基于70 kV管電壓的雙源CT“雙低”冠狀動脈檢查應用于腹型肥胖患者的可行性

張婷婷 葛 尚 史昭菲 彭光明 魏 野

(南京醫科大學附屬淮安第一醫院放射科，江蘇省淮安市 223300，電子郵箱：13912079391@163.com)

CT血管造影(CT angiography，CTA)具有無創性優勢，已廣泛應用于冠狀動脈疾病的診斷和篩查[1-5]，但檢查過程中較高的輻射劑量是其局限。基于劑量最優化原則[6]以及國際放射防護委員會提出的約束輻射劑量原則[7]，在滿足影像診斷的情況下，要盡可能地降低輻射劑量及對比劑用量，以最大限度地保護受檢者。肥胖患者是這類檢查的常見人群，然而肥胖患者對于X線的吸收率較高，接受的輻射劑量也較高，并且在同等掃描參數條件下，體質指數越高圖像噪聲越大，可導致圖像質量及其診斷效能降低。如何降低肥胖患者在檢查過程中接受的輻射劑量，是臨床面臨的難題之一。

“雙低”掃描方案是指在冠狀動脈CTA檢查中同時應用“低管電壓”及“低用量對比劑”，并聯合迭代重建技術，在獲得能夠滿足臨床診斷需求的圖像質量的同時，可以大幅度降低患者在檢查過程中接受的輻射劑量及碘對比劑用量的檢查方案。既往相關的“雙低”研究顯示，對于高體質指數(26 kg/m2<體質指數<30 kg/m2)肥胖患者，可將管電壓從120 kV降低至80 kV，獲得的圖像仍然能夠滿足主觀診斷需要，并且大大降低了碘對比劑的用量[8]。腹型肥胖患者的大量脂肪聚集在腹部，而胸部的形態和正常體質指數患者的形態接近，對此類人群進行冠狀動脈CTA檢查時，能否將管電壓進一步降低到70 kV并且獲得可供診斷圖像，目前鮮有研究報道。且在既往的研究中，所納入的大部分研究對象的體質指數集中在26～28 kg/m2之間[8]。為了更進一步優化掃描方案及擴大適用范圍，本研究按照體質指數的不同細化了分組，利用等滲低濃度對比劑(270 mg L/mL)與低管電壓(70 kV)聯合基于原始數據迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction,SAFIRE)技術，分別對高體質指數及超高體質指數腹型肥胖患者行70 kV管電壓的“雙低”冠狀動脈CTA檢查，以觀察該檢查方案應用于此類患者的可行性。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 本研究為前瞻性研究。連續收集2016年7月至2018年9月期間，我院收治的臨床疑似冠狀動脈相關疾病的腹型肥胖患者120例。納入標準：腰圍男性>85 cm，女性>80 cm[9]。排除標準：冠狀動脈術后者；對碘對比劑過敏者；嚴重心律不齊者、心功能不全者；肝腎功能不全者(血肌酐>12 μmol/L)；孕婦；體質量指數≤26 kg/m2者；不能配合呼吸者。其中高體質指數(26 kg/m2<體質指數≤28 kg/m2)及超高體質指數(體質指數>28 kg/m2)腹型肥胖患者各60例。按照隨機數字表法將高體質指數患者分為雙低A組、常規a組各30例，將超高體質指數分為雙低B組、常規b組各30例，亞組間患者一般資料差異均無統計學意義(均P>0.05)，見表1～2。所有接受檢查的患者或家屬在檢查前均簽署了知情同意書。本研究開始前已通過本院倫理委員會審核。

表1 雙低A組及常規a組患者一般資料比較

表2 雙低B組、常規b組患者一般資料比較

1.2 冠狀動脈CTA檢查方法

1.2.1 掃描前準備：冠狀動脈CTA掃描前舌下含服硝酸甘油0.5 mg。于右肘正中靜脈埋置18 G留置針，患者取仰臥位，訓練患者屏氣。

1.2.2 掃描設備及參數：采用德國西門子SOMATOM Definition Flash雙源CT進行CTA檢查。首先掃描定位像，掃描范圍自氣管分叉處下1 cm至膈面。根據屏氣后的心率變化自動選擇掃描心電時相。雙低A組、雙低B組均采用對比劑碘克沙醇(碘濃度270 mg/mL)，對比劑用量1 mL/kg，注射速率為5 mL/s,管電壓為70 kV，采用SAFIRE算法；常規a組、常規b組均采用對比劑碘普羅胺(碘濃度370 mg/mL)，對比劑用量1 mL/kg，注射速率為5 mL/s，管電壓為120 kV，采用濾波反投影重建(filtered back projection，FBP)算法。各組均采用追蹤觸發技術，感興趣區設置在升主動脈根部，觸發的閾值為100 HU，延遲掃描時間為6 s；管電流由四維智能實時劑量調控技術(CARE Dose 4D，西門子醫療系統)根據患者個體情況自動調制；探測器準直2 mm×64 mm，圖像層厚0.75 mm，卷積核b26f，啟動自適應前瞻性心電門控掃描，在心率<75次/min時采集期相為65%～75% R-R間期，心率≥75次/分時采集期相為40%～50% R-R間期。

1.2.3 圖像后處理：所有圖像均應用Circulation軟件進行處理，包括容積再現、最大密度投影、多平面重建、曲面重建。測量兩組的主動脈根部、左主干、左前降支、左旋回支、右冠狀動脈近端的CT值。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 客觀評價指標：將感興趣區放在上述各大血管的近端，且要盡可能大，但要小心避開鈣化、斑塊及管壁。(1)信噪比=血管CT值/血管噪聲，其中血管噪聲即升主動脈感興趣區CT值的標準差。(2)對比信噪比(contrast noise ratio,CNR)=(血管CT值-前胸壁肌肉CT值)/血管噪聲。(3)圖像優良指數[1](figure of merit，FOM)=CNR2/有效輻射劑量(effective dose,ED)。

1.3.2 主觀評價指標：根據美國心臟病學會冠狀動脈樹的15段分段法[10]命名，選取所有直徑≥1.5 mm的冠狀動脈節段進行圖像質量評分。圖像邊緣清晰，無運動偽影為5分；圖像邊緣略模糊，有輕度運動偽影為4分；圖像邊緣中度模糊，有中度運動偽影、但沒有明顯錯層，不影響診斷為3分；邊緣模糊、運動偽影明顯者為2分；冠狀動脈管腔不能辨認、無法診斷者為1分。3分及以上為可診斷圖像。由兩名高年資主任醫師同時進行獨立評價，當兩者評價不一致時商議后確定評分。

1.4 輻射劑量的評估 (1)容積CT劑量指數(volume CT dose index，CTDIvol)及劑量長度乘積(dose-length product，DLP)，由掃描儀劑量報告提供。(2)計算ED,ED(mSv)=DLP×K，其中K為換算因子[11]，參照歐洲指南提出的胸部平均值0.014 mSv/(mGy·cm)；并使用體型特異性劑量評估(size specific dose estimates，SSDE)[12]評估受檢者所受的ED，即EDssde。(3)管電流。

1.5 碘攝入量的計算 碘攝入量包括總碘量及碘注入率，計算公式[2]：總碘量(g)=對比劑濃度(mg/mL)×對比劑使用量(mL)/1 000；碘注入率(g/s)=對比劑濃度(mg/mL)×對比劑注射速率(mL/s)/1 000。

1.6 統計學分析 采用SPSS 22.0軟件進行統計分析。計量資料采用(x±s)表示，比較采用兩獨立樣本t檢驗；計數資料采用例數(率)表示，比較采用χ2檢驗，等級資料的比較采用秩和檢驗；一致性分析采用Kappa檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 各組的輻射劑量及碘攝入量 雙低組的管電流均高于常規組(均P<0.05)，而CTDIvol、DLP、ED、EDssde值及總碘量均低于常規組(均P<0.05)，見表3、表4。雙低A組、雙低B組的碘注入率均為1.35 g/s，低于常規a組及常規b組的1.85 g/s。

表3 雙低A組及常規a組患者輻射劑量及碘攝入量比較(x±s)

表4 雙低B組及常規b組患者輻射劑量及碘攝入量比較(x±s)

2.2 各組圖像質量客觀評價指標 雙低A組、常規a組、常規b組所有患者的圖像CT值均>300 HU。雙低A組各冠狀動脈分支的FOM均高于常規a組(均P<0.05)，但兩組間的CT值、信噪比、CNR差異均無統計學意義(均P>0.05)。見表5。雙低B組的CT值、信噪比、CNR及FOM均低于常規b組(均P<0.05)。見表6。

表5 雙低A組及常規a組圖像客觀質量評價指標比較(x±s)

組別n左冠前降支CT值(HU)信噪比CNRFOM左冠回旋支CT值(HU)信噪比CNRFOM雙低A組30380.9±42.713.3±6.112.9±3.9213.0±18.0372.3±32.114.7±5.114.1±1.9238.0±11.1常規a組30385.2±47.113.4±5.412.1±4.686.3±13.6384.1±41.815.0±4.414.7±2.188.9±13.7 t值0.3700.0670.72711.6631.2260.2760.27612.798P值0.7150.9470.470<0.0010.2250.7830.627<0.001

表6 雙低B組及常規b組圖像客觀質量評價指標比較(x±s)

組別n左冠前降支CT值(HU)信噪比CNRFOM左冠回旋支CT值(HU)信噪比CNRFOM雙低B組30241.9±109.78.1±4.77.8±5.969.4±17.9199.3±82.19.0±4.37.2±2.068.0±14.1常規b組30403.2±49.112.3±5.712.0±4.679.2±13.1399.1±39.812.5±4.915.0±2.381.9±12.9 t值-7.258-8.369-6.314-0.367-8.912-7.147-8.921-3.984P值<0.001<0.001<0.001 0.043<0.001<0.001<0.001<0.001

2.3 各組圖像質量主觀評價指標 兩位觀察者的一致性良好(Kappa值=0.931，P=0.031)。雙低A組、常規a組圖像主觀質量評分差異無統計學意義(Z=0.315，P=0.130)；雙低B組、常規b組圖像主觀質量評分差異有統計學意義(Z=11.368，P=0.033)，見表7。4組的冠狀動脈圖像如圖1所示。

表7 4組圖像質量主觀評分指標(n)

圖1 4組冠狀動脈CTA圖像

注：(1)圖A1～2為雙低A組中的同一女性患者，56歲。圖A1為容積再現圖像，冠狀動脈段顯示清晰，無偽影；圖A2為曲面重建圖像，左前降支管壁略模糊，無偽影，評分4分。(2)圖a1～2為常規a組中同一女性患者，59歲。圖a1為容積再現圖像，冠狀動脈段顯示清晰，無偽影；圖a2為曲面重建圖像，左前降支管壁光滑，無偽影，評分5分。(3)圖B1～2為雙低B組中同一男性患者，62歲。圖B1為容積再現圖像，冠狀動脈段近段顯示尚可，中遠段顯示不清，無運動偽影；圖B2為曲面重建圖像，左前降支管腔密度較低，與周圍組織對比度較差，雖無運動偽影，但診斷斑塊困難，評分2分。(4)圖b1～2為常規b組中同一男性患者，58歲。圖b1為容積再現圖像，冠狀動脈段顯示清晰，無偽影；圖b2為曲面重建圖像，右冠狀動脈管壁光滑，無偽影，評分5分。

3 討 論

肥胖患者是冠狀動脈CTA檢查的常見人群，然而這類患者在行冠狀動脈CTA檢查時圖像噪聲較高，信噪比較低[13]，得到的圖像質量常無法滿足日常的診斷需求。為了提高圖像質量常常增加管電壓及對比劑用量，這無疑增加了患者接受的輻射劑量及隨之而來的患癌風險；另一方面，較高的對比劑用量也增加了患者腎功能損害的風險[5，14-15]，不符合劑量最優化原則的指導思想。管電壓的降低將導致輻射劑量呈指數性減少[1，4-5，16]，但管電壓的降低勢必會增加圖像噪聲，且在肥胖患者的檢查中，此矛盾尤為明顯。因此如何在保證圖像可供診斷的同時進一步降低管電壓成為近年來研究的熱點。近來，各大公司陸續研發出了迭代重建算法，如飛利浦公司最新研發的全模型迭代重建算法，西門子公司的SAFIRE算法等，這類算法的出現為降低圖像噪聲提供了良好的技術支持。本研究在圖像處理時應用了德國西門子公司研發的SAFIRE技術[17-18]，它將基于原始數據及圖像數據的迭代算法結合，再將獲得的圖像數據與理想的噪聲模型比較，反復去噪校正，明顯降低了圖像的噪聲，提高了信噪比和對比信噪比。SAFIRE技術共有4種迭代強度可供選擇，強度越高，圖像噪聲越低，但所得的圖像“模糊”效應較重，因此，一般推薦使用中等強度迭代值(SAFIRE-4)[19-20]。

研究表明，管電壓的降低可有效增強含碘對比劑的光電效應和康普頓散射效應，因而降低管電壓將增加含碘對比劑的CT值，從而增加血管管腔的CT值，以及血管和周圍組織的對比度[1-2]。然而血管的CT值并非越高越好，一般認為血管CT值>300 HU即能滿足日常診斷[20]，這為降低碘對比的用量提供了思路。目前，同時降低對比劑濃度和降低管電壓的“雙低”掃描方案是目前研究的熱點，在李文進等[8]的“雙低”研究中，對于高體質指數肥胖患者，可將管電壓從120 kV降低至80 kV，獲得的圖像仍然能夠滿足主觀診斷需要，并且大大降低了碘對比劑的用量，從而降低了對比劑腎病的發生率。然而，針對高體質指數肥胖患者，將“雙低”掃描方案中管電壓降低到70 kV是否可行，鮮有研究報道。本研究結果顯示，兩位醫師對圖像質量的評價結果的一致性良好(Kappa值=0.931，P<0.05)，說明主觀評價結果較為可信；雙低A組、B組的管電流分別高于常規a組、常規b組(P<0.05)，但CTDIvol、DLP、ED、EDssde值及總碘量分別低于常規a組、常規b組(均P<0.05)，說明無論對于高體質指數還是超高體質指數的腹型肥胖患者，70 kV管電壓的“雙低”檢查方案可進一步降低患者所接受的輻射劑量；雙低A組與常規a組患者的冠狀動脈圖像質量主觀評分以及冠狀動脈分支的CT值、信噪比、CNR比較，差異均無統計學意義(均P>0.05)，提示雙低A組可獲得較好的圖像質量。目前，為了標準化比較不同輻射劑量對圖像質量的影響，學界提出了FOM概念[1]，該指標綜合考慮了圖像對比度、噪聲和輻射劑量，其數值越高，表示CT圖像的優良指數越高。本研究中，雙低A組各冠狀動脈分支的FOM均高于常規a組(均P<0.05)。這進一步說明，70 kV管電壓的“雙低”檢查方案可以提高高體質指數腹型肥胖患者的冠狀動脈CTA的圖像質量。但是，雙低B組的CT值、信噪比、CNR、FOM以及主觀圖像質量評分均低于常規b組(均P<0.05)，B組中有14例患者圖像噪聲較大，血管腔CT值較周圍組織對比度較小，管壁顆粒感及鋸齒感較強，無法診斷是否存在細小軟斑塊，無法滿足診斷需求。這提示對于超高體質指數的腹型肥胖患者，行冠狀動脈CTA檢查時采用70 kV管電壓不可行，這可能是這類患者胸部脂肪層比較厚，對X線衰減較大，雖然低管電壓可以增強含碘對比劑的CT值，但較大的衰減率得到的圖像噪聲較大、CT值較低，血管腔內外對比度較低，即使有迭代重建技術的加持，得到的圖像失真度依然較高，以至于無法滿足診斷需求。

綜上所述，對于高體質指數腹型肥胖患者，行“雙低”冠狀動脈CTA檢查時將管電壓進一步減少到70 kV是可行的，不僅能獲得滿足臨床診斷需要的圖像質量，還可進一步降低患者檢查過程中的輻射劑量、碘攝入量。而對于超高體質指數腹型肥胖患者，將管電壓進一步減少到70 kV會明顯降低圖像的質量，無法滿足日常診斷需求。