低濃度對比劑大螺距前門控雙源CT冠狀動脈成像初步研究

武永杰，趙宏亮，魏夢綺，劉瑩，石明國，宦怡，鄭敏文

低濃度對比劑大螺距前門控雙源CT冠狀動脈成像初步研究

武永杰，趙宏亮，魏夢綺，劉瑩，石明國，宦怡，鄭敏文

【摘要】目的：評價低濃度對比劑Flash雙源CT大螺距冠狀動脈成像聯合應用低kV和迭代重建算法對血管強化程度、圖像質量和輻射劑量的影響。方法：對120例體重指數（BMI）＜25kg/m2、心率≤65次/分且穩定的患者進行前瞻性心電觸發大螺距雙源CT冠狀動脈掃描，檢查者隨機分成低濃度對比劑組（A組，60例）和高濃度對比劑組（B組，60例）。A組對比劑使用碘克沙醇（濃度為270mg I/mL），管電壓為80kV，圖像重建采用迭代重建算法（SAFIRE）；B組對比劑使用碘普羅胺（濃度為370mg I/mL），管電壓為100kV，圖像重建采用濾波反投影算法（FBP）。兩組圖像均測量左右冠狀動脈開口處、升主動脈根部及心底層面的胸主動脈CT值，并比較兩組圖像的噪聲、信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR）、主觀圖像質量評分和有效輻射劑量。結果：碘克沙醇270組各解剖部位平均強化CT值均明顯高于碘普羅胺370組，差異均具有統計學意義（P＜0.05）。碘克沙醇270組圖像噪聲、SNR、CNR較碘普羅胺370組略高，但差異均無統計學意義（P＞0.05）。兩組主觀圖像質量評分分別為（1.62±0.69）和（1.51±0.65），差異克統計學意義（P＞0.05）。碘克沙醇270組有效輻射劑量較碘普羅胺370組明顯降低［分別為（0.25±0.05）mSv和（0.55±0.11）mSv，P＜0.001］，低濃度組輻射劑量較高濃度組降低了54.5%。結論：當聯合應用低kV和迭代重建算法時，即使使用低濃度對比劑（270mg I/mL）進行Flash雙源CT大螺距冠狀動脈成像，依然可以提高血管的對比強化效果且不降低圖像質量，還能大幅度降低有效輻射劑量。

【關鍵詞】冠狀動脈；對比劑；體層攝影術，X線計算機；圖像處理，計算機輔助

作者單位：710032 陜西，第四軍醫大學西京醫院放射科

冠狀動脈CT成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）是一種有效的冠心病無創性篩查方法，有著很好的成像效果及很高的診斷符

合率［1］，但CCTA輻射劑量造成的潛在癌變危害性也受到人們的廣泛關注，據文獻報道，64排CT的平均CCTA輻射劑量為15.7mSv［2］，另外腎臟損害也隨著含碘對比劑的廣泛使用而隨之升高。西門子第二代雙源CT所特有的大螺距（螺距最大可至3.4）螺旋掃描模式，可在一個心動周期內完成心臟掃描，其CCTA輻射劑量可降至1mSv以下［3］。選擇低碘濃度對比劑可以降低患者腎臟碘負荷，但低碘濃度對比劑會導致靶血管內的強化CT值下降。而低kV技術則可明顯提高靶血管的CT值且同時降低輻射劑量，但噪聲會明顯增加，使圖像質量降低。最新的迭代重建技術可有效降低圖像噪聲，提高圖像的信噪比（signal noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast noise ratio，CNR），從而保持甚至提高圖像質量［4，5］，因此可以彌補由于低kV造成的噪聲增加和圖像質量下降。本文嘗試使用低碘濃度對比劑（碘克沙醇270）聯合應用低kV技術和迭代重建算法進行Flash雙源CT冠狀動脈成像，預期研究目標是保持圖像噪聲不增加和圖像質量不降低，并大大降低有效輻射劑量。

材料與方法

1.病例資料

120例（男75例，女45例，年齡35～85歲，平均54.8歲）疑診為冠心病擬行CCTA的患者被納入本組研究。排除標準:心律失常，腎功能損傷（血清肌酐水平＞1.5mg/dl），對比劑過敏史，既往確診冠心病行支架置入術及搭橋手術者，心衰，未經治療的甲狀腺功能亢進，孕婦，掃描前心率＞65次/分及體重指數（body mass index，BMI）＞25kg/m2的患者。所有患者按照所用對比劑的不同隨機分為兩組:A組使用碘克沙醇270（對比劑濃度為270mg I/mL）；B組使用碘普羅胺370（對比劑濃度為370mg I/mL）。記錄所有患者的年齡、性別、身高、體重和心率等一般資料。

2.CT檢查方法

所有患者均采用西門子第二代雙源CT（Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare）進行掃描，掃描前給予0.5～1.0mg硝酸甘油舌下噴灑，采用前瞻性心電觸發大螺距螺旋CT掃描模式。碘克沙醇270組管電壓80kV，參考管電流300mAs；碘普羅胺370組管電壓100kV，參考管電流300mAs。兩組其余相同的掃描參數如下:數據采集預設在60% R-R間期［6］，采用Z軸飛焦點技術，層面采集厚度2×128× 0.6mm，球管旋轉時間280ms，采用自動管電流調制技術進行掃描。對比劑總量為60～70mL，追加生理鹽水40mL，注射流率均為5mL/s。掃描時啟用對比劑團注追蹤技術，在左心房設置興趣區［7］，當興趣區CT值等于100HU時延遲11s開始掃描。

3.圖像重建

所有圖像數據均傳至工作站（syngo MMWP VE 36A，Siemens Healthcare），由兩名經驗豐富的心臟放射醫師對所有冠狀動脈的軸面、曲面重建圖像進行質量分析與評價。碘克沙醇270組采用SAFIRE迭代重建，重建核I26f，迭代系數選用廠家推薦的strength3（strength1-5，可據此相應調節圖像噪聲和效果）；碘普羅胺370組采用常規的FBP重建，重建核B26f。圖像重建層厚0.75mm，重建間隔0.5mm，矩陣大小512×512。

4.血管強化及客觀圖像質量評價

在左右冠狀動脈開口處、升主動脈根部、膈面胸主動脈軸面或斜軸面圖像上設置興趣區。興趣區盡可能大，且需避免運動偽影、鈣化或軟斑塊的影響。測定靶血管內的CT值作為血管強化程度的指標，噪聲定義為CT值（HU）的標準差，所有解剖部位均測量3次，取3次CT值及噪聲值的平均值為最終的CT值和噪聲值。測定胸骨前方氣體的噪聲作為背景噪聲（SD），測定脊柱旁肌肉的CT值為肌肉CT值，根據公式計算SNR及CNR，SNR=靶部位CT值/背景SD；CNR=（靶部位CT值-肌肉CT值）/背景SD。

5.主觀圖像質量評價

主觀圖像質量評價由兩名有經驗的心臟放射醫師在不知所用對比劑、掃描參數和重建算法的情況下獨自對所有圖像進行評價。冠狀動脈節段根據美國心臟協會（AHA）的標準［8］分為16個節段進行評價。右冠狀動脈:1近段，2中段，3遠段，4后降支，5左主干；左前降支:6近段，7中段，8心尖，9第一對角支，10第二對角支；左旋支:11近段，l2鈍緣支，13遠段，14后側支，l5后降支；若存在中間支，標記為16段。對管徑≥1.5mm的冠脈節段根據圖像噪聲、輪廓和總體印象采用4分法進行評估（1分=極好；2分=好；3分=中等；4分=差）［9］。1～3分被認為具有診斷價值，診斷意見不一致時協商達成一致。

6.有效輻射劑量

記錄所有患者的CT輻射劑量指數（computed tomography dose index，CTDI）、劑量長度乘積（dose-length product，DLP），計算有效輻射劑量（effective dose，ED），ED為DLP與轉換系數k的乘積，轉換系數采用胸部CT掃描時的k值（0.014mSv/mGy?cm）［10］。

7.統計學分析

應用SPSS19.0軟件進行統計學分析。連續變量資料采用均值±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用成組t檢驗，計數數據的比較采用χ2檢驗。兩位醫師

對圖像主觀評分的一致性分析使用kappa檢驗，kappa 值0.21～0.40表示一致性較差，0.41～0.60表示一致性中等，0.61～0.80表示一致性較好，0.81～1.00表示一致性極好，以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.兩組一般資料和掃描參數

所有120例患者的雙源CT冠狀動脈掃描均成功進行。患者一般資料和掃描參數見表1。兩組患者的年齡、性別、體重、身高、BMI、心率及掃描參數差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表1　兩組患者一般資料和掃描參數比較

2.血管強化評價比較

碘克沙醇270組左、右冠狀動脈開口以及大血管處CT值較碘普羅胺370組差異均有統計學意義（P＜0.05），碘克沙醇270組強化CT值均明顯高于碘普羅胺370組（表2，圖1）。

表2　冠狀動脈近段及其它解剖部位對比增強CT值比較 （HU）

3.客觀和主觀圖像質量評價比較

碘克沙醇270組不同解剖部位的圖像噪聲、SNR 和CNR較碘普羅胺370組差異均無統計學意義（P＞0.05），但低濃度組的噪聲、CNR、SNR均略高于后者（表3）。碘克沙醇270組和碘普羅胺370組冠狀動脈節段主觀圖像質量評分（圖2、3）分別為1.62±0.69 和1.57±0.65，差異無統計學意義（P＞0.05），兩組不同評分的冠狀動脈節段百分比及可診斷節段百分比差異均無統計學意義（表4）。碘克沙醇270組中有4個節段不可評價，碘普羅胺370組中僅1個節段不可評價，均為右冠2段，為搏動偽影所致。兩組圖像質量評分評價者間的一致性極好（κ=0.86）。

4.輻射劑量比較

記錄所有圖像的平均CTDIvol（mGy）、DLP （mGy?cm）及掃描長度。根據公式計算出碘克沙醇270組有效輻射劑量為（0.25±0.05）mSv，碘普羅胺

表3　興趣區圖像噪聲、SNR和CNR比較

表4　兩組圖像質量評分冠脈節段數及百分比比較 （個，%）

370組有效輻射劑量為0.55±0.11。低濃度組有效輻射劑量較高濃度組降低了54.5%（P＜0.001，表5）。

表5　碘克沙醇270組與碘普羅胺370組輻射劑量比較

討 論

1.對比劑濃度與心血管CT成像效果

對比劑腎?。╟ontrast induced nephropathy，CIN）主要取決于患者碘的攝入量［11］，盡可能減少對比劑的總碘量可以降低患者發生對比劑腎病的風險，因此，選擇低碘濃度對比劑是降低患者碘負荷的方法之一。但是，使用低濃度對比劑理論上會造成靶血管強化程度（CT值）的降低。有研究對比了幾種不同濃度對比劑的冠狀動脈CT成像效果，當采用相同對比劑總量、相同流率時，低濃度對比劑組冠狀動脈CT值明顯低于高濃度對比劑組［12］，而這可能會導致冠狀動脈圖像質量和狹窄評價準確率的降低。從對比劑的角度來說，想要提高血管的強化程度可以通過增加對比劑的注射流率或使用高濃度對比劑來實現，但提高注射流率需要患者有更粗大的血管并采用更大號的套管針，這大大增加了對比劑外滲的風險［13］；而使用高濃度對比劑，如濃度為400mg I/mL時，由于粘稠度明顯增加，也會增加操作的難度和對比劑外滲的風險。因此，使用低濃度對比劑，不僅可以降低患者的腎臟碘負荷，同

時因其粘稠度低，操作難度和對比劑外滲風險明顯下降，但隨之而來的問題是，靶血管的強化程度也會下降［14-15］。

圖1　碘克沙醇270組與碘普羅胺370組不同解剖部位強化CT值、圖像噪聲、CNR和SNR比較條圖。碘克沙醇270組各部位強化CT值均高于碘普羅胺370組，差異有統計學意義。碘克沙醇270組各部位圖像噪聲、CNR、SNR值均略高于碘普羅胺370組，但差異無統計學意義。RCA:右冠開口；LCA:左冠開口；aAO:升主動脈根部；dAO:膈面胸主動脈。a）兩組不同解剖部位強化CT值比較條圖；b）兩組不同解剖部位圖像噪聲值比較條圖；c）兩組不同解剖部位CNR值比較條圖；d）兩組不同解剖部位SNR值比較條圖。

2.低kV與心血管CT成像效果及圖像質量

想要提高靶血管的強化CT值，降低管電壓是一種好的方法。相關CT血管成像研究已證實，低kV技術可以明顯提高靶血管的增強效果即CT值［16］。采用低管電壓（如80kV）掃描，可增加X線與原子間的光電效應，特別是增加了高原子序數元素如骨等含鈣結構和含碘對比劑的光電效應，使X線光子平均能量更接近碘的K緣，從而使康普頓散射效應降低，CT值增加。因此，當使用低濃度對比劑而使血管強化程度降低時，降低管電壓理論上會提高靶血管的強化值從而彌補CT值的減低。本研究采用相同的對比劑總量（60～70mL）和相同的注射流率（5mL/s），由此獲得的碘流率碘普羅胺370組為1.85g I/s，碘克沙醇270組僅為1.35g I/s。盡管碘克沙醇270組的碘濃度和碘流率均低于碘普羅胺370組，但設置80kV管電壓掃描后，靶心血管部位的強化CT值均高于碘普羅胺370組，差異有統計學意義（P＜0.05）。本組研究結果進一步證實了低kV掃描的增加血管CT值的作用，即使在使用270mg I/mL這樣的低濃度對比劑時仍然可以保持冠狀動脈內和其它心血管解剖部位內的強化CT值。但低kV會導致圖像噪聲和偽影增加，使圖像質量降低，這是由于X線光子能量的降低使得對kV值高敏感的硬線束偽影增加造成的，這一限制使得低kV技術難以發揮其優勢且無法在臨床上廣泛應用。

3.迭代重建算法、濾波反投影（FBP）算法與圖像質量

FBP重建算法是臨床應用廣泛的傳統圖像重建方法，數學解析過程簡單，重建速度較快，但因未考慮到光子和電子噪聲，容易產生各種噪聲和偽影，圖像質量易受影響而下降。新近應用于臨床的迭代重建算法，不同于FBP，是將獲得的圖像數據與基于統計的、考慮到光子和電子噪聲的理想噪聲模型進行比較，去除噪聲，得到校正圖像。因此，該技術可以在重建圖像時使噪聲降低，提高圖像的信噪比和對比噪聲比，保持空間分辨力和其它圖像質量參數不變，從而保持甚至提高圖像質量。這一技術目前已經廣泛應用于CT低劑量研究，包括冠狀動脈CT成像［5，17-19］，其中一些研究設置了相同的管電流和管電壓［17］，對比迭代重建和FBP兩種重建方法的冠狀動脈圖像質量，結果證實迭代重建可以明顯降低噪聲，提高圖像質量。另一些研究進一步對比了不同迭代強度的圖像質量，發現強度越高，圖像噪聲越低，但圖像效果也更加呈現修飾后的“虛假”感，因此一般推薦使用中等強度迭代重建值。還有一些研究則分別降低kV值［17］或mAs［19］，對比兩種重建方法的圖像質量和輻射劑量，結果顯示當降低kV值或管電流而使圖像質量降低時，采用迭代重建可以保持圖像質量，從而間接降低輻射劑量。本組研究采用了低濃度對比劑，并在管電流相同（300 mAs）的前提下，采用低kV （80kV）掃描，這顯然會導致低碘濃度組圖像的噪聲明顯增加。然而，由于使用了迭代重建技術，結果顯示

低濃度組與高濃度組之間的圖像噪聲和主觀圖像質量差異均無統計學意義。本研究結果證實在使用低濃度對比劑冠狀動脈CT成像中，即使降低管電壓，但聯合應用迭代重建技術依然可以有效地抑制圖像噪聲，從而保持圖像質量不降低。

圖2　使用碘克沙醇270患者體重指數為23.4kg/m2，掃描參數為80kV，300mAs。a）右冠狀動脈圖像；b）前降支圖像；c）回旋支圖像。 圖3 使用碘普羅胺370患者體重指數為24.8kg/m2，掃描參數100kV，300mAs。圖2、3兩例顯示均極好，主觀評分均為1分，冠狀動脈對比增強強度無明顯差異。a）右冠狀動脈圖像；b）前降支圖像；c）回旋支圖像。

4.大螺距掃描、迭代重建算法與降低輻射劑量

第二代雙源CT所特有的前門控大螺距螺旋掃描擁有更寬的探測器和更高的旋轉速度，第二套球管探測器可以填補第一套探測器和球管的間隙，實現了大螺距無間隙掃描，可以在一個心動周期內完成全心掃描，避免了因多個心動周期采集及重建所致的圖像階梯樣偽影，極大地降低了輻射劑量，使冠狀動脈圖像質量也明顯提高。據文獻報道，采用大螺距掃描模式行冠狀動脈CT成像的輻射劑量可低于1mSv［3］。迭代重建技術是最近應用于臨床的一項可降低輻射劑量的新技術，這一技術本身并不能降低輻射劑量，但其對于圖像的“修飾”作用，可彌補降低kV和mAs所帶來的噪聲增加和圖像質量降低，從而間接具有了降低輻射劑量的作用。本組研究采用了第二代雙源CT特有的前瞻性心電觸發大螺距螺旋掃描模式，大幅度地降低了輻射劑量，低碘濃度組有效輻射劑量僅為（0.25± 0.05）mSv，顯著低于高碘濃度組的（0.55± 0.11）mSv，兩組差異有統計學意義（P＜0.001），這一結果比其它高濃度對比劑迭代重建研究結果還要低［6，20，21］，因為本組采用的管電壓更低（為80kV），其它研究管電壓設置一般為120kV或100kV。低kV聯合迭代重建算法保持了主觀和客觀圖像質量不降低，還大幅度降低了輻射劑量。

5.研究限度

本研究存在以下局限性:①研究納入的病例數較少，每組只有60例患者。盡管兩組間主觀圖像質量和客觀圖像質量差異均無統計學意義，但研究結果尚需大樣本進一步證實；②納入研究的都是BMI＜25kg/m2、心率≤65次/分且穩定的患者，對BMI＞25kg/m2以及心率快人群有待進一步研究；③由于廣泛鈣化會影響圖像的觀察和CT值的測量，本研究沒有評價廣泛鈣化的冠狀動脈；④本研究未評價CT診斷冠狀動脈狹窄的準確率，這也是我們下一步研究的主要內容；⑤本研究僅應用了一個迭代重建系數（strength3）的圖像與FBP重建圖像進行比較，沒有對五個（strength1～

5）迭代系數分別重建圖像并進行圖像質量對比。

綜上所述，本組研究初步證實，低濃度對比劑（270mg I/mL）進行Flash雙源CT冠狀動脈成像時，聯合應用低kV和迭代重建技術，可保持冠狀動脈的對比強化CT值且不降低圖像質量，還能大幅度降低有效輻射劑量。

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?乳腺影像學?

WU Yong-jie，ZHAO Hong-liang，WEI Meng-qi，et al.Department of Radiology，Xijing Hospital，Fourth Military Medical University，Xi'an 710032，P.R.China.

Preliminary study of low concentration contrast material for high-pitch dual-source CT coronary angiography

【Abstract】Objective:To assess the impact of low concentration contrast medium with FLASH dual source high-pitch CT coronary angiography in combination with low kV and iterative reconstruction on the vascular enhancement，image quality and radiation dosage.Methods:120patients with BMI＜25kg/m2，heart beat≤65/m stably were recruited in this study. ECG-triggered high-pitch spiral acquisition dual-source CT coronary angiography was performed prospectively.Patients were randomly divided into a low contrast medium concentration group（group A）and high concentration group（Group B）with 60patients for each group.Iodixanol 270（270mg I/mL）were injected and low tube output（80kV）were used in Group A，images were reconstructed using iterative reconstruction technique（SAFIRE）.Iopromide 370（370mg I/mL）and 100kV tube output were used in Group B，images were reconstructed using filtered back projection（FBP）.CT values were measured at the orifice of left and right coronary artery，root of ascending aorta and base of heart.Image quality was scored subjectively，the noise，SNR，CNR and effective radiation dose of the two groups were compared.Results:The mean CT values after enhancement achieved at different anatomic sites of Group A was obviously higher than that of Group B，with statistical difference（P＜0.05）.The image noise，SNR and CNR of Group A were slightly higher than that of Group B，with no statistic difference（P＞0.05）.The subjective score of image quality of the two groups was（1.62±0.69）and（1.51± 0.65）respectively，with no statistic difference（P＞0.05）.The effective radiation dose was（0.25±0.05）mSv in Group A，which was markedly lower than that of Group B，（0.55±0.11）mSv，with significant statistic difference（P＜0.001），with the reduction of dosage as 54.5%.Conclusions:The results demonstrated that with FLASH dual-source high-pitch spiral acquisition mode in combination with iterative reconstruction and low tube voltage for CT coronary angiography，even low concentration contrast medium（270mg I/mL）was used，the effect of contrast enhancement of blood vessels could still be improved without impairing the image quality，also the effective radiation dosage could be significantly lowered.

【Key words】Coronary artery；Contrast medium；Tomography，X-ray computed；Image processing，computer-assisted

收稿日期:（2014-12-08 修回日期:2015-02-04）

基金項目：陜西省社會發展攻關課題（2013K12-20-03）

通訊作者：鄭敏文，E-mail:zhengmw@fmmu.edu.cn

作者簡介：武永杰（1985-），男，山西長治人，碩士研究生，主要從事影像診斷工作。

DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.05.012

【中圖分類號】R541.4；R814.42

【文獻標識碼】A

【文章編號】1000-0313（2015）05-0554-06