降低心臟冠狀動脈多層螺旋CT成像輻射劑量方法的進(jìn)展

韓津梁,袁慶海*，弓婷婷

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 放射線科，吉林 長春130041)

在美國人群，成人接受的輻射中75%來源于醫(yī)療性輻射，其中大約2/3醫(yī)療輻射都來源于CT檢查[1]，而兒童由于處于生長發(fā)育期，細(xì)胞分裂速度及比例均高于成人，對射線敏感程度幾乎是成人的10倍[2]，而美國每年多于6200萬人接受CT檢查中,至少有400萬人為兒童[3]。目前，我們國家，CT儀器的裝備量也已經(jīng)位于世界第三的水平[4]，由此帶來的輻射劑量問題不容忽視。因此，如何降低檢查患者的輻射劑量，提高CT檢查檢查安全性，成為CT技術(shù)改革的一個重要發(fā)展趨勢。降低CT的輻射計量已成為所有CT學(xué)術(shù)論壇聚焦的熱點問題，受到各個領(lǐng)域的關(guān)注。

1多層螺旋CT心臟冠狀動脈成像的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，冠心病已經(jīng)成為嚴(yán)重威脅人類生命健康的疾病之一，發(fā)病率呈逐漸增高的趨勢，對于有冠心病或者疑似心臟疾病的患者，常用的檢查手段有冠狀動脈造影，血管內(nèi)超聲及近年來飛速發(fā)展的多層螺旋CT(multi-slices computed tomography MSCT)。

MSCT誕生后，結(jié)合其強大的后處理功能，作為一種幾乎無創(chuàng)、方便快捷、經(jīng)濟(jì)實用的檢查手段，成為評價冠狀動脈病變情況的重要檢查手段[5]。MSCT在冠狀動脈成像檢查中具有很高的診斷敏感性，冠狀動脈檢查的陰性預(yù)測值>95%[6]。除此之外，MSCT還可以一定程度上判斷冠狀動脈斑塊的性質(zhì)，并大致估算冠狀動脈管腔的狹窄程度，在對于行冠狀動脈搭橋及冠狀動脈支架術(shù)后的患者，MSCT冠狀動脈成像可以清晰的顯示出橋血管和支架的位置、形態(tài)及管腔內(nèi)的變化，是搭橋及冠狀動脈支架術(shù)后評價重要方式，也為隔期復(fù)查術(shù)后血管是否通暢提供了簡便方式[7，8]。

MSCT之所以能夠滿足冠狀動脈CT成像的診斷需求，是因其具備了以下幾個條件：較短的時間分辨率、較高的空間分辨率、足夠的密度分辨率，此外，要有較大的容積掃描覆蓋范圍和方便的心電同步技術(shù)。冠狀動脈CT成像檢查一般采用心電門控技術(shù)，即在心臟掃描的同時，監(jiān)測心電信號，利用心電信號觸發(fā)掃描或根據(jù)心電標(biāo)記后的心動周期時相重建圖像。心電門控技術(shù)分為前瞻性心電門控技術(shù)和回顧性心電門控技術(shù)，回顧性心電門控技術(shù)較為常用。所謂回顧性心電門控技術(shù)即患者一次屏氣可以完成全心動周期數(shù)據(jù)的采集，然后進(jìn)行回顧性分析，自由重組任意心臟時相的圖像，對冠狀動脈多個時相的重組圖像進(jìn)行分析[9]。

為了獲得較高的圖像質(zhì)量，應(yīng)用MSCT在冠狀動脈成像時，多采用小螺距重疊、亞毫米薄層掃描，并應(yīng)用回顧性心電門控技術(shù)，在整個心動周期進(jìn)行連續(xù)的曝光，患者接受了很大射線劑量。雖然隨著探測器排數(shù)的不斷增加，射線劑量有所降低，但Hunold等[10]研究表明，冠狀動脈CT成像中的射線劑量是電子束CT的4-7倍，是冠狀動脈造影的3-5倍。因此，在冠狀動脈MSCT成像檢查中如何在保障圖像能夠滿足診斷的同時，最大限度的降低輻射劑量已經(jīng)成為大家廣泛關(guān)注的焦點和迫切需要解決的難題。

2降低多層螺旋CT心臟冠狀動脈成像輻射劑量的方法

2.1　降低管電壓

管電壓的大小決定X射線的能量，所以CT的輻射劑量隨著管電壓的不同會有明顯變化，降低管電壓可以一定程度的降低輻射劑量。管電壓作為掃描參數(shù)易于修改，但是管電壓對圖像的質(zhì)量影響也非常的復(fù)雜，其既影響圖像噪聲也影響組織對比，輻射劑量與管電壓的平方呈正比(最終和初始的峰值電壓呈正比)，而噪聲與管電壓呈反比。同時降低了管電壓，就會降低X射線的穿透力，可被人體吸收的射線比例增加，放射線對患者的危害有所增加，最終導(dǎo)致患者接受的輻射劑量與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系失衡。所以不能盲目的降低管電壓。根據(jù) Lieberman[11]等人報告的結(jié)果，在兒童的頭部CT檢查時，增加管電流的同時降低管電壓，可以保證病人在降低射線劑量情況下不降低圖像噪聲比，得到能夠滿足診斷的圖像。而對于大多數(shù)患者而言，腹部的 CT 掃描可以進(jìn)行優(yōu)化，單純把管電壓由140 kV降至120 kV時，輻射劑量可減少20%-40%[12]，低管電壓比較適合體積較小的患者。所以，如何平衡管電壓與管電流兩者的關(guān)系，尋找圖像質(zhì)量和輻射劑量最佳的結(jié)合點，達(dá)到不影響診斷準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，降低輻射劑量是需要解決的關(guān)鍵問題。

2.2　降低管電流

管電流作為CT的常規(guī)掃描參數(shù)，也易于修改，用降低管電流的辦法來降低輻射劑量效果明顯，所以作為常用的降低劑量的選擇方法之一。但是圖像噪聲會隨著管電流的降低而增加，圖像的綜合質(zhì)量降低，繼而影響檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性。增大毫安量可降低圖像的噪聲，但會增加X線的輻射劑量。并且，毫安量增大到一定限度，如繼續(xù)增大，圖像的質(zhì)量不會有明顯變化，反而會加大管球的損耗[13]。

2.3　前瞻性門控技術(shù)

前瞻性門控技術(shù)可以顯著降低冠狀動脈CT成像檢查中的輻射劑量[14，15]。目前，前瞻性心電門控序列掃描模式是研究的熱點之一，該技術(shù)采用前瞻性ECG觸發(fā)，在R-R間期內(nèi)固定時相觸發(fā)掃描，下一個心動周期移床，再下一個心動周期采集圖像[16]。但其成像時需選擇心率慢且穩(wěn)定的患者，如果在掃描過程中，患者心率不穩(wěn)定，會影響采集所得的圖像質(zhì)量[17]。并且前瞻性心電門控技術(shù)僅是單時相掃描，采用間斷性掃描方式，原始數(shù)據(jù)只能在較窄的范圍內(nèi)重組[18]，因此使用心電編輯、多時相重組等圖像后處理技術(shù)會受到一定限制。

2.4　增大螺距

如果其他掃描參數(shù)不變，X射線劑量和掃描中使用的螺距成反比，即理論上認(rèn)為螺距增大，劑量減低。因此以前單片計算機斷層照相術(shù) (SSCT)進(jìn)行冠脈成像時，為了保證一定的時間和空間分辨率，需要采用較小的螺距進(jìn)行掃描[19]?，F(xiàn)在隨著多層螺旋技術(shù)的發(fā)展，憑借其Z軸方向的增加、高速的機架旋轉(zhuǎn)速度及各向同性掃描的優(yōu)勢，使得增加螺距掃描同時降低患者的輻射劑量這一問題得到解決。但實際中，如果在MSCT上增大螺距會使機器自動增加管電流，因而增大了噪聲比，同時增寬螺距使圖像z軸的空間分辨率下降，如果螺距過大，獲得的原始數(shù)據(jù)就不完全，也嚴(yán)重影響軟件系統(tǒng)的后處理結(jié)果，重建后圖像質(zhì)量不高。因此，增大螺距降低劑量的方法，在多層螺旋CT上的應(yīng)用上可以使用，但是需要謹(jǐn)慎。

2.5　前置濾線器

合理運用前置濾線器，提高X線的利用率，降低X線散射，增加心臟部位接受的信號，同時又減少受檢者表面接受的劑量，可降低射線劑量約15%左右[20]，實現(xiàn)了較高圖像質(zhì)量與低輻射劑量的和諧統(tǒng)一。

2.6　重建技術(shù)的應(yīng)用

前述許多降低輻射劑量的方法均帶來了圖像質(zhì)量下降的改變，而隨著軟件功能的發(fā)展和改進(jìn)，結(jié)合軟件后重建技術(shù)來獲得較高的圖像質(zhì)量越來越成為研究的前沿。在利用其它技術(shù)降低CT輻射劑量的同時，通過改變計算機后期成像的計算的方法獲得與常規(guī)FBP法相同、甚至更好的圖像質(zhì)量。不同的重建技術(shù)擁有不同的計算方法，CT圖像重建的兩種方法是迭代重建(Iterative recon-struction ,IR)和解析重建(Analytical reconstruction，AR)，目前多家公司推出了多種IR算法，如GE的適應(yīng)性統(tǒng)計迭代重建(Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技術(shù)和基于模型的迭代重建(Model-based iterative recon-struction,MBIR)技術(shù)(即Veo技術(shù))；Siemens的圖像空間迭代重建(Iterative reconstruction in image space,IRIS)技術(shù)和正弦確定迭代重建(Sinogram affirmed iterative reconstruc-tion,SAFIRE)技術(shù)；Philips的iDose技術(shù)和Toshiba的適應(yīng)性迭代劑量減低技術(shù)(Adaptive iterative dose reduction,AIDR)[21]。Wu等[22]研究發(fā)現(xiàn)MSCT結(jié)合iDose4重建技術(shù)，頭部CT在降低43%管電流時獲得的圖像質(zhì)量，不會影響診斷可信度。Singh[23]等進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)使用40 mAs結(jié)合50%-70% ASIR在胸部CT平掃中圖像中仍可獲得較好質(zhì)量的診斷圖像。而 IR在心臟冠脈CT成像應(yīng)用中，Hou等[24]在110例患者研究認(rèn)為在心臟冠脈CT成像檢查中利用前瞻性心電門控技術(shù)并應(yīng)用IR算法，可以在保持圖像質(zhì)量不變的情況下降低63%輻射劑量，而且對于冠狀動脈內(nèi)的鈣化斑塊，經(jīng)IR算法后成像較為清晰，有利于對冠狀動脈狹窄的分析。Renker等[25]對55例冠狀動脈鈣化斑塊嚴(yán)重的患者進(jìn)行研究，認(rèn)為他們的冠脈CT成像在應(yīng)用IR算法后減少圖像噪聲和鈣化導(dǎo)致的偽影同時，還能提高診斷準(zhǔn)確性。國內(nèi)的Hu[26]以及國外Park[27]等的研究表明，IRIS迭代重建算法與FBP重建算法相比，可以在不降低圖像空間分辨率的情況下，有效去除圖像噪聲，大幅降低輻射劑量。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mettler，F(xiàn)A Jr，Wiest P W，Locken J A，et al.CT scanning:patterns of use and dose[J].J Radiol Prot,2000,20(4):353.

[2]陳邦文，楊愛春，何海青.重視CT檢查中兒童的輻射防護(hù)[J].中國輻射衛(wèi)生,2010,19(02):168.

[3]Mettler FA Jr，Thomadsen B R，Bhargavan M，et al.Medical radiation exposurein the U.S.in 2006:preliminary results[J].Health Phys,2008,95(5):502.

[4]Husband JES,Olliff JFC，Williams MP，et al.Bladder cancer staging with CT and MR imaging[J].Radiology,1989,173(11):435.

[5]Sun Z,Ng KH.Multislice CT angiography in cardiac imaging.Part III:radiation risk and dose reduction.Singapore Med[J].Singapore Med J,2010,51(5):374.

[6]Brenner DJ,Hall EJ Computed tomography an increasing source of radiation exposure[J].N Eng J Med,2007,357(22):2277.

[7]齊晨暉,侯艷軍.冠狀動脈粥樣硬化性心臟病多層螺旋CT診斷的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述,2010,16(7):1101.

[8]洪莉.多層螺旋CT對冠狀動脈血管的評價[J].心血管病學(xué)進(jìn)展,2010,31(10):81.

[9]Primak AN,McCollough CH,Bruesewitz MR,et al.Relationship between noise,dose,and pitch in cardiac multi-detector row CT[J]．Radiographicps,2006,26:1785.

[10]Hunold P,Vogt FM,Schmermund A,et al.Radiation exposure during cardiac CT:effective doses at multidetector row CT and electron beam CT[J].Radiology,2003,226(1):145.

[11]Donnelly LF,Emery KH,Brody AS,et al.Minimizing radiation dose for pediatric body applications of single-detector helical CT:strategies at a large children’s hospital[J].AJR,2001,176:303.

[12]Marmolya G,Wiesen EJ,Yagan R,Haria CD,Shah AC.Paranasal sinuses:low-dose CT.Radiology,1991,181:689.

[13]華銳,劉筠,鐘進(jìn).優(yōu)化CT輻射劑量技術(shù)在心臟掃描中的研究[J].國際醫(yī)學(xué)放射學(xué)雜志,2009,32(3):265.

[14]袁慶海,崔虎永,劉建華,等.256層螺旋CT前門控及后門控冠脈成像質(zhì)量和輻射劑量的比較[J].中國老年學(xué)雜志,2010,30(8):2122.

[15]胡鵬志,王維,容鵬飛,等.前瞻性與回顧性門控掃描模式對于減少X線劑量的對比研究[J].臨床放射學(xué)雜志,2010,29(8):1116.

[16]王寶華,仝金鳳,等.低劑量CT掃描技術(shù)研究進(jìn)展[J].實用醫(yī)學(xué)雜志,2011,28(2):171.

[17]趙紅,劉斌,吳興旺,等.64層螺旋CT冠狀動脈成像的心率變化及其對圖像質(zhì)量的影響[J].實用放射學(xué)雜志,2007,23:145.

[18]周旭輝,嚴(yán)超貴,謝紅波,等.回顧性心電門控結(jié)合心電編輯在64層螺旋CT冠狀動脈成像中的應(yīng)用[J].中華放射學(xué)雜志,2008,42(2):131.

[19]Wang M,Qi HT,Wang XM,et al.Dose performance and image quality:dual source CT versus single source CT in cardiac CT angiography[J].Eur J Radiol,2009,72(3):396.

[20]Li J,Mohr K,Ok erlurd D.Dose reduction for CT coronary Artery imaging using a Special Bowtie[J].Med Phys,2004,31:1841.

[21]劉琴,侯陽,郭啟勇.迭代重建技術(shù)在低劑量CT中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中華臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2013,24(11)：805.

[22]Wu TH,Hung SG,Sun JY,et al. How far can the radiation dose be lowered in head CT with iteraive reconstruction? Analysls of quality and diagnosttic accuracy[J].Eur Radiol,2013,23(9):2612.

[23]Singh S,Kalra MK,Gilman MD,et al. Adaptive statistcal iterative rechnigue for rediation dose reduction ini chest CT:a pilot study[J]. Radiology,2011,259(2):565.

[24]Hou Y,Xu S,Guo W,et al.The optimal dose reduction level using iterative reconstruction with prospective ECG-triggered coronary CTA using 256-slice MDCT[J].Eur J Radiol,2012,81(12):3905.

[25]Renker M,Nance JW,Schoepf UJ,et al.Evaluation of heavily calcified vessels with coronary CT angiography:comparison of interative and filtered back projection image reconstraction[J].Radiology,2011,260(2):390.

[26]Hu XH,Ding XF,Wu RZ,et al.Radiation dose of non-enhanced chest CT can be reduced 40% by using iterative reconstruction in image space[J].clip Radiol,2011,66(11):1023.

[27]Park EA，Lee W，Kim KW，et al.Iterative reconstruction of dual-source coronary CT angiography:assessment of image qualityand radiation dose[J].Int J Cardiovasc Imaging,2011,21.[Epub ahead of print]

收稿日期：(2013-12-28)

文章編號：1007-4287(2015)01-0153-03

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