陳惠娟，祁 麗，趙艷娥，周長圣，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):碘對比劑過敏者、心腎功能不全者、口服倍他樂克心率不能降至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。

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］，對實(shí)驗(yàn)組70 kV 組采用了注射速率為4 mL/s 對比劑用量為30 mL 的對比劑注射方案以達(dá)到降低同時(shí)對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。對照組采用常規(guī)濾過反投影重建圖像。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價(jià)。一名放射科醫(yī)師在0.75 mm 的重建圖像上測量每例患者升主動(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。畫取興趣區(qū)時(shí)應(yīng)避免鈣化及軟斑塊，畫取興趣區(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)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)［5］。

按照美國心臟病學(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每段血管進(jìn)行評分，圖像評分采用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，無血管不連續(xù);4 分代表無運(yùn)動(dòng)偽影，噪聲小，無血管不連續(xù)，血管強(qiáng)化很好。意見不一致時(shí)，共同商議最后評分。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分。

1.5 輻射劑量 記錄每例患者的劑量長度乘積(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(通過擴(kuò)大重建冠狀動(dòng)脈掃描的視野測得)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，對照組患者30 例。2 組基礎(chǔ)資料差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)，具有可比性。見表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 低于對照組(P ＜0.001)，實(shí)驗(yàn)組所有部位的CNR 均高于對照組，但是2 組之間CNR的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。見表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)量評分差異亦無統(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，對照組Kappa=0.66。對于實(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圖像見圖1。所有圖像質(zhì)量優(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均明顯低于對照組，較對照組分別降低了88.6%、92.5%、88.9%、92.5%。見表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)量未見明顯降低，說明在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CTCA 圖像質(zhì)量的影響，對23 kg/m2的患者行70 kV掃描以更大程度地降低輻射劑量。對BMI 在23 ～25 kg/m2間的患者選擇80 kV，對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比劑的K 邊緣值(33.2 keV)，增加碘對比劑的CT 值，因此在理論上可減少CTCA檢查時(shí)對比劑的使用量。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。盡管本研究未對對比劑注射方案進(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 組的對比劑用量調(diào)整為30 mL，從總體上來講，降低了患者注射的對比劑用量。進(jìn)一步嚴(yán)格按照BMI 設(shè)計(jì)對比劑注射方案進(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 略高于對照組，但2 組之間的差別無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。目前尚無文獻(xiàn)提出SNR 和CNR 可滿足診斷的最低閾值，但本研究中無論是客觀圖像質(zhì)量還是主觀圖像質(zhì)量評估均顯示2 組CTCA 參數(shù)的圖像質(zhì)量無統(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。

［1］ Einstein AJ，Henzlova MJ，Rajagopalan S.Estimating risk of cancer associated with radiation exposure from 64-slice computed tomography coronary angiography［J］.JAMA，2007，298(3):317-323.

［2］ Huang B，Li J，Law MW，et al.Radiation dose and cancer risk in retrospectively and prospectively ECG-gated coronary angiography using 64-slice multidetector CT［J］.Br J Radiol，2010，83(986):152-158.

［3］ Zhang C，Zhang Z，Yan Z，et al.320-row CT coronary angiography:effect of 100-kV tube voltages on image quality，contrast volume，and radiation dose［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2011，27(7):1059-1068.

［4］ Zhang LJ，Qi L，Wang J，et al.Feasibility of prospectively ECG-triggered high-pitch coronary CT angiography with 30 mL iodinated contrast agent at 70 kVp:initial experience［J］.Eur Radiol，2014，24(7):1537-1546.

［5］ Wang R，Schoepf UJ，Wu R，et al.Image quality and radiation dose of low dose coronary CT angiography in obese patients:sinogram affirmed iterative reconstruction versus filtered back projection［J］.Eur J Radiol，2012，11(81):3141-3145.

［6］ Austen WG，Edwards JE，F(xiàn)rye RL，et al.A reporting system on patients evaluated for coronary artery disease.Report of the Ad Hoc Committee for Grading of Coronary Artery Disease，Council on Cardiovascular Surgery，American Heart Association［J］.Circulation，1975，51(4 Suppl):5-40.

［7］ Stolzmann P，Scheffel H，Schertler T，et al.Radiation dose estimates in dual-source computed tomography coronary angiography［J］.Eur Radiol，2008，18(3):592-599.

［8］ Christner JA，Braun NN，Jacobsen MC，et al.Size-specific dose estimates for adult patients at CT of the torso［J］.Radiology，2012，265(3):841-847.

［9］ Brady SL，Kaufman RA.Investigation of American Association of Physicists in Medicine Report 204 size-specific dose estimates for pediatric CT implementation［J］.Radiology，2012，265(3):832-840.

［10］ LaBounty TM，Leipsic J，Poulter R，et al.Coronary CT angiography of patients with a normal body mass index using 80 kVp versus 100 kVp:a prospective，multicenter，multivendor randomized trial［J］.AJR，2011，197(5):W860-W867.

［11］ Khan AN，Khosa F，Shuaib W，et al.Effect of tube voltage(100 vs.120 kVp)on radiation dose and image quality using prospective gating 320 row multi-detector computed tomography angiography［J］.J Clin Imaging Sci，2013，3:62.

［12］ Nakaura T，Kidoh M，Sakaino N，et al.Low contrast-and low radiation dose protocol for cardiac CT of thin adults at 256-row CT:usefulness of low tube voltage scans and the hybrid iterative reconstruction algorithm［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2013，29(4):913-923.

［13］ Willemink MJ，Leiner T，de Jong PA，et al.Iterative reconstruction techniques for computed tomography part 2:initial results in dose reduction and image quality［J］.2013，23(6):1632-1642.

［14］ Sun K，Han RJ，Ma LJ，et al.Prospectively electrocardiogramgated high-pitch spiral acquisition mode dual-source CT coronary angiography in patients with high heart rates:comparison with retrospective electrocardiogram-gated spiral acquisition mode［J］.Korean J Radiol，2012，13(6):684-693.

［15］ Meyer M，Haubenreisser H，Schoepf UJ，et al.Closing in on the K edge:Coronary CT angiography at 100，80，and 70 kV-initial comparison of a second-versus a third-generation dual-source CT system［J］.Radiology，2014，273(2):373-382.

［16］ 鄭 玲，王 朋，李 林，等.雙源64 層CT 的質(zhì)量控制檢測［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào)，2013，26(6):618-620.

［17］ 盧光明.路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索——談心腦血管病CT 研究［J］.醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào)，2014，27(3):113-115.