雙源CT低劑量自適應(yīng)掃描序列在冠狀動脈成像中的應(yīng)用

閻 靜，成官迅，劉國順，虞康惠

（南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院影像中心，廣東 廣州 510515）

雙源CT前瞻性心電門控序列掃描模式在冠狀動脈成像中的應(yīng)用日趨成熟，獲得滿足臨床診斷圖像質(zhì)量的同時，能夠顯著降低輻射劑量。但該技術(shù)只適用小部分心率低且穩(wěn)定的患者。適應(yīng)性序列門控掃描技術(shù)上的進(jìn)一步改進(jìn)，使得高心率患者的CT冠狀動脈成像成為可能。本研究主要探討雙源CT自適應(yīng)序列掃描模式在心率≥65 bpm患者中的可行性及應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2010年11月—2011年1月來南方醫(yī)院影像中心行雙源CT冠狀動脈成像（Dual-source CT angiography，DSCTA）的 51 例患者（心率≥65 bpm），采用自適應(yīng)序列門控掃描。病人資料見表1。

1.2 病人準(zhǔn)備

掃描前于受檢者橈靜脈預(yù)埋18號留置針，先行靜脈推注7～8 mg地塞米松及20 mL生理鹽水以預(yù)防過敏反應(yīng)并保證置管通暢。對患者進(jìn)行嚴(yán)格的屏氣訓(xùn)練，掃描前3 min在心率低于90 bpm的患者舌下噴硝酸甘油氣霧劑0.5～1.0 mg。無硝酸甘油不良反應(yīng)（心動過速、臨床相關(guān)性血壓下降）患者取仰臥位在胸部指定位置粘貼電極，正確連接心電監(jiān)護(hù)監(jiān)測心率，保證CT掃描和心電圖同步。

Table 1 Baseline characteristics of patients in group A and B

1.3 掃描設(shè)備及參數(shù)

應(yīng)用Siemens雙源CT掃描儀（Somatom Definition）Adaptive Cardio Sequence序列，掃描范圍自氣管隆突下1 cm至心臟膈面。選用非離子型對比劑碘普羅胺（370 mgI/mL），應(yīng)用美國MEDRAD雙筒高壓注射器以5.0～5.5 mL/s的流率注入70～85 mL對比劑（根據(jù)掃描時間確定）和相同流率30 mL生理鹽水。應(yīng)用對比劑示蹤法在主動脈根部層面選擇感興趣區(qū)（ROI）監(jiān)測CT值，當(dāng)ROI內(nèi)CT值達(dá)到 90 HU時，延遲6 s自動觸發(fā)掃描。數(shù)據(jù)采集期相根據(jù)屏氣后的心率設(shè)定：A組24例（65 bpm≤心率<75 bpm），采集期相設(shè)為70%R-R間期，B組27例（心率≥75 bpm），采集期相設(shè)為40%R-R間期，采集時間選擇 0.38 s。管電壓采用：BMI≥25 kg/m2，120 kV；BMI<25 kg/m2，100 kV；管電流根據(jù) BMI適當(dāng)調(diào)節(jié)：BMI≥25 kg/m2，249～400 mAs；BMI＜25 kg/m2，201～400 mAs。準(zhǔn)直32×0.6 mm，采用Z軸飛焦點(diǎn)技術(shù)采集64層，層厚0.75 mm。

1.4 圖像后處理

所有的圖像傳送到Syngo工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以2%為間隔重建32%～48%間期，層厚0.75 mm，重組卷積核采用細(xì)膩平滑B26f，選擇顯示血管最好的期相進(jìn)行分析。圖像處理包括容積再現(xiàn)（VR）、曲面重組（CPR）和最大密度投影（MIP）。

1.5 圖像質(zhì)量評價

根據(jù)美國心臟病學(xué)會15段冠狀動脈分段法[1]，右冠狀動脈（Right coronary artery，RCA）包括 1～4段，左冠狀動脈主干（Left main artery，LMA）和前降支 （Left anterior descending，LAD）包括5～10段，左回旋支（Left circumflex artery，LCX） 包括11～15段，如有中間支，歸為LAD。由2名有經(jīng)驗的高年資醫(yī)師采用雙盲法對重建好的圖像評分，然后針對不一致的評判進(jìn)行第二次共同閱片，達(dá)成一致意見。評分標(biāo)準(zhǔn)采用4級評分法：4分圖像質(zhì)量為優(yōu)，冠狀動脈顯示清晰，管腔連續(xù)完整，無明顯運(yùn)動偽影和錯層；3分圖像質(zhì)量為良好，管壁欠銳利或CPR上見輕度運(yùn)動偽影，不影響診斷；2分圖像質(zhì)量為中等，管壁中度偽影或CPR圖像上有階梯狀偽影，尚可以作出診斷；1分圖像質(zhì)量為差，冠狀動脈錯位、管壁嚴(yán)重偽影，不能作出診斷。所有起始端管徑≥1.5 mm的節(jié)段都被評價，對于存在嚴(yán)重鈣化和軟斑塊以及支架血管段不做評價。

1.6 CT輻射劑量評價

本研究的輻射劑量僅為CTCA的輻射劑量，不包括定位像和觸發(fā)掃描的輻射劑量。通過CT自動計算得到容積CT劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTIvol）和劑量長度乘積（Dose length product，DLP），由DLP乘以特定的轉(zhuǎn)換系數(shù)k來評估有效劑量（Effective dose，ED），轉(zhuǎn)換系數(shù)k值參考?xì)W盟委員會關(guān)于CT 的質(zhì)量最新標(biāo)準(zhǔn)指南[2]，k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

運(yùn)用SPSS 13.0軟件分析，采用Wilcoxon秩檢驗和兩獨(dú)立樣本t檢驗對兩組的圖像質(zhì)量和輻射劑量分別進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果

2.1 冠狀動脈圖像質(zhì)量分析結(jié)果

見表2。共50例患者納入評價（B組1例因屏氣后的心率不穩(wěn)定，掃描前平均心率85 bpm，掃描時降為68 bpm，掃描未成功）。A組（圖1～3）共評價冠狀動脈299段（存在中間支6段，52段因解剖變異未顯示，7段管徑<1.5 mm、8段存在支架未評價），B組（圖4～6）共評價345段（存在中間支9段，39段因解剖變異未顯示，15段管徑<1.5 mm未評價）。按前述評分標(biāo)準(zhǔn)，A組圖像質(zhì)量評價為3～4分者占91.3%，1～2 分者 RCA 最多（12/29，41.4%），圖像質(zhì)量降低的主要原因是階梯狀偽影（16/29，55.2%），幾乎全是遠(yuǎn)段或側(cè)支。B組圖像質(zhì)量評價為3～4分者占92.2%，1～2分者RCA與LCX節(jié)段數(shù)相同，均為11段（22/27，81.5%），圖像質(zhì)量降低的主要原因是運(yùn)動偽影（13/27，48.1%），以RCA的中段最多。A、B兩組心率波動范圍3～44 bpm，其中包括4例早搏患者，圖像質(zhì)量均為3～4分。可評價的所有冠狀動脈圖像質(zhì)量評分，A組總體平均分為（3.53±0.73）分，其中 100 kV 組（3.58±0.61） 分，120 kV 組為（3.48±0.81）分，兩組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-0.349，P=0.727）；B組圖像質(zhì)量總體平均分為（3.59±0.63）分，其中 100 kV 組（3.64±0.57）分，120 kV 組（3.55±0.67）分，兩組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-1.044，P=0.296）。

Table 2 Comparison of image quality in group A and B

圖1～3 同一患者，BMI為28.40 kg/m2，管電壓120 kV，管電流270 mAs。圖1：平均心率73 bpm，選擇70%R-R間期掃描；圖2：VR圖像，各冠狀動脈段顯示清晰，無偽影；圖3：CPR圖像，右冠狀動脈管壁光滑，無偽影，評分4分。圖4～6 同一患者，BMI為23.92 kg/m2，管電壓為100 kV，管電流362 mAs。圖4：平均心率83 bpm，選擇40%R-R間期掃描；圖5：VR圖像，各冠狀動脈段顯示清晰，無偽影；圖6：CPR圖像，右冠狀動脈管壁光滑，無偽影，評分4分。Figure 1～3.Same patient with a body mass index of 28.40 kg/m2and a scanning protocol involving a tube voltage of 120 kV and a tube current-time of 270 mAs.Figure 1:The centre of the data acquisition window was set at 70%of the R-R interval as the patient with an average heart rate of 73 bpm;Figure 2:The image quality of volume rendering was considered clear and no artifact in any segments of the coronary artery;Figure 3:The image quality of curved planar reformation in RCA was considered 4 scores due to its smooth wall without artifact.Figure 4～6.Same patient with a body mass index of 23.92 kg/m2and a scanning protocol involving a tube voltage of 100 kV and a tube current-time of 362 mAs.Figure 4:The centre of the data acquisition window was set at 40%of the R-R interval as the patient with an average heart rate of 83 bpm;Figure 5:The image quality of volume rendering was considered clear and no artifact in any segments of the coronary artery;Figure 6:The image quality of curved planar reformation in RCA was considered 4 scores due to its smooth wall without artifact.

2.2 輻射劑量評價

見表3。A組總體平均有效劑量為（2.85±0.93）mSv，其中 100 kV 組（2.11±0.66）mSv，120 kV 組（3.48±0.60） mSv，兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-5.326，P＜0.001）；B 組總體平均有效劑量為（3.10±0.86） mSv，其中 100 kV 組（2.30±0.35） mSv，120 kV 組（3.68±0.61） mSv，兩者間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=-6.672，P＜0.001）。

Table 3 Comparison of radiation dose in group A and B

3 討論

3.1 自適應(yīng)門控序列掃描模式的優(yōu)勢

多層螺旋CT冠狀動脈成像時如何降低輻射劑量成為研究的熱點(diǎn)，根據(jù)國際放射防護(hù)委員會提出的“合理使用低劑量”原則，提高圖像質(zhì)量與降低輻射劑量統(tǒng)籌兼顧是我們追求的目標(biāo)。國內(nèi)外多項研究表明前瞻性心電門控掃描是降低輻射劑量行之有效的方法，在保證圖像質(zhì)量和診斷準(zhǔn)確性的同時，輻射劑量較回顧性心電門控螺旋掃描模式顯著降低[2-5]。但是該技術(shù)對心率和心律的要求非常嚴(yán)格，心率應(yīng)控制在70 bpm以內(nèi)，波動范圍小于10 bpm，而且曝光時間窗為200 ms，只能在采集期相進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，圖像如出現(xiàn)錯層將無法彌補(bǔ)。自適應(yīng)序列掃描模式是在前瞻性心電門控掃描基礎(chǔ)上改進(jìn)的一項新技術(shù)，掃描角度260°～460°，數(shù)據(jù)采集時間窗拓寬到380 ms，實現(xiàn)了重建相位調(diào)整，能在采集期相處±8%時相范圍內(nèi)選擇最佳的重建期相[6-8]。此技術(shù)與雙源CT 83ms的時間分辨率有機(jī)結(jié)合，使其在高心率患者中的應(yīng)用成為可能。

3.2 雙源CT自適應(yīng)門控掃描的可行性與個性化掃描

雙源CT具備對冠狀動脈舒張期和收縮期雙期成像的能力，心率較低時，最佳成像時相多數(shù)位于舒張中期，特別集中于R-R間期的70%左右；高心率時，最佳時相多數(shù)轉(zhuǎn)移至收縮末期，特別集中于RR間期的40%左右[9-11]。因此本研究在掃描前觀察屏氣后心電圖上的心率變化，對65 bpm≤心率<75 bpm患者，采集期相設(shè)在70%R-R間期掃描，心率≥75bpm患者，采集期相設(shè)在40%間期。結(jié)果表明兩組均有90%以上的冠脈節(jié)段可達(dá)到優(yōu)良（3～4分）的圖像質(zhì)量，與以往回顧性與前瞻性門控掃描結(jié)果一致[2-5]。Alkadhi等[4]研究證實采用前瞻性門控掃描時根據(jù)BMI調(diào)節(jié)管電壓可以顯著降低輻射劑量，而且對冠狀動脈的圖像質(zhì)量無影響。因此本研究對于BMI在25kg/m2以下的患者采用100 kV管電壓掃描，以上患者采用120 kV管電壓掃描。結(jié)果顯示A、B兩組中100 kV組的有效劑量均顯著低于120 kV組（P＜0.001）；而兩組中100 kV組與120 kV組的圖像質(zhì)量評分無明顯差異（P>0.05）。A、B兩組圖像質(zhì)量總體評分為（3.53±0.73）分與（3.59±0.63）分，兩者的有效劑量為（2.85±0.93） mSv與（3.10±0.86） mSv，明顯低于回顧性門控掃描患者所接受的輻射劑量[2-5]，同時也低于國內(nèi)文獻(xiàn)報道的自適應(yīng)心電門控掃描的輻射劑量[7-8]。因此，針對不同BMI患者適當(dāng)調(diào)整掃描參數(shù)，能夠進(jìn)一步降低輻射劑量而對圖像質(zhì)量無影響。

3.3 心率和心律變化與圖像質(zhì)量的關(guān)系

本研究結(jié)果顯示A、B兩組中冠狀動脈圖像質(zhì)量評分為1～2分者，RCA和LCX的節(jié)段數(shù)居多，心率≥75 bpm時，圖像質(zhì)量的下降主要與運(yùn)動偽影有關(guān)，尤以RCA中段最顯著，與文獻(xiàn)報道的78 bpm是產(chǎn)生運(yùn)動偽影的臨界心率結(jié)果吻合[7]。作者認(rèn)為上述結(jié)果的原因為冠狀動脈的運(yùn)動速度不一，其中RCA的運(yùn)動速度最快，其次是LCX，LAD和LM運(yùn)動速度最慢，且RCA、LCX最接近左、右心房，尤其是RCA中段走行于右側(cè)房室間溝，最易受心臟搏動的影響[12]。本研究也表明心率<75 bpm時，圖像質(zhì)量的下降主要與階梯狀偽影有關(guān)，幾乎全是遠(yuǎn)段或側(cè)支，是否提示血管管徑是影響階梯狀偽影的主要因素，而非心率高低。本研究兩組心率波動范圍3～44 bpm，其中包括4例早搏患者，均獲得了滿意的圖像質(zhì)量。這得益于自適應(yīng)序列掃描模式提供了心律不齊補(bǔ)償技術(shù)，當(dāng)期前收縮發(fā)生時可自動識別并忽略掃描或重復(fù)掃描，而且在預(yù)設(shè)采集期相處前后±8%范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，Z軸方向上數(shù)據(jù)重疊約10%，避免了心率波動對圖像質(zhì)量的影響。

總之，自適應(yīng)序列掃描模式與雙源CT 83 ms的時間分辨率有機(jī)結(jié)合，可以得到滿意的圖像質(zhì)量，同時顯著降低輻射劑量，具有廣泛的應(yīng)用前景。

[1]Austen WG,Edwards JE,Frye RL,et al.A reporting system on patients evaluated for coronary artery disease.Report of the Ad Hoc Committee for Grading of Coronary Artery Disease,Council on Cardiovascular Surgery[J].Circulation,1975,51(4 Suppl):5-40.

[2]Pflederer T,Jakstat J,Marwan M,et al.Radiation exposure and image quality in staged low-dose protocols for coronary dualsource CT angiography:a randomized comparison[J].Eur Radiol,2010,20(5):1197-1206.

[3]Stolzmann P,Goetti R,Baumueller S,et al.Prospective and retrospective ECG-gating for CT coronary angiography perform similarly accurate at low heart rates[J].Eur Radiol,2011,79(1):85-91.

[4]Alkadhi H,Stolzmann P,Scheffel H,et al.Radiation dose of cardiac dual-source CT:The effect of tailoring the protocol to patient-specific parameters[J].Eur Radiol,2008,68(3):385-391.

[5]Ketelsen D,Thomas C,Werner M,et al.Dual-source computed tomography:Estimation of radiation exposure of ECG-gated and ECG-triggered coronary angiography[J].Eur Radiol,2010,73(2):274-279.

[6]Xu L,Yang L,Zhang Z,et al.Low-dose adaptive sequential scan for dual-source CT coronary angiography in patients with high heart rate:comparison with retrospective ECG gating[J].Eur Radiol,2010,76(2):183-187.

[7]郭曉娟，馬展鴻，劉敏，等.雙源CT自適應(yīng)心臟步進(jìn)掃描技術(shù)在高心率患者冠狀動脈成像中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2010，26（7）：1358-1362.

[8]魯錦國，呂濱，唐翔，等.雙源CT自適應(yīng)前瞻性心電門控冠狀動脈造影：與傳統(tǒng)冠狀動脈造影對照 [J].臨床放射學(xué)雜志，2010，29（8）：1043-1048.

[9]Araoz PA,Kirsch J,Primak AN,et al.Optimal image reconstruction phase at low and high heart rates in dual-source CT coronary angiography[J].Int J Cardiovasc Imaging,2009,25(8):837-845.

[10]Seifarth H,Wienbeck S,Pusken M,et al.Optimal Systolic and Diastolic Reconstruction Windows for Coronary CT Angiography Using Dual-Source CT[J].AJR,2007,189(6):1317-1323.

[11]鄭敏之，王小英，石明國，等.雙源CT冠狀動脈造影-高心率患者的圖像質(zhì)量與狹窄診斷[J]. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010，31（1）：10-12.

[12]Achenbach S,Ropers D,Holle J,et al.In-plane coronary arterial motion velocity:measurement with electron-beam CT[J].Radiology,2000,216(2):457-463.