絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描降低房顫患者心臟CTA輻射劑量的研究

袁知東 曾建奇 范秀松 徐德敏 馮 飛 成官迅,*

1.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院 (廣東 汕頭 515041)

2.北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (廣東 深圳 518036)

心臟冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography，CCTA)是一種廣泛應(yīng)用于心臟結(jié)構(gòu)和冠狀動脈疾病診斷的無創(chuàng)影像學(xué)檢查。隨著CT時間分辨力提高和探測器覆蓋寬度的增加，尤其是雙源CT的應(yīng)用使心房顫動患者的CCTA檢查成為常規(guī)[1-2]。由于房顫患者R-R間期的差別巨大，為保證圖像質(zhì)量和檢查成功率，CCTA通常采用小螺距回顧性心電門控全心動周期掃描或適應(yīng)性前門控寬時間窗掃描，這就導(dǎo)致患者接受的輻射劑量大幅增加[3]。作者回顧性分析和比較采用這兩種掃描方法的房顫患者的心電波形、圖像重建時相位置和圖像質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)采用絕對時相(毫秒，ms)收縮期重建可獲得理想的圖像質(zhì)量。本研究探討房顫患者采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描[4-5]的可行性和降低患者輻射劑量的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象前瞻性納入2022年1月至2022年12月間在北京大學(xué)深圳醫(yī)院進行冠脈CTA和左房肺靜脈CTV聯(lián)合檢查的心房顫動患者145例，其中13例被排除，本研究納入132例，其中男性73例，女性59例；年齡35-72歲，中位年齡56歲。排除標準：碘對比劑過敏、嚴重心肝腎功能不全、不能配合屏氣和冠狀動脈搭橋術(shù)后的患者。根據(jù)隨機數(shù)表法分為研究組和對照組，每組66例?；颊唧w重指數(shù) BMI范圍為18.8～28kg/m2，平均23.4kg/m2。兩組間性別、年齡、BMI差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審查通過，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 研究方法使用Siemens Somatom Definition Flash雙源CT，機架轉(zhuǎn)速0.28s/圈，時間分辨力75ms，準直層厚0.6mm×64×2。兩組掃描參數(shù)完全相同，管電壓100kVp，管電流采用自動管電流調(diào)制技術(shù)，根據(jù)定位像進行調(diào)整，參考mAs為320mAs/圈?；颊哐雠P于檢查床上，雙上肢上舉伸直，心臟置于掃描野等中心位置，心電信號穩(wěn)定且每個R波均能被CT機正確識別。檢查前進行嚴格規(guī)范的呼吸訓(xùn)練，患者達到要求后才能開始CTA掃描。掃描范圍從氣管分叉下1cm至心臟膈面約12-14cm，需掃描3-4個心動周期。經(jīng)右肘正中靜脈置入20G的留置針，采用Medrad Stellant雙筒高壓注射器，對比劑為碘佛醇(350mgI/mL，江蘇恒瑞)，注射方案為0.075mL/kg/秒，注射時長為12秒，并以同流速追加注射生理鹽水10秒。CTA掃描采用對比劑跟蹤觸發(fā)技術(shù)，升主動脈內(nèi)CT值達到120 HU時觸發(fā)延遲5秒開始CTA掃描，CTA掃描結(jié)束后仔細觀察左心耳的充盈情況，有充盈缺損者延遲30秒再次掃描左心房。研究組采用絕對時相收縮期窄曝光窗(R波后220-380ms)前門控掃描；對照組采用相對時相 (R-R間期30%～75%)適應(yīng)性前門控掃描。所有患者均不控制心率，掃描前給予舌下含服硝酸甘油以擴張冠狀動脈。

1.3 圖像重建重建層厚0.75mm；重建層間距0.5mm；平滑卷積核I26f，迭代重建SAFIRE 3。兩組掃描結(jié)束后機器均自動重建絕對時相(ms)的最佳收縮期圖像，如圖像層面內(nèi)出現(xiàn)較明顯的冠脈運動偽影或圖像層面間出現(xiàn)錯層則需要手動進行以自動最佳時相為中心前后各60ms并以20ms為步進的絕對值多時相圖像重建，選擇最佳時相的圖像傳輸至Syngo.via三維后處理工作站，采用MPR、VR、MIP、CPR和截面等技術(shù)方法顯示冠脈的三維圖像并進行圖像質(zhì)量分析。

1.4 圖像質(zhì)量主觀評價根據(jù)美國心臟協(xié)會(American heart association，AHA)分類指南將冠狀動脈分成15個節(jié)段[6]，參照Frank J等的CCTA 圖像質(zhì)量評價標準[7]，由2名放射科副主任醫(yī)師獨立對冠狀動脈圖像質(zhì)量進行評分，評分不一致時兩位醫(yī)師共同商討達成一致。評分標準如下：4分 ：無偽影，可明確診斷 ；3分 ：輕度偽影，對診斷無明顯影響 ；2分 ：中度偽影，尚能診斷；1分 ：重度偽影，無法診斷。

1.5 輻射劑量的計量從掃描結(jié)束后CT機自動生成的劑量報告中找出CTA掃描序列的CT劑量容積(CTDIvol)和劑量長度乘積(DLP)，根據(jù)公式ED=DLP×K，有效劑量(ED)由DLP乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)k值(采用成人胸部，k=0.014)來計算得出。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理采用SPSS 23.0軟件對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。正態(tài)分布計量資料以表示，應(yīng)用獨立樣本t檢驗對兩組基本資料(對年齡、身高、體重、BMI、平均心率、最低心率、最高心率、心率波動)和輻射劑量指標(CTDIvol、DLP、ED)進行比較，圖像質(zhì)量主觀評分的一致性采用Kappa檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床資料分析兩組患者的年齡、BMI、平均心率、心率波動等各指標間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表1。

表1 研究組和對照組患者的臨床資料比較

2.2 圖像質(zhì)量分析兩組患者均順利完成檢查，兩位醫(yī)生對圖像質(zhì)量的主觀評價有非常高的一致性，Kappa=0.84。兩組患者的圖像均能滿足診斷要求，圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，見表2。

表2 研究組和對照組患者的圖像質(zhì)量評分比較

2.3 輻射劑量分析研究組的CT劑量容積(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)、有效劑量(ED)分別為(15.01±5.62)mGy、(210.14±74.63)mGy·cm、(2.95±1.05)mSv，明顯低于對照組的(28.43±20.82)mGy、(398.02±203.56)mGy·cm、(5.57±2.88)mSv，兩組間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均＜0.05)，見表3。

表3 研究組和對照組患者的輻射劑量比較

3 討論

隨著CT技術(shù)的快速發(fā)展和臨床經(jīng)驗的不斷積累，心房顫動患者的CCTA檢查已經(jīng)成為臨床常規(guī)，CCTA可以一站式解決臨床醫(yī)生關(guān)注的房顫患者有無冠狀動脈病變、心臟和肺靜脈結(jié)構(gòu)異常、左心耳血栓[8-9]等核心問題而在臨床上廣泛使用。由于房顫患者心率變化極大且無任何規(guī)律，雙源CT的回顧性心電門控掃描模式[10]通常采用小螺距全心動周期曝光(圖1A)，掃描時間長采集數(shù)據(jù)多，可進行回顧性的多時相重建和心電編輯，在一定程度上保證圖像質(zhì)量和檢查成功率，但患者接受的輻射劑量可能增加數(shù)倍。適應(yīng)性前門控相對時相掃描模式[11]通常采用寬時間窗掃描，并根據(jù)心率變化情況延長曝光時間至下一個R波(圖1C)，對于超過一定范圍的快心率CT會對同一位置自動進行一次重復(fù)掃描(圖1D)，這就導(dǎo)致曝光時間明顯延長，患者接受的輻射劑量大幅度增加但仍會明顯低于回顧性心電門控掃描模式。作者通過查閱文獻[12-13]、回顧性分析和比較采用這兩種掃描方法的房顫患者的心電波形、圖像重建時相位置(圖1A-圖1D)和圖像質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)采用絕對時相(ms)收縮期重建可獲得理想的圖像質(zhì)量。

圖1 雙源CT心臟冠脈CCTA不同掃描模式的心電圖和曝光時間窗：A為回顧性心電門控全心動周期掃描，連續(xù)不間斷掃描時間長，輻射劑量非常高；B為帶ECG管電流調(diào)制技術(shù)的回顧性心電門控掃描，在R-T時間窗內(nèi)球管的輸出為常規(guī)劑量的20%，輻射劑量有一定程度的下降；C為適應(yīng)性前門控相對時相掃描，為保證圖像質(zhì)量CT延長了曝光時間至下一個R波；D為有重復(fù)掃描的適應(yīng)性前門控相對時相掃描，CT機檢測到117BPM的心動周期，并自動進行了重復(fù)掃描。圖中四種模式均顯示房顫患者的圖像重建窗在R波后的絕對時間非常一致。

有研究[14]和大量的臨床病例證實，心率低于65bpm患者的最佳圖像質(zhì)量重建窗一般在舒張中晚期，心率大于80bpm的最佳圖像質(zhì)量重建窗一般在收縮末期，心率在65～80bpm之間的最佳圖像質(zhì)量重建窗可能在收縮末期或者在舒張中晚期。隨著心率的增快，心臟收縮期與舒張期呈現(xiàn)非比例性縮短，收縮期時長保持相對恒定而舒張期時長縮短明顯[15]。從心電圖上看，P波是心房除極的信號，R波是心室除極的信號，T波是心室復(fù)極的信號，心臟完整的收縮過程是非常恒定的。通常一個完整的心室收縮過程所需時間(R-T間期)大約為300ms且相對固定，隨著心率改變略有變化但大都在240～360ms之間且明顯小于因代償間歇所致舒張期的時間變化幅度。房顫患者的心臟搏動也符合這些特點，盡管心率變化很大，R-R間期的時間也差異巨大，即使患者的心率波動超過最慢心率的一倍多但完整的心室收縮過程(R-T間期)依然保持恒定(圖2，心率55～128bpm)，最佳時相重建窗的位置位于前一個R波后的時間幾乎完全一致，均位于T波波峰后的很短時間范圍內(nèi)，這正是房顫患者采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描的心電生理基礎(chǔ)。采用絕對時相窄曝光窗曝光時，曝光時間窗很短在心率出現(xiàn)變化時往往曝光就已經(jīng)結(jié)束，因此不會隨著心率的變化而進行曝光補償，降低了患者的輻射劑量。

圖2 房顫患者采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描的心電圖和圖像質(zhì)量。A為掃描心電圖和圖像重建窗的位置，該患者的心率波動超過最慢心率的一倍多(55-128BMP)，但圖像重建窗位于R波后的絕對時間依然保持恒定。B為VR冠脈血管樹，C、D、E分別是LAD、LCX、RCA的CPR圖像，圖像質(zhì)量評級為優(yōu)。

本研究通過比較房顫患者行冠狀動脈CTA時采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描(R波后220-380ms)和相對時相適應(yīng)性前門控掃描(R-R間期30%～75%)兩種方法的輻射劑量和圖像質(zhì)量發(fā)現(xiàn)，兩種方法的圖像質(zhì)量幾乎相同(表2)，但絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描的輻射劑量卻較相對時相適應(yīng)性前門控掃描的下降了47%(表3)。CCTA的輻射主要取決于曝光窗的寬度，曝光窗越寬掃描時間就越長，可以重建的時相就會越多，同時患者所接受的輻射劑量也會越高。絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描大幅縮短了曝光時間，患者接受的輻射劑量明顯下降，增加了檢查的安全性。這也充分說明房顫患者行冠狀動脈CTA時采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描的可行性和必要性。

總之，使用第二代雙源CT對房顫患者進行CCTA掃描時，采用絕對時相收縮期窄曝光窗前門控掃描可保證圖像質(zhì)量并大幅降低輻射劑量，值得在臨床上推廣使用。