低管电流结合迭代重建双源双能量冠状动脉CT血管成像降低辐射剂量的可行性

潘晓龙 PAN Xiaolong

韩 丹 HAN Dan

邓亚敏 DENG Yamin

段 慧 DUAN Hui

张正华 ZHANG Zhenghua

赵 卫 ZHAO Wei

低管电流结合迭代重建双源双能量冠状动脉CT血管成像降低辐射剂量的可行性

潘晓龙 PAN Xiaolong

韩 丹 HAN Dan

邓亚敏 DENG Yamin

段 慧 DUAN Hui

张正华 ZHANG Zhenghua

赵 卫 ZHAO Wei

作者单位
昆明医科大学第一附属医院医学影像科云南昆明 650032

目的 双能量冠状动脉CT血管成像（CTA）是一种非常具有前景的一站式检查，但较高的辐射剂量使其应用受到限制，本文拟探讨低管电流结合基于原始数据的迭代重建（SAFIRE）技术双能量冠状动脉CTA低剂量检查的可行性。资料与方法 120例检查者根据A球管电流随机分为常规180 mAs、滤波反投影重建组及低剂量150 mAs、120 mAs、90 mAs组，每组30例，低剂量组采用SAFIRE 3重建，比较4组平均CT值、图像噪声（SD）、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、图像质量主观评分及辐射剂量（ED）。结果 4组病例冠状动脉显示节段、平均CT值差异无统计学意义（P＞0.05），图像质量主观评分、SD、SNR、CNR差异有统计学意义（P＜0.05），其中150 mAs组图像质量主观评分、SNR、CNR最高，SD最低；但常规180 mAs组与90 mAs组图像质量主观评分、SD、SNR、CNR差异无统计学意义（P＞0.05）；4组ED分别为（5.50±1.47）mSv、（4.55±1.16）mSv、（3.41±0.77）mSv、（2.44±0.67）mSv（P＜0.05），90 mAs组较180 mAs组ED下降了55.62%。结论90 mAs结合SAFIRE行双能量冠状动脉CTA检查能够保证图像质量，并大幅降低辐射剂量，具有较好的应用前景。

冠心病；体层摄影术，X线计算机；冠状血管造影术；辐射剂量

冠状动脉CT血管成像（CTA）以较高的敏感度、特异度、阳性预测值和极高的阴性预测值，成为临床筛查冠心病的首选方法[1]。双能CT冠状动脉造影（dualenergy coronary computed tomography angiography，DECCTA）一次扫描既可以显示冠状动脉的解剖结构，又能提供病变冠状动脉供血区域心肌灌注情况[2-3]、评估心功能，并有望分析斑块成分[4-6]，是一种极有前景的一站式检查。然而，DE-CCTA检查的辐射剂量较高，平均约10 mSv[3,7-11]，限制了该技术的临床应用。由于双能量技术管电压为固定值，降低管电流成为降低辐射剂量的唯一途径。因此，本研究拟探讨低管电流结合迭代重建技术降低辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 连续收集2014年1—8月昆明医科大学第一附属医院临床怀疑冠心病并行冠状动脉CTA检查的120例患者，男78例，年龄32～83岁，平均（56.29±12.83）岁；女42例，年龄27～84岁，平均（57.45±12.70）岁。纳入标准：心率＜70次/min，窦性心率且心律齐，体重指数（BMI）18.5～24.0 kg/m2；排除标准：碘对比剂过敏、肾功能不全（血肌酐＞120 mg/L）、心功能不全及严重心律不齐、屏气不能、硝酸甘油使用禁忌证、冠状动脉搭桥术后复查患者、BMI＜18.5 kg/m2或≥24.0 kg/m2者。所有患者检查前均签署知情同意书。120例患者根据A球管电流和重建方式分为4组，4组患者年龄、心率、BMI及扫描长度（LEN）差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 4组患者年龄、心率、BMI及LEN比较

1.2 仪器与方法 采用Siemens第二代双源CT（Somatom Definition Flash CT），双能冠状动脉扫描模式，患者舌下含服硝酸甘油5 mg，心率＞70次/min者，检查前30 min口服酒石酸美托洛尔片25 mg。扫描参数：A管电压100 kV，B管电压Sn140 kV，Care dose4D打开，准直器128×0.6 mm，视野260 mm×260 mm，旋转时间0.28 s，螺距随心率自动调整，层厚均为0.75 mm，层距均为0.50 mm。全剂量扫描范围为30%～80%。采用对比剂示踪法（bolus-tracking），感兴趣区触发层面为主动脉根部，阈值100 HU，延时6 s。扫描范围为气管隆突下10 mm至心脏膈面，右侧肘正中静脉穿刺置18G套管针，注射非离子型对比剂碘海醇（350 mgI/ml）50～60 ml，流速5 ml/s，然后注射生理盐水40～50 ml。A球管电流设置分为常规剂量组180 mAs，低剂量组150 mAs、120 mAs、90 mAs；B球管电流自动匹配。常规剂量组采用传统滤波反投影重建，卷积核为B26；低剂量组均采用基于原始数据的迭代重建（sinogramaffirmed iterative reconstruction，SAFIRE）3级，卷积核为I26。

1.3 图像后处理 所有图像在MMWP后处理工作站进行分析，包括多平面重组（MPR）、最大密度投影（MIP）及容积再现（VR）等后处理，获得多方位冠状动脉图像。根据美国心脏协会制订的标准将冠状动脉分为15段[12]，右冠状动脉近端、中段、远段及后降支相当于段1～4，左主干相当于段5，左前降支近段、中段、远段及第1、第2对角支相当于段6～10，回旋支近段、中段、远段及第1、第2钝缘支相当于段11～15，如果存在中间支则为16段。闭塞血管远端不计入分析。计算血管狭窄程度，见公式（1），并根据血管狭窄程度分为轻度狭窄（＜50%）、中度狭窄（50%～75%）、重度狭窄（76%～99%）、完全闭塞（100%）[13]。

1.4 图像质量主观评价 由2名从事心血管影像诊断主治医师采用双盲法评估，结果不一致时，请上级医师讨论决定。图像质量评分标准[14]：1分：图像质量差，不能作出诊断；2分：图像质量较低，错层较多，从而降低了诊断的可信度；3分：图像质量中等，有一些错层断层伪影，但尚能作出诊断；4分：图像质量好，基本无错层断层，表面结构略模糊，但管腔结构显示清楚并能作出诊断；5分：图像质量非常好，无错层伪影，能够较细致地区分细微结构，并能作出较精确的影像学诊断。图像质量评分3分以上能满足诊断要求，即不影响病灶观察。

1.5 图像质量客观评价 包括图像噪声、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR），噪声取平均CT值的标准差（SD），在横断位图像上于主动脉根部（左主干开口附近）上、中、下3层测量CT值，感兴趣区取0.5 cm2，取3层CT值平均值的标准差，由同一名硕士研究生测量3次取平均值。SNR及CNR计算方法见公式（2）、公式（3）。

1.6 辐射剂量 本研究仅分析冠状动脉CTA的辐射剂量，不包含定位像、冠状动脉钙化积分及示踪技术的辐射剂量。计算容积CT剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose-length product，DLP）及有效剂量（effective dose，ED），ED计算方法见公式（4）。

其中k值采用欧洲CT质量标准指南[15]中推荐的0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.7 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，4组患者的年龄、心率、BMI、图像主观质量评分、SD、SNR、CNR、CTDIvol、ED比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD法，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量主观评分 180 mAs组显示416段冠状动脉，34段因解剖变异未显示，394段（94.7%）图像质量评分≥4分。150 mAs组显示421段冠状动脉，29段因解剖变异未显示，409段（97.1%）图像质量评分≥4分。120 mAs组显示415段冠状动脉，35段因解剖变异未显示，402段（96.9%）图像质量评分≥4分。90 mAs显示418段冠状动脉，32段因解剖变异未显示，393段（94.0%）图像质量评分≥4分。4组图像质量评分比较，差异有统计学意义（F=9.051，P＜0.05）。两两比较结果显示，90 mAs组与150 mAs组、120 mAs组与150 mAs组、150 mAs组与180 mAs组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。各组冠状动脉图像质量评分见表2和图1、2。

2.2 图像质量客观评价 4组患者平均CT值差异无统计学意义（P＞0.05），两两比较差异均无统计学意义（P＞0.05）。4组图像噪声差异有统计学意义（P＜0.05），其中90 mAs与180 mAs组差异无统计学意义（P＞0.05），其余组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。4组SNR、CNR差异有统计学意义（P＜0.05），其中90 mAs组与180 mAs组差异无统计学意义（P＞0.05），其余组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05）。各组患者图像质量客观评分、CT值、SD、SNR及CNR比较见表3。

2.3 辐射剂量 4组患者CTDIvol、DLP、ED比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），90 mAs组较180 mAs组CTDIvol下降了57.82%，DLP和ED均下降了55.62%。6例患者行冠状动脉支架植入术，术中显示病变与DE-CCTA结果相同（以狭窄＞50%比较）。各组辐射剂量见表4。

图1 男，77岁，BMI=23.2 kg/m2，A球管180 mAs，图像质量评分5分，ED为6.13 mSv。CPR图像清晰地显示右冠状动脉近、中段多发钙斑、混斑，管腔轻度狭窄（箭，A）；VR图像清晰地显示右冠状动脉和左前降支管壁不光滑，不同程度地狭窄（箭，B）

图2 男，66岁，BMI=22.5 kg/m2，A球管90 mAs，图像质量评分5分，ED为1.90 mSv。CPR图像清晰地显示冠状动脉左前降支开口、近段及中度多发节段性钙斑、混斑，管腔中度狭窄（箭，A）；VR图像清晰地显示冠状动脉左前降支管壁不光滑，不同程度地狭窄（箭，B）

表2 4组冠状动脉图像质量评分情况（节段数）

3 讨论

双能量成像技术目前已经广泛应用于头颅、颈部、胸部、腹部等多部位多器官的检查，在心脏和冠状动脉也有报道，不仅可以取得良好的解剖图像，同时可以分析病变斑块的成分及狭窄程度，并对心功能进行评价，尤其是对左心功能的评价，并且可以进行负荷心肌灌注成像评估心肌的动态时间衰减曲线情况和心肌血流情况[16]，并提供心肌梗死的综合信息[17]。

第二代双能量技术对于钙化斑块分析更为精确，对冠状动脉狭窄的评估更为准确，同时虚拟平扫技术将有望代替常规平扫进行钙化积分分析。而双能单能谱分析可以重建40～190 keV的单能谱图像，有助于进行不同组织性质的鉴别诊断，对于分析斑块成分，尤其是混合斑块有极大的帮助。同时，全时相数据采集可以对心功能，尤其是左心功能进行良好的评估。因此，双能量成像是一项比较成熟的一站式新技术。

联合国原子辐射效应科学委员会指出，CT年检查频率占所有放射学检查的3%，其辐射剂量占34%或更高[18]，增加罹患放射相关疾病的风险，尤其是对于妇女、儿童等敏感人群，因此目前亟需降低CT检查的辐射剂量[19]。CCTA在CT单部位检查中辐射剂量最大，第一代DE-CCTA检查CT辐射剂量更高。王瑞等[3]、Ruzsics等[7-8]报道平均辐射剂量为10 mSv甚至更高；王怡宁等[9]报道平均辐射剂量为（15.9±1.5）mSv；冯越等[10]报道辐射剂量为（7.42±1.21）mSv；吴伟峰等[11]报道双源CT回顾性心电门控有效剂量为（9.9±0.8）mSv。上述研究中的辐射剂量远超过目前常规前瞻性冠状动脉CTA 3～5 mSv的辐射剂量，限制了该技术的应用和普及。

表3 4组患者图像质量客观评分、CT值、SD、SNR及CNR比较

表4 4组患者CTDIvol、DLP及ED比较

降低冠状动脉CTA剂量的主要方式包括降低管电压[20]及管电流、缩短扫描长度、缩小视野、应用心电门控管电流调制技术[21]、采用前瞻性门控扫描、大螺距快速扫描及服用降心率药物[22]等。由于DE-CCTA检查只能采用回顾性螺旋扫描，而且电压是固定的，只能通过降低电流的方法来降低辐射剂量，这在常规冠状动脉CTA及其他部位CT低剂量技术中应用已较成熟，而在第二代双源CT双能量冠状动脉CTA的应用少有报道。

第二代双源CT（Flash炫速双源CT）由于硬件的改善和能谱纯化技术的运用，能够明显降低辐射剂量；此外，还提供了SAFIRE重建，通过降低SD、提高SNR可以降低扫描条件，达到潜在降低辐射剂量的作用，为降低辐射剂量提供了更大的空间。

尹卫华等[23]研究显示，辐射剂量与管电流成正比，管电流降低50%，辐射剂量降低50%。降低电流可以明显降低辐射剂量。Tatsugami等[24]报道，在不降低图像质量的前提下，根据BMI选择合适的低管电流，可以使男、女患者的ED值分别降低17.9%和26.3%。Leipsic等[25]对449例患者进行研究，结果发现辐射剂量降低了20%。本研究同样采取管电流降低50%，同时Care dose4D打开，辐射剂量下降了55.62%，较既往研究中的辐射剂量下降幅度更大。

本研究中，4组患者年龄、心率及BMI等基本资料均无显著差异，说明该方法适用于任何年龄段人群。4组患者平均CT值无显著差异，反映了降低毫安秒不会改变CT值，同时SAFIRE重建也不会改变CT值。4组患者对冠状动脉显示的节段相同。4组间噪声、SNR、CNR及图像质量主观评分均有显著差异，组间180 mAs与150 mAs、120 mAs组及各低剂量组间差异均有统计学意义，但90 mAs与180 mAs组噪声、SNR及CNR差异无统计学意义，表明降低毫安秒会导致图像质量下降，而且毫安秒越小，图像质量越差，SNR、CNR逐渐减小。徐新[19]报道，在血管成像中CNR＞18为图像质量优，14＜CNR＜18为图像质量良，CNR＜14为图像质量差。本研究中，90 mAs时CNR为17.93±7.38，常规180 mAs时CNR为16.31±5.08，说明90 mAs条件下的图像质量较常规180 mAs略有升高，其可能原因为：①SAFIRE迭代重建具有不改变CT值而明显减低噪声的作用；②SAFIRE迭代重建能够使显示毛糙的管腔变得光滑，改善图像质量尤其是管腔边缘的情况。王海燕等[26]的研究结果发现，随着SAFIRE迭代次数增加，辐射剂量明显下降，平均约55%，但图像蜡像感会随之增加，迭代次数3次较为合适。本研究经过SAFIRE 3重建，90 mAs组较180 mAs组大幅度降低了毫安秒，说明经过SAFIRE 3重建，图像质量明显改善，反而较180 mAs的常规图像质量更佳。这也符合当前第4代低剂量技术提出的“降低辐射剂量，同时提高图像质量”的原则。本组6例低剂量组患者DSA对照显示，DE-CCTA对冠状动脉病变的准确率为100%。

此外，本研究结果显示，90 mAs结合SAFIRE迭代重建组辐射剂量为（2.44±0.67）mSv，较常规180 mAs组辐射剂量下降了55.62%，较第一代双能冠状动脉检查的10 mSv大幅度降低，与前瞻性序列冠状动脉检查相近，与Moscariello等[27]及Ebersberger等[28]运用SAFIRE重建在图像质量略有提高的基础上降低了50%的辐射剂量这一研究结果相似。

对比Flash CT多数采用前瞻性扫描，但在降低辐射剂量方面更明显，李强等[29]报道的辐射剂量为（3.08±0.40）mSv，不能进行左心室功能分析。而Flash扫描模式与之相比，辐射剂量下降更明显，钱萍艳等[30]报道的辐射剂量为（0.75±0.13）mSv，但不能做心功能评估，而且对于受检者的要求更高。因此，同时兼顾形态学与功能性的冠状动脉成像上，低剂量的双能扫描具有优势，根据“在合适的图像质量基础上选择低剂量”的原则，90 mAs是一个既能满足诊断图像质量，又能大幅降低剂量的合适条件，是安全可行的，也是一站式检查的趋势。

本研究的局限性在于：①患者总数偏少，需进一步扩大样本量。只研究体重指数正常范围的患者。②仅对图像质量作了评价，以及部分病例的准确性对照，未完全评价诊断冠状动脉病变的准确性。

总之，对正常体重范围的受检患者临床采用90 mAs结合SAFIRE迭代重建作为新双源CT冠状动脉双能检查，能够大幅降低辐射剂量并保证图像质量，有望用于常规双能冠状动脉CTA的一站式检查。

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（本文编辑 张春辉）

Feasibility of Low Tube Current Combined with SAFIRE to Reduce Radiation Dose in Dual-energy Coronary Artery CT Angiography

Purpose Dual-energy coronary artery CT angiography (CTA) is a very promising one-stop examine, but the radiation dose is too high to hinder the development of the technology. The aim of this article is to explore the feasibility of low tube current combined with sonogram-affirmed iterative reconstruction (SAFIRE) technology in dual energy coronary artery CTA scan. Materials and Methods One hundred and twenty patients were randomly divided into four groups according to the tube current of A ball: conventional group (180 mAs) and low-dose groups (150 mAs, 120 mAs, 90 mAs). The SAFIRE 3 reconstruction method was used in the low-dose groups. The differences of mean CT values, image noise, signal-to-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR), image quality score and effective dose (ED) of the four groups were compared. Results The coronary artery segment display and the mean CT value of the four groups showed no statistic difference (P＞0.05), while the image quality score, noise, SNR, and CNR showed statistic difference (P＜0.05). The image quality score, SNR, and CNR was highest in the 150 mAs group, but noise was the lowest. There were no statistic difference of the image quality score, SNR, and CNR between the 180 mAs group and 90 mAs group (P＞0.05). The ED was (5.50±1.47) mSv, (4.55±1.16) mSv, (3.41±0.77) mSv and (2.44±0.67) mSv, respectively for the four groups, and there was statistical difference (P＜0.05). ED of 90 mAs group decreased 55.62% than that of 180 mAs group. Conclusion Coronary artery CTA using 90 mAs combined with SAFIRE can significantly reduce the radiation dose without losing image quality, thus it has a good prospect of clinical application.

Coronary disease; Tomography, X-ray computed; Coronary angiography; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.04.010

韩 丹

Department of Medical Imaging, First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, China

Address Correspondence to: HAN Dan

E-mail: kmhandan@sina.com

R445.3

2014-12-25

修回日期：2015-03-06

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第4期：283-288

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(4): 283-288