陳玉環(huán) 胡智軍 劉振堂 魏冬紅 李豆 于勇 賈永軍 賀太平

冠狀動脈計算機斷層掃描血管成像（coronary computed tomography angiogaphy,CCTA）已被確立為評估疑似冠狀動脈疾病患者有效的診斷方法［1,2］。然而，CCTA中的輻射劑量暴露一直特別令人擔憂，因為它可能產(chǎn)生有害影響，特別是對于年輕患者［3］。有幾種降低輻射劑量的方法，例如使用自動管電流調制［4］、前瞻性心電門控技術［5］、大螺距自適應探測器準直［6］和迭代重組算法［7］等等。同時，使用對比劑引起的對比劑腎?。╟ontrast induced nephropathy,CIN）的風險也引起了人們的關注［8,9］。使用較低的管電壓（如80 kVp或100 kVp）是解決這兩個問題的有效策略：不僅可以降低輻射劑量，還可以降低對比劑量［10,11］。一些較新的CT系統(tǒng)能提供更低的70 kVp管電壓，可使平均光子能量更接近碘的k邊緣。最近引進的256排16 cm寬探測器CT系統(tǒng)配備了70 kVp管電壓和新一代容積自適應統(tǒng)計迭代重組（ASIR-V）算法來控制圖像噪聲。本研究旨在探討16 cm寬體探測器CT低管電壓（70 kVp）技術結合高權重容積自適應統(tǒng)計迭代重組（ASIR-V）算法對體重指數(shù)≤23 kg/m2的患者在冠狀動脈成像中降低輻射劑量和對比劑量的價值。

資料與方法

1.一般資料

前瞻性收集2017年10月～2018年3月期間我院接受CCTA掃描的已知或疑似冠狀動脈疾病的連續(xù)患者。納入標準：體重指數(shù)（body mass index，BMI）≤23.0 kg/m2；排除標準：妊娠、低血壓（收縮壓≤90 mm Hg）、已知對碘化對比劑過敏、腎功能不全（肌酐≤120μmol/L）以及無法配合CCTA掃描者。根據(jù)納入和排除標準，共有30例患者被納入研究組（A組），在70 kVp管電壓下進行掃描。為了進行比較，從我院PACS數(shù)據(jù)庫中回顧性地選擇了2017年5月～2017年10月30例具有相 似BMI值接受了CCTA的連續(xù)患者作為對照組。

2.方法

所有掃描均在16 cm寬體探測器Revolution CT掃描儀（GE公司）上進行自由呼吸［12］且使用前瞻性ECG觸發(fā)的單次心跳軸向掃描模式掃描。兩組均使用0.28 s轉速，自動管電流調制以獲得預設噪聲指數(shù)的0.625 mm層厚原始圖像，注射對比劑為碘帕醇（370 mg I/ml，Bracco公司）。探測器的最大z軸覆蓋范圍寬達16 cm，根據(jù)心臟大小，選用12、14或16 cm探測器準直掃描冠狀動脈，范圍從氣管隆突下方1 cm到心臟底部。心臟掃描的采集窗口由掃描儀自動選擇，并且取決于患者進行CCTA前的心率（heart rates，HR）：HR＜65 bpm時，采集時間窗為70%～80%R-R間期；HR＞80 bpm時，采集時間窗為30%～50% R-R間期；HR在66 bpm和80 bpm之間時，采集時間窗為30%～50%和70%～80%間期。所有掃描均采用對比劑追蹤技術（bolus tracking），閾值觸發(fā)，氣管分叉下1 cm監(jiān)測降主動脈，閾值達220HU觸發(fā)，觸發(fā)后掃描延遲時間為1.6～2.2 s。使用用于降低圖像噪聲的新一代容積自適應統(tǒng)計迭代重組（ASIR-V）算法和用于冠狀動脈運動校正的快照凍結（Snapshot Freeze，SSF）重組技術來重組CCTA圖像，并用冠狀動脈特異性自動心臟最佳相選擇（Smartphase）技術［13］自動選取最佳重組時相的圖像。

兩組的掃描模式和對比劑注射方案不同之處如下：A組使用70 kVp管電壓，NI為36HU，對比劑注射方案為16 mg I/kg/s，注射9 s，重組參數(shù)ASIR-V權重為80%（80%ASIR-V）。B組使用常規(guī)掃描方案，100 kVp，NI為25HU，對比劑注射方案為25 mg I/kg/s，注射10 s，60%ASIR-V重組圖像。

3.圖像處理與分析

所有數(shù)據(jù)傳入后處理工作站（GE ADW4.6）上由兩名醫(yī)師用盲法評估所有患者的客觀和主觀圖像質量。分別用多平面重組（multi-planarreformation,MPR）、最大密度投影（maximum intensity projection,MIP）、曲面重組（curved planar reformat,CPR）、血管樹的提取及容積再現(xiàn)（volume rendering,VR）等多種后處理技術重組0.625 mm的冠狀動脈圖像用于圖像質量評估和比較。評估所有直徑≥1.5 mm的血管節(jié)段。分別測量主動脈根部、右冠狀動脈（RCA）近端、左前降支（LAD）近端、左旋支（LCX）近端及相鄰心外膜脂肪的CT值和標準偏差（SD），用脂肪作為背景計算血管的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），以脂肪的SD值作為背景噪聲。

主觀評價兩名放射科醫(yī)師（具有7年和1年CCTA診斷經(jīng)驗）對于掃描模式不知情的情況下，用5分法分別對基于每個患者的整體圖像質量（包括血管增強效果和圖像噪聲）及診斷信心進行評估。評分系統(tǒng)（1分：不能診斷，圖像質量差，增強效果差，圖像噪聲高;2分：難以診斷，圖像質量較差，增強效果較差，噪聲較高;3分：可診斷，圖像質量適中，中等增強效果，平均圖像噪聲;4分：良好的圖像質量，良好的增強效果，低于平均噪聲;5分：優(yōu)異的圖像質量，優(yōu)異的增強效果，較小的圖像噪聲）。此外，根據(jù)美國心臟協(xié)會（American Heart Association，AHA）制定的16節(jié)段的冠狀動脈分段標準改良法［14］，針對冠狀動脈血管血管邊界清晰度和運動偽影的存在情況用5分法［15］評估每支血管和每個分節(jié)段的圖像質量。5分：優(yōu)異的圖像質量，血管顯示清楚，邊緣清晰、光滑，與周圍軟組織對比良好，無運動偽影;4分：良好的圖像質量，大多血管邊界清晰，只有少量的運動偽影，不影響診斷;3分：圖像質量欠佳但可用于診斷，可能影響診斷的準確性，有較多的運動偽影;2分：圖像質量差，難以進行血管分析，有較嚴重的運動偽影;1分：不能滿足診斷，圖像質量差，嚴重的運動偽影。以得分大于等于3分為滿足診斷要求，當評分存在分歧時，兩醫(yī)師經(jīng)過協(xié)商后達成共識以獲得最終圖像質量評分，并測試兩位評價者的原始評分的一致性，以各節(jié)段水平血管最低評分為該分支血管水平最終評分。

4.輻射劑量計算

記錄CT容積劑量指數(shù)（CT volume dose index，CTDIvol），輻射劑量長度乘積（dose length product，DLP），并計算有效輻射劑量（effective dose，ED）=DLP×k，轉換系數(shù)k為0.014［16］。

5.統(tǒng)計分析

連續(xù)變量用平均值±標準偏差（SD）表示，并使用SPSS軟件（24.0版）進行統(tǒng)計分析。用Mann-Whitney U檢驗比較每支血管和每個患者的主觀圖像質量，用非配對t檢驗比較連續(xù)變量，包括CT值、CNR、輻射劑量和對比劑劑量。用加權Kappa檢驗評價觀察者間一致性，Kappa值定義如下：0～0.20，一致性差;0.21～0.40，一致性略差；0.41～0.60，一致性中等;0.61～0.80，基本一致；0.81～1.00，幾乎完全一致。P＜0.05被認為具有統(tǒng)計學意義。

結 果

患者特點：本研究中的60例患者都成功完成了CCTA檢查且沒有并發(fā)癥。兩組間患者平均年齡（52.8±9.8比57.4±10.7）歲、平均心率（bpm）［69.1.2±14.4（范圍：48-128）比66.3±14.7（范圍：45～113）］、體重（kg）（57.7±7.6比58.1±7.4）及體重指數(shù)（kg/m2）（22.0±2.3比21.2±2.1）均無統(tǒng)計學差異（表1）。兩組患者中超過一半有高血壓病史或吸煙史。兩組的主要診斷分布相似。其中A、B兩組分別有21例和22例發(fā)現(xiàn)冠狀動脈狹窄：A、B兩組分別有5例、6例有3支血管病變;A、B兩組分別有10例、7例有2支血管病變，A、B兩組分別有5例、10例有1支血管病變?；颊咭话阗Y料和劑量等信息總結在表1。

圖像質量評估：本研究中,60例患者有869個冠狀動脈節(jié)段直徑大于1.5 mm，其中，98.1%（852/869）是可評估的：在A組中為97.0%（415/428），在B組中為98.4%（434/441）。兩組所有血管中的平均CT值均大于280HU，兩組間主要血管的平均CT值無統(tǒng)計學差異（A組為415～527HU，B組為404～517HU）。A組的背景圖像噪聲（23.7±3.6HU）略 高 于B組（21.6±3.5HU）（P＜0.05），但這并未顯著影響兩組間SNR、CNR值以及主觀圖像質量的評價，兩組間主要血管的SNR和CNR值均無統(tǒng)計學差異（均P＞0.05）（表2）。

表1 兩組患者的一般信息、主要臨床病史和診斷

此外，在評估每例患者水平的整體圖像質量和診斷信心方面的得分無顯著差異，在每支血管分支水平及節(jié)段水平主觀評分也無統(tǒng)計學差異。（表4，圖1，2）。兩名觀察者之間的一致性非常好（所有k＞0.80）（表3）。

輻射劑量和對比劑量：A組（2.20±1.28 mGy）和B組（8.79±4.94 mGy）之間CTDIvol有明顯差異（P＜0.05），導致70 kVp組（A組）有效劑量（0.43±0.20 mSv）較100 kVp組（1.74±1.01 mSv）減少75.3%（P＜0.001）。此外，A組的對比劑量顯著低于B組（22.46±2.94 ml比38.99±5.10 ml）（P＜0.001），減少了42.4%（表1）。

表2 兩組之間血管的CT值、信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR）

表3 70 kVp組、100 kVp組兩名觀察者主觀評分分布

表4 兩組最終圖像主觀評分分布

討 論

本研究證明在16 cm寬體探測器CCTA中，對BMI≤23 kg/m2的患者，與傳統(tǒng)的100 kVp方案相比，使用70 kVp結合ASIR-V算法方案在不影響圖像質量和診斷可靠性的同時，可顯著降低75.3%有效輻射劑量（從1.74降至0.43 mSv）、降低42.4%對比劑用量（從38.99 ml減少至22.46 ml）。

圖1 男，63歲，近期發(fā)作的房顫，疑似有冠心病行70 kvp冠狀動脈CT血管成像，各冠狀動脈血管邊界清晰，無運動偽影。a）軸位圖；b）冠狀動脈樹；c）曲面重組（CPR）圖

圖2 女，66歲，突發(fā)性心悸、胸悶1年，疑似冠心病行100kVp冠狀動脈CT血管成像，各冠狀動脈血管邊界清晰，無運動偽影。a）軸位圖；b）冠狀動脈樹；c）曲面重組（CPR）圖

有研究［17,18］已證明了高輻射暴露或高濃度碘負荷會引起的潛在健康風險，也提出了一些在確保圖像質量的同時盡可能降低輻射劑量和對比劑量的方法，包括使用自動管電流調制和迭代重組算法等，優(yōu)化管電壓的選擇也是一個降低輻射劑量和對比劑量的有效方法。大多數(shù)以往64排/128排雙源CT或320排CT的CCTA研究中，使用100或120 kVp的固定管電壓，雖然通?？色@得診斷性的圖像，但平均輻射劑量被報道為1.7～10.4 mSv，平均約4.9 mSv［19,20］，對比劑劑量為60～90 ml［21］。另一方面，因較低的管電壓產(chǎn)生具有較低平均能量光子的X射線，其更接近碘的k邊緣，且對碘提供更強的增強效果，而碘是對比劑的主要相關成分。臨床工作中CCTA圖像能否達到客觀診斷主要取決于有足夠的增強效果（大于等于250～280 HU）和可接受的CNR，這通常由掃描參數(shù)、重組算法或對比劑因素等共同決定，使用較低管電壓時放寬了對達到類似對比噪聲比圖像噪聲的要求。過去，CCTA最低管電壓限制在80 kVp，近年來，隨著至少有兩家CT制造商推出了70 kVp的管電壓的設備，一些研究探索了70 kVp管電壓在幾種臨床中的應用，包括主動脈CTA［22］，顱腦CTA［23］，下肢CTA［24］和大 螺距CCTA［25-28］。Zhang等［25,26］已 經(jīng) 證明，在第二代雙源CT設備上，使用70 kVp管電壓和30 ml對比劑（370 mg I/ml）方案與80 kVp和100 kVpCCTA相比，輻射劑量減少，分別為56%和75%。Wang等［28］另一項類似研究報道，用70 kVp前瞻性心電圖門控的大螺距CCTA可減少輻射劑量，同時保持可診斷的圖像質量和高的診斷符合率。這些70 kVp的大螺距CCTA研究均在雙源CT系統(tǒng)上進行，研究中要么排除心率高于65 bpm的患者，要么排除心律失?；蛐穆什▌映^30 bpm的患者。據(jù)悉，本研究是16 cm寬體探測器CT系統(tǒng)上已證明使用70 kVp顯著降低CCTA中的輻射劑量和對比劑量的首個研究。此外，通過充分利用16 cm寬探測器的一次心跳CCTA能力和0.28 s轉速，本研究包括了高心率、高心率波動或心律失常（包括心房顫動）的患者。所有病例都成功完成了CCTA，所獲得的圖像均可臨床診斷。本研究和之前在雙源CT系統(tǒng)上使用70 kVp大螺距CCTA的研究結果一致，在保持診斷圖像質量的同時，有效輻射劑量減少了75.3%，對比劑量減少了42.4%，但是沒有限制患者心率和心率波動。本研究通過在掃描中（A組）設置了更高的噪聲指數(shù)來降低輻射劑量。另一方面，通過使用新一代基于容積自適應統(tǒng)計迭代重組（ASIR-V）算法來減少圖像 中 的 噪 聲。Benz等［29］報 道，增 加ASiR-V水 平（從0%到100%的百分比）可顯著降低噪聲、提高圖像的SNR和得到更好的低劑量CCTA圖像質量，并得出100%ASIR-V的重組圖像質量最好。在本研究中發(fā)現(xiàn)100%ASIR-V的圖像質量有部分蠟狀偽影出現(xiàn)，因此選擇了80%ASIR-V的圖像。

對比劑（contrast medium,CM）注射方案在減少CM劑量方面也具有重要作用。Kok等［30］系統(tǒng)地研究了如何在較低的kVp設置下優(yōu)化CM注射參數(shù)，并得出結合總碘量（total iodine load,TIL）和碘流率（iodine delivery rate，IDR）是 降低 對比 劑的一種優(yōu)化選擇。即使使用不同的對比劑類型，也可以確保對比劑均勻性。因此，與大多數(shù)先前使用30或40 ml固定對比劑劑量的研究不同，本研究中使用基于患者體重的對比劑注射方案，以低劑量的16 mg I/kg/s對比劑量率持續(xù)9 s注射時間，而不同于常規(guī)00 kVp方案CM注射方案：對比劑量率為25 mg I/kg/s，持續(xù)10 s。與100 kVp組相比，70 kVp組僅需要平均22.46 ml的CM，平均CM量減少42.4%。

盡管通過使用諸如70 kVp的低管電壓來大大提高增強效果有明顯優(yōu)點，但依然存在限制。第一個限制是需要能在較低的kV下具有足夠的管電流以保持足夠低的圖像噪聲［31］，尤其是對于較肥胖的患者。第二個限制是因70 kVp X射線光譜中存在許多低能光子，較肥胖者的劑量效率較低，與較高管電壓（例如在相似的輻射劑量下為120 kVp）相比，這種降低的劑量效率可能導致較肥胖者圖像噪聲的顯著增加。在本研究中，納入BMI≤23 kg/m2的患者作為研究人群，該BMI納入標準與Zhang等［26］研究中使用的標準一致。

本研究的局限性：（1）研究的重點是圖像質量比較，沒有進行金標準驗證。（2）樣本量相對較小，在掃描期間，60例患者中只有2例發(fā)生房顫，使研究結論在心房顫動患者亞組中缺乏充分驗證。（3）沒有對BMI值較大者進行評估。

總之，在16 cm寬探測器CT上使用70 kVp和高權重容積自適應統(tǒng)計迭代重組（ASIR-V）算法的前瞻性ECG觸發(fā)CCTA與常規(guī)100 kVp管電壓CCTA相比，提供了診斷圖像的同時，顯著降低了輻射劑量和對比劑劑量。