双源CT前置门控及回顾性门控扫描冠脉成像质量及辐射剂量对比

庄莹莹，董 光，耿 海，张 涛，季乐新，郭 荣，聂家秋，孙希芹

（潍坊医学院附属潍坊市人民医院放射科，山东 潍坊 261041）

近年来，MSCT技术得到飞速发展，在心脏冠状动脉成像方面的应用越来越广泛，在诊断冠状动脉粥样硬化及评价支架术后再狭窄和搭桥血管等方面发挥着越来越重要的作用。冠状动脉CTA已成为冠心病检查的一项重要的无创性成像手段[1-8]，但MSCT电离辐射的高致癌风险以及放射防护安全问题也随之引起广泛的关注。流行病学调查显示，MSCT检查的X线辐射剂量可增加致癌风险[2]，常规回顾性门控心脏扫描辐射剂量较大的问题逐渐受到关注。文献报道回顾性心电扫描的有效辐射剂量为12～30mSv，尽管其辐射剂量可以通过降低管电压、管电流、缩短扫描长度、缩小FOV、应用ECG管电流调制技术等降低，但仍可达到7～9.4mSv[5-6]。

采用MSCT前置门控扫描来代替回顾性门控扫描是近几年用于降低辐射剂量的方法。文献报道采用前置门控扫描的辐射剂量为2.1～6.2mSv，较回顾性门控降低52%～85%，并且得到相当的图像质量。

双源CT采用两套X射球管和探测器组合，明显提高了扫描时间分辨率，可以在不控制心率的情况下完成心脏扫描，并获得高质量的冠状动脉影像。本研究的目的在于应用双源CT回顾性心电门控与前置性心电门控扫描对冠心病患者在图像质量、辐射剂量及诊断准确性等方面进行对比观察，以期得到在保证图像诊断质量的前提下，寻求尽量降低辐射剂量的方法。

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集我院2010年 6～10月间进行冠状动脉CTA检查患者120例，其中男79例，女41例。其中60例因临床需要显示冠状动脉病变、心功能评价或瓣膜及室壁运动、行冠脉支架或搭桥术后而采用回顾性门控检查，另60例除外心律不齐、房颤等采用前置门控扫描。

1.2 CT检查方法

采用德国Siemens Somatom Definition双源CT扫描仪，旋转时间330ms，采集时间83ms。扫描前对患者进行严格的屏气训练，于扫描前3min舌下含硝酸甘油0.25~0.5mg。扫描范围自气管隆突下1cm至心脏膈面。选用非离子型对比剂碘普罗胺（370mg/ ml）和德国双筒高压注射器（Ulrich Medical），20g套管针，置于前臂静脉，注射对比剂总量60～85ml，注射速度5.0～5.5ml/s，后续以相同速度注入生理盐水50ml。应用对比剂示踪法，在主动脉根部层面选择感兴趣区监测CT值，当感兴趣区内CT值达到100HU时，延迟6s自动触发扫描。前置门控扫描时分为A、B组，步进-点射（Step-and-shoot，SAS）用于心率≤70次/分 （A组）时，数据采集窗设在心动周期的70%期相；心率＞70次/分（B组）时数据采集时间窗设在心动周期的40%期相，采用适应性门控进行扫描。回顾性心电门控法，全剂量曝光的范围为整个R-R间期，选择最佳期相进行重建，根据心率分为C组（≤70次/分）、D组（＞70次/分）。

1.3 图像分析

应用德国Siemens双源CT Syngo Miltimodality Workplace工作站对扫描血管进行重建，均采用最佳时相重建。图像处理包括最大密度投影（MIP）、曲面重组（CPR）和容积再现（VR）。根据美国心脏病学会冠状动脉树的15段分段标准改良分段。评价直径1.5mm以上的冠状动脉段。由2名有经验的高年资医师在不知分组情况下对重建好的图像独立分析并对图像质量评级，然后针对不一致的评判进行第二次共同阅片，达成一致意见。评分标准采用Likert 4分分级法[4]：1分（图1）：图像质量为优，冠状动脉显示清晰，管腔连续完整；无明显运动伪影，无明显错层；2分 （图2）：图像质量为良好，管壁欠锐利或CPR上见轻度运动伪影，不影响诊断；3分：图像质量为中等，管壁中度伪影或CPR图像有阶梯状伪影，尚可以作出诊断；4分：图像质量为差，重组图像上冠状动脉错位、管壁严重伪影，不能作出诊断。1~ 3分为可诊断血管段。

1.4 CT辐射剂量评价

记录CT容积剂量指数 （CT dose index-volume，CTDIvol，mGy）及剂量长度乘积 （Dose length product，DLP，mGy·cm），采用公式ED=DLP×k计算患者有效辐射剂量 （Effective dose，ED），k=0.017[1]。左冠状动脉起始部水平的主动脉根部内设定1cm2感兴趣区，测定其CT值，以其标准差作为图像噪声。

1.5 统计学分析

所有统计数据均应用SPSS 17.0软件进行分析。各组间计量资料的比较采用t检验。图像质量合格率评价应用卡方检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 前置门控及回顾门控病例一般资料对比

前置门控及回顾性门控中年龄、性别、BMI、平均心率、心率变异率均具有良好的一致性（表1）。

2.2 前置门控组与回顾门控组放射剂量及图像噪声对比

本研究中共有2801段冠状动脉直径＞1.5mm。其中前置门控（A，B）组1385段，回顾性门控（C，D）组1416段。两种扫描合格率分别为95.9%（702/ 732），83.8% （547/653），97.1%（720/742），86.9% （586/674），其中A组与C组、B组与D组间均无统计学意义（表2）。

2.3 前置门控与回顾门控组辐射剂量对比

前置扫描有效辐射剂量分别为 （3.28±0.23）mSv，（5.49± 1.31）mSv，平均 （4.35±1.44）mSv， 回顾性扫描分别为（15.29±0.55）mSv，（13.44±1.11）mSv，平均（14.51±1.32）mSv，A组与C组，B组与D组比较分别降低78.55%和59.16%，平均降低70.03%（表3，4）。

2.4 SAS扫描、适应性扫描辐射剂量对比

A、B组间ED存在统计学意义，P＜0.001（表4）。

3 讨论

ED反映的是患者接受的辐射剂量，对于评价和比较CT检查的生物效应风险具有重要意义[2]。在回顾性心电门控螺旋扫描，通过调整扫描参数来降低ED的程度是有限的。目前，采用前置门控心电触发的序列扫描模式开始受到重视并越来越多地应用于冠状动脉CTA检查。前置心电门控技术的核心是应用轴扫方式，球管在心脏的相对静止期进行心电触发扫描。采用SAS结合ECG触发扫描技术，在R-R间期内固定时相触发扫描，下一个心动周期移床，再下一个心动周期采集。双源CT大约需要采集6～7个心动周期的数据完成整个心脏扫描。由于采用非螺旋扫描模式，结合前置心电门控触发，不同于回顾性门控的全周期扫描，可显著降低辐射剂量[8]。文献报道与常规回顾性门控扫描相比ED降低了80%左右。Stolzmann等[1]利用双源显示前瞻性扫描ED为（2.2±0.4）mSv，回顾性扫描为（8.1±0.6）mSv。Hein等[3]利用双源CT研究显示前瞻性扫描ED为（3.4±2.2）mSv，较回顾组降低63%，Shuman等[4]利用64层CT研究显示前瞻性扫描ED为4.2mSv，较回顾性扫描降低77%。该研究显示，前置扫描ED为（3.28±0.23）mSv， 较回顾性扫描剂量降低约78.55%。前瞻性扫描成功的关键在于病例的选择，尤其是对心率的控制（≤70次/分）。

Table 1 Patient characteristics of the four protocol groups

Table 2 Image quality assessment of coronary artery segments in the two groups

Table 3 Radiation dose and image noise comparison between the two groups

Table 4 Dose comparison in the four groups

以往研究中病例选择心率多为≤70次/分，在本研究中未对心率进行控制而将其分为两组，前置门控组中高心率患者应用适应性序列进行扫描，即将扫描角度由260°增加到460°，实现了重建相位调整，在前瞻性轴扫的基础上应用±8%Padding技术[2，7，9]，扫描窗前后有8%的额外数据采集，一方面能够防止心率变异引起的运动伪影，另一方面辐射剂量也相应增高，该研究ED为（5.49±1.31）mSv，较回顾性扫描（13.44±1.11）mSv，降低了59.16%，但与SAS扫描相比，由于增加了Padding，扫描角度增大和曝光时间延长，两组比较ED存在统计学意义（P＜0.001）。适应性扫描对心率的要求不再严格，可用于高心率患者的检查，但重建窗较窄，扫描成功的关键在于选择合适的采集期相。该研究中高心率患者均在收缩期末40%R-R间期进行扫描，获得了良好的图像质量。

螺旋CT的时间分辨率是心率影响冠状动脉显影的主要原因，因为时间分辨率有限而导致的运动伪影在心室收缩和心房收缩时明显[9]，在心律不齐和心率快时尤为显著。右冠状动脉、左旋支走形与冠状沟，更易受心房、心室舒张和收缩的影响，是运动伪影最常出现的原因。双源CT因其时间分辨率高，原则上无需控制心率，但轴扫时间分辨率低，故心率成为影响图像质量的主要原因之一。本研究中，右冠状动脉出现运动伪影占12/37，其中前置门控扫描组中为9段，回顾性扫描中仅有3段。该研究中A组与C组，B组与D组对冠脉显示的合格率均无统计学意义，即SAS扫描对于低心率患者仍能够提供足够的诊断信息，高心率患者由于Padding技术的应用[9]，与回顾性相比，亦没有明显的统计学意义（P= 0.102），这可能由于对前置门控扫描病例的选择及病例数较少有关。

前置门控扫描因为其进行轴向扫描，扫描时间大大缩短，有利于减少扫描期间的心率变异，也相应缩短了病人的屏气时间，减少了因呼吸运动造成的伪影。与本研究相符，P＜0.05。

双源CT冠状动脉前置门控扫描在保证图像质量的情况下，辐射剂量明显降低是该扫描的最大优势。其次，对于心率较稳定的低心率患者行步进式扫描，高心率患者行适应性扫描，其图像质量能够与回顾性扫描图像质量相当，可用于冠心病患者的筛查。再次，扫描时间缩短，能够减少患者屏气时间，有利于减少扫描时间内患者心率变异。

相对于回顾性心电门控，其不足也非常明显：①前置门控时间分辨率不及回顾性扫描，而且不是全心动周期的数据采集，故无法进行心功能的评价、瓣膜病变、室壁运动等分析。②对于心律不齐、房颤等患者扫描成功率亦较低。

本次研究的局限性：①扫描中未根据患者BMI采用个体化方案，辐射剂量仍有降低的空间。②前置门控扫描病例数较少，应用有待于进一步研究，特别是适应性扫描的广泛应用，还应继续研究。③未与DSA进行对比研究，前置门控扫描的准确性尚需进一步研究。

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