冠脉CTA自由呼吸扫描与屏息扫描的辐射剂量对比研究

原媛，钟朝辉，王振常，张婷婷，张景东

首都医科大学附属北京友谊医院 放射科，北京 100050

引言

冠状动脉CT血管造影（Coronary Computed Tomography Angiography，CCTA）在冠状动脉疾病的诊断中具有较高诊断价值，近年来得到迅速发展[1-2]，其辐射剂量问题一直备受关注[3-4]。最新推出的高时间分辨率宽体探测器CT可在患者自由呼吸的状态下，在单个心动周期内用前瞻性心电门控一次性扫描成像[5-6]，图像质量可满足诊断需求[5]。CCTA的扫描期相与患者的心率直接相关[7-8]，不同采集范围之间的辐射剂量存在较大差异，本研究探讨冠脉CTA自由呼吸扫描与屏息扫描的辐射剂量的对比，以优化扫描方案，降低患者辐射剂量。

1 材料与方法

1.1 患者

本研究选取我院于2017年1月至2017年3月间临床诊断疑似冠心病拟行CCTA扫描的患者140例，排除因素包括：① 碘对比剂过敏、肾功能不全（血肌酐水平＞1.5 rag/dl）、甲状腺功能亢进；② 心律不稳定（＞5 bpm）；③ 无法配合屏息；④ 体重＞100 kg；⑤ 冠脉搭桥患者。最终入组102例，记录受检者年龄、性别、身高、体重。

1.2 数据采集

采用Revolution CT（GE Healthcare），扫描前嘱患者检查时平静呼吸，扫描范围自主气管分叉下1 cm至处至心脏膈面。准直宽度为140～160 mm。重建层厚及层间隔均为0.625 mm。适应性统计迭代重建（ASIR-V）权重为80%。管电压100 kVp，自动管电流调制技术（400～750 mA），预设噪声指数（Noise Index，NI）22 HU。机架旋转速度0.28 s/rot。自动心电门控（Auto Gating）协议，见表1。

表1 自动心电门控协议

使用系统自带的心率记录测试功能测量患者心率（Heart Rate，HR），根据自动心电门控给出的R-R间期的扫描范围和患者的管电流等扫描条件，给出预估的剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）。在行CCTA检查时，患者首先平卧10 s以上，待心率平稳后，进行自由呼吸状态下的心率测试，随后嘱患者吸气后屏息，等待6 s左右确认心率平稳后行屏息下的心率测试，分别记录HR、R-R期相和DLP，计算屏息后与自由呼吸下的DLP之比，扫描时根据两次测试得到的R-R期相和预估DLP，决定采取自由呼吸或屏息的扫描方式。

采用高压注射器经右肘前静脉注入对比剂碘海醇（350 mgI/mL），注射总量（mL）=0.6×患者体重，注射时长为10 s，注射流率=注药总量/注射时长（mL/s）[9]，流率小于4 mL/s或大于6.5 mL/s者分别按照4 mL/s和6.5 mL/s注射；之后以相同流率继续注入生理盐水30 mL。采用对比剂跟踪技术（SmartPrep，GE Healthcare），将感兴趣区（Region of Interest，ROI）设定于气管分叉层面的降主动脉。若采用屏息扫描的方法，则在注射造影剂8 s左右开始嘱患者吸气后屏息，注意确保患者在15 s左右开始屏息；若采用自由呼吸的扫描方法，则不做任何语音指示。待ROI内CT值增加达到200 HU后自动触发。触发后延迟时间为3 s，计算有效剂量（Effective Dose，ED），ED（mSv）=DLP×0.014。

1.3 图像后处理

采取自动期相技术（Smart Phase）选择最佳重建期相[10]，图像传至工作站Advantage Workstation 4.6（ADW4.6，GE Healthcare）进行三维重建，重建方法包括最大密度投 影（Maximum Intensity Projection，MIP）、 曲面重建（Curved Planar Reformation，CPR）和容积重建（Volume Rendering，VR）。

1.4 图像质量评价

由两名5年以上CCTA诊断经验的影像医师根据美国心脏协会推荐的18节段分段法[11]，对重建图像采用双盲法进行主观评价，得分不一致时两医师协商取得一致结果。评分采用三分制：3分表示图像质量好；2分表示图像质量一般，能满足诊断要求；1分表示差，无法满足诊断要求。

1.5 统计学分析

应用SPSS（Version 19.0，IBM）统计软件进行数据分析。计量资料采用均值±标准差的形式表示，屏息前后的HR和DLP用配对t检验进行对比，屏息前后的HR作相关回归分析。

2 结果

2.1 患者一般情况

本研究共纳入患者102名，其中男性58名，女性54名，年龄（59.8±11.6）岁，身高（165.5±9.3）cm，体重（70.1±14.0）kg，所有患者均能顺利配合屏息测试并完成检查。

2.2 患者屏息前后与扫描时心率变化

患者屏息前的心率为（65.9±7.829）bpm，屏息后为（64.04±8.476）bpm。多于半数的患者屏息后心率下降（n=60人，占总人数的57.7%）。患者心率在屏息后整体呈下降趋势。屏息后与屏息前的HR的回归方程（黑色实线）为y=0.8874x+5.3648，R2=0.6917，见图1a，图中蓝色虚线代表屏息前后HR相等。

2.3 屏息与自由呼吸下扫描期相的变化

屏息后扫描期相的变化的患者数，见表2。半数患者（n=54，占总人数52.94%）屏息前后数据采集期相无变化，辐射剂量DLP无显著差异（P＞0.05），对于此部分患者我们采取自由呼吸扫描以简化工作流程和减少患者负担。其余近半数的患者在屏息前后的采集期相发生变化，导致屏息前后DLP存在显著差异（P＜0.05）。各个期相变化分类下的扫描辐射剂量变化，见图2，低于红色虚线的数值表明屏息后DLP变小，变化幅度最大的是扫描R-R期相由40%～80%变为75%，屏息后与屏息前DLP之比为42.48%±2.46%，其次为由40%～80%变为70%～80%以及由70%～80%变为75%，屏息后与屏息前DLP之比分别为54.35%±1.66%和74.02%±6.82%。对于此部分患者我们采用屏息扫描以降低辐射剂量；高于红色虚线的数值表明屏息后DLP变大，变化幅度最大的是扫描期相由70%～80%变为40%～80%，屏息后与屏息前DLP之比为177.31%±16.06%。其次为由35%～55%变为40%～80%，屏息后DLP为屏息前的156.26%±1.97%，对于此部分患者我们采取自由呼吸的扫描方式。

图1 屏息后HR和DLP的变化

图2 屏息后各个期相变化类别下扫描剂量与屏息前之比

2.4 屏息与自由呼吸下扫描期相变化的相应患者数量

自由呼吸与屏息扫描期的相差异以及相应人数，见图3，对于高心率患者（HR＞75 bpm，扫描期相位于35%～55%，n=16），屏息扫描会导致小部分患者辐射剂量上升——4名患者（占25%）的扫描期相变为40%～80%，辐射剂量上升，其余患者的期相均无变化；对于扫描期相为70%～80%的中等心率患者（HR为65～75 bpm，n=35），屏息后超过半数的患者（n=19，54.3%）扫描期相缩短，其中9名患者（25.7%）的期相变为75%，10名患者（28.6%）期相变为70%～80%；对于扫描期相为70%～80%的中低心率患者（HR为60～65 bpm，n=35），屏息后超过半数的患者（n=19，54.3%）的期相缩短为75%，辐射剂量降低，另有少数患者（n=4，11.4%）的扫描期相延长为40%～80%，辐射剂量有较大幅度上升；对于扫描期相为75%的低心率患者，屏息前后扫描期相无变化。

图3 屏息后的扫描期相变化的人数

2.5 扫描剂量和图像质量

患者最终行CCTA检查的有效剂量（1.61±0.68）mSv，所有图像均能满足诊断需要，主观评价分数为（2.868±0.454）分。

3 讨论

随着CCTA扫描技术的不断发展，高时间分辨率宽体探测器CT实现了自由呼吸状态下的单次心动周期内冠脉成像[5]。心脏的搏动是造成冠状动脉运动伪影、影响图像质量的重要原因[12-13]。心脏血管的运动幅度与心率密切相关，既往研究显示，低心率的最佳重建相位位于舒张中末期，高心率位于收缩末期；中等心率的情况较为复杂，由于各个节段的运动存在不同步，需要对舒张期和收缩期的数据都进行采集[7-8]。根据患者心率特点选取窄窗进行数据采集是降低辐射剂量的有效方法之一[14-15]，本研究采用自动门控协议（表1）对不同心率匹配相应曝光时间窗。各个时间窗的曝光时间各不相同，辐射剂量也存在较大差异。

表2 屏息后患者的HR和DLP

在本研究中高心率患者（HR＞75 bpm，n=16）自由呼吸下进行扫描辐射剂量较低，屏息会导致少数患者（n=4）辐射剂量上升（屏息后与自由呼吸下DLP之比为156.26%±1.97%），因而对于这部分患者应采用自由呼吸的扫描方式。中等心率患者（HR为65～75 bpm，n=35）中，超过半数（n=19）屏息状态下扫描时间窗较短，辐射剂量较自由呼吸减小约一半（屏息后与自由呼吸下DLP之比在两种期相改变方式下分别为42.48%±2.46%和54.35%±1.66%），其余患者期相无变化，对于这部分患者应采用屏息扫描的方式。多数中低心率患者（n=19，54.3%）同样在屏息状态下辐射剂量较小（屏息后与自由呼吸DLP之比为74.02%±6.82%），但有个别中低心率的患者（n=4，11.4%）辐射剂量有大幅度的上升（177.31%±16.06%），对于这部分患者建议分别在屏息和自由呼吸状态下进行心率测试，采用剂量小的扫描方式。对于低心率（＜60 bpm）的患者，扫描期相已经最短，应采用自由呼吸的方式进行扫描。

心率影响CCTA采集的最佳期相的理论虽然已经非常成熟，但对于屏息或自由呼吸扫描之间，心率差异造成扫描期相改变继而影响辐射剂量的研究还未见报导。既往的研究由于受扫描设备时间分辨力所限，对于自由呼吸的扫描都有严格的心率限制，如采用双源CT或320排宽体探测器CT，只能对中低心率患者进行采集[16-17]。Liu等[5]采用与本研究相同的Revolution CT对宽心率范围的患者自由呼吸下的CCTA图像质量进行了深入探讨，认为自由呼吸下的CCTA图像质量可以满足诊断需要，甚至优于屏息的扫描，原因在于屏息后存在患者存在心率波动，影响了数据采集的准确性。本研究采取的屏息方法是关闭系统的自动语音提示，在进行心率测试和扫描之前，提前通过扩音器人对患者进行指示，待心率平稳才开始测试和扫描，避免了因心率变化而造成采集期相和重建期相的不准确。

本研究的不足之处在于样本量偏少，对于心律异常的患者未作讨论，在今后的工作中会做相关研究。

总之对于高时间分辨率宽体探测器CT，为了优化扫描方式，降低患者辐射剂量，不应单一的使用屏息或自由呼吸的CCTA扫描方式，应当根据患者的实际情况选择使用，以优化扫描期相，降低辐射剂量。