前門控低kV舒張末期采集聯合SAFIRE技術在冠脈低劑量成像中的應用研究

前門控低kV舒張末期采集聯合SAFIRE技術在冠脈低劑量成像中的應用研究

肖虎, 劉文亞, 黨軍

(新疆醫科大學第一附屬醫院影像中心， 烏魯木齊830054)

摘要：目的評價冠狀動脈成像中前門控低電壓舒張末期采集聯合SAFIRE技術對射線劑量及圖像質量的影響及臨床應用價值。方法選取80例冠狀動脈成像的患者,體質指數(BMI)<25 kg/m2，心率55～70次/min，心率波動差異<5次/min。80例患者按數字表法隨機分成兩組，A組40例采用前門控100 kV聯合舒張末期在63%～78%的R-R采集時間窗加SAFIRE技術，B組40例采用前門控120 kV聯合30%～80%的R-R采集時間窗加標準重建，Care Dose 4D設為開啟，根據患者的BMI選擇自動調整管電流，記錄掃描中患者所受射線劑量，并對其圖像質量進行評價。對兩組的射線劑量和圖像質量進行統計學分析。結果A組平均掃描劑量為(1.66±0.22) mSv，圖像質量客觀評價SNR(信噪比)=(31.16±5.65)，SD(噪聲)為(16.95±2.80) Hu，圖像質量評分為(4.76±0.09)分；B組平均掃描劑量為(4.83±0.59) mSv，圖像質量客觀評價SNR=(21.44±4.46)， SD為(18.95±3.17) Hu，圖像質量評分為(4.66±0.25)分。A組掃描劑量與B組比較差異有統計學意義(P<0.01)，平均減少約60%。A組與B組圖像質量評分差異有統計學意義(P<0.05)，A組與B組圖像質量客觀評價SNR及SD差異均有統計學意義(P<0.01)；結論前門控低kV舒張末期采集聯合SAFIRE技術使心率55～70次/min、波動差異<5次/min且BMI<25 kg/m2的患者在降低受照劑量的同時，圖像質量能夠滿足臨床診斷需要。

關鍵詞:體層攝影術； X線計算機； 迭代技術； 心臟； 冠狀血管； 輻射劑量

中圖分類號：R445文獻標識碼：A

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2015.04.022

[收稿日期：2014-12-04]

On computed tomography low-dose coronary imaging: low tube voltage

prospective ECG-Gated scanning combined with sinogram affirmed

iterative reconstruction (SAFIRE) technique

XIAO Hu， LIU Wenya， DANG Jun

(DepartmentofRadiology，TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity，

Urumqi830054，China)

Abstract:ObjectiveTo evaluate the radiation dose and image quality of low tube voltage prospective ECG-gated scanning combined with SAFIRE technique. Methods80 cases were enrolled (BMI<25 kg/m2, heart rate ranged from 55 to 70 beats per minute and fluctuation of heart rate were less than 5 times per minute) and were randomly divided into 2 groups. Group A (40 patients) were used 100kV prospective ECG-gated scanning (63%-78% R-R interval) combined with SAFIRE technique; group B (40 patients) 120kV prospective ECG-gated scanning (30%-80%R-R interval) and standard reconstruction, care dose 4D were turned on. According the BMI index, the tube currents were adjusted automatically. Recorded the patients′ radiation doses, and evaluated the image quality. Independent samples group t test with SPSS software package was used for statistical analysis. ResultsGroup A, the average radiation dose was (1.66±0.22) mSv， objective evaluation of image quality: SNR=(31.16±5.65)， SD(16.95±2.80) Hu， the subjective image quality scores was (4.76±0.09). Group B, the average radiation dose was (4.83±0.59) mSv，objective evaluation of image quality: SNR=(21.44±4.46)， SD(18.95±3.17) Hu，the subjective image quality scores was (4.66±0.25). The radiation dose between group A and B has statistical significant (P<0.01); The subjective evaluation of image quality between group A and group B has statistically significant (P<0.05) and the objective evaluations (SNR and SD) have statistically significant (P<0.01). ConclusionLow tube voltage prospective ECG-gated scanning combined with SAFIRE technique can reduce radiation dose significantly and meet the need for diagnosis in the patients that BMI<25 kg/m2, heart rate ranged from 55 to 70 beats per minute and fluctuation of heart rate were less than 5 times per minute.

Key words: tomography； X-ray computed； Iterative reconstruction (SAFIRE) technique； heart； coronary vessels； radiation dosage

隨著影像技術的飛速發展，螺旋CT冠狀動脈造影(CT coronary angiography, CTCA)已經成為冠心病檢查的一項重要的無創性成像手段[1]。隨著CTCA普遍開展，X線輻射問題也就越來越被人們所關注，在CT檢查中如何減少患者的射線劑量已成為國內外學者的研究熱點[2]。Budoff等[3]認為10 mSv的CT輻射劑量就會使2 000例做過CT檢查的患者中有1例患上惡性腫瘤。因此，在保證圖像質量的前提下有效地降低劑量，實現“綠色成像”，便成了業界努力探索追尋的目標。目前，造成CTCA成像輻射劑量高的一個重要因素是采用回顧性門控，小螺距成像產生了較高的總體劑量，而前門控掃描模式[4]的出現大大降低了冠狀動脈檢查中的輻射劑量，同時成像時管電壓(kV)及采集時間窗的選擇也是影響輻射劑量的一個因素。Hou等[5]報道迭代技術(Iterative reconstruction technique ，SAFIRE)可使CTCA劑量降低，同時還能顯著地降低圖像噪聲，提高信噪比。本研究主要評價前門控低kV舒張末期采集聯合SAFIRE技術在冠脈低劑量成像中的應用價值。

1資料與方法

1.1一般資料選取2014年4-10月在新疆醫科大學第一附屬醫院影像中心行冠狀動脈CTCA檢查的患者(冠狀動脈搭橋術后患者除外)80例，BMI<25 kg/m2，心率55～70 次/min,心率波動差異<5次/min，掃描時心率平均(62±6) 次/min。男性46例(漢族24例，維吾爾族、哈薩克族22例),女性34例(漢族21例，維吾爾、哈薩克族13例),年齡38～78歲，平均(58±10)歲，身高153～180 cm，體質量47～78 kg。按數字表法隨機分為兩組，A組采用前門控100 kV聯合舒張末期63%～78%的R-R采集時間窗加SAFIRE技術，B組采用前門控120 kV聯合30%～80%的R-R采集時間窗加標準重建。排除碘造影劑過敏、嚴重腎功能不全(血肌酐>120 mmol/L)、心房顫動者。本研究經醫院倫理委員會同意,患者及家屬簽署知情同意書。兩組患者收集的一般情況：實際掃描時患者心率范圍50～82次/min，平均(62±4) 次/min，心率變化范圍1～12次/min，1例心率82 次/min。A組40例患者BMI為17.3～25 kg/m2，B組40例患者BMI為17.8～25 kg/m2。80例患者中有73例在2次移床、5個心動周期內完成影像的采集；有7例在3次移床、7個心動周期完成整個心臟影像的采集。

1.2儀器及藥品使用Siemens Definition flash雙源CT，對比劑為碘帕醇(370 mg I/mL)。

1.3檢查方法所有患者在檢查前均做呼吸訓練。均采用前瞻性心電門控觸發序列進行掃描。A組采用100 kV聯合舒張末期63%～78%的R-R采集時間窗，B組采用120 kV聯合30%～80%的R-R采集時間窗。其余掃描參數相同：Care Dose 4D設為開啟，掃描時間窗為380 ms。采用z軸飛焦點技術，層面采集厚度1×128×0.6 mm，球管旋轉時間280 ms，參考管電流均設置為300 mAs。增強掃描對比劑總量=體質量×0.85，追加生理鹽水40 mL，注射流率均為5 mL/s。掃描時啟用對比劑團注追蹤技術，在升主動脈設置興趣區，當感興趣區CT值>100 Hu時，延遲5 s自動出發掃描。

1.4圖像重建A 組采用SAFIRE重建，迭代系數選用strength 3，重建核I26 f；B組采用常規的濾過反投影(FBP)重建，重建核B26 f。重建層厚0.75 mm，間隔0.5 mm，矩陣大小512×512。所有圖像均傳至工作站，由2名經驗豐富的心臟放射醫師對所有冠狀動脈的軸位圖像、曲面重建圖像進行質量分析與評價。

1.5圖像質量評價(1)主觀評價：采用美國心臟協會冠狀動脈改良分段方法[4]，由2名主治以上資歷的醫師以雙盲法對冠狀動脈樹的9個主要節段(左主干， 前降支近、中、遠段， 左旋支近段、遠段，右冠狀動脈近、中、遠段)進行分析。圖像質量采用1～5級評分法：5分:無運動偽影，無明顯噪聲；4分:有輕度運動偽影或噪聲；3分:較多運動偽影或噪聲較大，但不影響管腔評價；2分:運動偽影嚴重或噪聲大，影響管腔評價；1分:嚴重鈣化或明顯運動偽影，管腔無法評價。(2)客觀評價：由1名放射科醫生在不知重建算法的情況下測量。在主動脈根部(左主干開口附近)設置ROI(大小2 cm2),測量平均衰減值及其標準差，以標準差作為噪聲值并記錄；SNR=主動脈平均衰減值/噪聲值。

1.6有效輻射劑量的評價記錄所有患者劑量長度乘積(DLP)，計算有效輻射劑量(ED)，ED=DLP×k(轉換系數)，轉換系數在冠脈掃描時取值為0.014。

2結果

2.1兩組輻射劑量比較A組和B組的DLP(mGy×cm)分別為(118.55±15.57) mGy×cm、(345.00±42.04) mGy×cm，B組劑量長度乘積DLP較A組大幅度增加，兩組差異有統計學意義(P<0.05)。 A組和B組的有效劑量ED分別為(1.66±0.22)、(4.83±0.59) mSv，A組的有效劑量ED顯著低于B組，兩組差異有統計學意義(P<0.05),見表1。

表1　兩組輻射劑量比較

2.2圖像質量客觀評價兩組主動脈CT值、SD值及SNR值差異均具有統計學意義(P<0.05)。A組主動脈CT值為(516.43±64.92) Hu,SD值為(16.95±2.80) Hu,SNR值為(31.16±5.65)，B組主動脈CT值為(395.71±49.89) Hu,SD值為(18.95±3.17) Hu,SNR值為(21.44±4.46)。A組的主動脈CT值顯著高于B組,見表2。

表2　客觀圖像質量評價比較

2.3圖像質量主觀評價80例中僅A組1例患者由于在掃描過程中心率出現異常搏動使得采集的數據落在了所研究的舒張末期63%～78%的R-R外 (心率82次/min)導致圖像不佳影響觀察外，其余79例共顯示784個冠狀動脈節段。有13個節段因為血管細小未納入統計分析，其余771個主要節段均能滿足臨床診斷要求，所有納入統計分析的冠狀動脈節段評分均>3分。經Mann-Whitney U 檢驗，兩組主觀圖像質量評分差異有統計學意義(P<0.05)。A組圖像為優的血管段比例高于B組(P<0.05)。A組圖像質量評分均數較B組略高，兩組圖像質量評分差異有統計學意義(P<0.05)，見表3,圖1、2。

注: 女，53歲，BMI=20.3 kg/m2，心率60次/ min,舒張末期63%～78%的R-R采集加SAFIRE技術圖像質量評分5分, ED=1.26 mSv, SD=16.8 Hu。

圖1　冠脈圖像及示意圖(A組)

注: 女，58歲，BMI=21.6 kg/m2，心率67次/min,30%～80%的R-R采集時間窗加標準重建技術圖像質量評分5分, ED=3.96 mSv, SD=18.3 Hu。

圖2冠脈圖像及示意圖(B組)

3討論

近年來，隨著CTCA的普遍開展，其在診斷冠脈疾病方面得到了廣泛的認可，其具有診斷準確率高、陰性預測值高的優點[6]，但輻射劑量偏大一直是困擾著大家的問題。由于普通MSCT自身硬件的限制，需多次重疊掃描拼接成像，延長了掃描時間，增加了患者所受的輻射劑量。王妍焱等[7]報道采用優化掃描參數、心電圖(ECG)門控電流調控技術和心臟后置濾線器等多種方法可降低CTCA檢查中的輻射劑量。隨著更多高端CT的出現，超越了以往64層MSCT的掃描方法和重建技術，如Hsieh等[4]開發的前瞻性門控橫斷面掃描(prospectively gated axial，PGA)技術，一般只需要2～3次移床即可覆蓋整個心臟，相對于多次重疊掃描拼接成像的后門控成像方法能顯著降低50%～80%的有效劑量；Hou等[5]研究顯示新的重建算法-迭代重建算法-SAFIRE技術的特點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，使噪聲降低，提高SNR，即在降低噪聲的同時保證了圖像的真實性。由于圖像質量和照射劑量從一開始就是一個矛盾的統一體，故合理地利用X線在降低照射劑量的同時聯合新的重建算法-SAFIRE技術降低噪聲，使得獲取的圖像能夠用于診斷。

本研究通過分析我院既往進行CTCA檢查的資料，發現在心率55～70 次/min、心率波動差異<5次/min、70%左右的R-R期重建的影像最好,故連續選取了20例心率穩定且為55～70 次/min的患者, 采用前門控舒張末期63%～78%的R-R時間窗進行圖像采集,結果成像均合格,故以此為研究方案進行前瞻性研究。本研究旨在保證圖像質量的前提下有效降低照射劑量，探討了前門控100 kV聯合舒張末期63%～78%的R-R采集時間窗加SAFIRE技術，能顯著降低患者所接受的X線有效照射劑量，同時在與目前標準的前門控120 kV聯合30%～80%的R-R采集時間窗加標準重建方法比較，保證了圖像質量。

本研究對心率55～70次/min、心率波動差異<5次/min的40例患者，應用該方法，接受X線的有效劑量為(1.66±0.22)mSv，低于Hara等[8]報道的選擇性冠狀動脈造影2～3 mSv；其中3例心率60～64次/min、BMI<18 kg/m2的患者，有效受照劑量為(1.03±0.06) mSv。40例中僅有1例失敗，是由于在掃描過程中心率出現異常搏動(心率82次/min)使得采集的數據落在了所研究的舒張末期63%～78%的R-R間期外，說明穩定的心率是成像成功的關鍵。由于降低kV雖可以大幅減小X線的劑量，但同時也減弱了X線的質量，增加了圖像噪聲，更大的缺點是增加了散射效應，增加了軟射線，由于軟射線的穿透性差，有相當一部分被機體吸收，不能被探測器所接收[9]，可能因此對機體造成更大的潛在危害。因此,本研究采用100 kV而沒有采用低的80 kV或更低的70 kV來進行應用研究，對于用80 kV或更低的70 kV在正常體質量的研究，還需要做長期的大樣本的基于循證醫學的研究。

本研究結果表明A組與B組圖像質量評分差異有統計學意義，圖像評分A組優于B組，這說明了SAFIRE技術在降低噪聲方面的意義是顯著的，值得肯定的；A組主動脈根部-CT值顯著高于B組，說明碘的衰減在降低kV時變化幅度很小，提高了血管內對比劑的CT值，這與Nakayama等[10]觀點一致；同時，兩組噪聲SD差異也有統計學意義，且A組優于B組，這些都為本研究的價值提供了客觀數據。如果僅需達到相對于B組血管內對比劑的CT值和對比度而言，低濃度的對比劑應用便成為可能，這為后續低濃度的對比劑的研究提供了方向；如果僅需相對于B組圖像質量的噪聲而言，在管電流進行Care Dose 4D調節時，還能在其基礎上再降低管電流，以更低的劑量成像，這也為更低的劑量成像研究提供了線索。

總之，本研究結果顯示，對于心率在55～70次/min、波動差異<5次/min且BMI<25 kg/m2的患者采用前門控100 kV管電壓舒張末期采集聯合SAFIRE技術掃描，可以顯著降低患者的輻射劑量,并且可獲得臨床滿意的冠狀動脈圖像。

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(本文編輯周芳)