冠脈CTA自由呼吸掃描與屏息掃描的輻射劑量對比研究

原媛，鐘朝輝，王振常，張婷婷，張景東

首都醫科大學附屬北京友誼醫院 放射科，北京 100050

引言

冠狀動脈CT血管造影（Coronary Computed Tomography Angiography，CCTA）在冠狀動脈疾病的診斷中具有較高診斷價值，近年來得到迅速發展[1-2]，其輻射劑量問題一直備受關注[3-4]。最新推出的高時間分辨率寬體探測器CT可在患者自由呼吸的狀態下，在單個心動周期內用前瞻性心電門控一次性掃描成像[5-6]，圖像質量可滿足診斷需求[5]。CCTA的掃描期相與患者的心率直接相關[7-8]，不同采集范圍之間的輻射劑量存在較大差異，本研究探討冠脈CTA自由呼吸掃描與屏息掃描的輻射劑量的對比，以優化掃描方案，降低患者輻射劑量。

1 材料與方法

1.1 患者

本研究選取我院于2017年1月至2017年3月間臨床診斷疑似冠心病擬行CCTA掃描的患者140例，排除因素包括：① 碘對比劑過敏、腎功能不全（血肌酐水平＞1.5 rag/dl）、甲狀腺功能亢進；② 心律不穩定（＞5 bpm）；③ 無法配合屏息；④ 體重＞100 kg；⑤ 冠脈搭橋患者。最終入組102例，記錄受檢者年齡、性別、身高、體重。

1.2 數據采集

采用Revolution CT（GE Healthcare），掃描前囑患者檢查時平靜呼吸，掃描范圍自主氣管分叉下1 cm至處至心臟膈面。準直寬度為140～160 mm。重建層厚及層間隔均為0.625 mm。適應性統計迭代重建（ASIR-V）權重為80%。管電壓100 kVp，自動管電流調制技術（400～750 mA），預設噪聲指數（Noise Index，NI）22 HU。機架旋轉速度0.28 s/rot。自動心電門控（Auto Gating）協議，見表1。

表1 自動心電門控協議

使用系統自帶的心率記錄測試功能測量患者心率（Heart Rate，HR），根據自動心電門控給出的R-R間期的掃描范圍和患者的管電流等掃描條件，給出預估的劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。在行CCTA檢查時，患者首先平臥10 s以上，待心率平穩后，進行自由呼吸狀態下的心率測試，隨后囑患者吸氣后屏息，等待6 s左右確認心率平穩后行屏息下的心率測試，分別記錄HR、R-R期相和DLP，計算屏息后與自由呼吸下的DLP之比，掃描時根據兩次測試得到的R-R期相和預估DLP，決定采取自由呼吸或屏息的掃描方式。

采用高壓注射器經右肘前靜脈注入對比劑碘海醇（350 mgI/mL），注射總量（mL）=0.6×患者體重，注射時長為10 s，注射流率=注藥總量/注射時長（mL/s）[9]，流率小于4 mL/s或大于6.5 mL/s者分別按照4 mL/s和6.5 mL/s注射；之后以相同流率繼續注入生理鹽水30 mL。采用對比劑跟蹤技術（SmartPrep，GE Healthcare），將感興趣區（Region of Interest，ROI）設定于氣管分叉層面的降主動脈。若采用屏息掃描的方法，則在注射造影劑8 s左右開始囑患者吸氣后屏息，注意確保患者在15 s左右開始屏息；若采用自由呼吸的掃描方法，則不做任何語音指示。待ROI內CT值增加達到200 HU后自動觸發。觸發后延遲時間為3 s，計算有效劑量（Effective Dose，ED），ED（mSv）=DLP×0.014。

1.3 圖像后處理

采取自動期相技術（Smart Phase）選擇最佳重建期相[10]，圖像傳至工作站Advantage Workstation 4.6（ADW4.6，GE Healthcare）進行三維重建，重建方法包括最大密度投 影（Maximum Intensity Projection，MIP）、 曲面重建（Curved Planar Reformation，CPR）和容積重建（Volume Rendering，VR）。

1.4 圖像質量評價

由兩名5年以上CCTA診斷經驗的影像醫師根據美國心臟協會推薦的18節段分段法[11]，對重建圖像采用雙盲法進行主觀評價，得分不一致時兩醫師協商取得一致結果。評分采用三分制：3分表示圖像質量好；2分表示圖像質量一般，能滿足診斷要求；1分表示差，無法滿足診斷要求。

1.5 統計學分析

應用SPSS（Version 19.0，IBM）統計軟件進行數據分析。計量資料采用均值±標準差的形式表示，屏息前后的HR和DLP用配對t檢驗進行對比，屏息前后的HR作相關回歸分析。

2 結果

2.1 患者一般情況

本研究共納入患者102名，其中男性58名，女性54名，年齡（59.8±11.6）歲，身高（165.5±9.3）cm，體重（70.1±14.0）kg，所有患者均能順利配合屏息測試并完成檢查。

2.2 患者屏息前后與掃描時心率變化

患者屏息前的心率為（65.9±7.829）bpm，屏息后為（64.04±8.476）bpm。多于半數的患者屏息后心率下降（n=60人，占總人數的57.7%）。患者心率在屏息后整體呈下降趨勢。屏息后與屏息前的HR的回歸方程（黑色實線）為y=0.8874x+5.3648，R2=0.6917，見圖1a，圖中藍色虛線代表屏息前后HR相等。

2.3 屏息與自由呼吸下掃描期相的變化

屏息后掃描期相的變化的患者數，見表2。半數患者（n=54，占總人數52.94%）屏息前后數據采集期相無變化，輻射劑量DLP無顯著差異（P＞0.05），對于此部分患者我們采取自由呼吸掃描以簡化工作流程和減少患者負擔。其余近半數的患者在屏息前后的采集期相發生變化，導致屏息前后DLP存在顯著差異（P＜0.05）。各個期相變化分類下的掃描輻射劑量變化，見圖2，低于紅色虛線的數值表明屏息后DLP變小，變化幅度最大的是掃描R-R期相由40%～80%變為75%，屏息后與屏息前DLP之比為42.48%±2.46%，其次為由40%～80%變為70%～80%以及由70%～80%變為75%，屏息后與屏息前DLP之比分別為54.35%±1.66%和74.02%±6.82%。對于此部分患者我們采用屏息掃描以降低輻射劑量；高于紅色虛線的數值表明屏息后DLP變大，變化幅度最大的是掃描期相由70%～80%變為40%～80%，屏息后與屏息前DLP之比為177.31%±16.06%。其次為由35%～55%變為40%～80%，屏息后DLP為屏息前的156.26%±1.97%，對于此部分患者我們采取自由呼吸的掃描方式。

圖1 屏息后HR和DLP的變化

圖2 屏息后各個期相變化類別下掃描劑量與屏息前之比

2.4 屏息與自由呼吸下掃描期相變化的相應患者數量

自由呼吸與屏息掃描期的相差異以及相應人數，見圖3，對于高心率患者（HR＞75 bpm，掃描期相位于35%～55%，n=16），屏息掃描會導致小部分患者輻射劑量上升——4名患者（占25%）的掃描期相變為40%～80%，輻射劑量上升，其余患者的期相均無變化；對于掃描期相為70%～80%的中等心率患者（HR為65～75 bpm，n=35），屏息后超過半數的患者（n=19，54.3%）掃描期相縮短，其中9名患者（25.7%）的期相變為75%，10名患者（28.6%）期相變為70%～80%；對于掃描期相為70%～80%的中低心率患者（HR為60～65 bpm，n=35），屏息后超過半數的患者（n=19，54.3%）的期相縮短為75%，輻射劑量降低，另有少數患者（n=4，11.4%）的掃描期相延長為40%～80%，輻射劑量有較大幅度上升；對于掃描期相為75%的低心率患者，屏息前后掃描期相無變化。

圖3 屏息后的掃描期相變化的人數

2.5 掃描劑量和圖像質量

患者最終行CCTA檢查的有效劑量（1.61±0.68）mSv，所有圖像均能滿足診斷需要，主觀評價分數為（2.868±0.454）分。

3 討論

隨著CCTA掃描技術的不斷發展，高時間分辨率寬體探測器CT實現了自由呼吸狀態下的單次心動周期內冠脈成像[5]。心臟的搏動是造成冠狀動脈運動偽影、影響圖像質量的重要原因[12-13]。心臟血管的運動幅度與心率密切相關，既往研究顯示，低心率的最佳重建相位位于舒張中末期，高心率位于收縮末期；中等心率的情況較為復雜，由于各個節段的運動存在不同步，需要對舒張期和收縮期的數據都進行采集[7-8]。根據患者心率特點選取窄窗進行數據采集是降低輻射劑量的有效方法之一[14-15]，本研究采用自動門控協議（表1）對不同心率匹配相應曝光時間窗。各個時間窗的曝光時間各不相同，輻射劑量也存在較大差異。

表2 屏息后患者的HR和DLP

在本研究中高心率患者（HR＞75 bpm，n=16）自由呼吸下進行掃描輻射劑量較低，屏息會導致少數患者（n=4）輻射劑量上升（屏息后與自由呼吸下DLP之比為156.26%±1.97%），因而對于這部分患者應采用自由呼吸的掃描方式。中等心率患者（HR為65～75 bpm，n=35）中，超過半數（n=19）屏息狀態下掃描時間窗較短，輻射劑量較自由呼吸減小約一半（屏息后與自由呼吸下DLP之比在兩種期相改變方式下分別為42.48%±2.46%和54.35%±1.66%），其余患者期相無變化，對于這部分患者應采用屏息掃描的方式。多數中低心率患者（n=19，54.3%）同樣在屏息狀態下輻射劑量較小（屏息后與自由呼吸DLP之比為74.02%±6.82%），但有個別中低心率的患者（n=4，11.4%）輻射劑量有大幅度的上升（177.31%±16.06%），對于這部分患者建議分別在屏息和自由呼吸狀態下進行心率測試，采用劑量小的掃描方式。對于低心率（＜60 bpm）的患者，掃描期相已經最短，應采用自由呼吸的方式進行掃描。

心率影響CCTA采集的最佳期相的理論雖然已經非常成熟，但對于屏息或自由呼吸掃描之間，心率差異造成掃描期相改變繼而影響輻射劑量的研究還未見報導。既往的研究由于受掃描設備時間分辨力所限，對于自由呼吸的掃描都有嚴格的心率限制，如采用雙源CT或320排寬體探測器CT，只能對中低心率患者進行采集[16-17]。Liu等[5]采用與本研究相同的Revolution CT對寬心率范圍的患者自由呼吸下的CCTA圖像質量進行了深入探討，認為自由呼吸下的CCTA圖像質量可以滿足診斷需要，甚至優于屏息的掃描，原因在于屏息后存在患者存在心率波動，影響了數據采集的準確性。本研究采取的屏息方法是關閉系統的自動語音提示，在進行心率測試和掃描之前，提前通過擴音器人對患者進行指示，待心率平穩才開始測試和掃描，避免了因心率變化而造成采集期相和重建期相的不準確。

本研究的不足之處在于樣本量偏少，對于心律異常的患者未作討論，在今后的工作中會做相關研究。

總之對于高時間分辨率寬體探測器CT，為了優化掃描方式，降低患者輻射劑量，不應單一的使用屏息或自由呼吸的CCTA掃描方式，應當根據患者的實際情況選擇使用，以優化掃描期相，降低輻射劑量。