心率对320排CT冠状动脉成像图像质量和辐射剂量影响的分析

陈 明 周瑞珏 邢 伟 杨 玲 丁玖乐

冠状动脉疾病是危害人类健康的重大疾病之一[1]。随着MSCT扫描技术的不断提高，冠状动脉CT成像已经成为准确诊断冠状动脉疾病的重要方法之一。但是由于心率对于图像质量的影响以及检查中较高的辐射剂量所致的生物效应，使冠状动脉CT成像临床应用存在一些不足。如何在CTCA检查中提高图像质量并降低辐射剂量成为当前研究的要点。

近年来，320排CT逐渐运用于临床，由于其探测器Z轴宽度可达160mm，能覆盖整个心脏，机器旋转一周即可完成心脏容积数据的扫描采集。本文回顾性分析90例冠状动脉CT成像患者的资料，通过不同心率分组，探讨心率对于320排CT冠状动脉成像图像质量和辐射剂量的影响。

方 法

1. 临床资料

从2013年1月—6月我院所接受320排CTCA检查的患者中，随机选择90名患者，根据心率不同分为3组，A组（低心率组）：心率＜65次/min，共计30人；B组（中等心率组）：65～80次/ min，共计35人；C组（高心率组）：心率＞80次/ min，共计25人。其中男性50人，女性40人。平均年龄58.13±10.89岁，体质量指数（BMI）17.8～27.3，平均21.5±1.3。

2. 扫描技术与参数

应用Toshiba Aquilion One 320排CT行动态容积扫描。扫描前所有患者均舌下含服硝酸甘油以扩张冠状动脉，扫描范围从气管分叉至膈肌下10mm左右，覆盖整个心脏，FOV的范围为150mm×150mm～180mm×180mm，Z轴扫描范围为120～160mm，探测器宽度0.5mm，旋转时间由扫描系统根据心率自动进行调整，BMI≥24的患者采用管电压120kV；BMI＜24的患者采用100 kV。扫描时心率＜65次/ min设置为1个心动周期扫描；65～80次/ min时采用2个心动周期扫描；心率＞80次/ min采用3个心动周期采集。患者均采用前瞻性心电门控，心率＜65次/ min时采集时相为70%～80%R-R间期；心率≥65次/ min的采集时相为30%～80%的R-R间期。经右侧轴静脉以5.5ml/s流速采用双筒高压注射器注射离子型对比剂优维显（370mgI/ml）55～65ml，继以相同流速注射生理盐水40ml。采用Sure star软件智能触发扫描，触发点定于扫描野中央层面胸主动脉，选择ROI监测CT值，当ROI内CT值达到220Hu时自动触发扫描。

3. 图像重建及后处理

重组层厚0.5mm、层间距0.2mm的容积数据，包括设备自动重建的75%期相和最佳期相。如果自动重建图像不能清晰显示血管，需要进行心电编辑。将清晰显示冠状动脉的容积数据传至Vitrea Fx图像后处理工作站，应用心血管后处理软件对图像进行多平面重组（MPR）、曲面重组（CPR）、最大密度投影（MIP）、容积再现（VR）。

4. 图像质量的评价

按照美国心脏协会将冠状动脉分为15个节段[2]：右冠状动脉(RCA)由1～4段组成；左主干（LMA）为第5段；左前降支（LAD）为6～10段；左旋支（LCX）为11～15段。评分标准为4级评分：I级，图像质量优，血管显示良好，边界清晰，管腔连续完整；II级，图像质量良好，血管边界稍模糊，或有轻度伪影，但不影响诊断；III级，图像质量一般，边界模糊，有重度伪影，尚可以诊断；IV级，图像质量差，血管显示不清，有严重阶梯状伪影，不能做出诊断。所有图像经2名经验丰富的专业医师独立进行评判，不一致时共同讨论得出结论。

5. 辐射剂量评估

根据扫描时自动计算得到的容积CT剂量指数（CTDI vol）和剂量长度乘积（DLP），ED＝DLP×K[3]，K为特定转换系数，根据Hurwitz等[4]研究，心脏的K值为0.025mSv/mGy·cm。

6. 统计学分析

采用统计学软件SPSS18.0处理所得数据，计量数据资料采用±s表示，计数变量用频数或百分数表示，P＜0.05有统计学意义。

结 果

1. 心率与图像质量

90例患者依据15段分段法共分析1350个节段，A组30例，共分析450段冠状动脉；B组35例，共分析525段冠状动脉；C组25例，共分析375段冠状动脉（图1，2）。

从A组→B组→C组冠状动脉血管段图像质量评分为I级的百分比逐渐下降，I级评分冠状动脉血管比例三组之间的差异有统计学意义（χ2=11.59，P＜0.01）（表1）。A组血管段评分I级图像质量评分高于B组、C组，表明随着心率越快，图像质量略有下降。

表1 低血率组、中等心率组、高心率组冠状动脉血管段图像质量评分

2. 心率与辐射剂量

A组平均辐射剂量（ED）分别比B组、C组降低25.78%、71.53%，A、B、C组ED值行完全随机设计方差分析（SNK，q检验）得出F=31.35，P<0.05，三组ED值不全相等（表2，图3）。

图1 男，63岁，胸痛入院，心率63次/min，1个心动周期扫描。图依次为心电信息、VR图像以及LAD曲面重建图像，LAD各段图像质量均为I级。

图2 男，60岁，反复心前区不适伴心悸数年。ECG：窦性心动过速92次/min。4个心动周期扫描。图依次为心电信息、VR图像以及LAD曲面重建图像，LAD各段图像质量均为I级。

表2 低血率组、中等心率组、高心率组辐射剂量比较

图3 三组ED值比较。A组和B组相比，*P<0.05；B组和C组相比，▲P<0.05；A组和C组相比，#P<0.05。

讨 论

1. 心率与图像质量

由于在冠状动脉CT血管成像检查中，心率是影响图像质量的主要因素之一[5]。本组研究各类心率组图像质量I级的平均值达94.59%，与国外320排CT冠状动脉成像质量平均值相近，但高于国内外64排CT报道的77%[6]的图像质量评分。本组研究:结果显示，随着心率的提高，图像质量略有下降的趋势。而患者心率对冠状动脉成像的影响主要取决于螺旋CT的时间分辨率[7]。

相比64排及双源CT，320排CT175ms的时间分辨率降低了冠状动脉的显示能力，但因320排CT具有320排宽度为0.5mm的探测器，球管旋转一周Z轴宽度可达160mm，可覆盖整个心脏，从而获得从心底至心尖完整的容积扫描数据，且容积图像各个位置数据均处于相同时相（即各向同性），故所得图像完全忠于真实数据，这样可有效避免螺旋扫描所致的阶梯状伪影。并且数据采集时检查床维持不动，由此可避免因多扇区数据采集于不同心动周期，而冠状动脉处于不同相位空间出现螺旋插值算法所带来的对位和配比偏差问题。而且320排CT针对不同的心率，可自动采用单次或多次心动R-R间期曝光，并结合多扇区重建方法，从而有效提高时间分辨率[8-9]，使图像质量得到提高。

2. 心率与辐射剂量

CT冠状动脉成像具有无创优势，并且具有较高的诊断准确率，目前已经广泛应用于临床，在带来诊断效益的同时，CT冠状动脉成像所致的人体放射性损伤危害得到了广泛的关注。如何在既提高图像质量的同时又降低辐射剂量是目前冠状动脉CT成像的研究热点。Wenstink等[10]利用多排螺旋CT研究表明随着心率的增加，辐射剂量也逐渐增大。本研究也表明，辐射剂量A组＜B组＜C组，符合其结论。

本组研究平均辐射剂量为12.75±4.01，低于Banmüller等[11-12]利用64排CT进行冠状动脉CT成像得出的平均辐射剂量（14.8±9.8mSv）。Banmüller等研究对象心率均低于65次/min，而本组研究心率范围较广，其中本组研究中心率低于65次/min的平均辐射剂量为6.73±2.16mSv，较Banmüller等研究明显降低。辐射剂量通常采用ED＝DLP×K计算所得，一般研究采用胸部转换系数（K=0.017mSv/mGy·cm）。Hurwitz等[4]认为心脏转换系数应为0.025mSv/mGy·cm，本研究虽采用后者K值，但辐射剂量仍明显低于前研究，这可能是因为多排螺旋CT由于其覆盖范围不足，只有采用螺旋方式进行弥补，由心底到心尖的扫描过程需要5～8个R-R间期，通过Segments法将多个R-R间期的数据进行分离组合，也就是利用5～8s内在不同时间点上的数据组成了图像，而320排CT是容积扫描，Z轴宽度达160mm，一次扫描即可获得全心容积图像数据，这样患者检查时所接受的辐射剂量也明显减低。

本研究表明，随着心率增快，图像质量下降而辐射剂量增高。故如何安全有效的降低患者心率，使低剂量冠状动脉成像方法运用于更多受检人群，进一步减少冠状动脉CT成像的ED，有利于该项检查在临床中的推广运用。

总之，320排CT冠状动脉成像是一种安全、无创、经济、准确的检查方法，具有较高诊断准确性，可作为冠状动脉疾病筛查的首选方法。

[1] Murray CJ, Lopez AD. Alternative projections of mortality and disability by cause 1990-2020: global burden of disease study.Lancet, 1997, 349: 1498-504.

[2] Austen WG, Edwards JE, Erye 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 Circulation,1975, 51: 5-40.

[3] Einstein AJ, Elliston CD, Arai AE, et al. Radiation dose from single-heartbeat coronary CT angiography performed with a 320-detector row Volume scanner. Radiology, 2010, 254: 698-706.

[4] Hurwitz L, Reiman R, Yoshizumi T, et al. Radiation dose from cotemporary cardiothoracic multidetector CT protocols with anthropomorphic femal phantom: implications for cancer induction.Radiology, 2007, 245: 742-50.

[5] 李 敏，孙 纲，彭兆辉，等.冠状动脉CT血管成像对无症状人群非钙化性斑块危险因素的初步分析.中华临床医师杂志(电子版)，2011, 5:1007-1012.

[6] Frank J, Rybicki, Hansel J, et al. Initial evaluation of coronary images from 320-detector row computed tomography.The International Journal of Cardiovascular Imaging, 2008, 24: 535-546.

[7]Hoffillann MH,Shi H,Mnazke R,et al.Noninvasive coronary angiography with 16-dectector row CT:effect of heart rate.Radiology, 2005, 234: 81-97.

[8] 周 诚，沈 云.多层螺旋CT的图像重组原理和技术进展.中华放射学杂志，2006, 40：991-993.

[9]Thai WE, Harper RW, Seneviratne S. Dynamic volume 320-slice CT in the assessment of patent ductus arteriosus for percutaneous closure. Heart, 2010, 96: 321.

[10] Wenstink A, Neefjes L, Kyrzopoulos S, et al. Impact of heart rate frequency and variability on radiation exposure. Image quality,and diagnostic performance in dual-sourse spiral CT coronary angiography. Radiology, 2009, 253: 672.

[11] Banmüller S, Leschka S, Desbiolles L, et al. Dual-source versus 64-section CT coronary angiography at lower heart rates:comparison of accuracy and radiation dose.Radiology, 2009, 253:56-64.

[12] 覃 杰，刘凌云，董云旭，等. 320排CT前瞻性和回顾性心电门控冠状动脉成像：放射剂量、图像质量及诊断结果的对照观察. 中国医学计算机成像杂志，2010, 26：951-954.