双源CT低辐射剂量冠状动脉成像的初步研究

胡永胜 朱有志 何新华 王自勇 胡勤衍付 璇 王 慧 费长军 王劲武

随着CT设备的日益普及和临床检查的广泛开展，CT的辐射剂量问题也成为人们关注的焦点，近几年来关于双源X线计算机横断体层摄影系统（dual source computed tomography，DSCT）的在冠状动脉成像中的低剂量研究也见有报道[1-2]，有学者[3]针对体重质量指数（body mass index，BMI）≤25的患者，进行了DSCT低管电压扫描的研究，表明该技术可在保证图像质量的同时显著降低辐射剂量。本文在较大BMI范围中使用低剂量进行DSCT冠状动脉成像研究，探讨它的临床应用价值。

方 法

1．临床资料

2010年6月至2010年12月间，临床怀疑冠心病患者进行了DSCT冠状动脉成像检查，其中男105例，女59例，年龄32～85岁，平均年龄61.26岁。BMI 17.5～30。将所有患者随机分为两组：A组为低辐射剂量组，共95例，其中男性68例，女性27例，年龄32～84岁，平均年龄61.65岁，BMI 24.75±2.84，根据有关文献[4]将该组患者分为三组：体重过低组（BMI＜18.5），体重正常组（18.5≤BMI＜24）和体重超重组（24≤BMI）；B组为常规辐射剂量组，共69例，其中男性37例，女性32例，年龄33～85岁，平均年龄60.71岁BMI 25.23±2.96。排除对碘对比剂过敏、严重肝肾功能不全、失代偿性心功能不全以及不能很好屏气的患者。扫描前不使用药物控制心率。所有患者在检查前签署碘对比剂给药知情同意书。

2．设备与扫描方法

设备采用西门子公司D S C T（S o m a t o m Definition, Siemens）和Medrad双筒高压注射器。扫描前以18G安全留置针进行肘正中静脉穿刺，部分患者穿刺前臂较大静脉。患者头先进仰卧于扫描床上，双手上举过头，身体稍偏向右侧，将心脏部位置于扫描野中心，按要求安放好设备心电监控电极，耐心训练患者呼吸及屏气。先扫描胸部前后位定位像，规划扫描范围为自气管隆突下方1 cm向下包括心脏膈面。应用对比剂跟踪技术（bolus-tracking），在主动脉根部冠状动脉开口上方层面选择感兴趣区进行监测，设置感兴趣区内CT值超过100HU时延迟5 s自动触发扫描。高压注射器以5～5.5 ml/s流速先试注射20 ml生理盐水，观察确认患者血管无外渗后，以4.8～5 ml/s流速注射碘海醇（浓度为350 mg/ml），随后再以相同速度注射50 ml生理盐水，于注射对比剂同时启动扫描监测程序。扫描参数为：准直32×0.6 mm（采用飞焦点技术实际数据采集64层），层厚0.6 mm，重建矩阵512×512，卷积核B26f，视野（FOV）142～222 mm，螺旋扫描方式，每圈旋转时间330ms，螺距0.20～0.44（根据心率设备自动调整）。A组管电压100 kVp， 管电流Quality ref.mAs/rot：320，B组管电压120 kVp，管电流Quality ref. mAs/rot：360。应用CareDose 4D和心电脉冲（ECG-pulsing）管电流调控技术，自动剂量窗调整。扫描所得图像数据传至图像后处理工作站。记录相关实际扫描参数。

3．图像后处理方法

采用单扇区图像重建和自动选取最佳重建时相，并结合手动改变重建时相进行图像后处理，在独立图像后处理工作站上采用心血管图像处理程序(Syngo Circulation, Siemens)，观察最佳重建时相图像，进行容积再现（volume rendering，VR）、曲面重建（contour-planar reconstruction，CPR）、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）等图像后处理，观察评价冠状动脉各分支的狭窄情况。

4．图像评价标准及方法

采用美国心脏协会（AHA）推荐的冠状动脉改良15分段法[5]分析冠状动脉各级分支，右冠状动脉（right coronary artery，RCA）分为段1～4，分别为近段、中段、远段和后降支；左主干（left main，LM）为段5，左前降支（left anterior descending，LAD）分为段 6～10，分别为近段、中段、远段、第1对角支、第2对角支；左回旋支（left circumflex，LCX）分为段11～15，分别为回旋支近段、中段、远段，第1、第2钝缘支；如果有中间支、左室后支则为段16～17。

图像质量评价分为5级。5分：图像质量优，冠状动脉显示清晰，管腔连续完整，无阶梯状伪影；4分：图像质量良好，冠状动脉显示清晰，管腔基本连续完整，无阶梯状伪影；3分：图像质量良好，管壁轻度伪影或CPR上见轻度阶梯状伪影，不影响诊断；2分：图像质量尚好，管壁中度伪影或CPR图像中度阶梯状伪影，尚可以做出诊断；1分：图像质量为差，重组图像上冠状动脉错位、管壁严重伪影，不能做出诊断。评价管腔直径大于2mm的血管，闭塞血管的远端和严重钙化血管段不做评价。3分以上视为优良图像，2分以上视为可诊断图像。

由2名副主任医师以上职称者对图像质量进行评价，对意见不一致的评价进行共同阅片，达成一致意见。

5．辐射剂量评价

记录CT冠状动脉增强时的辐射剂量，不包括定位像（topogram）和对比剂跟踪监测扫描时的辐射剂量。记录CT设备自动计算得到的容积剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），由DLP乘以转换系数k来估算有效剂量（effective dose，ED），参考欧盟关于CT质量标准指南，k=0.017 mSv/(mGy·cm)[6]。

6．统计学方法

应用单因素方差分析比较A组的3组图像质量是否存在差别，应用χ2检验比较冠状动脉分级显示段数，应用独立样本的t检验分析两组的图像质量评分、CTDIvol、DLP和ED等，应用Kappa检验判断两位评价者评分的一致性。利用SPSS 13.0统计分析软件进行分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

结 果

1. A组根据BMI分组图像质量评价情况

A组（低辐射剂量组）根据体重指数分为3组图像评分比较结果见表1（图1）。A组中3组BMI范围的图像质量评分无统计学差异（F=1.39，P=0.25）。两位评价者评分的一致性较好（Kappa值=0.66,P＜0.05）。

2．冠状动脉图像分级显示情况

A、B 两组患者的冠状动脉图像的分级显示情况见表2（图2）。可见5分的图像节段A组占77.20%，B组占82.98%，B组百分比大于A组，两组间差异有统计学意义（χ2=11.63，P=0.001）；4分的图像节段A组占17.87%，B组占15.10%，组间无统计学差异（χ2=2.96，P=0.09）；3分的图像节段A组占4.39%，B组占1.72%，两组间差异有统计学意义（χ2=12.27，P=0.000）；优良图像节段数A组占99.31%，B组占99.79%，A、B两组显示差异无统计学意义（χ2=2.54，P=0.11）；可诊断图像节段数A组占99.69%，B组占99.89%，A、B两组显示差异无统计学意义（χ2=0.98，P= 0.32）。

3．冠状动脉成像质量和辐射剂量

A、B两组患者冠状动脉图像质量评分和辐射剂量的比较情况见表3。两组图像质量差异无统计学意义（t=－1.70，P=0.09）；A组CTDIvol小于B组，差异有统计学意义（t=－14.93，P=0.00）；A组DLP和ED小于B组，差异有统计学意义（t=－13.71，P=0.00）。

表1 A组BMI分组图像评分情况

图1 女，63岁，体重51.00kg，身高1.65cm，BMI 18.73， 管电压100kVp，管电流130mA，CTDIvol 15.97，ED3.89。冠状动脉显示清晰，管腔连续完整，无阶梯状伪影，评为5分。A.为容积再现（ VR）图像；B.为VR图像，清晰显示血管分支；C.为右冠状动脉（RCA）的曲面重组（CPR）图像；D.为左冠状动脉（LCA）的CPR图像，提示左前降支（LAD）近端软斑块（箭）；E.为左回旋支（LCX）的CPR图像。

图2 女， 7 0 岁， 体重56.00kg，身高1.51cm，B M I 2 4 . 5 6 ， 管电压120kVp，管电流171mA，CTDIvol 28.80，ED6.41。冠状动脉显示清晰，管腔连续完整， 无阶梯状伪影，评为5分。A. VR图像；B.为VR图像，清晰显示血管分支；C.为RCA的CPR图像；D.为LCA的CPR图像；E.为LCX的CPR图像。

表2 2组患者的冠状动脉图像分级显示情况

表3 2组患者图像质量评分和辐射剂量

讨 论

1．研究背景

随着多层螺旋CT（multi-slice computed tomography，MSCT）技术的迅速发展，特别是随着双源CT(dual一source CT，DSCT)的诞生，扫描的时间分辨率达83ms，可以在不控制心率的情况下完成心脏扫描，获得高质量的冠状动脉影像，提高了对冠状动脉病变诊断的准确性，扩大了DSCT冠状动脉成像的适应范围。Meng等［7］对109例怀疑冠状动脉狭窄的患者分别行双源CT冠状动脉检查和DSA（digital subtraction angiography）检查，并作对比研究后发现，DSCT与DSA的敏感性和准确性基本相同。冯越等[8]也报道DSCT在新生儿及婴儿复杂先天性心脏病的诊断中有重要价值，其与心脏超声检查联合可避免创伤性的心血管造影。

由于CT检查技术的日益普及，X线辐射导致的致癌风险和遗传效应也随之增加。据路鹤晴等[9]研究报道，2007年上海市CT医疗照射所致上海市公众集体剂量是1996年的5.5倍，同时也超出1996年全市19种X射线诊断所致公众剂量的8.3倍。1997年全市X射线CT检查所致人均年有效剂量较1996年增加4.3倍，而年频率增加了2.9倍。

CT检查中的剂量问题已成为临床放射人员和公众关注的焦点，由于心血管疾病是人类健康的主要杀手之一，CT冠状动脉成像已经成为冠心病的无创性检查手段[10]，随着该技术的广泛应用，其辐射剂量问题不容忽视，因此，合理优化扫描方案以有效降低辐射剂量具有重要意义。本研究着重关注低管电压扫描在DSCT冠状动脉成像中的运用，根据合理使用低剂量(as low as reasonably achievable，ALARA)原则，在满足诊断要求的前提下尽可能地降低辐射剂量。

2．辐射剂量相关因素及对图像质量影响

2.1 管电压：CT辐射剂量与X线束能量密切相关，而X线束能量取决于X线管电压和线束过滤条件。管电压与X射线剂量呈指数关系，因此降低管电压可以显著降低辐射剂量；低管电压时X射线束能量较低，穿透高原子序数的含碘对比剂时衰减增加，碘对比剂的强化程度加大（碘的K吸收界），其CT值增加，加大了血管与周围组织结构的对比，因此可以减少含碘对比剂的用量和注射对比剂的流率[11]。但是降低管电压使X线强度减小，直接导致了图像噪声的增加，噪声增加后对于软组织的影响较大，但对于增强的血管影响不大，因为这种效应可以由CT值的增加来补偿[12]。目前有研究者[4]认为低管电压冠状动脉成像只适合于BMI正常范围者（18.5～24.9），本研究在此基础上将BMI扩大至30，利用低管电压（100kVp）扫描，所得优良和可诊断图像质量评分与120kVp组相比差异无统计学意义。

2.2 毫安秒：毫安秒（mAs）即X线管电流和曝光时间的乘积，其大小说明了球管输出X线量的多少，直接影响对受检者的辐射剂量。白玫等[13]对多层螺旋CT在头部和腹部扫描的加权CT剂量指数CTDIW的研究中发现，CTDIW与mAs几乎呈线性增加关系。降低管电流是常用的降低辐射剂量的方法，直接问题是增加了图像噪声，影响图像的低对比分辨率[14]。DSCT应用Care Dose 4D技术，扫描时根据受检组织的密度大小，在设定的ref.mAs（参考mAs）基础上自动、适时调控mAs，可以降低受检者的辐射剂量。本研究在降低管电压基础上联合应用Care Dose 4D技术，适当地将ref.mAs从360降到320，从而进一步降低了辐射剂量。

2.3 螺距：DSCT在心脏冠状动脉回顾性心电门控扫描时，根据患者心率大小自动选择螺距，心率快时螺距大，心率慢时则螺距小，可见心率与X线辐射剂量有关。本研究中因高心率受检者较少，未能达到有效统计意义，故未对此进一步研究分析。

就X线辐射剂量对图像质量影响来说，辐射剂量越大，穿透被检体到达探测器的X线光子数越多，则CT图像噪声越小，图像质量越高，因此，B组使用常规剂量，整体图像质量要优于A组，表1结果显示B组5分的节段数多于A组；两组4分节段差异无统计学意义；B组3分节段数少于A组；两组2分和1分阶段数差异无统计学意义。可见低辐射剂量组虽然得高分图像少，但中间分数段并不少，所以两组优良和可诊断图像节段数差异无统计学意义，与晏子旭等[3]研究结果一致。

2.4 心电门控技术：DSCT进行心脏冠状动脉扫描时，采用心电门控触发技术，包括前瞻性门控和回顾性门控技术。前瞻性心电门控扫描采用非螺旋的步进式采集方式，可以有效降低辐射剂量[2]，但在心律不齐或早搏患者中易出现阶梯状伪影，无法重新进行数据编辑，故检查失败率较高。回顾性心电门控技术可以获得螺旋扫描同步标记心电图的原始资料，在扫描完成后根据同步记录的心电图选择各心动周期中相对稳定的时相重建。本研究采用回顾性心电门控技术，对所有病例的冠状动脉图像均能进行有效的评估。

3. 辐射剂量评价

为了评价CT应用中的辐射剂量问题，提出了CT剂量指数(CT dose Index，CTDI)的概念，即测量X线在标准的CTDI模体中产生的电离量，以mGy为单位。随着螺旋CT的投入使用，剂量指数的概念又进一步扩展到容积剂量指数CTDIvol，是指在特定的模体中进行特定扫描的范围内Z轴某一位点的平均剂量。目前CT常用的有效剂量(effective dose，ED)的计算是沿用欧洲的剂量长度乘积(dose-length product，DLP)乘以系数k的方法，ED以mSV为单位。当确定扫描程序以后，就能够得出和这种扫描程序相关的CTDIvol，这个数值乘以扫描长度，就得到了DLP。ED计算需要体内敏感器官的剂量信息，器官剂量一般采用蒙特卡罗方法模拟估算数学人体模型中器官的有效剂量[15]。k代表国际上规定的相应器官有效剂量权重系数，心脏扫描时为0.017。本研究对两组的CTDIvol、DLP、ED均进行了比较，结果表明三种辐射剂量表达方式下，低辐射剂量组明显低于常规辐射剂量组。

4. 研究意义与不足

本研究通过降低管电压和适当降低毫安秒, 采用回顾性心电门控和Care Dose 4D技术，扩大了受检者的BMI范围，明显而有效地降低受检者的辐射剂量。但CT的辐射剂量与诸多因素有关，本研究未能考虑到所有影响因素，以进一步降低辐射剂量。