低管电流技术在双源CT“双低”冠状动脉CT血管成像中的应用研究

敖永胜 陈洪亮 刁显明 陈 丽

冠心病(coronary heart disease，CHD)是指冠状动脉发生粥样硬化继发性引起的完全或不完全血管阻塞，具体发病机制不明，致死率较高，尤其是进入21世纪以来，我国逐渐迈入老龄化社会，CHD的发病率呈上升趋势[1-2]。长久以来，冠状动脉造影术(coronary angiography，CAG)被认为是临床上诊断CHD的“金标准”[3]。自20世纪末，4层螺旋CT问世以来，多层螺旋CT在CHD诊断方面取得了关键性进展。双源CT(dual-source CT，DSCT)是采用两套X射线管系统和相对应的探测器进行冠状动脉图像采集，逐渐代替了CAG成为目前临床上的CHD首选检查手段[4]。然而，冠状动脉CT血管成像技术(computed tomography coronary angiography，CTCA)较高的辐射剂量给患者带来潜在的危害，限制了CTCA在临床上的广泛应用，由于双能量技术管电压是固定值，降低管电流则成为降低辐射剂量的最有效途径。因此，本研究通过对比双源CT低管电压，结合不同管电流技术获取的图像质量，初步为双低DSCT在CTCA中的应用研究提供理论支持。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2016年8月至2017年7月期间在宜宾市第二人民医院心内科进行DSCT检查冠状动脉的168例受检者CTCA图像资料，其中男性91例，女性77例；年龄为42～81岁，平均年龄为(61.86±7.35)岁；体质量指数(body mass index，BMI)为19.3～28.0 kg/m2，平均BMI为(21.92±1.64)kg/m2。按照X射线管A管电流和重建技术，将受检者分为4组，180 mAs组(37例)，150 mAs组(39例)，120 mAs组(44例)，90 mAs组(48例)。所有受检者的X射线管B管电流进行自动匹配。4组受检者年龄、性别、BMI、扫描长度以及心率差异均无统计学意义，具有可比性，见表1。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①心率≤70次/min；②BMI≤28 kg/m2；③由受检者或家属签署知情同意书。

(2)排除标准：①不符合上述纳入标准的受检者；②呼气屏气不良、心律不齐及心房颤动；③合并严重的肝肾功能损伤；④曾放支架或者进行冠状动脉搭桥术；⑤受检前1个月曾服用心率控制药物；⑥碘对比剂过敏者。

1.3 仪器和试剂

SOMATOM Definition Flash二代双源炫速CT机(德国西门子公司)；MEDRAD血管造影高压注射器(美国Medrad公司)；碘海醇造影剂注射液(国药准字H10970326，350 mgI/ml，扬子江药业集团有限公司)。

1.4 CTCA检查

扫描前4组受检者反复进行屏气训练，并舌下含服0.5～1 mg硝酸甘油，1～3 min后进行扫描。放置好心电轴，接上心电导联线，自气管隆突下1 cm向心脏膈面下方进行扫描。采用留置针建立静脉通道，以5.5～6 ml/s的速度注射碘对比剂60～80 ml和60 ml生理盐水，对比剂智能检测，监测CT值；当检测区CT值≥100 HU时，延迟6 s，自动进行CT扫描。扫描参数：A管电压100 kV，B管电压140 kV，曝光窗为25%～80%R-R间期，探测器准直0.6 mm×128，机架旋转时间0.28 s/转，重建时间分辨率75 ms。4组受检者A管电流分别对应设为180 mAs、150 mAs、120 mAs和90 mAs。180 mAs组受检者采用传统滤波反投影(filtered back projection，FBP)重建，卷积核值为B26f；150 mAs组、120 mAs组和90 mAs组受检者采用基于原始数据的迭代重建(iterative reconstruction，IR)，卷积核值为I26f。

1.5 图像处理

(1)图像噪声，测量升主动脉CT值(HU)的标准差(SD)。升主动脉感兴趣区为300 mm2。

(2)信号-噪声比(signal/noise ratio，SNR)=主动脉窦CT值÷图像噪声，主动脉窦感兴趣区为50 mm2。

(3)对比噪声比(contrast/noise ratio，CNR)=(左心室腔CT值-左心室壁CT值)÷图像噪声；左心室壁CT值=(肌部室间隔CT值+左心室侧壁CT值)÷2。左心室腔与左心室壁感兴趣区为30 mm2。对于低管电流IR图像与标准管电流FBP重建图像，感兴趣区的位置基本一致。

1.6 图像质量评价与辐射剂量测定

(1)按照美国心脏协会建议，将冠状动脉分为15段进行评估。由2名放射科专业医师对图像质量进行独立评价。①4分，图像噪声小，管腔边界清晰，无错层伪影，质量优，可作出诊断；②3分，图像噪声较小，表面结构略模糊，但管腔边界清晰，基本无错层伪影，质量较好，可作出诊断；③2分，图像噪声较大，管腔边界模糊，出现错层伪影，质量尚可满足诊断要求；④1分，图像噪声大，管腔边界模糊不清，出现严重错层伪影，无法作出诊断。

(2)扫描仪可提供容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)。有效辐射剂量(effective radiation dose，ERD)=DLP×0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.7 统计学方法

采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析，计量资料以(x-±s)表示，采用配对样本t检验；计数资料以(%)表示，采用独立样本x2和秩和检验。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

表1 四组受检者的临床资料分析

表2 四组受检者图像质量评分比较[例(%)]

表3 四组受检者图像质量客观评估 ±s)

表3 四组受检者图像质量客观评估 ±s)

注：表中a为与180 mAs组比较，P＜0.05；b为与150 mAs组比较，P＜0.05；c为与90 mAs的比较，P＜0.05；SD为标准差；SNR为 信号噪声比； CNR为对比噪声比。

组别 例数 平均CT值(HU) SD(HU) t值 SNR t值 CNR t值180 mAs组 37 522.05±68.33 30.87±5.04 1.532c 21.36±5.38 1.375c 17.57±4.16 1.308c 150 mAs组 39 537.42±71.08 19.02±4.36a 2.238c 32.24±4.42a 2.652c 24.69±5.22a 2.425c 120 mAs组 44 553.18±74.26 23.43±3.69a 2.353c 29.57±4.8a 2.703c 22.83±4.61a 2.498c 90 mAs组 48 531.29±62.57 29.21±4.78b 22.44±4.39b 18.76±2.95b F值 0.785 4.374 4.151 4.007 P值 0.266 0.033 0.034 0.034

2 结果

2.1 图像质量评分比较

图像质量主观评估，部分受检者某些冠状动脉段由于解剖变异未显示，因此，180 mAs组、150 mAs组、120 mAs组和90 mAs组受检者冠状动脉显示率分别为93.15%、89.57%、92.27%和94.58%，4组受检者图像质量评分差异亦无统计学意义；但4组受检者图像质量平均分值差异有统计学意义(F=2.772，P＜0.05)。180 mAs组和90 mAs组受检者图像的平均质量评分略低于150 mAs组和120 mAs组，提示主观评估图像质量180 mAs组和90 mAs组受检者质量较优，见表2，如图1所示。

图1 受检者冠状动脉CTCA影像

2.2 图像质量客观评估

图像质量客观评估，4组受检者平均CT值差异无统计学意义；而图像噪声、SNR和CNR差异有统计学意义(F=4.374，F=4.151，F=4.007；P＜0.05)。其中180 mAs组和90 mAs组之间差异无统计学意义；90 mAs组图像SD高于150 mAs组和120 mAs组，90 mAs组图像SNR和CNR低于150 mAs组和120 mAs组，差异有统计学意义(t=2.238，t=2.353；t=2.652，t=2.703；t=2.425，t=2.498；P＜0.05)。见表3。

2.3 辐射剂量比较

各组辐射剂量比较，4组受检者CTDIvol、DLP及ERD比较，差异有统计学意义(F=28.746，F=19.835，F=41.126，P＜0.05)；且随着管电流越低，受检者所受到的辐射剂量越小，90 mAs组受检者CTDIvol、DLP及ERD均低于180 mAs组、150 mAs组和120 mAs组受检者，其差异有统计学意义(t=4.998，t=3.716，t=5.002；t=4.673，t=2.999，t=3.876；t=2.811，t=2.064，t=3.141；P＜0.05)，见表4。

3 讨论

目前，随着我国医疗水平和经济水平的逐渐提高，CTCA越来越广泛地应用到心脑血管领域，但是如何以尽可能低的辐射剂量获得高质量的诊断图像，已成为该技术领域讨论的热点[6]。

2009年，德国西门子公司推出的Somatom Definition Flash炫速二代双源CT是一种双源CT系统，其具备2个同时围绕患者旋转的X射线管，到目前为止还具有最高的CT扫描速度(45 cm/s)和75 ms的时间分辨率，并且Somatom Definition Flash的辐射剂量比以往低得多[7]。但是也需要在保证图像质量的前提下，尽量选择最低辐射剂量。CT扫描辐射剂量与管电压、管电流和曝光时间有关[8-9]。当管电压和曝光时间恒定不变时，选择性的降低管电流可降低辐射剂量[10]。而CTCA最合理的管电流控制方式为ECG调制电流曝光技术，通过利用心电信号示踪技术探测心动周期，在收缩期采用低管电流，而在舒张期采用高管电流，一般选择25%～80%心动周期相为高电流输出，既可以保证图像质量，又极大降低了辐射剂量[11-13]。本项研究由于采用回顾性螺旋扫描，无法改变电压，只能通过降低管电流的方式进行分析。二代双源CT不仅完善了硬件条件，还提供了IR。有研究曾指出，辐射剂量与管电流呈正比[14]。本项研究将X射线管A管电流最大降低50%，同时打开care dose 4D，发现辐射剂量下降59.79%，与之前的报道结果基本一致。

表4 四组受检者辐射剂量比较(±s)

表4 四组受检者辐射剂量比较(±s)

注：表中a为与180 mAs组比较，P＜0.05；b为与150 mAs组比较，P＜0.05；c为与90 mAs的比较，P＜0.05。

组别 CTDIvol(mGy) t值 DLP(mm) t值 ERD(mSv) t值180 mAs组 28.17±8.41 4.998c 405.78±123.46 3.716c 5.62±1.16 5.002c 150 mAs组 22.69±6.54a 4.673c 327.59±106.27a 2.999c 4.59±1.34ab 3.876c 120 mAs组 17.38±6.23ab 2.811c 259.41±76.32ab 2.064c 3.47±0.91ab 3.141c 90 mAs组 11.15±3.79ab 162.36±71.13ab 2.26±0.45ab F值 28.746 19.835 41.126 P值 0.002 0.003 0.000

本项研究纳入的4组受检者冠状动脉各段显示率基本一致，其结果显示，降低管电流会影响图像质量，但是90 mAs和180 mAs组的图像质量基本一致，图像质量并未降低，可能是因为IR迭代重建可以既不改变CT值，又降低图像噪声，并且还可以改善毛糙的管腔边缘，但图像蜡像感可能会随之增加。90 mAs组受检者经IR重建3次，辐射剂量明显下降，但是图像质量却得到改善。此外，对比4组的辐射剂量，CTDIvol、DLP及ERD有统计学差异；随着管电流越低，受检者所受到的辐射剂量越小，90 mAs组受检者CTDIvol、DLP及ERD均低于180 mAs组、150 mAs组和90 mAs组受检者，表明90 mAs组是一个既能满足图像诊断要求，又降低辐射剂量的合理参数，符合“高图像质量，低辐射剂量”的原则[15-16]。

双源CT低管电压结合90 mAs低管电流技术安全有效，既可获得高质量图像，又可以降低辐射剂量，从而为实现冠状动脉低剂量扫描提供参考。

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