不同低对比剂注射方案对冠状动脉CTA图像质量影响的初步研究

余　美，马　跃，王玉科，向纪卉，杨奕婧，侯　阳

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳　110004）

不同低对比剂注射方案对冠状动脉CTA图像质量影响的初步研究

余美，马跃，王玉科，向纪卉，杨奕婧，侯阳

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳110004）

目的：探讨在相同的低碘流率情况下，不同浓度对比剂对低剂量冠状动脉CTA图像质量的影响。方法：前瞻性收录我院90例冠状动脉CTA检查者，随机分为A、B、C三组，每组30例。A组采用常规剂量滤波反投影（FBP）重建，使用350mgI/mL的对比剂。B、C组为低剂量组，采用管电压100 kV，iDOSE4Level 4重建，分别使用350mgI/mL、270mgI/mL的对比剂，B、C两组间碘流率一致。比较三组主、客观图像质量、辐射剂量及碘负荷的差异。结果：A、B、C三组冠脉内CT值、图像噪声及对比噪声比均无统计学差异。B、C组主观图像质量评分各项均≥3分，均能满足临床诊断需要。B和C组间管腔对比度无显著差异。血管边缘锐利度、主观噪声及图像总体质量三组评分均无显著性差异。B、C组碘负荷无显著性差异，较A组减少36.9%～39.6%。B组有效辐射剂量与C组无显著性差异，较A组降低约37.9%。结论：在相同的低碘流率情况下，使用两种不同浓度对比剂（270mgI/mL 和350mgI/mL），所获冠脉CTA图像质量相当，且均与常规剂量FBP重建所获图像质量无明显差异。

冠状动脉疾病；冠状血管造影术；辐射剂量；体层摄影术，螺旋计算机

冠状动脉CTA作为一种无创、快速且准确的冠状动脉检查方法，已被临床广泛应用。与此同时，冠状动脉成像使用的对比剂诱发肾病的问题也日益凸显。对比剂肾病（Contrast induced nephropathy，CIN）是医院获得性肾功能衰竭的第三大主要原因，占医院肾损伤发病率的11%～12%和医院总死亡率的6%[1-2]。对比剂所致的肾毒性与其剂量有关[3]，因此在保证冠状动脉CTA图像质量的前提下，尽量降低对比剂用量尤为重要。降低管电压由于增加光电效应，可提高血管的强化程度，与常规管电压120 kV相比，100 kV血管强化程度可提高25%[4]，这为降低对比剂用量提供了前提条件。本研究通过降低管电压结合迭代重建技术，在基于体质量及体质量指数（BMI）个体化调整对比剂注射方案的前提下，探讨相同低碘流率的两种不同浓度对比剂对冠状动脉CTA图像质量的影响。

1　材料和方法

1.1患者选择

前瞻性收录我院2014年1—3月90例疑诊冠心病拟行256层CT前置门控CCTA检查者。排除标准：怀孕、已知碘对比剂过敏、严重的肾功能不全（肌酐清除率≤120μmol/L）、严重的心律不齐、心功能Ⅲ级以下等。其中男48例，女42例，年龄38～79岁，平均 （57±14）岁，BMI 21.5～30.5 kg/m2，平均（24.3±2.5）kg/m2。受检者按照同期随机原则分为3组，每组30例。该试验经本院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2扫描方法

冠状动脉CTA检查采用256层 CT（Brilliance 256 iCT，Philips Health care）。扫描范围从气管分叉下方1 cm至膈肌。采用对比剂跟踪触发技术，感兴趣区设于主肺动脉窗层面的升主动脉内，触发阈值为180HU。达阈值后嘱患者屏气，6 s后开始扫描。采用Ulrich REF XD 2051双筒高压注射器，18G套管针置于前臂静脉，A组注射对比剂碘海醇（350mgI/mL）70～75mL，注射速度5.0～5.5mL/s，B、C组分别注射对比剂碘海醇 （350mgI/mL）和威视派克（270mgI/mL），根据受检者体质量及BMI个体化调整注射速度（3～5mL/s），具体注射方案见表1，确保B、C两组间碘流率一致（1.0～1.6 g/s），注射时间为12 s，随后以同等速度注入生理盐水30mL。扫描参数：采用前置门控扫描，A组管电压为120 kV，B、C组管电压100 kV，管电流均为210mAs，线束准直0.625mm，FOV 250mm×250mm，扫描长度94.0～140.4mm，平均（123.1±11.5）mm，重组层厚0.9mm，重组间隔0.45mm。受检者扫描实时心率47～88次/ min,平均为（68.0±8.9）次/min，当心率≤70次/min时，触发时相选择R-R间期75%；当心率＞70次/ min时，触发时相选择R-R间期45%，同时采用Padding技术对触发时相前后5%的时相均进行曝光及数据采集。

表1　低剂量B组和C组对比剂注射方案

1.3图像处理及分析

A组原始数据采用FBP重组，B、C组采用i-DOSE4Level 4重组，各序列均采用常规心脏卷积函数XCB。

①图像质量客观评价：在左冠状动脉发出层面测量主动脉根部及左冠状动脉主干的CT值，在左心室中心层面测量左心室和右冠状动脉中段的CT值，在右心室中心层面测量右心室的CT值，在右冠状动脉的水平部分测量右冠状动脉远段的CT值。其中以主动脉根部标准差作为图像噪声，以同层面左主干周围的心包内脂肪CT值作为背景，按照公式：对比噪声比（CNR）=（CT主动脉-CT心包脂肪）/图像噪声主动脉[5]，计算CNR。

②图像质量主观评价：将图像质量最佳时相的各组横断面数据传至EBW 4.01工作站进行分析。采用横断面及曲面重组（CPR）图像对受检者的图像质量进行综合评估，内容包括：血管和周围结构的对比度、管腔边缘的锐利度、主观噪声、总体图像质量。上述主观指标均按照5分法评定[6]，5分：噪声极小，图像非常清晰，目标血管结构边缘锐利，与周围对比良好；4分：噪声较小，图像较清晰，目标血管结构边缘比较锐利，与周围对比较好；3分：噪声尚可，图像清晰度一般，尚可以辨别并做出诊断，目标血管结构边缘略模糊，与周围对比一般尚可分辨；2分：噪声较大，图像不清晰，目标血管结构边缘模糊，与周围对比差，诊断可信度下降；1分：噪声极大，图像分辨不清，无诊断价值。由2名高年资放射科医师采用盲法对图像质量进行评价，意见不一致时，商议决定。

③辐射剂量及碘负荷评价：采用CT剂量指数（CTDI），CT剂量长度乘积 （DLP）及有效辐射剂量（ED）评价患者的辐射剂量。记录扫描过程中CTDI 及DLP值。采用公式：ED=DLP×k计算患者有效辐射剂量（k=0.014mSv·mGy-1·cm-1）[7]。碘负荷为成像过程中所使用对比剂中的碘的含量，碘负荷=对比剂浓度×对比剂用量。

1.4统计学分析

2　结果

2.1一般资料比较

所有受检者均顺利通过检查，无不良反应发生。患者一般特征见表2。各项指标间的差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

表2　三组患者一般资料比较

2.2图像质量评价与比较

①客观图像质量比较：B、C两组主动脉根部、左主干、右冠状动脉中段、右冠状动脉水平段及左心室CT值与A组比较均无显著的统计学意义，但右心室CT值常规剂量A组明显高于低剂量B、C组，差异有统计学意义（P＜0.05），B、C组间无显著差异（P＞0.05）。低剂量B、C组图像噪声略低于常规剂量A组，但差异无统计学意义（F=1.59，P=0.21）。各组间CNR的差异无统计学意义（F=0.26，P=0.77），具体结果见表3，4。

表3　三组不同心血管部位CT值的测量结果比较

表4　常规剂量FBP组与低剂量iDOSE4组客观指标比较

②主观图像质量比较：三组图像主观评分结果见表5。各组主观图像质量评分均≥3分，所获图像均能满足临床诊断需要。B、C组管腔对比度评分较A组有所下降，差异有统计学意义（P＜0.05），但B和C组间管腔对比度评分无显著差异（P=0.36）。血管边缘锐利度、主观噪声及图像总体质量三组评分均无显著性差异（P=0.93，P=0.31，P=0.23）。

表5　三组图像主观评分比较

2.3辐射剂量及对比剂剂量的比较

三组CTDI、DLP、ED值及碘负荷比较见表3。B、C组CTDI、DLP、ED无显著性差异，均较A组明显减低，其中B、C组ED（1.8±0.2）mSv较A组（2.9± 0.3）mSv降低约 37.9%。低剂量 B、C组碘负荷（（16.1±1.8）g vs 15.4±1.7）g）无显著性差异，较常规剂量A组（（25.5±0.9）g）减少36.9%～39.6%。

3　讨论

本研究显示在应用迭代重建的低管电压CCTA中，个体化的低碘流率对比剂应用方案可取得与常规辐射剂量及对比剂用量相当的图像质量，且碘流率相同时，对比剂浓度对图像质量无显著影响。

降低管电压使光子能量更接近碘的结合能，光电效应的增加，血管强化CT值提高，从而增加血管与其周围组织结构的对比，使得减少含碘对比剂的用量成为可能[8]，但降低管电压同时增加了图像噪声。近年来兴起的迭代重建算法可以有效降低图像噪声，提高图像信噪比，改善成像质量[9-10]。因此，适当降低管电压并结合迭代重建算法，既可增加强化后血管的CT值，又能补偿低电压引起的噪声增高，为降低对比剂用量提供了前提条件。本组数据显示，低电压扫描结合迭代重建的B、C组图像噪声均值为32.8～34.1HU，低于常规电压FBP的A组（36.3HU），但差异无统计学意义，证实了迭代重建有效降低了图像噪声，另外，由于低电压扫描血管腔内对比度显著提升，尽管降低了对比剂的用量，B、C组仍获得了较高的CNR，且与A组无显著的统计学差异。低电压B、C组有效辐射剂量（1.8mSv）均较常规电压A组（2.9mSv）明显减低，降低幅度约37.9%，与以往文献相近[11-12]。

笔者发现，根据BMI个体化设置碘流率，可有效降低碘负荷总量，且维持较好的图像质量。低电压100 kV联合iDOSE4Level 4重建的B、C组与常规电压120 kV结合FBP重建的A组各冠脉主支CT值的差异均无统计学意义，各组冠状动脉和主动脉CT值均在300 HU以上，可以很好满足冠状动脉CTA的诊断需求[13]。同时，B、C组的右心室CT值明显低于A组，这是由于A组的对比剂应用未采用个体化方案，对比剂用量偏大，易产生对比剂硬化伪影，从而干扰右冠状动脉的显示。而B、C组，采用个体化方式设置流率及用量，减少了不必要的对比剂残留，无硬化伪影，更有利于对右冠状动脉的观察。B、C组碘负荷（（16.1±1.8）g vs（15.4±1.7）g）可较常规剂量A组（（25.5±0.9）g）减少36.9%～39.6%。上述结果与以往文献[14-16]报道一致。

图1～3　A～C组的正常BMI受检者主观图像质量未见显著差异。图1：男，53岁，76kg，25.3kg/m2，350mgI/mL，常规剂量（120 kV，70mL，5mL/s）FBP重组图像，血管对比度、边缘锐利度、主观噪声及图像总体质量评分均为5分。图2：男，58岁，78 kg，25.8 kg/m2，350mgI/mL，低剂量（100 kV，50mL，4mL/s）iDOSE4重组图像，血管对比度、边缘锐利度、主观噪声及图像总体质量评分为4分、5分、4分、5分。图3：女，50岁，71 kg，24.8 kg/ m2，270mgI/mL，低剂量（100 kV，60mL，5mL/s）iDOSE4重组图像，血管对比度、边缘锐利度、主观噪声及图像总体质量评分均为4分、5分、5分、5分。Figure 1～3.　There were no significant differences in subjective image quality among group A,B,C.Figure 1:A 53-year-old male with a body mass index(BMI)of 25.3 and body weight of 76 kg was scanned by using the conventional dose(120 kV，350mgI/mL,70mL,5mL/s)with FBP.Image quality(IQ)scores were 5,5,5,and 5 for contrast,sharpness,subjective noise,and acceptability,respectively.Figure 2:A 58-year-old male with BMI of 25.8kg/m2and body weight of 78 kg was scanned by using the low dose(100 kV,350mgI/mL, 50mL,4mL/s)with iDOSE4.IQ scores were 4,5,4 and 5 for contrast,sharpness,subjective noise,and acceptability,respectively.Figure 3:A 50-year-old male with BMI of 24.8 kg/m2and body weight of 71 kg was scanned by using the low dose(100 kV,270mgI/mL,60mL,5mL/s)with iDOSE4.IQ scores were 4,5,5 and 5 for contrast,sharpness,subjective noise,and acceptability,respectively.

本研究显示，相同碘流率下，使用不同浓度对比剂对两组心血管腔内的CT值、SD及CNR无显著影响，即相同碘流率的不同注射方案可以获得相同的血管强化程度，这与Mihl等[17]的研究结果一致。主要因为靶血管的强化程度更多的取决于碘流率，即碘浓度与注射速率的乘积[18]，此值与血管强化程度呈正相关。目前，国内外学者的研究表明CTA的注射速率一般为4～5mL/s，这样既能保证扫描图像清晰，也可减少对比剂渗漏的发生[19-20]。使用较高浓度对比剂，注射速度相对较低，降低了血管破裂的发生率，并且对心脏的瞬时容量负荷也相应减小。但高浓度对比剂其渗透压及黏滞度增高，对比剂的肾毒性增大，可能会增加CIN的发生概率[21]。使用低浓度对比剂，趋于等渗，肾毒性降低，但注射速度需相应提高，由于血管所能承受的压力有限，对比剂注入速度不能无限增大，特别是对于血管弹性较差的病人如老年人等，易发生血管破裂，引起对比剂的外渗。笔者认为在实际扫描应用中，应该把握适度原则，根据不同人群的特点进行个体化选择为宜。

本研究的局限性：①每组样本量较少，有待进一步扩大样本量。②由于受辐射剂量和对比剂用量方面的因素，很难做到自身对照实验，不同个体的心功能或者血流动力学之间可能存在差异，所得的结论只是相对的；③主要关注于主、客观图像的比较，而对于冠脉病变未作进一步分析，有待深入研究。

综上所述，在应用迭代重建的100 kV冠脉CTA成像中，在相同的低碘流率情况下，使用不同浓度对比剂 （270mgI/mL和350mgI/mL），均与常规剂量FBP重建图像质量相当并可显著降低辐射剂量与对比剂用量。

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Com parison of image quality among different low dose contrast materials injection protocols in coronary CT angiography

YU Mei,MA Yue,WANG Yu-ke,XIANG Ji-hui,YANG Yi-jing,HOU Yang
(Department of Radiology,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To compare the image quality(IQ)of different contrast materials(CM)injection protocols with low identical iodine delivery rate(IDR)for low-dose coronary CT angiography(CCTA)with iterative reconstruction(IR)technique.Methods:Ninety consecutive patients who underwent prospective electrocardiogram-CCTA on a 256-MDCT scanner were randomized to three groups:group A,which4level 4.The subjective IQ,objective IQ,radiation dose and iodine load were compared among the three groups.Results:There were no significant differences in the image noise,contrast-to-noise ratio and attenuation of coronary among these three groups.Group B and C had good scores of the subjective IQ(≥3),and it could satisfy the clinical use.There was no significant difference of lumen contrast between group B and C.No significant differences of sharpness,subjective noise,and acceptability of images were observed,but the contrast dose of group A was significantly higher than group B and C.Mean iodine load of group A were 36.9%～39.6%higher than group B and C,and there was no difference between group B and C.The effective radiation dose of group B and C was 37.9%lower than group A,and there was no difference between group B and C.Conclusions:Equivalent and adequate diagnostic IQ can be achieved by using different iodine-concentration contrast materials(270mgI/mL and 350mgI/mL)when the IDR were kept identical in low-dose 256-MDCT coronary angiography with iDOSE4 level 4,compared with the IQ by using conventional tube output and FBP.

CM(350mgI/mL),was scanned by using the conventional tube output(120 kV) with filtered back projection(FBP).Group B which

CM(350mgI/mL)and group C which

CM(270mgI/mL)had identical IDR adapted to body mass index and weight,and scanned by 100 kV with iDOSE

Coronary disease;Coronary angiography;Radiation dosage;Tomography,spiral computed

R543.3；R814.42；R814.43

A

1008-1062（2015）11-0779-05

2015-05-18

余美（1989-），女，陕西榆林人，医师。现工作单位：第四军医大学唐都医院放射科。

侯阳，中国医科大学附属盛京医院放射科，110004。

辽宁省自然科学基金（项目编号：2013021076）。