基于BMI 调节管电压的前瞻性大螺距CT 冠状动脉成像研究

陈惠娟，祁 丽，赵艳娥，周长圣，张龙江，卢光明

0 引 言

CT 冠状动脉成像(CT coronary angiography，CTCA)作为冠状动脉疾病无创性检查手段已经广泛应用于临床，然而CTCA 的高辐射剂量近些年一直受到较大的关注。Einstein 等［1］的研究显示CTCA存在致癌风险，且在女性、年轻患者中更高。降低CTCA 检查的辐射剂量有重要的社会意义。降低辐射剂量的方法大体上分为两大类，即基于人群降低辐射剂量的策略和个体化降低辐射剂量的策略。针对个体降低辐射剂量的策略研究较多，主要有前瞻性心电门控技术、低管电压技术、大螺距扫描技术以及迭代重建算法等。例如，Huang 等［2］的研究表明与回顾性心电门控CTCA 相比，前瞻性心电门控CTCA 能够有效降低辐射剂量，降低了致癌风险。虽然基于人群降低辐射剂量的研究开展的并不多，但基于BMI 调整管电压是行之有效的方法［3］。随着CT 技术的迅速发展，综合应用多种降低辐射剂量的技术能最大程度地降低患者接受的辐射剂量［4］。保证足够诊断的图像质量已是大势所趋，因此需要更新基于群体的CTCA 降低辐射剂量的策略。本研究探讨联合应用基于BMI 调整管电压的前瞻性大螺距以及迭代重建算法的CTCA 在人群基础上降低辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 临床资料 收集2013 年4 月至2014 年7 月102 例因可疑或已知患冠状动脉疾病在我院行CTCA检查的患者纳入本研究。其中实验组72 例患者，对照组30 例患者。检查前心率＞70 次/min 的患者，检查1 h 内给予25 ～50 mg 倍他乐克口服，心率降至70 次/min 以下后行CTCA 检查。纳入标准:年龄＞18 岁、窦性心律、CT 扫描时心率＜70 次/min;排除标准:碘对比剂过敏者、心肾功能不全者、口服倍他乐克心率不能降至70 次/min以下者、心律失常者、孕妇、冠状动脉支架植入或冠状动脉旁路移植术后患者。本研究通过医院伦理委员会批准，患者同意该研究，并签署知情同意书。

1.2 扫描方法 扫描设备为第2 代双源CT(Definition Flash)。检查前5 min，硝酸甘油舌下喷雾以扩张冠状动脉。实验组采用基于BMI 调整的管电压，对于BMI ＜23 kg/m2的患者，选择70 kV;BMI 在23 ～25 kg/m2之间者选择80 kV;BMI ＞25 kg/m2的患者选择自动化管电压选择技术(自动化管电压可调节电压有80、100 和120 kV)。实验组所有患者行前瞻性心电门控大螺距扫描。所有患者均使用动态曝光剂量调节管电流。前瞻性心电门控期相选择在R-R间期的60%，螺距为3.4，球管旋转时间为0.28 s，准直器宽度为128×0.6 mm。对照组管电压选择120 kV，采用前瞻性心电门控序列扫描方式，前瞻性心电门控的期相选择在R-R 间期的60%～80%，开启动态曝光剂量调节，球管旋转时间和准直器宽度同实验组。

采用对比剂为优维显30 ～60 mL(碘普罗胺，浓度为370 mg I/mL)，以4 ～5 mL/s 的速率经肘前静脉注射，注射完毕后以相同速率注射40 mL 等渗盐水。基于前期的研究经验［4］，对实验组70 kV 组采用了注射速率为4 mL/s 对比剂用量为30 mL 的对比剂注射方案以达到降低同时对比剂用量和辐射剂量的双重目的。延迟时间确定方法同前［4］。

1.3 图像重建 所有数据均重建为0.75 mm 层厚及0.6 mm 重建间隔的图像。实验组数据采用基于原始数据域迭代重建算法(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)进行图像重建，重建卷积核为126。SAFIRE 能够减少图像噪声，在管电流或管电压明显降低时可重建出与标准管电流或管电压条件下相同质量的图像，从而降低辐射剂量［5］。本研究采用默认的第3 种。对照组采用常规滤过反投影重建图像。所有CT 数据重新放大视野后重建在肺动脉主干层面测量胸部前后径和横径以计算体型特异性剂量估计(size-specific dose estimates，SSDE)。

1.4 图像评价 所有图像数据均传到工作站MMWP及Singovia 进行图像客观和主观评价。一名放射科医师在0.75 mm 的重建图像上测量每例患者升主动脉根部、右冠状动脉起始处、左冠状动脉主干起始处、左冠状动脉前降支起始处、左冠状动脉回旋支起始处及纵隔脂肪的CT 值及标准差，将主动脉根部的标准差作为图像噪声。画取兴趣区时应避免钙化及软斑块，画取兴趣区的大小应尽可能包括该血管断面。按照文献中描述的方法计算每支血管的信噪比(signalto-noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)［5］。

按照美国心脏病学会制定的冠状动脉分段标准将冠状动脉分为15 段，右冠状动脉包括1 ～4 段，左冠状动脉主干为第5 段，左冠状动脉前降支包括6 ～10 段，左冠状动脉回旋支包括11 ～15 段，当有左冠状动脉中间支时，记为16 段［6］。由2 名有经验的放射科医师独立观察横断面图像及曲面重组图像并对每段血管进行评分，图像评分采用4 分法:1 分代表血管壁显示不清，血管不连续，图像噪声大，血管强化不佳，不能用于诊断;2 分代表有中度运动伪影、噪声，血管强化一般;3 分代表轻度的运动伪影、噪声，血管强化好，无血管不连续;4 分代表无运动伪影，噪声小，无血管不连续，血管强化很好。意见不一致时，共同商议最后评分。将每支冠状动脉所含段中的最低分定义为该支冠状动脉的评分，将每例患者所有冠状动脉段中的最低分定义为该患者的评分。

1.5 辐射剂量 记录每例患者的剂量长度乘积(dose length product，DLP)和CT 容积剂量指数(volume computed tomography dose index，CTDIvol)，计算有效剂量(effective dose，ED)。ED 为DLP 与转换系数的乘积，转换系数为0.014 mSv/(mGy·cm)［7］。SSDE 为CTDIvol 与转换系数的乘积，此转换系数根据患者的有效直径(通过扩大重建冠状动脉扫描的视野测得)查表而得［8－9］。

1.6 统计学分析 采用SPSS 17.0 统计软件进行数据分析。计量资料数据以均数±标准差()表示，计数资料以频数或百分率表示。2 组患者的年龄、BMI、CT 值、SNR、CNR、噪声比较采用两独立样本t 检验，性别采用χ2检验。2 组患者的心率、主观图像质量、辐射剂量的比较采用非参数检验(Mann-Whitney 检验)。对图像质量的观察者间一致性采用Kappa 分析(K 值0.80 ～1.00 为一致性有效;K值0.60 ～0.80 为一致性好;K 值0.40 ～0.60 为一致性中等;K 值＜0.40 为一致性差)。以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 患者一般资料比较 实验组中，BMI ＜23 kg/m2的患者28 例，BMI 在23 ～25 kg/m2之间的患者23例，BMI ＞25 kg/m2的患者21 例，对照组患者30 例。2 组基础资料差异均无统计学意义(P ＞0.05)，具有可比性。见表1。

表1 行CT 冠状动脉成像患者一般资料比较Table 1 General data about the two groups of patients

2.2 客观图像质量 实验组各部位的平均CT 值均高于对照组(P ＜0.001)，右冠状动脉和左冠状动脉主干的SNR 低于对照组(P ＜0.001)，实验组所有部位的CNR 均高于对照组，但是2 组之间CNR的差异无统计学意义(P ＞0.05)。见表2。

表2 行CT 冠状动脉成像患者客观图像质量比较Table 2 Comparison of objective image quality between the two CTCA protocols

表2 行CT 冠状动脉成像患者客观图像质量比较Table 2 Comparison of objective image quality between the two CTCA protocols

指标 对照组(n=30) 实验组(n=72) t 值 P值右冠状动脉CT(HU) 399.6±61.3 562.2±152.3 －7.684 ＜0.001 SNR 22.6±3.4 18.9±6.2 3.872 ＜0.001 CNR 26.6±13.9 27.2±12.6 －0.213 0.832左冠状动脉主干CT(HU) 380.3±46.2 571.1±159.5 －9.258 ＜0.001 SNR 21.6±3.1 19.1±6.0 2.744 0.007 CNR 24.7±11.6 27.5±12.4 －1.032 0.305左冠状动脉前降支CT(HU) 356.0±39.7 559.4±140.9 －11.227 ＜0.001 SNR 20.3±3.3 19.0±6.3 1.395 0.166 CNR 22.8±10.9 27.2±12.5 －1.672 0.098左冠状动脉回旋支CT(HU) 348.9±52.3 553.0±168.6 －9.259 ＜0.001 SNR 19.9±3.7 18.7±6.5 1.129 0.262 CNR 22.1±10.8 26.8±12.5 －1.919 0.06噪声(HU)17.9±3.1 32.6±12.1 －9.547 ＜0.001

2.3 主观图像质量 102 例患者共408 支血管1335 个血管节段纳入最终的图像分析中。2 组患者的主观图像质量评分差异亦无统计学意义(P=0.604)。各组图像观察者间的一致性好，实验组Kappa=0.71，对照组Kappa=0.66。对于实验组，70 kV 组的Kappa=0.61，80 kV 组的Kappa=0.66，自动管电压组的Kappa=0.74。具有代表性的CTCA图像见图1。所有图像质量优良，均达到诊断要求。

2.4 辐射剂量 实验组的DLP、CTDIvol、ED 和SSDE均明显低于对照组，较对照组分别降低了88.6%、92.5%、88.9%、92.5%。见表3。

图1 代表性的CTCA 图像Figure 1 Representative CTCA images in the two CTCA protocols

表3 行CT 冠状动脉成像患者接受辐射剂量比较Table 3 Comparison of radiation dose between the two CTCA protocols

表3 行CT 冠状动脉成像患者接受辐射剂量比较Table 3 Comparison of radiation dose between the two CTCA protocols

指标 对照组(n=30) 实验组(n=72) Z 值 P值DLP(mGy*cm)324.9±95.1 37.0±34.7 －7.913 ＜0.001 CTDIvol(mGy) 27.9±8.0 2.1±2.0 －7.932 ＜0.001 ED(mSv) 4.5±1.3 0.5±0.5 －7.913 ＜0.001 SSDE(mSv)38.9±9.9 2.9±2.7 －7.932 ＜0.001

3 讨 论

本研究表明，窦性心率≤70 bpm 的患者，根据BMI 个体化选择管电压的前瞻性大螺距CTCA，相比于120 kV 前瞻性心电门控序列扫描CTCA 而言，能够在满足诊断图像质量的前提下大幅度降低辐射剂量。

根据BMI 个体化调整管电压能有效地降低CT检查辐射剂量。LaBounty 等［10］研究结果表明，对BMI ＜25 kg/m2的患者采用80 kV 扫描，辐射剂量较100 kV 扫描方式降低了47%。尽管SNR 和CNR有所下降，但是图像质量未见明显降低，说明在BMI正常的患者行80 kV 的CTCA 检查是可行的。Khan等［11］的研究结果表明在BMI ＜27 kg/m2的患者可行100 kV 检查，与120 kV 组相比辐射剂量降低了30%，且图像质量无统计学差别［11］。本研究基于前期70 kV CTCA 的研究结果［4］，严格控制了BMI 对CTCA 图像质量的影响，对23 kg/m2的患者行70 kV扫描以更大程度地降低辐射剂量。对BMI 在23 ～25 kg/m2间的患者选择80 kV，对BMI ＞25 kg/m2的患者选择自动管电压选择技术自动化调整管电压。本研究显示使用该技术在BMI ＜25 kg/m2的患者常难以取得最低管电压条件，这也是本研究实验组未全部采用自动化管电压技术的原因。本研究提出的以BMI 为基础调整管电压前瞻性大螺距CTCA 与前瞻性序列扫描120 kV CTCA 相比辐射剂量降低了89%，而图像质量未见明显降低。

在采用低管电压扫描时，低管电压所产生的X线能量更加接近碘对比剂的K 边缘值(33.2 keV)，增加碘对比剂的CT 值，因此在理论上可减少CTCA检查时对比剂的使用量。Nakaura 等［12］研究表明当CTCA 检查时管电压从120 kV 降至80 kV 时，对比剂用量可以减少一半而获得相同的图像质量。尽管本研究未对对比剂注射方案进行个性化调整，但基于前期研究经验［4］，将70 kV CTCA 组的对比剂用量调整为30 mL，从总体上来讲，降低了患者注射的对比剂用量。进一步严格按照BMI 设计对比剂注射方案进行研究是需要的，以达到同时最大程度降低辐射剂量和对比剂用量的双重目的。

联合大螺距和低管电压技术能够有效降低对比剂的使用量，但增加了图像噪声，这可能会影响诊断准确性。迭代重建算法能降低图像噪声，提高图像质量，已广泛用于临床［13］。本研究实验组采用SAFIRE后，虽然CNR 略高于对照组，但2 组之间的差别无统计学意义。目前尚无文献提出SNR 和CNR 可满足诊断的最低阈值，但本研究中无论是客观图像质量还是主观图像质量评估均显示2 组CTCA 参数的图像质量无统计学差异。

当前，采用本研究提出的CTCA 扫描方案对受检者有较高要求，可能在一定程度上限制了本方案的推广。本研究采用的是前瞻性心电门控大螺距CTCA 技术，要求将受检者心率控制在70 次/min 以下。但也有学者通过调整预设的R-R 间期期相在心率＞70 次/min 的患者也取得了满意的结果［14］。本研究提出的基于BMI 调整管电压的前瞻性大螺距CTCA 方案是基于第2 代双源CT 提出的。在第3 代双源CT，由于球管输出的管电流可达1300 mA，70 kV 的CTCA 可能在BMI ＜25 kg/m2的患者成为常规［15］。因此本研究提出的扫描方案可能会随着CT 技术的进步进一步调整［16－17］。

总之，本研究提出的基于BMI 个体化调整管电压进行大螺距前瞻性心电门控CTCA 是可行的，其能在获得满足诊断要求的图像质量的同时大幅度降低患者接受的辐射剂量。

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