低管電壓結(jié)合低對比劑用量及迭代重建在搭橋術(shù)后患者中的應(yīng)用

羅春材，唐 田，李 濤，楊 立，李金峰，張興華，張 晶

中國人民解放軍總醫(yī)院放射科，北京 100853

冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)是進(jìn)展的冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病最有效的心肌再血管化的治療手段之一。術(shù)后橋血管的通暢性對于外科手術(shù)結(jié)果的評價(jià)意義重大。冠脈搭橋術(shù)后3年橋血管狹窄、閉塞的發(fā)生率為20%～30%[1]。術(shù)后一些患者出現(xiàn)復(fù)發(fā)性心絞痛、勞力性呼吸困難等癥狀。移植血管造影術(shù)是評價(jià)移植血管通暢性的金標(biāo)準(zhǔn)，但它是有創(chuàng)檢查，有造成心肌梗死、栓塞、移植血管夾層、心律不齊和中風(fēng)等并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)，因此迫切需要安全準(zhǔn)確的替代方法評價(jià)橋血管。近年來，使用多排螺旋CT冠狀動(dòng)脈血管造影非侵襲性地評價(jià)橋血管的通暢性在臨床應(yīng)用較廣泛[2-3]，搭橋術(shù)后1、6個(gè)月及1年常規(guī)使用多排螺旋CT監(jiān)測橋血管的通暢性，由于掃描范圍大，復(fù)查次數(shù)多，射線劑量偏高是其主要缺陷，也是患者非常關(guān)注的問題，因此遵循使用盡可能低的射線劑量獲得高質(zhì)量圖像的原則。如何使用較低的射線劑量仍能夠較好地顯示橋血管是放射學(xué)家面臨的一道難題。以結(jié)構(gòu)化知識(shí)模型為基礎(chǔ)的全模型迭代重建技術(shù)(knowledge-based iterative model reconstruction，IMR)，代表了最新的迭代重建技術(shù)，能夠縮減射線劑量，提高圖像質(zhì)量[4]。然而，IMR用于搭橋術(shù)后橋血管的評價(jià)極少。本研究前瞻性選取冠脈搭橋術(shù)后CT血管造影(CT angiography，CTA)復(fù)查的患者，采用低管電壓(80 kVp)、低對比劑用量結(jié)合IMR重建技術(shù)，與常規(guī)臨床掃描方案結(jié)合高級混合迭代重建技術(shù)獲得的圖像進(jìn)行比較，評價(jià)CT雙低技術(shù)結(jié)合IMR重建對冠脈搭橋術(shù)后患者的診斷效能及臨床應(yīng)用價(jià)值。

對象和方法

對象入組標(biāo)準(zhǔn)是冠脈搭橋術(shù)后行CTA復(fù)查的患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：心律不齊，對造影劑過敏、腎功能不全以及不能屏氣超過10 s的患者。前瞻性選取本院2016年6至11月冠脈搭橋術(shù)后復(fù)查的患者71例，心率<75次/min，年齡44～81歲，平均(62.5±8)歲，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI) 22～30 kg/m2，男性64例、女性7例。所有患者均為術(shù)后定期復(fù)查，64例患者無癥狀，7例有胸前區(qū)不適、氣短等癥狀。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有參與者均簽署了知情同意書。

冠狀動(dòng)脈CTA檢查技術(shù)所有患者均使用Philips iCT 進(jìn)行掃描，掃描范圍從胸廓入口平面至心臟膈面。將患者根據(jù)數(shù)字表法隨機(jī)分為A、B兩組，相同掃描參數(shù)：采用前瞻性心電門控掃描方式，均在舒張期78%期相進(jìn)行掃描，250 mAs，螺距：<0.2，準(zhǔn)直：128×0.625，球管轉(zhuǎn)速270 ms/周，矩陣512×512。A組(改良組)采用80 kVp管電壓，對比劑使用碘海醇(300 mgI/ml)，以4.0 ml/s的流速注射，BMI>24 kg/m2，注射70 ml，BMI≤24 kg/m2，注射60 ml，隨后以相同流速注射30～40 ml生理鹽水。B組(常規(guī)組)采用100 kVp管電壓，對比劑使用碘帕醇(370 mgI/ml)，以5.0 ml/s的流速注射，BMI>24 kg/m2，注射80 ml，BMI≤24 kg/m2，注射70 ml，隨后以相同流速注射40～50 ml生理鹽水。采用Bolus Tracking 自動(dòng)跟蹤技術(shù)監(jiān)測升主動(dòng)脈根部CT值的變化，當(dāng)CT值升至100 HU時(shí)，延遲6 s自動(dòng)觸發(fā)掃描。根據(jù)心率選擇最佳時(shí)相重建，A組采用以結(jié)構(gòu)化知識(shí)模型為基礎(chǔ)的全模型迭代重建技術(shù)重建方式；B組采用高級混合迭代重建技術(shù)(Philips Healthcare Level 4,iDose4)方式，即濾過反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)和迭代重建各占50%。重建層厚0.80 mm，重建間隔0.40 mm，采用標(biāo)準(zhǔn)的心臟重建算法。

CT輻射劑量和對比劑用量記錄患者CT容積劑量指數(shù)、掃描長度、劑量長度乘積。有效射線劑量等于劑量長度乘積乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部的轉(zhuǎn)換系數(shù)k=0.014 mSv×mGy-1×cm-1[5]。碘的總量等于對比劑濃度乘以對比劑用量。

圖像分析重建后的軸位圖像被傳到Philips星云工作站(Extended Brilliance WorkspaceV4.5.2；Philips Healthcare)進(jìn)行分析。在IMR和高級混合迭代重建技術(shù)重建的軸位上分別測量各感興趣區(qū)(region of interest，ROI)的密度，ROI放在升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左心室、動(dòng)脈橋血管近段、靜脈橋血管近段、胸壁肌肉(圖1)，大小根據(jù)部位的不同而異，橋血管的ROI大小為3～10 mm2，計(jì)算各ROI的噪聲、信噪比(signal to noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)。噪聲定義為ROI的標(biāo)準(zhǔn)差，SNR定義為各ROI的CT值除以噪聲，CNR定義為各ROI的CT值減去肌肉的CT值除以噪聲。比較A、B兩組之間的這些參數(shù)。

圓圈、箭頭：指感興趣區(qū)

cycle，arrow：regions of interest

A.升主動(dòng)脈；B.降主動(dòng)脈；C.左心室；D.內(nèi)乳動(dòng)脈橋；E.大隱靜脈橋；F.胸壁肌肉

A. ascending aorta；B. descending aorta；C. left ventricular；D. internal mammary artery；E. great saphenous vein；F. chest wall muscles

圖1在以結(jié)構(gòu)化知識(shí)模型為基礎(chǔ)的全模型迭代重建技術(shù)的圖像上選擇的感興趣區(qū)

Fig1Selected regions of interest on the knowledge-based iterative model reconstruction image

統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS (15.0 v；SPSS Inc，Chicago，Ⅲ)統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組影像質(zhì)量的比較采用t檢驗(yàn)，射線劑量及碘負(fù)荷的比較采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一般資料A組8例BMI≤24 kg/m2，33例BMI>24 kg/m2；B組7例BMI≤24 kg/m2，23例BMI>24 kg/m2。兩組患者年齡、性別、體重、BMI差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)(表1)。

兩組射線劑量和對比劑用量A組平均有效射線劑量及碘的用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于B組，有效射線劑量降低了49%，碘用量減少了31%(P均=0.000)(表2)。

影像質(zhì)量評價(jià)A組升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左心室及動(dòng)脈橋血管和靜脈橋血管CT值均顯著高于B組，除左心室外，其他ROI差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.011、0.024、0.000、0.000)；肌肉的CT值，兩組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；A組中升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左心室腔的噪聲顯著低于B組(P值分別為0.042、0.000、0.000)，但是動(dòng)脈橋血管的噪聲高于B組(P=0.003)；升主動(dòng)脈、降主動(dòng)脈、左心室腔、靜脈橋血管的SNR和CNR，A組高于B組(P值分別為0.012、0.002、0.002、0.035和0.010、0.002、0.014、0.031)，動(dòng)脈橋血管的SNR和CNR，A組和B組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表3)。

表1 患者的基本資料Table 1 Basic information of the patients

表2 兩組放射劑量及碘的用量Table 2 Dose of radiation and dosage of iodine in two

討 論

本研究對于冠脈搭橋術(shù)后CTA隨訪的患者，采用低管電壓(80 kVp)結(jié)合低對比劑流速、新型IMR全模型迭代重建技術(shù)，與100 kVp管電壓結(jié)合高級混合迭代重建技術(shù)相比，在降低射線劑量及對比劑用量的基礎(chǔ)上，還可以提高大血管、心腔及靜脈橋血管的圖像質(zhì)量，對于動(dòng)脈橋血管，低電壓組不劣于常規(guī)劑量組。

有研究顯示與120 kVp相比，使用100 kVp可以降低射線劑量[6-7]，然而，管電壓下降，影像噪聲必然增加，影響圖像質(zhì)量[8]，影像重建算法對血管成像質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用?；旌系亟夹g(shù)能夠提高圖像質(zhì)量[9-10]，在一定程度上能夠彌補(bǔ)低管電壓提高的噪聲。但是傳統(tǒng)迭代重建技術(shù)中因含有FBP成分，隨著劑量降低幅度越大，圖像噪聲增加的越大[11]，限制了更低劑量掃描方案的臨床應(yīng)用。為了保證圖像質(zhì)量，本院臨床常規(guī)使用100 kVp結(jié)合高級混合迭代重建技術(shù)進(jìn)行橋血管成像，本研究以此作為對照組(B組)。IMR這種新型迭代算法與高級混合迭代重建技術(shù)比較，不包含F(xiàn)BP的影像，能夠準(zhǔn)確建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模型與圖像統(tǒng)計(jì)模型，減少采集數(shù)據(jù)與掃描模型之間的差異，能夠進(jìn)一步降低影像噪聲，提高圖像質(zhì)量[12-13]。本研究顯示，與100 kVp結(jié)合高級混合迭代重建技術(shù)相比，80 kVp結(jié)合IMR重建技術(shù)，可以有效降低大血管及心腔的噪聲，SNR和CNR明顯提高；對于細(xì)小的橋血管，IMR并不能完全彌補(bǔ)由于管電壓下降造成的噪聲增加，但由于管電壓的下降，射線對血管的穿透力下降了，因此血管強(qiáng)化明顯，管腔的CT值明顯增加，細(xì)小橋血管的SNR和CNR也增加了，尤其靜脈橋血管的增加，達(dá)到了提高圖像質(zhì)量的目的，同時(shí)更有效地控制射線劑量。本研究采用降低管電壓結(jié)合IMR重建技術(shù)，掃描大范圍的橋血管，平均射線劑量僅為(2.3±0.4) mSv，與常規(guī)掃描方案相比，有效射線劑量降低了49%。

表3 兩組各個(gè)感興趣區(qū)的密度、噪聲、信噪比、對比噪聲比Table 3 Density，noise，signal to noise ratio，and contrast to noise ratio of each region of interest in two groups

ROI：感興趣區(qū)

ROI：region of interest

近年對比劑腎病(contrast-induced nephropathy，CIN)的報(bào)道時(shí)有發(fā)生[14]。無腎臟病變的患者中，CIN的發(fā)病率為0.6%～2.3%，然而具有高危因素的患者中，如既往存在腎損害、糖尿病、心功能不全、急性心肌梗死、高齡等患者，CIN的發(fā)病率可升高至50%[15]。目前對于CIN的發(fā)病機(jī)制仍不十分明確，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為腎臟缺血、缺氧及造影劑的細(xì)胞毒性作用是兩個(gè)主要原因，而腎功能損害、糖尿病、高齡、心功能不全，尤其對比劑滲透性是引起CIN的高危因素，使用低滲造影劑發(fā)生CIN的概率為使用高滲造影劑的0.61[16]。如何保證圖像質(zhì)量的前提下使用盡可能少的造影劑具有十分重要的意義。文獻(xiàn)報(bào)道對比劑用量降低及注射速率的降低會(huì)導(dǎo)致血管內(nèi)的強(qiáng)化峰值降低，影響圖像質(zhì)量[17]。本研究采用低對比劑濃度300 mgI/ml的碘海淳，注射速度為4 ml/s，與常規(guī)對比劑用量相比，總的碘用量降低了31%，但是血管的CT值明顯升高，部分彌補(bǔ)了橋血管因?yàn)楣茈妷合陆刀黾拥脑肼暎瑯蜓艿腟NR及CNR均有提高。表明80 kVp管電壓由于穿透力降低，能夠有效彌補(bǔ)對比劑用量及流速減少造成的管腔CT值的降低。這個(gè)掃描方案使得腎功能不全的搭橋患者大大受益。

本研究有幾個(gè)限制：首先，樣本量不是很大，還需要加大臨床樣本驗(yàn)證結(jié)果。第二，本研究集中在CT雙低技術(shù)結(jié)合IMR重建對于橋血管影像質(zhì)量的評價(jià)，對于診斷的準(zhǔn)確性并沒有涉及，這是下一步的研究方向。

綜上，低管電壓(80 kVp)結(jié)合低對比劑用量及IMR新型迭代重建技術(shù)，在顯著降低射線劑量的同時(shí)，還可以大大提高大血管、心腔及靜脈橋的影像質(zhì)量，對于動(dòng)脈橋血管的影像質(zhì)量不劣于常規(guī)方案。因此，本研究為冠脈搭橋術(shù)后CTA復(fù)查的患者提供了一個(gè)很好的掃描方案。