前瞻心電門控大螺距低千伏掃描聯(lián)合原始數(shù)據(jù)迭代重建冠狀動脈CTA成像質量分析

周文珍，殷信道，吳前芝，許權，徐輝，王同興，張婭梅，謝光輝，張娣

南京醫(yī)科大學附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）醫(yī)學影像科，江蘇 南京210006

0 前言

冠狀動脈CTA（coronary CT angiography，CTA）檢查可以無創(chuàng)性觀察冠狀動脈并發(fā)現(xiàn)冠狀動脈狹窄，具有較高的診斷準確性。然而CTA檢查的輻射劑量可能較高，并受到爭議。因此，目前低劑量CTA成像的研究受到較多關注。寬探測器及快速旋轉速度實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集新發(fā)展，尤其是前瞻性心電門控大螺距掃描（Flash spiral）模式的應用，可大幅度降低輻射劑量。該掃描技術的缺點在于沒有心動周期中其余部分的可重建數(shù)據(jù)。同時，降低管電壓及管電流同樣可以降低輻射劑量[1,2]。然而，兩種技術均會導致圖像噪聲增加，進而可能影響圖像質量[3-6]。目前圖像噪聲增加可以通過迭代重建（iterative reconstruction，IR)彌補。IR重建是基于原始數(shù)據(jù)的一種重建技術，在保證相同圖像質量的前提下，IR技術可降低輻射劑量，研究已經證實迭代重建在胸部[7]，腹部[8]及冠狀動脈CTA[9-14]成像中均具有降低輻射劑量的優(yōu)勢。

本研究采用以上幾種技術聯(lián)合進行CTA成像，并評價該低輻射劑量獲得具有診斷價值圖像質量的可行性。

1 材料與方法

50例患者，體質量指數(shù)（body mass index BMI）指數(shù)＜30 kg/m2，體重（66.5±12.2）kg，心率（50±6）次 /min，藥物控制后達到該標準也包括在內，所有患者均行CTA檢查排除冠狀動脈狹窄。

1.1 CT掃描技術

采用第二代雙源CT（Definition Flash, Siemens Healthcare,Forchheim, Germany）進行數(shù)據(jù)采集。掃描范圍：氣管分叉下方10 mm至心臟膈面。球管旋轉時間：280 ms；準直：2 mm×64 mm×0.6 mm；管電壓100 kV ，采用實時動態(tài)曝光劑量調節(jié)（CARE Dose4D），在管電壓調節(jié)基礎上根據(jù)BMI進一步調節(jié)管電流，電流范圍為350~410 mA；螺距為3.4。在主動脈根部層面選擇興趣區(qū)（ROI）檢測CT值，＞100 HU時，延遲5 s自動觸發(fā)掃描，采用前瞻性心電門控大螺距（Flash spiral）掃描模式，R-R間期55% 掃描成像（默認模式），肘前靜脈注入60 mL非離子對比劑優(yōu)維顯( Ultravist，Iopromide，370 mg /mL)及50 mL生理鹽水，應用對比劑示蹤法（bolus-tracking），速率均為6 mL/s。

1.2 圖像重建

CCTA圖像重建采用兩種方法，分別為傳統(tǒng)的反投影濾過重建（filtered back projection ，F(xiàn)BP)和IR重建，兩種重建均采用層厚0.6 mm，重建間隔0.3 mm，卷積核分別為B26f、I26f，應用Circulation 和3D軟件進行圖像后處理，主要采用MPR，CPR及VR進行圖像重建。

1.3 圖像質量分析

由兩位有經驗的閱片醫(yī)師獨立評價圖像質量。

1.3.1 主觀圖像質量評價

采用4分法評價[15]。1分：優(yōu)秀，血管顯示清晰，邊界清晰，無偽影；2分：良好，對應血管有輕度管腔模糊，輕度偽影；3分：中等，血管中度管腔模糊，中度偽影，但仍可評價；4分：差，對應血管顯示不全，無法評價。采用美國心臟學會（AHA）15段冠狀動脈分段法，共有728段可以分析。

1.3.2 客觀圖像質量評價

測量噪聲（image noise IN）、信噪比（signal-to-noise ratio ，SNR)及對比噪聲比（contrast-to-noise ratio ，CNR)。

冠狀動脈左主干水平升主動脈CT值的標準差定義為圖像噪聲，感興趣區(qū)（ROI）平均面積為（ 4.5±1.3）cm2（圖1）。于冠狀動脈近端獲得SNR和CNR3,16，冠狀動脈CT值（CT1）通過將ROI置于冠狀動脈近端管腔內測量獲得，ROI足夠大，但不包括管壁。周圍組織的CT值（CT2）即血管周圍組織約3~4 mm2處ROI（置于左主干開口水平的冠狀動脈周圍脂肪組織內）的平均CT值，SNR=CT1/ IN。CNR=（CT1-CT2）/ IN。

圖1 圖像噪聲測量位于左主干水平的主動脈。A：IR重建；B：FBP重建。

記錄機器自動測量劑量長度乘積（dose length product，DLP），根據(jù)DLP 計算有效劑量（Effective Dose，ED），ED= k×DLP，k 值采用歐盟委員會推薦的胸部值0. 014 mSv/(mGy·cm)。

1.4 統(tǒng)計學處理

所有統(tǒng)計學分析使用SPSS 16.0軟件，計量資料以均值±標準差（x-±s）描述，分類變量采用百分比描述，采用配對t檢驗對兩種不同重建算法所得圖像質量定量測量結果進行比較。對計數(shù)資料的比較采用χ2檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。計算Cohen’s kappa值( k)評價兩位閱片者評價圖像質量間的差異：k = 0代表一致性差；k =0.01~0.20代表少量一致性；k = 0.21~0.40代表輕度一致性；k =0.41~0.60代表中度一致性；k =0.61~0.80代表一致性好；k = 081~1.00代表一致性極佳。

2 結果

患者一般資料見表1。

表1 患者一般資料

2.1 圖像質量

冠狀動脈段平均質量評分FBP重建為2.2±1.0，IR重建為1.9±1.1，IR重建的圖像質量較FBP重建好，見圖2。

圖2 72歲女性患者冠狀動脈CTA。右冠狀動脈起始部局限性非鈣化斑塊（箭頭）。A，B，C分別為右冠狀動脈，前降支及回旋支；1：為FBP重建，2：為IR重建；D為VR圖像。

728段血管，F(xiàn)BP重建組有61（8.4%）段無法評價，IR重建為38（5.1%）段，兩者無統(tǒng)計學差異（P=0.07）。

FBP重建，BMI<24 kg/m2（ 28例）的患者及BMI為24~30 kg/m2（ n=22）的患者其可評價的血管段數(shù)分別為403/409（ 98.5%）及253/319（79.3%），兩者差異有統(tǒng)計學意義（P=0.03）（見表 2）。

IR重建，BMI<24 kg/m2(n=28)的患者及BMI為24~30 kg/m2(n=22)的患者，可評價的血管段分別為404/409(98.8 %)及291/319 (91.2%)；兩組間差異無統(tǒng)計學意義（P=0.07）（見表2）。

表2 主觀圖像質量參數(shù)（可以評價的冠狀動脈段數(shù)）

2.2 CT值，噪聲，SNR，CNR

兩種重建所有的CT值均沒有統(tǒng)計學差異（表3）。

FBP重建及IR重建的平均噪聲分別為（26.4±5.2）HU和（20.6±4.1）HU，兩組間差異具有統(tǒng)計學意義（P=0.02）。IR重建的SNR及CNR與FBP重建之間的差異均有統(tǒng)計學意義（表3）。

表3 兩種重建客觀圖像質量評價數(shù)值

BMI<24 kg/m2的患者圖像噪聲IR組較FBP組低，有統(tǒng)計學差異，CT值兩組之間無差異。然而IR組的圖像噪聲低，SNR和CNR高，且具有統(tǒng)計學意義。BMI為24~30 kg/m2的患者兩組之間除各血管CT值外，各血管的SNR及CNR兩種重建之間均有統(tǒng)計學差異（表4）。

兩位閱片者對FBP重建（k =0.723）及IR重建（k = 0.719）冠狀動脈圖像質量評分的結果一致性良好（表5）。

表5 兩種重建方式的評分表

3 討論

隨著對CTA檢查所致輻射的不斷關注，已經有措施被采用來降低CTA成像的輻射劑量，其中降低管電壓及管電流是之前研究較多的技術，輻射劑量與管電壓的平方呈正比，降低管電壓可顯著降低輻射劑量。降低管電壓后，X線與被檢體作用的光電效應增加，能夠提高冠狀動脈血管腔內的CT值，增加血管與周圍組織結構的對比。第二代雙源CT大螺距掃描的優(yōu)勢在于配備了2套球管及相應的128層探測器。雙球管設置，使得它具備了使用更大螺距掃描的可能，可以明顯降低輻射劑量及造影劑用量[17-18]，除了計算機硬件的發(fā)展和采集技術的改進，目前計算機強大的后處理也可以降低圖像噪聲，提高圖像質量，關于采用IR重建降低輻射劑量的研究比較多，其在胸部[7]、腹部[8]及心臟[9,11-12]等部位的運用均有報道。

表4 不同BMI值患者客觀圖像質量評價結果

本研究IR重建能夠顯著降低圖像噪聲，提高主觀圖像質量（FBP重建：2.2±1.0，IR重建：1.9±1.1，P<0.0001）。這與之前的研究結果相符[9-12,14]。然而，本研究的優(yōu)勢在于采用了低千伏，低電流大螺距掃描模式聯(lián)合IR重建的進行研究。Utsunomiya 等報道了關于256層CT前瞻性心電門控采用IR重建提高圖像質量的研究[12]。Bittencourt 等采用前瞻性心電門控大螺距掃描模式聯(lián)合迭代重建降低圖像噪聲[9]，其結果與本研究結果相似。本研究結果提示兩種重建方式，主動脈及冠狀動脈近端的血管強化沒有差異，這與其他研究結果一致[9-12]。BMI<24 kg/m2的患者SNR及CNR兩種重建方式之間沒有差異，BMI為24~30kg/m2的患者SNR及CNR值IR重建高，噪聲則是IR重建低。

盡管本研究證實了低劑量CCTA在特定人群（心率≤60 次/min，BMI<30）中的可行性，但本研究仍存在以下局限性。首先，樣本量較小，BMI≥30 kg/m2的患者沒有包括在研究范圍內。第二，關于低劑量掃描診斷準確性還需要進一步研究，比如與冠狀動脈造影進行比較。第三，本研究沒有將Flash掃描模式與其他掃描模式提示進行比較。為了達到低劑量掃描，本研究采用了前瞻性心電門控大螺距掃描模式，該序列對運動比較敏感，容易產生偽影，尤其是心率不低或者不穩(wěn)定的狀態(tài)下[19]。另外，IR重建方式需要的時間較長。

總而言之，本研究提示心率≤60 次/min的患者，不僅BMI<24 kg/m2的人群可以選擇低千伏掃描，對于BMI為24~30 kg/m2之間輕度肥胖的患者也可以采用前瞻性心電門控大螺距模式，100 kV低千伏，CARE Dose4D聯(lián)合IR重建技術進行CTA成像，可以使患者受到低劑量輻射的條件下完成冠狀動脈CTA成像。

[1] Hausleiter J,Meyer T,Hermann F,et al Estimated radiation dose associated with cardiac CT angiography[J].JAMA,2009,30:500-507.

[2] Vorobiof G,Achenbach S,Narula J.Minimizing radiation dose for coronary CT angiography[J].Cardiol Clin,2012,30:9-17.

[3] Pflederer T,Rudofsky L,Ropers D,et al.Image quality in a low radiation exposure protocol for retrospectively ECG-gated coronary CT angiography[J].AJR Am J Roentgenol,2009,192:1045-1050.

[4] Bischoff B,Hein F,Meyer T,et al.Impact of a reduced tube voltage on CT angiography and radiation dose: results of the PROTECTION I study[J].JACC Cardiovasc Imaging,2009,2:940-946.

[5] Leschka S,Stolzmann P,Schmid FT,et al Low kilovoltage cardiac dual-source CT: attenuation,noise,and radiation dose[J].Eur Radiol,2008,18:1809-1817.

[6] Blankstein R,Bolen MA,Pale R ,et al Use of 100 kV versus 120 kV in cardiac dual source computed tomography: effect on radiation dose and image quality[J].Int J Cardiovasc Imaging, 2011,27:579-586.

[7] Leipsic J,Nguyen G,Brown J ,et al A prospective evaluation of dose reduction and image quality in chest CT using adaptive statistical iterative reconstruction[J].AJR Am J Roentgenol, 2010,195:1095-1099.

[8] Marin D,Nelson RC,Schindera ST ,et al Low-tubevoltage,high-tube-current multidetector abdominal CT: improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm-initial clinical experience[J].Radiology,2010,254:145-153.

[9] Bittencourt MS,Schmidt B,Seltmann M,et al Iterative reconstruction in image space (IRIS) in cardiac computed tomography: initial experience[J].Int J Cardiovasc Imaging, 2011,27:1081-1087.

[10] Leipsic J,LaBounty TM,Heilbron G et al Adaptive statistical iterative reconstruction: assessment of image noise and image quality in coronary CT angiography[J].AJR Am J Roentgenol, 2010,195:649-654.

[11] Moscariello A,Takx RA,Schoepf UJ,et al Coronary CT angiography: image quality,diagnostic accuracy,and potential for radiation dose reduction using a novel iterative image reconstruction technique-comparison with traditional filtered back projection[J].Eur Radiol,2011,21:2130-2138.

[12] Utsunomiya D,Weigold WG,Weissman G,et al Effect of hybrid iterative reconstruction technique on quantitative and qualitative image analysis at 256-slice prospective gating cardiac CT[J].Eur Radiol,2012,22:1287-1294.

[13] Leipsic J,Labounty TM,Heilbron B,et al Estimated radiation dose reduction using adaptive statistical iterative reconstruction in coronary CT angiography: the ERASIR study[J].AJR Am J Roentgenol,2010,195:655-660.

[14] Renker M,Ramachandra A,Schoepf UJ ,et al Iterative image reconstruction techniques: applications for cardiac CT[J].J Cardiovasc Comput Tomogr,2011,5:225-230.

[15] Leschka S,Scheffel H,Desbiolles L,et al Image quality and reconstruction intervals of dual-source CT coronary angiography: recommendations for ECG-pulsing windowing[J].Invest Radiol,2007,42: 54.

[16] Achenbach S,Giesler T,Ropers D ,et al Comparison of image quality in contrast-enhanced coronary artery visualization by electronbeam tomography and retrospectively electrocardiogram-gated multislice spiral computed tomography[J].Eur J Radiol,2006,57:373-379.

[17] Achenbach S,Marwan M,Schepis T,et al.High-pitch spiral acquisition: a new scan mode for coronary CT angiography[J].J Cardiovasc Comput Tomogr,2009,3 : 117-121.

[18] Alkadhi H,Stolzmann P,Desbiolles L,et al Low-dose,128-slice,dual- source CT coronary angiography: accuracy and radiation dose of the high-pitch and the step-and-shoot mode[J].Heart,2010,96: 933-938.

[19] Neefjes LA,Dharampal AS,Rossi A,et al Image quality and radiation exposure using different low-dose scan protocols in dual-source CT coronary angiography: randomized study[J].Radiology,2011,261:779-786.