双源CT冠脉成像安全辐射剂量与图像质量研究

郭小皖，孙吉林，兰艳芹，陈英敏，沈杉杉，李宝山

(河北省人民医院医学影像科,河北 石家庄 050051)

计算机断层冠状动脉造影(coronary computed tomographic angiography, CCTA)自首次运用于冠状动脉检查就以其高效、便捷、安全的优势受到患者及医生的青睐,并很快成为冠脉疾病的常规筛查手段。然而,越来越广泛的CCTA检查的辐射剂量对患者患癌症的风险引起了全世界的关注。已有研究报道，前瞻性心电门控扫描技术(Sequence Scan Application,SEQ)及前瞻性大螺距螺旋扫描技术(Flashspiral Application，Flash)的应用，可以有效降低患者CCTA检查的辐射剂量[1-3]，以往CCTA辐射剂量对比研究多对扫描参数有严格的限制,不能真实反映临床实践情况，并未对不同扫描方法得到的图像质量进行分析比较。本研究利用回顾性研究方法，分析比较真实临床实践中第二代双源CT行CCTA的辐射剂量及图像质量，寻找适合临床工作实践的CCTA低辐射剂量标准。

1 资料和方法

1.1 一般资料

回顾性分析2015年至2016年在河北省人民医院诊疗中怀疑冠心病而行CCTA筛查的患者，患者资料通过医院PACS网络病例卡收集获得。为了保证足够的扫描经验，从本院投入使用西门子第二代双源CT后两个月开始收集，共有407例符合条件的患者入组，其中男性221例，女性186例，年龄25～96岁，平均年龄(58.4±12.6)岁，BMI指数范围(24±3.5)kg/m2。其中行RES-SPIRAL扫描共144例、SEQ扫描共166例、Flash扫描共97例，对比剂用量范围50～60 mL。

1.2 检查方法

所有的检查均在西门子第二代双源CT(Somatom Definition flash)进行，患者仰卧位，胸前4导联检测心电图，扫描时足先进。应用小剂量循环时间测定法技术延迟触发扫描时间，采用高压注射器以5.0 mL/s的流率在肘前静脉注射碘海醇15 mL和生理盐水30 mL，在主动脉根部层面选择感兴趣区检测CT值，达峰值时间加上4 s作为延迟触发时间。扫描范围为气管分叉下方10 mm至心脏膈面。采用高压注射器以5.0 mL/s的速率注入50～60 mL对比剂和50 mL生理盐水。扫描参数：准直器64.0 mm×0.6 mm，采用z轴飞焦点技术采集2×128层，层厚0.6 mm，管电压为100 kV(体质指数<30 kg/m2) 或120 kV(体质指数≥30 kg/m2)，螺距随心率变化，最大为3.4。为了反映实际工作中的CCTA辐射剂量情况，扫描参数设定没有严格的限制，统计样本的辐射剂量通过控制台自动生成的剂量表获得，仅为冠状动脉CTA 的辐射剂量，不包括定位像和钙化积分图像的辐射剂量。

1.3 图像质量和辐射剂量评价

统计利用西门子第二代双源CT行CCTA病人的造影剂使用量，CT容积剂量指数( CT volume dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积( dose length product，DLP)，有效辐射剂量(effective dose,ED)=DLP×转化系数k[k值，成人=0.014 mSv/(mGy×cm)][6]。图像后处理采用西门子Syngo VIA VA20B工作站，将采集到的数据输入工作站,运用CT coronary软件进行自动化冠脉图像处理，对采集到的图像质量进行客观及主观两种评价：图像质量的主观评价方法:由一位高年资诊断医师采用美国心脏协会的15段分法对冠状动脉图像质量进行分析，依次对左主干( left main coronary artery，LMA) 、左前降支( left anterior descending coronary artery，LAD) 、左回旋支( left circumflex coronary artery，LCX) 和右冠状动脉( right coronary artery，RCA) 进行五个等级评分[7]:5 分，冠状动脉图像质量非常好，无伪影； 4分，图像质量良好，但存在主观噪声影响或有少许伪影；3分，可以接受的噪声及伪影，不影响诊断；2分，图像质量差，噪声大，严重的伪影，致该支冠状动脉有一个节段不能用于诊断； 1分，图像质量非常差，致该支冠状动脉至少有两个节段不能用于诊断(图1)。图像质量的客观评价方法：分别在左主干近端及右冠状动脉近端选取圆形感兴趣区(ROI)测量CT 值(图2),同一部位CT值重复测量3次取平均值，ROI应放于血管中央，直径不超过待测血管直径的2/3；将主动脉根部 CT 值的标准差( standard deviation，SD) 设为图像噪声，利用公式: 对比噪声比(CNR)=(CT血管-CT脂肪)/SD，信噪比(SNR)=CT血管/SD，计算出左主干近端及右冠状动脉近端的CNR 及SNR。主客观评价者由2名高年资医师完成，意见不一致协商后达成一致。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 利用Kruskal-Wallis检验比较3种扫描方法图像的SNR、CNR、SD差异

利用单因素方差分析比较图像CT值，分析发现3种扫描方法客观图像质量的评价中，RES-SPIRAL扫描方法图像质量最好，且三者间的差异具有统计学意义(P<0.001)(表1)。但3种扫描方法的主观图像质量评分之间差异无统计学意义(表2)。

表1 CCTA 3种扫描方法图像CT值、SNR、CNR、SD对比分析

表2利用Kruskal-Wallis检验方法分析3种扫描方法所得图像的主观图像质量评分(轶均值)

冠状动脉扫描方法主观图像质量评分RES-SPIRALSEQFLASHχ2值P值LAD206.28200.720.6262.3750.305LCX208.40201.83201.192.2350.327RCA211.97203.27193.435.5620.062

2.2 方差分析3种扫描方法的辐射剂量

SEQ，Flash扫描方法的辐射剂量均较RES-SPIRAL明显降低，差异具有统计学意义(P<0.001)，其中Flash扫描方法剂量最低，相当于RES-SPIRAL扫描技术的平均辐射剂量的6.8%(表3)。

表3 利用单因素方差分析3种扫描方法的辐射剂量

2.3 低辐射剂量的独立预测因子

辐射剂量DLP<364 mGy·cm作为冠脉扫描的目标剂量，利用Logistic回归分析辐射剂量与所有扫描参数的联系强度比数比(OR，Odds Ratios)，结果显示达到将辐射剂量控制在DLP<364 mGy·cm时，管电压及扫描方法的差异具有统计学意义，OR值分别为1.336、0.000 6。

3 讨论

CCTA检查从最初应用于临床至今，就围绕着缩短扫描时间、降低辐射剂量、减少患者禁忌、提高图像质量及诊断准确性等方面不断改进[4]。本研究通过回顾性分析本院一年冠脉检查患者的资料，反映了本院真实工作情况下根据患者情况的不同选用不同的扫描方法，以达到有效降低患者辐射剂量的情况。以往的研究报道提示利用Flash扫描方法及扫描参数的控制，有效辐射剂量ED可降低至1 mSv以下。在本院收集的资料中，患者的ED最低达到了0.39 mSv，并且图像质量不影响诊断，这有力地说明了在真实的工作情况中，Flash扫描方法可以做到有效的降低患者CCTA的辐射剂量并保证足够的图像质量。 第二代双源CT独有的Flash扫描方法有其独特的优点，可以在一个心动周期完成对CCTA的扫描，扫描时间约260 ms，但前提是病人心率控制在65次/min以下，以保证一个平稳且较长的R-R间期采集数据，避免图像重建出现影响诊断的阶梯状伪影。检查前的准备情况与扫描过程中不可预测的心率变化可能导致图像质量降低的风险，使我们的技师对Flash扫描方法在实际工作中的使用更为慎重。在本研究中技师只对97例患者选用了Flash扫描方法，为了保证CCTA检查的成功率，他们更多的选择辐射剂量稍高的RES-SPIRAL及SEQ扫描方法，导致了本院CCTA的总体辐射剂量偏高。在本研究中，RES-SPIRAL扫描方法的客观图像质量最好，可能原因是在扫描参数的选择上，RES-SPIRAL扫描对所有患者均采用360 mAs管电流，而其余两种扫描方法为了降低辐射剂量，在管电流的控制上采用了CAREdose4D技术自适应进行调节[5-6]。但在图像的主观评价中，3种扫描方法的图像质量比较差异无统计学意义。

本研究对临床实际工作中CCTA检查的辐射安全问题有着重要的作用。CCTA检查越来越广泛，其潜在的辐射剂量的远期安全问题是现在医患共同关心的话题。满足诊断水平的最低辐射安全剂量对我们临床工作非常重要，但辐射剂量标准的提出需要大样本多中心的协同合作。目前大样本多中心研究推荐各部位CT检查的安全辐射剂量中，CCTA的辐射剂量为16 mSv[7]，在我们的实际操作没有为达到降低辐射剂量的目的牺牲扫描算法或刻意调整扫描参数，三种扫描方法的辐射剂量均在推荐剂量之下，说明随着CT技术的发展，辐射安全剂量需要随之更新，而我们的研究为新的CCTA安全推荐剂量标准的制定做出了一定的贡献。

低管电压是另一个降低辐射剂量的重要独立预测因子， 利用Logistic回归分析本研究辐射剂量与管电压的OR=1.336。在已有的报道中认为管电压≤100 kV可以有效的降低辐射剂量，SD仅轻微上升，并且图像质量不影响诊断[8-10]。在我们的研究中使用了100 kV及120 kV两组管电压，两组管电压下病人DLP差异具有统计学意义(Z=-3.769；P=0.000)，提示低管电压是行之有效的降低辐射的方法。

我们的研究与已有的报道一致。Kavitha等[11]在研究如何将冠脉检查的辐射剂量控制在DLP <360 mGy·cm，ED<5 mSv，并且不影响图像质量时发现，只有Flash扫描方法可以达到这样的目标剂量OR=16.40(11.64±23.11),并且发现心率与图像质量成反比，在降低辐射剂量的独立预测指标中，心率<65次/min的OR=0.98 (0.97±0.99)。本研究辐射剂量与扫描方法具有显著的影响，OR=0.006，P<0.000，OR值没有上述研究显著，考虑研究样本太少所致，下一步需要进一步扩大样本量。

本研究也存在不足。首先，统计样本还不够大，不能完全真实反应CCTA辐射剂量与每项参数的关系。其次，辐射剂量是CT计算机系统自动给出的估计值，并非实际测量值，因而辐射剂量可能存在误差。因此本研究得出的结果只能说对冠脉辐射剂量领域的研究有一定的帮助。

综上所述，本研究对CCTA真实临床实践的辐射安全有着一定的影响，利用第二代双源CT的三种扫描方法行CCTA检查可以很大程度上降低患者的辐射剂量，本研究中Flash组最低有效辐射剂量仅为0.39 mSv，同时提供较好的图像质量。这就对现有冠状动脉造影的临床推荐剂量提出了挑战，随着检查技术的不断进步，新的冠状动脉造影的临床推荐剂量呼之欲出，但其可行性、合理性需要多中心研究长期实践共同验证。

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