管電壓為80 kV(A組)或70 kV(B組)。

使用雙筒高壓注射器經(jīng)肘前靜脈分別以4.0 mL/s(A組)和3.0 mL/s(B組)的流率注射對比劑碘帕醇(370 mg I/mL)40 mL(A組)和20 mL(B組)，然后立即分別以各組對應(yīng)的流率注射生理鹽水50 mL。采用團注追蹤技術(shù)，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)設(shè)定在升主動脈，觸發(fā)掃描閾值100 HU。記錄掃描過程中患者的心率和心律情況。

采用高級迭代技術(shù)(ADMIRE,Siemens)進行橫軸面圖像重建，層厚0.75 mm，間隔0.5 mm，卷積核Bv36。將重建后圖像傳輸至Siemens工作站(Syngo.via)進行容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)和曲面重組(curved planar reformation，CPR)等后處理。

3.圖像質(zhì)量評價

客觀評價：測量主動脈根部、冠狀動脈主要分支近段管腔和鄰近心包脂肪的CT值。冠狀動脈主要分支包括左冠脈主干(left main coronary artery，LM)、左前降支(left anterior descending，LAD)、左旋支(left circumflex，LCx)和右冠狀動脈(right coronary artery，RCA)。ROI置于目標(biāo)血管管腔中心，約占管腔橫截面積的75%，需避開斑塊(圖1)。圖像噪聲(noise，N)為主動脈根部CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)的計算公式如下：

(1)

(2)

主觀評價：采用2014年國際心血管CT協(xié)會指南推薦的冠狀動脈18段分段法[2]。直徑<1.5 mm的冠狀動脈節(jié)段不計入評分。由2位分別具3年和5年以上CTCA工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在不知患者信息和掃描條件的情況下，采取雙盲法對圖像進行評分，意見不統(tǒng)一時，共同協(xié)商取得一致評分。圖像評分采用Likert 4級評分法[3]。1分：圖像質(zhì)量優(yōu)秀，冠狀動脈全程顯示清晰，無運動偽影；2分：圖像質(zhì)量良好，存在輕度運動偽影，但不影響對血管的診斷；3分：圖像質(zhì)量尚可，存在中度運動偽影，但結(jié)合原始軸位圖像尚能對血管做出診斷；4分：圖像質(zhì)量差，存在嚴(yán)重運動偽影，無法評估。將每根血管所包含的節(jié)段的最高評分作為整條血管的評分。同樣的，將每例患者的所有血管段中的最高評分作為該患者的最終評分。

4.輻射劑量評估

記錄由CT掃描儀自動生成的患者劑量報告中的容積劑量指數(shù)(CTDIvol)和劑量長度乘積(DLP)。計算并記錄有效輻射劑量(effective dose，ED)，轉(zhuǎn)換系數(shù)k=0.014 mSv/(mGy·cm)[4]。此外，根據(jù)患者的不同體型計算并記錄每位患者的體型特異性劑量評估(size specific dose estimates，SSDE)，計算公式：

SSDE=轉(zhuǎn)換因子fsize×CTDIvol

(3)

其中轉(zhuǎn)換因子fsize是測量患者胸廓大小(前后徑+左右徑)后經(jīng)查表得到[5]。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學(xué)軟件。連續(xù)變量用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，分類變量用頻率和百分比表示。對兩組患者的年齡、HR、BMI、體重、輻射劑量各參數(shù)值、冠狀動脈的各項客觀參數(shù)值及主觀評分進行比較分析，所有數(shù)據(jù)均采用Kolmogorov-Smirnov檢驗進行正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用兩獨立樣本t檢驗、不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用Mann-Whitney U檢驗。采用χ2檢驗對兩組患者臨床資料中的頻數(shù)參數(shù)進行比較。利用Kappa檢驗評價兩個閱片者對圖像質(zhì)量主觀評價之間的一致性(k<0.2為一致性很差；0.2≤k<0.4為一致性一般；0.4≤k<0.6為一致性適中；0.6≤k<0.8為一致性較好；0.8≤k<1為一致性很好)。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般情況

兩組患者的年齡、HR、BMI、體重以及臨床資料方面的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，結(jié)果見表1。

2.圖像質(zhì)量評價

①客觀評價：兩組之間各客觀指標(biāo)的比較見表2。兩組間主動脈根部及LM、LAD和RCA近段管腔內(nèi)CT值的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，B組高于A組；而 LCx近段CT值的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.116)。兩組間圖像噪聲的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)，B組高于A組。兩組圖像的SNR和CNR的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。②主觀評價(圖2)：兩組患者共計1272個冠狀動脈節(jié)段納入評分，血管共計535支。以血管和患者為單位進行比較(表3)，兩組評分的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

3.輻射劑量

B組的DLP、CTDIvol、ED和SSDE均顯著低于A組(P<0.001)，其中ED和SSDE降低幅度分別為40%和30%(表4)。

表1 兩組患者臨床資料的比較

表2 兩組CCTA圖像質(zhì)量客觀評價結(jié)果的比較

表3 兩組CCTA圖像質(zhì)量的主觀評分的比較

表4 兩組掃描方案輻射劑量評估比較

討 論

隨著CT技術(shù)的不斷完善，各種新型高端CT機投入臨床，如DSCT和寬體探測器的引進，CTCA檢查方案也隨之推陳出新，如低管電壓、大螺距掃描、前瞻性心電門控、迭代重建、自動管電壓及管電流調(diào)節(jié)技術(shù)等[6-7]，均為有效降低輻射劑量的重要方法。輻射劑量與管電壓的平方呈正比，因此，降低管電壓是降低輻射劑量最有效的手段。隨著管電壓的減低，其X線束的有效光能更接近碘的衰減k緣[8]，從而使動脈管腔內(nèi)碘的CT值更高，因此，低管電壓技術(shù)在降低輻射劑量的同時，還可減少對比劑用量。80 kV的CTCA掃描方案在第二代DSCT上應(yīng)用已十分廣泛，其輻射劑量較100/120 kV掃描方案大幅度降低[8-10]。第三代DSCT具備更高的轉(zhuǎn)速(0.25 s)和更快的進床速度(737 mm/s)，且在低管電壓下實現(xiàn)更高的管電流值(1300 mA)，使得80 kV管電壓掃描方案的應(yīng)用更加成熟、普遍。近年來，采用70 kV管電壓的可行性成為研究的熱點。Zhang等[9]在第二代DSCT機上嘗試采用70 kV管電壓行CTCA檢查，獲得較滿意的圖像質(zhì)量，與100 kV掃描方案相比，其輻射劑量降低了75%，但是其入組患者篩選條件嚴(yán)格(BMI<26 kg/m2)。Michaela等[11]在第三代DSCT機上探討70 kV管電壓CTCA掃描方案的可行性，這項研究中放寬了對BMI的限制，也獲得較滿意的圖像質(zhì)量和較低的輻射劑量[(0.3±0.03) mSv]，但其對比劑用量較多(60 mL)。Meyer等[8]的研究證實，在非肥胖患者(BMI<26 kg/m2)中應(yīng)用第三代DSCT的70 kV掃描方案，與第二代DSCT的80/100 kV掃描方案相比，其輻射劑量(0.44 mSv)和對比劑用量(45 mL)得到優(yōu)化。Mangold等[12]的70 kVp和50 mL對比劑的CTCA掃描方案應(yīng)用于BMI為22.5～24.5 kg/m2的患者，也得到類似的結(jié)果。

圖1 患者，女，53歲，BMI=23.14 kg/m2，管電壓80 kV，ED=0.44 mSv。a) 橫軸面圖像，顯示主動脈根部和鄰近心包脂肪(箭)的ROI測量； b) 冠狀動脈近段的ROI測量(箭)； c) VR圖像，顯示LAD(箭)輪廓清晰，管壁光滑，無運動偽影，圖像質(zhì)量主觀評分為1分； d) CPR圖像，顯示LAD輪廓清晰，管壁光滑，無運動偽影，圖像質(zhì)量主觀評分為1分。 圖2 患者，男，69歲，BMI=24.22 kg/m2，HR=72 bpm，ED=0.25 mSv。管電壓70 kV。a) VR圖像，顯示LAD輪廓清晰，管壁光滑，無運動偽影，圖像質(zhì)量主觀評分為1分； b) CPR圖像，顯示LAD(箭)輪廓清晰，管壁光滑，無運動偽影，圖像質(zhì)量主觀評分為1分。

血管內(nèi)強化程度受對比劑用量(mL)、碘總量(total iodine load，TIL)和碘流率(iodine delivery rate，IDR)的影響，當(dāng)控制IDR和/或TIL恒定，改變其它條件(如對比劑濃度)時，冠狀動脈管腔內(nèi)的衰減程度將保持不變[13-18]。Madeleine等[14]應(yīng)用體模實驗探究了低管電壓下最佳對比劑注射方案，當(dāng)管電壓降低至70 kV時，IDR和TIL分別降低至1.0 gI/s和7.5 gI，此時靶血管中的強化程度仍能滿足診斷要求(>325 HU)，但由于其所使用設(shè)備(第二代DSCT)和技術(shù)的限制，上述70 kV管電壓下的對比劑注射方案未進行臨床試驗。本研究在第三代DSCT及和低管電壓(70 kV)的基礎(chǔ)上，將上述結(jié)論應(yīng)用于臨床實踐，以3.0 mL/s的流率注射20 mL高濃度對比劑(370 mg I/mL)進行CTCA檢查，是目前對比劑用量最少的研究。本研究使用的第三代DSCT前瞻性心電門控大螺距掃描模式，可在0.25 s內(nèi)完成全心臟容積采集，結(jié)合對比劑在動脈內(nèi)的近似高斯分布的時間-密度曲線[19]，7 s的對比劑注射時間足以保證冠狀動脈管腔內(nèi)的對比劑濃度達峰之前完成整個心臟的采集。

本研究結(jié)果中，B組(70 kVp)的圖像噪聲因管電壓的降低而增加，且與A組(80 kVp)的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。B組的SNR和CNR有降低的趨勢，但與A組的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，說明B組的圖像質(zhì)量并未因噪聲的增加而出現(xiàn)明顯下降。主觀評價結(jié)果也說明70 kVp組的圖像質(zhì)量無明顯下降。其原因主要是管電壓降低使得B組的主動脈和冠狀動脈各主要分支(LM、LAD、RCA)的管腔內(nèi)CT值增高，且與A組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義。也就是說，B組的對比劑用量雖然降低了50%，但并未因此造成冠脈管腔內(nèi)CT值的降低。相反，管電壓的降低使得管腔內(nèi)CT值明顯升高。冠狀動脈管腔內(nèi)CT值是影響CTCA圖像質(zhì)量的重要因素之一。通常認為冠狀動脈管腔內(nèi)CT值為325～500 HU，最有利于冠狀動脈疾病的診斷[13-14,20]。本研究中B組的冠狀動脈管腔內(nèi)CT值處于該范圍內(nèi)，保證了臨床對冠狀動脈疾病的診斷要求。

對中國成人體質(zhì)指數(shù)分布狀況的研究顯示，BMI<30 kg/m2的成人約占98.5%[21]，本研究中納入患者的BMI≤30 kg/m2，這意味著絕大多數(shù)國人可受益于本研究中的CTCA掃描方案。同時，本方案在保證IDR的前提下，將對比劑的注射流率降低為3.0 mL/s，與CTCA檢查的常規(guī)注射流率4～6 mL/s相比，能顯著降低高注射流率導(dǎo)致的對比劑外滲的風(fēng)險，對于血管條件不好的患者更為受益。

本研究應(yīng)用70 kV管電壓行前瞻性心電門控大螺距CTCA檢查時的平均ED和SSDE分別為0.3 mSv和2.8 mGy，分別較80 kVp掃描方案降低了約40%和30%。

本研究的不足在于樣本量較小，且缺少與X線冠狀動脈造影檢查的對照。但是CTCA診斷的準(zhǔn)確性和價值已經(jīng)得到證實，良好的圖像質(zhì)量是保證其準(zhǔn)確性的前提，本研究所采用的“三低”掃描方案的圖像質(zhì)量并未明顯下降，輻射劑量進一步明顯降低。未來需要擴大樣本量，并與X線冠狀動脈造影檢查進行對照，進一步證實本研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究中的掃描方案和對比劑注射方案只適用于前瞻性心電門控大螺距掃描模式，雖然第三代DSCT將該掃描模式對心率的限制放寬了，但仍然要求心率<75次/分[22]。

綜上所述，第三代DSCT對BMI≤30 kg/m2患者應(yīng)用70 kV管電壓聯(lián)合20 mL對比劑用量和3.0 mL/s流率的方案行CTCA檢查，可獲得滿足臨床診斷要求的圖像質(zhì)量，且輻射劑量、對比劑用量和流率均顯著降低，值得在臨床工作中推廣應(yīng)用。

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A protocol of low tube voltage,less contrast medium dosage and low flow rate for coronary angiography using 3rd-generation dual-source CT:initial experience

LIANG Rong,ZHANG Zhang,LI Feng-tan,et al.

Department of Radiology，Tianjin Medical University General Hospital，Tianjin 300052，China

Objective：The aim of the present study was to explore the feasibility of a "triple-low" protocol [i.e.,low tube voltage (TV) of 70kVp,less contrast medium (CM) of 20mL and injection rate (IR) of 3.0mL/s] for prospectively ECG-triggered high-pitch CT coronary angiography (CTCA) on a 3rdgeneration dual-source CT (DSCT) scanner.Methods：One-hundred patients with body mass index (BMI) ≤30.0kg/m2and heart rate (HR)≤75 beats per minute (bpm) underwent prospectively ECG-triggered high-pitch CTCA using a 3rd-generation DSCT.All patients were randomly divided into 2 groups:group A,48 patients,of conventional scan protocol with 80kVp,40mL CM,and 4.0mL/s IR;group B,52 patients,of a "triple-low" scan protocol with 70kVp,20mL CM and 3.0mL/s IR.Image quality was evaluated and compared by four objective parameters of intraluminal CT value [including aorta,left main coronary (LM),left anterior descending branch (LAD) and RCA],image noise,signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) as well as a subjective score (four-point Likert scale).Radiation dose was also recorded and compared.Results：In group B,image noise was significantly higher than that of group A (P<0.05);However，the intraluminal CT values of arota、LM、LAD and RCA in group B were significantly higher than those in group A (P<0.05).There was no significant difference in SNRs and CNRs between the two groups (P>0.05).Subjective image quality evaluation showed that no significant difference existed between the two groups (P>0.05).Compared with group A,the effective dose (ED) of group B was reduced by 40%.Conclusion：With 3rd-generation DSCT,prospectively ECG-triggered high-pitch CTCA with "triple-low" protocol can obtain satisfactory image quality.Meanwhile,the radiation dose,CM dosage and injection rate were significant decreased compared to the conventional protocol.

Tomography,X-ray computed； Angiography； Coronary artery disease； Low dose scan； Radiation dose； Image quality

300052 天津，天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科

梁蓉(1991-)，女，天津人，碩士研究生，主要從事胸部CT及MRI診斷工作。

李東，E-mail：dr_lidong@163.com

天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃重點項目(14JCZDJC57000)；國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項目(81301217)

R814.42； R543.3

A

1000-0313(2017)04-0378-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.04.018

2017-01-05)