低浓度对比剂大螺距前门控双源CT冠状动脉成像初步研究

武永杰，赵宏亮，魏梦绮，刘莹，石明国，宦怡，郑敏文

低浓度对比剂大螺距前门控双源CT冠状动脉成像初步研究

武永杰，赵宏亮，魏梦绮，刘莹，石明国，宦怡，郑敏文

【摘要】目的：评价低浓度对比剂Flash双源CT大螺距冠状动脉成像联合应用低kV和迭代重建算法对血管强化程度、图像质量和辐射剂量的影响。方法：对120例体重指数（BMI）＜25kg/m2、心率≤65次/分且稳定的患者进行前瞻性心电触发大螺距双源CT冠状动脉扫描，检查者随机分成低浓度对比剂组（A组，60例）和高浓度对比剂组（B组，60例）。A组对比剂使用碘克沙醇（浓度为270mg I/mL），管电压为80kV，图像重建采用迭代重建算法（SAFIRE）；B组对比剂使用碘普罗胺（浓度为370mg I/mL），管电压为100kV，图像重建采用滤波反投影算法（FBP）。两组图像均测量左右冠状动脉开口处、升主动脉根部及心底层面的胸主动脉CT值，并比较两组图像的噪声、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、主观图像质量评分和有效辐射剂量。结果：碘克沙醇270组各解剖部位平均强化CT值均明显高于碘普罗胺370组，差异均具有统计学意义（P＜0.05）。碘克沙醇270组图像噪声、SNR、CNR较碘普罗胺370组略高，但差异均无统计学意义（P＞0.05）。两组主观图像质量评分分别为（1.62±0.69）和（1.51±0.65），差异克统计学意义（P＞0.05）。碘克沙醇270组有效辐射剂量较碘普罗胺370组明显降低［分别为（0.25±0.05）mSv和（0.55±0.11）mSv，P＜0.001］，低浓度组辐射剂量较高浓度组降低了54.5%。结论：当联合应用低kV和迭代重建算法时，即使使用低浓度对比剂（270mg I/mL）进行Flash双源CT大螺距冠状动脉成像，依然可以提高血管的对比强化效果且不降低图像质量，还能大幅度降低有效辐射剂量。

【关键词】冠状动脉；对比剂；体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助

作者单位：710032 陕西，第四军医大学西京医院放射科

冠状动脉CT成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）是一种有效的冠心病无创性筛查方法，有着很好的成像效果及很高的诊断符

合率［1］，但CCTA辐射剂量造成的潜在癌变危害性也受到人们的广泛关注，据文献报道，64排CT的平均CCTA辐射剂量为15.7mSv［2］，另外肾脏损害也随着含碘对比剂的广泛使用而随之升高。西门子第二代双源CT所特有的大螺距（螺距最大可至3.4）螺旋扫描模式，可在一个心动周期内完成心脏扫描，其CCTA辐射剂量可降至1mSv以下［3］。选择低碘浓度对比剂可以降低患者肾脏碘负荷，但低碘浓度对比剂会导致靶血管内的强化CT值下降。而低kV技术则可明显提高靶血管的CT值且同时降低辐射剂量，但噪声会明显增加，使图像质量降低。最新的迭代重建技术可有效降低图像噪声，提高图像的信噪比（signal noise ratio，SNR）和对比噪声比（contrast noise ratio，CNR），从而保持甚至提高图像质量［4，5］，因此可以弥补由于低kV造成的噪声增加和图像质量下降。本文尝试使用低碘浓度对比剂（碘克沙醇270）联合应用低kV技术和迭代重建算法进行Flash双源CT冠状动脉成像，预期研究目标是保持图像噪声不增加和图像质量不降低，并大大降低有效辐射剂量。

材料与方法

1.病例资料

120例（男75例，女45例，年龄35～85岁，平均54.8岁）疑诊为冠心病拟行CCTA的患者被纳入本组研究。排除标准:心律失常，肾功能损伤（血清肌酐水平＞1.5mg/dl），对比剂过敏史，既往确诊冠心病行支架置入术及搭桥手术者，心衰，未经治疗的甲状腺功能亢进，孕妇，扫描前心率＞65次/分及体重指数（body mass index，BMI）＞25kg/m2的患者。所有患者按照所用对比剂的不同随机分为两组:A组使用碘克沙醇270（对比剂浓度为270mg I/mL）；B组使用碘普罗胺370（对比剂浓度为370mg I/mL）。记录所有患者的年龄、性别、身高、体重和心率等一般资料。

2.CT检查方法

所有患者均采用西门子第二代双源CT（Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare）进行扫描，扫描前给予0.5～1.0mg硝酸甘油舌下喷洒，采用前瞻性心电触发大螺距螺旋CT扫描模式。碘克沙醇270组管电压80kV，参考管电流300mAs；碘普罗胺370组管电压100kV，参考管电流300mAs。两组其余相同的扫描参数如下:数据采集预设在60% R-R间期［6］，采用Z轴飞焦点技术，层面采集厚度2×128× 0.6mm，球管旋转时间280ms，采用自动管电流调制技术进行扫描。对比剂总量为60～70mL，追加生理盐水40mL，注射流率均为5mL/s。扫描时启用对比剂团注追踪技术，在左心房设置兴趣区［7］，当兴趣区CT值等于100HU时延迟11s开始扫描。

3.图像重建

所有图像数据均传至工作站（syngo MMWP VE 36A，Siemens Healthcare），由两名经验丰富的心脏放射医师对所有冠状动脉的轴面、曲面重建图像进行质量分析与评价。碘克沙醇270组采用SAFIRE迭代重建，重建核I26f，迭代系数选用厂家推荐的strength3（strength1-5，可据此相应调节图像噪声和效果）；碘普罗胺370组采用常规的FBP重建，重建核B26f。图像重建层厚0.75mm，重建间隔0.5mm，矩阵大小512×512。

4.血管强化及客观图像质量评价

在左右冠状动脉开口处、升主动脉根部、膈面胸主动脉轴面或斜轴面图像上设置兴趣区。兴趣区尽可能大，且需避免运动伪影、钙化或软斑块的影响。测定靶血管内的CT值作为血管强化程度的指标，噪声定义为CT值（HU）的标准差，所有解剖部位均测量3次，取3次CT值及噪声值的平均值为最终的CT值和噪声值。测定胸骨前方气体的噪声作为背景噪声（SD），测定脊柱旁肌肉的CT值为肌肉CT值，根据公式计算SNR及CNR，SNR=靶部位CT值/背景SD；CNR=（靶部位CT值-肌肉CT值）/背景SD。

5.主观图像质量评价

主观图像质量评价由两名有经验的心脏放射医师在不知所用对比剂、扫描参数和重建算法的情况下独自对所有图像进行评价。冠状动脉节段根据美国心脏协会（AHA）的标准［8］分为16个节段进行评价。右冠状动脉:1近段，2中段，3远段，4后降支，5左主干；左前降支:6近段，7中段，8心尖，9第一对角支，10第二对角支；左旋支:11近段，l2钝缘支，13远段，14后侧支，l5后降支；若存在中间支，标记为16段。对管径≥1.5mm的冠脉节段根据图像噪声、轮廓和总体印象采用4分法进行评估（1分=极好；2分=好；3分=中等；4分=差）［9］。1～3分被认为具有诊断价值，诊断意见不一致时协商达成一致。

6.有效辐射剂量

记录所有患者的CT辐射剂量指数（computed tomography dose index，CTDI）、剂量长度乘积（dose-length product，DLP），计算有效辐射剂量（effective dose，ED），ED为DLP与转换系数k的乘积，转换系数采用胸部CT扫描时的k值（0.014mSv/mGy•cm）［10］。

7.统计学分析

应用SPSS19.0软件进行统计学分析。连续变量资料采用均值±标准差（x±s）表示，两组间比较采用成组t检验，计数数据的比较采用χ2检验。两位医师

对图像主观评分的一致性分析使用kappa检验，kappa 值0.21～0.40表示一致性较差，0.41～0.60表示一致性中等，0.61～0.80表示一致性较好，0.81～1.00表示一致性极好，以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.两组一般资料和扫描参数

所有120例患者的双源CT冠状动脉扫描均成功进行。患者一般资料和扫描参数见表1。两组患者的年龄、性别、体重、身高、BMI、心率及扫描参数差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表1　两组患者一般资料和扫描参数比较

2.血管强化评价比较

碘克沙醇270组左、右冠状动脉开口以及大血管处CT值较碘普罗胺370组差异均有统计学意义（P＜0.05），碘克沙醇270组强化CT值均明显高于碘普罗胺370组（表2，图1）。

表2　冠状动脉近段及其它解剖部位对比增强CT值比较 （HU）

3.客观和主观图像质量评价比较

碘克沙醇270组不同解剖部位的图像噪声、SNR 和CNR较碘普罗胺370组差异均无统计学意义（P＞0.05），但低浓度组的噪声、CNR、SNR均略高于后者（表3）。碘克沙醇270组和碘普罗胺370组冠状动脉节段主观图像质量评分（图2、3）分别为1.62±0.69 和1.57±0.65，差异无统计学意义（P＞0.05），两组不同评分的冠状动脉节段百分比及可诊断节段百分比差异均无统计学意义（表4）。碘克沙醇270组中有4个节段不可评价，碘普罗胺370组中仅1个节段不可评价，均为右冠2段，为搏动伪影所致。两组图像质量评分评价者间的一致性极好（κ=0.86）。

4.辐射剂量比较

记录所有图像的平均CTDIvol（mGy）、DLP （mGy•cm）及扫描长度。根据公式计算出碘克沙醇270组有效辐射剂量为（0.25±0.05）mSv，碘普罗胺

表3　兴趣区图像噪声、SNR和CNR比较

表4　两组图像质量评分冠脉节段数及百分比比较 （个，%）

370组有效辐射剂量为0.55±0.11。低浓度组有效辐射剂量较高浓度组降低了54.5%（P＜0.001，表5）。

表5　碘克沙醇270组与碘普罗胺370组辐射剂量比较

讨 论

1.对比剂浓度与心血管CT成像效果

对比剂肾病（contrast induced nephropathy，CIN）主要取决于患者碘的摄入量［11］，尽可能减少对比剂的总碘量可以降低患者发生对比剂肾病的风险，因此，选择低碘浓度对比剂是降低患者碘负荷的方法之一。但是，使用低浓度对比剂理论上会造成靶血管强化程度（CT值）的降低。有研究对比了几种不同浓度对比剂的冠状动脉CT成像效果，当采用相同对比剂总量、相同流率时，低浓度对比剂组冠状动脉CT值明显低于高浓度对比剂组［12］，而这可能会导致冠状动脉图像质量和狭窄评价准确率的降低。从对比剂的角度来说，想要提高血管的强化程度可以通过增加对比剂的注射流率或使用高浓度对比剂来实现，但提高注射流率需要患者有更粗大的血管并采用更大号的套管针，这大大增加了对比剂外渗的风险［13］；而使用高浓度对比剂，如浓度为400mg I/mL时，由于粘稠度明显增加，也会增加操作的难度和对比剂外渗的风险。因此，使用低浓度对比剂，不仅可以降低患者的肾脏碘负荷，同

时因其粘稠度低，操作难度和对比剂外渗风险明显下降，但随之而来的问题是，靶血管的强化程度也会下降［14-15］。

图1　碘克沙醇270组与碘普罗胺370组不同解剖部位强化CT值、图像噪声、CNR和SNR比较条图。碘克沙醇270组各部位强化CT值均高于碘普罗胺370组，差异有统计学意义。碘克沙醇270组各部位图像噪声、CNR、SNR值均略高于碘普罗胺370组，但差异无统计学意义。RCA:右冠开口；LCA:左冠开口；aAO:升主动脉根部；dAO:膈面胸主动脉。a）两组不同解剖部位强化CT值比较条图；b）两组不同解剖部位图像噪声值比较条图；c）两组不同解剖部位CNR值比较条图；d）两组不同解剖部位SNR值比较条图。

2.低kV与心血管CT成像效果及图像质量

想要提高靶血管的强化CT值，降低管电压是一种好的方法。相关CT血管成像研究已证实，低kV技术可以明显提高靶血管的增强效果即CT值［16］。采用低管电压（如80kV）扫描，可增加X线与原子间的光电效应，特别是增加了高原子序数元素如骨等含钙结构和含碘对比剂的光电效应，使X线光子平均能量更接近碘的K缘，从而使康普顿散射效应降低，CT值增加。因此，当使用低浓度对比剂而使血管强化程度降低时，降低管电压理论上会提高靶血管的强化值从而弥补CT值的减低。本研究采用相同的对比剂总量（60～70mL）和相同的注射流率（5mL/s），由此获得的碘流率碘普罗胺370组为1.85g I/s，碘克沙醇270组仅为1.35g I/s。尽管碘克沙醇270组的碘浓度和碘流率均低于碘普罗胺370组，但设置80kV管电压扫描后，靶心血管部位的强化CT值均高于碘普罗胺370组，差异有统计学意义（P＜0.05）。本组研究结果进一步证实了低kV扫描的增加血管CT值的作用，即使在使用270mg I/mL这样的低浓度对比剂时仍然可以保持冠状动脉内和其它心血管解剖部位内的强化CT值。但低kV会导致图像噪声和伪影增加，使图像质量降低，这是由于X线光子能量的降低使得对kV值高敏感的硬线束伪影增加造成的，这一限制使得低kV技术难以发挥其优势且无法在临床上广泛应用。

3.迭代重建算法、滤波反投影（FBP）算法与图像质量

FBP重建算法是临床应用广泛的传统图像重建方法，数学解析过程简单，重建速度较快，但因未考虑到光子和电子噪声，容易产生各种噪声和伪影，图像质量易受影响而下降。新近应用于临床的迭代重建算法，不同于FBP，是将获得的图像数据与基于统计的、考虑到光子和电子噪声的理想噪声模型进行比较，去除噪声，得到校正图像。因此，该技术可以在重建图像时使噪声降低，提高图像的信噪比和对比噪声比，保持空间分辨力和其它图像质量参数不变，从而保持甚至提高图像质量。这一技术目前已经广泛应用于CT低剂量研究，包括冠状动脉CT成像［5，17-19］，其中一些研究设置了相同的管电流和管电压［17］，对比迭代重建和FBP两种重建方法的冠状动脉图像质量，结果证实迭代重建可以明显降低噪声，提高图像质量。另一些研究进一步对比了不同迭代强度的图像质量，发现强度越高，图像噪声越低，但图像效果也更加呈现修饰后的“虚假”感，因此一般推荐使用中等强度迭代重建值。还有一些研究则分别降低kV值［17］或mAs［19］，对比两种重建方法的图像质量和辐射剂量，结果显示当降低kV值或管电流而使图像质量降低时，采用迭代重建可以保持图像质量，从而间接降低辐射剂量。本组研究采用了低浓度对比剂，并在管电流相同（300 mAs）的前提下，采用低kV （80kV）扫描，这显然会导致低碘浓度组图像的噪声明显增加。然而，由于使用了迭代重建技术，结果显示

低浓度组与高浓度组之间的图像噪声和主观图像质量差异均无统计学意义。本研究结果证实在使用低浓度对比剂冠状动脉CT成像中，即使降低管电压，但联合应用迭代重建技术依然可以有效地抑制图像噪声，从而保持图像质量不降低。

图2　使用碘克沙醇270患者体重指数为23.4kg/m2，扫描参数为80kV，300mAs。a）右冠状动脉图像；b）前降支图像；c）回旋支图像。 图3 使用碘普罗胺370患者体重指数为24.8kg/m2，扫描参数100kV，300mAs。图2、3两例显示均极好，主观评分均为1分，冠状动脉对比增强强度无明显差异。a）右冠状动脉图像；b）前降支图像；c）回旋支图像。

4.大螺距扫描、迭代重建算法与降低辐射剂量

第二代双源CT所特有的前门控大螺距螺旋扫描拥有更宽的探测器和更高的旋转速度，第二套球管探测器可以填补第一套探测器和球管的间隙，实现了大螺距无间隙扫描，可以在一个心动周期内完成全心扫描，避免了因多个心动周期采集及重建所致的图像阶梯样伪影，极大地降低了辐射剂量，使冠状动脉图像质量也明显提高。据文献报道，采用大螺距扫描模式行冠状动脉CT成像的辐射剂量可低于1mSv［3］。迭代重建技术是最近应用于临床的一项可降低辐射剂量的新技术，这一技术本身并不能降低辐射剂量，但其对于图像的“修饰”作用，可弥补降低kV和mAs所带来的噪声增加和图像质量降低，从而间接具有了降低辐射剂量的作用。本组研究采用了第二代双源CT特有的前瞻性心电触发大螺距螺旋扫描模式，大幅度地降低了辐射剂量，低碘浓度组有效辐射剂量仅为（0.25± 0.05）mSv，显著低于高碘浓度组的（0.55± 0.11）mSv，两组差异有统计学意义（P＜0.001），这一结果比其它高浓度对比剂迭代重建研究结果还要低［6，20，21］，因为本组采用的管电压更低（为80kV），其它研究管电压设置一般为120kV或100kV。低kV联合迭代重建算法保持了主观和客观图像质量不降低，还大幅度降低了辐射剂量。

5.研究限度

本研究存在以下局限性:①研究纳入的病例数较少，每组只有60例患者。尽管两组间主观图像质量和客观图像质量差异均无统计学意义，但研究结果尚需大样本进一步证实；②纳入研究的都是BMI＜25kg/m2、心率≤65次/分且稳定的患者，对BMI＞25kg/m2以及心率快人群有待进一步研究；③由于广泛钙化会影响图像的观察和CT值的测量，本研究没有评价广泛钙化的冠状动脉；④本研究未评价CT诊断冠状动脉狭窄的准确率，这也是我们下一步研究的主要内容；⑤本研究仅应用了一个迭代重建系数（strength3）的图像与FBP重建图像进行比较，没有对五个（strength1～

5）迭代系数分别重建图像并进行图像质量对比。

综上所述，本组研究初步证实，低浓度对比剂（270mg I/mL）进行Flash双源CT冠状动脉成像时，联合应用低kV和迭代重建技术，可保持冠状动脉的对比强化CT值且不降低图像质量，还能大幅度降低有效辐射剂量。

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•乳腺影像学•

WU Yong-jie，ZHAO Hong-liang，WEI Meng-qi，et al.Department of Radiology，Xijing Hospital，Fourth Military Medical University，Xi'an 710032，P.R.China.

Preliminary study of low concentration contrast material for high-pitch dual-source CT coronary angiography

【Abstract】Objective:To assess the impact of low concentration contrast medium with FLASH dual source high-pitch CT coronary angiography in combination with low kV and iterative reconstruction on the vascular enhancement，image quality and radiation dosage.Methods:120patients with BMI＜25kg/m2，heart beat≤65/m stably were recruited in this study. ECG-triggered high-pitch spiral acquisition dual-source CT coronary angiography was performed prospectively.Patients were randomly divided into a low contrast medium concentration group（group A）and high concentration group（Group B）with 60patients for each group.Iodixanol 270（270mg I/mL）were injected and low tube output（80kV）were used in Group A，images were reconstructed using iterative reconstruction technique（SAFIRE）.Iopromide 370（370mg I/mL）and 100kV tube output were used in Group B，images were reconstructed using filtered back projection（FBP）.CT values were measured at the orifice of left and right coronary artery，root of ascending aorta and base of heart.Image quality was scored subjectively，the noise，SNR，CNR and effective radiation dose of the two groups were compared.Results:The mean CT values after enhancement achieved at different anatomic sites of Group A was obviously higher than that of Group B，with statistical difference（P＜0.05）.The image noise，SNR and CNR of Group A were slightly higher than that of Group B，with no statistic difference（P＞0.05）.The subjective score of image quality of the two groups was（1.62±0.69）and（1.51± 0.65）respectively，with no statistic difference（P＞0.05）.The effective radiation dose was（0.25±0.05）mSv in Group A，which was markedly lower than that of Group B，（0.55±0.11）mSv，with significant statistic difference（P＜0.001），with the reduction of dosage as 54.5%.Conclusions:The results demonstrated that with FLASH dual-source high-pitch spiral acquisition mode in combination with iterative reconstruction and low tube voltage for CT coronary angiography，even low concentration contrast medium（270mg I/mL）was used，the effect of contrast enhancement of blood vessels could still be improved without impairing the image quality，also the effective radiation dosage could be significantly lowered.

【Key words】Coronary artery；Contrast medium；Tomography，X-ray computed；Image processing，computer-assisted

收稿日期:（2014-12-08 修回日期:2015-02-04）

基金项目：陕西省社会发展攻关课题（2013K12-20-03）

通讯作者：郑敏文，E-mail:zhengmw@fmmu.edu.cn

作者简介：武永杰（1985-），男，山西长治人，硕士研究生，主要从事影像诊断工作。

DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.05.012

【中图分类号】R541.4；R814.42

【文献标识码】A

【文章编号】1000-0313（2015）05-0554-06