第三代雙源CT冠狀動脈、頭頸動脈一站式CT血管成像：低劑量技術(shù)的應(yīng)用價值

向春林，駱磊，胡珊，鄒乾，舒紅格，胡軍武，夏黎明

動脈粥樣硬化是一種全身性疾病，其發(fā)病機制相同，患者常表現(xiàn)為多個血管受累，在冠狀動脈、頭頸動脈粥樣硬化通常同時存在。動脈粥樣斑塊容易導致血管狹窄或者發(fā)生突發(fā)性血栓事件，導致心肌梗死或腦栓塞[1]。有研究[2]表明不穩(wěn)定的頸動脈斑塊可用于預測冠狀動脈疾病患者冠狀動脈斑塊的復雜程度和相應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)展；據(jù)統(tǒng)計在超過三分之一的中風患者中存在無癥狀的冠狀動脈疾病[3]。因此，同時評價冠狀動脈、頭頸動脈血管是具有重要意義的。隨著MSCT技術(shù)的發(fā)展，CTA具有較高的時間和空間分辨率，已廣泛應(yīng)用于血管性疾病的診斷，尤其在冠狀動脈和頭頸動脈病變的診斷方面具有非常高的敏感性和特異性[4-5]。然而，CTA檢查的電離輻射和對比劑腎功能損傷問題是不容忽視的，如何降低輻射劑量和對比劑用量一直是近年來研究的熱點[6-7]。第三代雙源CT(dual-source CT,DSCT)具有更快的掃描速度(0.25 s/r)和更高的時間分辨率(66 ms)，為低劑量一站式成像提供了更寬闊的應(yīng)用空間。本研究旨在探討第三代雙源CT前瞻性心電門控大螺距掃描模式下，應(yīng)用70 kV管電壓和30 mL對比劑進行冠狀動脈和頭頸動脈一站式成像的圖像質(zhì)量和輻射劑量。

材料與方法

1.臨床資料

將本院2019年9月-2019年12月因臨床懷疑冠狀動脈疾病和/或頭頸血管疾病而擬行CTA檢查的85例連續(xù)患者納入觀察，納入標準：①心率≤75次/分；②心率變異率(variation of heart rate,HRV)≤8次/分；③身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)≤26 kg/m2。排除標準：①碘對比劑過敏；②腎功能不全；③有冠狀動脈或頭頸動脈手術(shù)史。根據(jù)這些標準15例患者被剔除，最終將60例患者納入本研究。其中，男25例，女35例；年齡35～73歲，平均(54.75±8.75)歲。將60例患者隨機分均為A、B兩組。

本研究為前瞻性研究，獲得了本院倫理審查委員會的批準，所有患者在CT檢查前知情并簽署知情同意書。

2.檢查方法

檢查前通知患者空腹，測量心率、身高和體重。所有CTA檢查使用Siemens Somatom Force第三代雙源CT機。檢查中患者取仰臥位、頭先進，用彈力繃帶固定頭部。在采集完定位像后，使用高壓注射器經(jīng)右肘正中靜脈注射對比劑碘海醇(350 mg I/mL)，注射速率5.0 mL/s，對比劑注射方案：A組為30 mL對比劑+40 mL生理鹽水；B組為40 mL對比劑+40 mL生理鹽水。采用對比劑團注追蹤(bolus-tracking)觸發(fā)掃描，將ROI放置在升主動脈，閾值為100 HU，延遲4 s啟動掃描，掃描范圍自膈肌下1 cm至顱頂，掃描方向為足頭方向。A組采用70 kV固定管電壓，B組采用100 kV固定管電壓，均采用自動管電流調(diào)制(CARE Dose 4D)，圖像質(zhì)量參考成像條件為100 kVp、288 mAs，其它掃描參數(shù)：前瞻性心電門控，65% R-R間期，螺距3.2，0.25 s/r，探測器準直寬度192×0.6 mm，重建層厚0.75 mm，重建間隔0.50 mm，重建算法為高級模擬迭代重建(advanced modelled iterative reconstruction，ADMIRE)，迭代強度3，血管重建卷積核Bv40。

3.圖像評價

所有圖像傳輸至Siemens Syngo.via工作站，使用多平面重組(MPR)、最大密度投影(MIP)、曲面重組(CPR)和容積再現(xiàn)(VR)技術(shù)進行圖像后處理。由兩位放射科醫(yī)師(分別有3年和8年影像診斷經(jīng)驗)分別獨立進行評估，兩位醫(yī)師對所有被試的臨床信息和掃描協(xié)議不知情。

圖像質(zhì)量主觀評分：根據(jù)國際心血管CT協(xié)會(Society of Cardiovascular Computed Tomography,SCCT)2014年發(fā)布的心血管病血管成像指南中推薦的冠狀動脈分段標準[8]，將冠狀動脈分為18段，分別進行評分，直徑<1.5 mm的冠狀動脈節(jié)段不計入評分。對頸總動脈、頸內(nèi)動脈、椎動脈、大腦前動脈、大腦中動脈、大腦后動脈和基底動脈共7支頭頸動脈節(jié)段進行評分。采用Likert量表方法，將所有動脈的圖像質(zhì)量評分分為4級：4分，圖像質(zhì)量優(yōu)，無偽影；3分，圖像質(zhì)量良好，存在輕度偽影，不影響診斷；2分，圖像上有中度偽影，圖像質(zhì)量一般，但仍可評價；1分，圖像質(zhì)量差，無法診斷[9-11]。評分為2～4分歸為可評價血管，1分為不可評價血管。

圖像質(zhì)量客觀評價方法：分別在升主動脈根部、左冠狀動脈主干、右冠狀動脈近端、頸總動脈起始部、椎動脈V1段、頸內(nèi)動脈起始部、基底動脈中段、大腦中動脈M1段共8支血管內(nèi)放置ROI，測量各目標血管的CT值及其標準差(standard deviation,SD)，定義目標血管的SD值為噪聲(noise，N)。所有ROI的放置約占血管截面積的3/4，避開血管壁的鈣化、斑塊、狹窄和明顯運動偽影區(qū)域。左冠脈主干和右冠脈近端的CT值在曲面重組圖像上進行測量，并在升主動脈根部鄰近的心包脂肪內(nèi)勾畫ROI，測量其CT值[12]；頸總動脈、頸內(nèi)動脈、椎動脈和大腦中動脈的CT值，均取雙側(cè)測量值的平均值，并在同層面目標血管鄰近的組織內(nèi)(頸總動脈選擇豎脊肌，頸內(nèi)動脈和椎動脈V1段選擇胸鎖乳突肌，基底動脈選擇腦干，大腦中動脈M1段選擇M1段鄰近的腦組織)勾畫ROI，測量其CT值，勾畫ROI時應(yīng)避開血管、骨骼和鈣化。按照公式(1)和(2)分別計算各支動脈的信噪比(signal noise ratio,SNR)和對比噪聲比(contrast noise ratio,CNR)：

(1)

(2)

4.輻射劑量

每次掃描結(jié)束后記錄機器自動生成的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)，并按公式(3)計算效輻射劑量(effective dose,ED)：

ED=DLP×k

(3)

本研究中胸部和頭頸部掃描的k值分別取0.014 mSv/(mGy·cm)[13]和0.0031mSv/(mGy·cm)[14]。

5.統(tǒng)計分析

使用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。定量資料以均數(shù)±標準差表示，分類變量以頻數(shù)或百分數(shù)表示。兩組圖像質(zhì)量主觀評分的比較采用Wilcoxon秩和檢驗。對兩位醫(yī)師評分的一致性分析采用Kappa檢驗(Kappa≥0.75為一致性好，Kappa<0.4為一致性欠佳)。對兩組圖像的客觀質(zhì)量評價指標(CT值、圖像噪聲、SNR和CNR)及輻射劑量(CTDIvol、DLP、ED)的比較采用兩獨立樣本t檢驗(經(jīng)檢驗所有指標的測量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.基本臨床資料和掃描參數(shù)

所有檢查順利完成，無并發(fā)癥發(fā)生。兩組患者基本臨床資料和掃描參數(shù)的比較見見表1。兩組之間年齡、身高、體重、BMI、心率、掃描前HRV和掃描范圍的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表1 患者基本臨床資料及掃描信息

2.兩組圖像主觀評分的比較

在冠狀動脈節(jié)段分析的基礎(chǔ)上，對其圖像質(zhì)量進行主觀評價。A組有384個冠狀動脈節(jié)段納入評價，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、一般和差的節(jié)段分別占87%(334/384)、10.9%(42/384)、1.3%(5/384)和0.8%(3/384)。B組有388個冠狀動脈節(jié)段納入評價，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、一般和差的節(jié)段分別占87.6%(340/388)、10.1%(39/388)、2 %(8/388)和0.3%(1/388)。兩組圖像的平均評分分別為3.84和3.85，兩組間圖像質(zhì)量評分的差異無統(tǒng)計學意義(Z=-0.257，P=0.797)。兩位醫(yī)師對冠狀動脈圖像質(zhì)量評分的一致性好(A組：Kappa=0.807，P<0.001；B組：Kappa=0.781，P<0.001)。

對7支頭頸動脈進行圖像質(zhì)量主觀評價，A組有208個頭頸動脈節(jié)段納入評價，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好和一般的節(jié)段分別占92.3%(192/208)、7.2%(15/208)和0.5%(1/208)。B組有207個頭頸動脈節(jié)段納入評價，圖像質(zhì)量為優(yōu)、良好、和一般的節(jié)段分別占94.7%(196/207)、4.3%(9/207)和1.0%(2/207)。兩組中均沒有圖像質(zhì)量差(1分)的血管節(jié)段，平均評分分別為3.92和3.94，兩組之間圖像質(zhì)量主觀評分的差異無統(tǒng)計學意義(Z=-0.961，P=0.337)。兩位醫(yī)師對頭頸動脈圖像質(zhì)量評分的一致性好(A組：Kappa=0.804，P<0.001；B組：Kappa=0.817，P<0.001)。

3.兩組圖像質(zhì)量的客觀評價

對兩組中8支血管的圖像質(zhì)量客觀評價指標進行比較，詳見表2。

表2 兩組圖像質(zhì)量客觀評價指標

A組中所有血管節(jié)段的CT值大于B組，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。A組中所有血管節(jié)段的圖像噪聲大于B組，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。兩組間所有血管節(jié)段的SNR和CNR的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

4.兩組輻射劑量的比較

A組的3項輻射劑量指標值(CTDIvol、DLP、ED)均顯著低于B組，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。A組的ED較B組下降了59.2%，詳見表3。A組對比劑(30mL)用量較B組(40mL)減少了25%。

表3 兩組輻射劑量的比較

討 論

本研究的目的是合理的將冠狀動脈、頭頸動脈一站式成像時輻射劑量和對比劑用量降至極低水平。在本研究中，對于冠狀動脈和頭頸動脈一站式成像，我們評估了圖像質(zhì)量、輻射劑量和對比劑用量。通過第三代雙源CT大螺距掃描模式，采用70 kV管電壓，ED降至(0.51±0.04) mSv，對比劑用量降至30 mL，一站式掃描冠脈動脈、頭頸動脈成像質(zhì)量均較好(圖1)；與100 kV管電壓相比，ED降低了59.2%，對比劑減少了25%，并且有著同等可評價的圖像質(zhì)量(圖2～5)。

在目前常規(guī)CT檢查中，CTA對于冠脈動脈和頭頸動脈的掃描需要分兩次進行，這樣容易增加輻射劑量和對比劑用量，檢查相對費時。隨著CT技術(shù)的快速發(fā)展，也曾有學者對于冠狀動脈、頭頸動脈一站式成像進行過探討。張曉東等[15]嘗試采用256層CT前瞻性心電門控對冠狀動脈、頭頸動脈進行一站式成像，掃描的輻射劑量為(7.0±0.8) mSv，對比劑用量為90 mL，獲得了良好的圖像質(zhì)量。Wang等[16]采用第二代雙源CT大螺距掃描進行冠狀動脈、頭頸動脈一站式成像，并與單獨完成的冠狀動脈成像的圖像質(zhì)量進行對比，結(jié)果顯示兩種掃描方法獲得的圖像質(zhì)量具有可比性，DLP為(256.3±24.5) mGy·cm，對比劑用量為65 mL。Sun等[14]采用第二代雙源CT大螺距掃描對冠狀動脈、頭頸動脈進行一站式成像，驗證了一站式成像對于診斷血管狹窄具有較高的準確性，輻射劑量降低至(1.42±0.44) mSv，對比劑用量為60 mL。這些研究均證實了冠狀動脈和頭頸動脈一站式掃描的可行性，所用的設(shè)備基本為第二代雙源CT機，張曉東等[15]和Wang[16]等采用的是120 kV的管電壓，輻射劑量非常高，Sun等[14]采用100 kV管電壓后輻射劑量大幅下降，但是對比劑用量仍較高，對心率的要求(需要<65次/分)也更苛刻。目前國內(nèi)外文獻中涉及運用第三代雙源CT機對冠狀動脈、頭頸動脈進行一站式成像的研究很少，本課題組對第三代雙源CT機進行冠狀動脈和頭頸動脈的低輻射劑量低對比劑用量一站式成像的可行性和成像質(zhì)量進行了分析。

在各種降低輻射劑量的方法中，降低管電壓是最有效的方法。這是由于輻射劑量與管電壓的平方成正比，因此70 kV管電壓較常規(guī)管電壓(120 kV)掃描可顯著降低輻射劑量。此外，隨著管電壓的降低，X線束的有效光能更接近碘的衰減k緣[17]，70 kV管電壓掃描可以顯著增強圖像的對比度，從而可相應(yīng)的降低對比劑的用量，也因此可降低對比劑誘發(fā)腎病的風險[18]。然而，70 kV管電壓掃描也存在一定的局限性，包括圖像噪聲的增加和圖像質(zhì)量的降低。在以往的CTA檢查中，圖像質(zhì)量在70 kV管電壓條件下受到很大限制，這是因為以前的CT系統(tǒng)的管電流輸出受限(500 mA)，為了使圖像質(zhì)量滿足診斷要求，需要更高的管電流或采用迭代重建技術(shù)來補償因管電壓降低而造成的圖像質(zhì)量下降[19]。第三代雙源CT為了克服圖像噪聲的增加，采用了先進的ADMIRE迭代重建算法，120 kW雙球管的最大峰值管電可高達1300 mA[17]。新的迭代重建算法(ADMIRE)與傳統(tǒng)重建算法(filter back projection，F(xiàn)BP)相比，降低圖像噪聲的效果更顯著，且能顯著降低輻射劑量和對比劑用量[20]。前瞻性心電門控大螺距掃描模式與70 kV管電壓聯(lián)合使用，實現(xiàn)了亞mSv(<1.0 mSv)條件下完成冠狀動脈CTA并獲得較滿意的圖像質(zhì)量[9,10,21]。Zhang等[10]的研究顯示在冠狀動脈成像中采用70 kV管電壓較100 kV管電壓的輻射劑量降低了75%。70 kV管電壓在頭頸部CTA中也實現(xiàn)了輻射劑量的顯著降低，70 kV管電壓相較于100 kV管電壓的輻射劑量降低了56%[11]。

第三代雙源CT機的機架旋轉(zhuǎn)速度(0.25 s/r)和移床速度(737 mm/s)極快，時間分辨率達66 ms，大螺距掃描模式下使得對于患者心率的要求降低，且掃描速度提高。在本研究中，完成冠狀動脈、頭頸動脈一站式掃描僅需(0.75±0.12) s ，這也為減少對比劑注射時間提供了支持，從而可以進一步減少對比劑用量。本研究在既往70 kV管電壓條件下單獨完成的極低對比劑用量冠狀動脈CTA[10]和極低對比劑用量頭頸動脈CTA[11]的研究基礎(chǔ)上，采用30 mL對比劑完成掃描，并利用超短掃描時間來識別對比劑峰值時間。

本研究在70 kV管電壓和30 mL對比劑用量下，得到了較好的血管增強圖像，與100 kV管電壓、40 mL對比劑的掃描方案相比，SNR和CNR均無明顯差異。這是由于在70 kV時CT值增大，而圖像噪聲由于管電流增大和先進的ADMIRE迭代重建算法，所增加的幅度得到了比較好的控制。在Meinel等[22]的研究中采用第三代雙源CT對冠狀動脈CTA體模進行掃描，管電壓為70～150 kV，結(jié)果顯示在70 kV和80 kV時血管的CNR最高。Higashigaito等[23]運用第三代雙源CT在評價冠狀動脈搭橋血管時，發(fā)現(xiàn)在低千伏時允許減少對比劑用量并能保持恒定的CNR。本研究中所有血管的CT值均達到診斷要求(>325 HU)[24-25]，SNR和CNR也滿足了先前報道的冠狀動脈和頭頸動脈診斷研究的要求[11-12,26-27]。輻射劑量和對比劑用量低于既往的研究報道[14-16]。本研究結(jié)果表明，第三代雙源CT可以實現(xiàn)冠狀動脈、頭頸動脈一站式成像，圖像質(zhì)量較好，評估者一致性較高，最重要的是，我們使用了極低的輻射劑量和極低的對比劑用量。

本研究的主要局限性是缺乏與金標準DSA的直接比較，來評估這種方法的診斷效能。然而，第三代雙源CT極低劑量在分開檢查的冠狀動脈和頭頸動脈已經(jīng)被證實是可靠的[10-11]。另一個局限性是對患者有一定的要求(心率≤75次/分，BMI≤26 kg/m2)，因為這是一個前瞻性掃描模式下極低輻射劑量、極低對比劑用量的初步可行性研究，為了避免組內(nèi)高心率和肥胖者對于血管評價和圖像質(zhì)量可能產(chǎn)生的影響。最后，本研究的樣本量較小，在后續(xù)的工作中，我們還需要更大的樣本量做進一步探討。

總之，第三代雙源CT使用70 kV管電壓、30 mL對比劑行冠狀動脈、頭頸動脈一站式成像，獲得了較好的血管增強圖像，對患有冠狀動脈和頭頸動脈疾病的患者實現(xiàn)一站式低劑量檢查具有重要的臨床意義。