降低心臟冠狀動脈多層螺旋CT成像輻射劑量方法的進展

降低心臟冠狀動脈多層螺旋CT成像輻射劑量方法的進展

韓津梁,袁慶海*，弓婷婷

(吉林大學第二醫院 放射線科，吉林 長春130041)

在美國人群，成人接受的輻射中75%來源于醫療性輻射，其中大約2/3醫療輻射都來源于CT檢查[1]，而兒童由于處于生長發育期，細胞分裂速度及比例均高于成人，對射線敏感程度幾乎是成人的10倍[2]，而美國每年多于6200萬人接受CT檢查中,至少有400萬人為兒童[3]。目前，我們國家，CT儀器的裝備量也已經位于世界第三的水平[4]，由此帶來的輻射劑量問題不容忽視。因此，如何降低檢查患者的輻射劑量，提高CT檢查檢查安全性，成為CT技術改革的一個重要發展趨勢。降低CT的輻射計量已成為所有CT學術論壇聚焦的熱點問題，受到各個領域的關注。

1多層螺旋CT心臟冠狀動脈成像的應用現狀

目前，冠心病已經成為嚴重威脅人類生命健康的疾病之一，發病率呈逐漸增高的趨勢，對于有冠心病或者疑似心臟疾病的患者，常用的檢查手段有冠狀動脈造影，血管內超聲及近年來飛速發展的多層螺旋CT(multi-slices computed tomography MSCT)。

MSCT誕生后，結合其強大的后處理功能，作為一種幾乎無創、方便快捷、經濟實用的檢查手段，成為評價冠狀動脈病變情況的重要檢查手段[5]。MSCT在冠狀動脈成像檢查中具有很高的診斷敏感性，冠狀動脈檢查的陰性預測值>95%[6]。除此之外，MSCT還可以一定程度上判斷冠狀動脈斑塊的性質，并大致估算冠狀動脈管腔的狹窄程度，在對于行冠狀動脈搭橋及冠狀動脈支架術后的患者，MSCT冠狀動脈成像可以清晰的顯示出橋血管和支架的位置、形態及管腔內的變化，是搭橋及冠狀動脈支架術后評價重要方式，也為隔期復查術后血管是否通暢提供了簡便方式[7，8]。

MSCT之所以能夠滿足冠狀動脈CT成像的診斷需求，是因其具備了以下幾個條件：較短的時間分辨率、較高的空間分辨率、足夠的密度分辨率，此外，要有較大的容積掃描覆蓋范圍和方便的心電同步技術。冠狀動脈CT成像檢查一般采用心電門控技術，即在心臟掃描的同時，監測心電信號，利用心電信號觸發掃描或根據心電標記后的心動周期時相重建圖像。心電門控技術分為前瞻性心電門控技術和回顧性心電門控技術，回顧性心電門控技術較為常用。所謂回顧性心電門控技術即患者一次屏氣可以完成全心動周期數據的采集，然后進行回顧性分析，自由重組任意心臟時相的圖像，對冠狀動脈多個時相的重組圖像進行分析[9]。

為了獲得較高的圖像質量，應用MSCT在冠狀動脈成像時，多采用小螺距重疊、亞毫米薄層掃描，并應用回顧性心電門控技術，在整個心動周期進行連續的曝光，患者接受了很大射線劑量。雖然隨著探測器排數的不斷增加，射線劑量有所降低，但Hunold等[10]研究表明，冠狀動脈CT成像中的射線劑量是電子束CT的4-7倍，是冠狀動脈造影的3-5倍。因此，在冠狀動脈MSCT成像檢查中如何在保障圖像能夠滿足診斷的同時，最大限度的降低輻射劑量已經成為大家廣泛關注的焦點和迫切需要解決的難題。

2降低多層螺旋CT心臟冠狀動脈成像輻射劑量的方法

2.1　降低管電壓

管電壓的大小決定X射線的能量，所以CT的輻射劑量隨著管電壓的不同會有明顯變化，降低管電壓可以一定程度的降低輻射劑量。管電壓作為掃描參數易于修改，但是管電壓對圖像的質量影響也非常的復雜，其既影響圖像噪聲也影響組織對比，輻射劑量與管電壓的平方呈正比(最終和初始的峰值電壓呈正比)，而噪聲與管電壓呈反比。同時降低了管電壓，就會降低X射線的穿透力，可被人體吸收的射線比例增加，放射線對患者的危害有所增加，最終導致患者接受的輻射劑量與圖像質量之間的關系失衡。所以不能盲目的降低管電壓。根據 Lieberman[11]等人報告的結果，在兒童的頭部CT檢查時，增加管電流的同時降低管電壓，可以保證病人在降低射線劑量情況下不降低圖像噪聲比，得到能夠滿足診斷的圖像。而對于大多數患者而言，腹部的 CT 掃描可以進行優化，單純把管電壓由140 kV降至120 kV時，輻射劑量可減少20%-40%[12]，低管電壓比較適合體積較小的患者。所以，如何平衡管電壓與管電流兩者的關系，尋找圖像質量和輻射劑量最佳的結合點，達到不影響診斷準確性的基礎上，降低輻射劑量是需要解決的關鍵問題。

2.2　降低管電流

管電流作為CT的常規掃描參數，也易于修改，用降低管電流的辦法來降低輻射劑量效果明顯，所以作為常用的降低劑量的選擇方法之一。但是圖像噪聲會隨著管電流的降低而增加，圖像的綜合質量降低，繼而影響檢查結果的準確性。增大毫安量可降低圖像的噪聲，但會增加X線的輻射劑量。并且，毫安量增大到一定限度，如繼續增大，圖像的質量不會有明顯變化，反而會加大管球的損耗[13]。

2.3　前瞻性門控技術

前瞻性門控技術可以顯著降低冠狀動脈CT成像檢查中的輻射劑量[14，15]。目前，前瞻性心電門控序列掃描模式是研究的熱點之一，該技術采用前瞻性ECG觸發，在R-R間期內固定時相觸發掃描，下一個心動周期移床，再下一個心動周期采集圖像[16]。但其成像時需選擇心率慢且穩定的患者，如果在掃描過程中，患者心率不穩定，會影響采集所得的圖像質量[17]。并且前瞻性心電門控技術僅是單時相掃描，采用間斷性掃描方式，原始數據只能在較窄的范圍內重組[18]，因此使用心電編輯、多時相重組等圖像后處理技術會受到一定限制。

2.4　增大螺距

如果其他掃描參數不變，X射線劑量和掃描中使用的螺距成反比，即理論上認為螺距增大，劑量減低。因此以前單片計算機斷層照相術 (SSCT)進行冠脈成像時，為了保證一定的時間和空間分辨率，需要采用較小的螺距進行掃描[19]。現在隨著多層螺旋技術的發展，憑借其Z軸方向的增加、高速的機架旋轉速度及各向同性掃描的優勢，使得增加螺距掃描同時降低患者的輻射劑量這一問題得到解決。但實際中，如果在MSCT上增大螺距會使機器自動增加管電流，因而增大了噪聲比，同時增寬螺距使圖像z軸的空間分辨率下降，如果螺距過大，獲得的原始數據就不完全，也嚴重影響軟件系統的后處理結果，重建后圖像質量不高。因此，增大螺距降低劑量的方法，在多層螺旋CT上的應用上可以使用，但是需要謹慎。

2.5　前置濾線器

合理運用前置濾線器，提高X線的利用率，降低X線散射，增加心臟部位接受的信號，同時又減少受檢者表面接受的劑量，可降低射線劑量約15%左右[20]，實現了較高圖像質量與低輻射劑量的和諧統一。

2.6　重建技術的應用

前述許多降低輻射劑量的方法均帶來了圖像質量下降的改變，而隨著軟件功能的發展和改進，結合軟件后重建技術來獲得較高的圖像質量越來越成為研究的前沿。在利用其它技術降低CT輻射劑量的同時，通過改變計算機后期成像的計算的方法獲得與常規FBP法相同、甚至更好的圖像質量。不同的重建技術擁有不同的計算方法，CT圖像重建的兩種方法是迭代重建(Iterative recon-struction ,IR)和解析重建(Analytical reconstruction，AR)，目前多家公司推出了多種IR算法，如GE的適應性統計迭代重建(Adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR)技術和基于模型的迭代重建(Model-based iterative recon-struction,MBIR)技術(即Veo技術)；Siemens的圖像空間迭代重建(Iterative reconstruction in image space,IRIS)技術和正弦確定迭代重建(Sinogram affirmed iterative reconstruc-tion,SAFIRE)技術；Philips的iDose技術和Toshiba的適應性迭代劑量減低技術(Adaptive iterative dose reduction,AIDR)[21]。Wu等[22]研究發現MSCT結合iDose4重建技術，頭部CT在降低43%管電流時獲得的圖像質量，不會影響診斷可信度。Singh[23]等進一步發現使用40 mAs結合50%-70% ASIR在胸部CT平掃中圖像中仍可獲得較好質量的診斷圖像。而 IR在心臟冠脈CT成像應用中，Hou等[24]在110例患者研究認為在心臟冠脈CT成像檢查中利用前瞻性心電門控技術并應用IR算法，可以在保持圖像質量不變的情況下降低63%輻射劑量，而且對于冠狀動脈內的鈣化斑塊，經IR算法后成像較為清晰，有利于對冠狀動脈狹窄的分析。Renker等[25]對55例冠狀動脈鈣化斑塊嚴重的患者進行研究，認為他們的冠脈CT成像在應用IR算法后減少圖像噪聲和鈣化導致的偽影同時，還能提高診斷準確性。國內的Hu[26]以及國外Park[27]等的研究表明，IRIS迭代重建算法與FBP重建算法相比，可以在不降低圖像空間分辨率的情況下，有效去除圖像噪聲，大幅降低輻射劑量。

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收稿日期：(2013-12-28)

文章編號：1007-4287(2015)01-0153-03

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