640層容積CT心腦聯(lián)合血管成像的應(yīng)用及輻射劑量研究

尚海龍，雷志毅，楊玲，杜紅娣，沈海林

(1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬蘇州九龍醫(yī)院影像科，江蘇 蘇州 215028；2.青海省人民醫(yī)院影像科，西寧,810007；3.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科，江蘇 蘇州,215006)

動脈粥樣硬化(AS)是中老年常見的全身性疾病，大動脈及其分支均可受累，特別是冠脈、頸部及腦動脈粥樣斑塊形成是誘發(fā)心腦血管疾病的主要致病基礎(chǔ)[1]，而冠狀動脈和頸動脈粥樣斑塊的形成中常常伴隨產(chǎn)生導(dǎo)致腦卒中及冠心病并存發(fā)展[2]，25%～60%中風(fēng)患者存在無臨床癥狀的局部心肌缺血[3]。這些心肌局部貧血病人的死亡率是相同年齡段人的兩倍多，因此，同時評價頸動脈、腦動脈及冠狀動脈的動脈粥樣硬化就具有很大的臨床意義，目前對頸-腦血管的評價包括多普勒超聲波、磁共振血管成像(MRA)、計算機(jī)斷層掃描血管造影(CTA)和傳統(tǒng)數(shù)字減影血管造影(DSA)；對心臟冠狀動脈的評價包括CTA和 DSA,近年來冠狀動脈造影(MRCA)也是一種全新評價冠狀動脈的方法。對同時評價冠狀動脈、頸-腦動脈的患者,需要進(jìn)行冠狀動脈CTA、頸動脈和腦血管CTA,重復(fù)評估不同的血管最終造成患者醫(yī)療費(fèi)用及輻射劑量的增加。本研究使用東芝公司Aquilion ONE 640層動態(tài)容積CT對頸-腦動脈及冠狀動脈進(jìn)行一次掃描成像，評價其掃描的圖像質(zhì)量及輻射劑量，探討Aquilion ONE 640層動態(tài)容積CT心腦血管聯(lián)合成像的臨床應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集我院2015年1月至2017年1月患者，并排除冠脈及頸動脈支架植入術(shù)、冠狀動脈搭橋術(shù)患者；嚴(yán)重心率失常, 身體質(zhì)量指數(shù)BMI>30 kg/m2的患者，共得到60例，其中冠狀動脈CTA 20例(男性14例，女性6例)，年齡58～75歲，平均64歲，心率60～75次/分；頭頸部動脈CTA 20例(男性12例，女性8例)，年齡40～78歲；頸腦心動脈聯(lián)合成像患者20例(男性16例，女性4例)，年齡48～73歲，平均年齡56歲，心率55～75次/分。

1.2 掃描準(zhǔn)備及技術(shù)參數(shù)

檢查前所有患者禁食6小時，簽署知情同意書，測量患者體重、身高、血壓、心率并計算BMI。采用東芝Aquilion One 640層動態(tài)容積CT行前瞻性心電門控掃描，采用智能跟蹤閾值觸發(fā)技術(shù)。

冠狀動脈CTA:正確放置心電導(dǎo)聯(lián)后掃描，采集的時相覆蓋整個心動周期的60～80%，掃描范圍自氣管分叉處向下至膈肌，掃描長度113～124 cm，平均(116±6)cm,管電壓100～120 kV,管電流300～400 mAs(根據(jù)不同患者的體型及BMI指數(shù)設(shè)定)，層厚0.5 mm，層間距0.35 mm，視野FOV 180～220 mm，探測器寬度160 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周時間為0.35 s。采用雙筒高壓注射器右側(cè)肘正中5 mL/s流速靜脈注射，注射對比劑優(yōu)維顯50～70 mL(1.5 mL/kg)。Sure Start軟件智能跟蹤，升主動脈根部CT值170 HU為人工智能觸發(fā)閾值。

頭頸部動脈CTA:掃描范圍主動脈弓至顱腦頂部，掃描長度310～410 mm，平均(364±24)mm，采用雙筒高壓注射器右側(cè)肘正中5 mL/s流速靜脈注射，注射對比劑優(yōu)維顯60～80 mL,追加生理鹽水20 mL,觸發(fā)同上。

心腦血管聯(lián)合成像CTA: 掃描范圍膈肌至顱腦頂部，掃描長度約395～483 mm，平均(464±24)mm，采用雙筒高壓注射器右側(cè)肘正中5 mL/s流速靜脈注射，雙側(cè)前臂上舉并盡量分開不與顱腦在同一個平面，正確放置心電導(dǎo)聯(lián)后掃描，注射對比劑優(yōu)維顯70～100 mL，然后以相同速率追加生理鹽水50 mL，觸發(fā)同上。

1.3 圖像后處理

對圖像質(zhì)量根據(jù)ECG進(jìn)行重組，可選擇冠狀動脈顯示最佳時相把原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vitrea FX工作站進(jìn)行重建，多角度觀察并挑選對血管顯示最佳的圖像用于對比分析。

2 圖像質(zhì)量的評價方法

客觀評價：軸位測量(1)冠狀動脈顯影強(qiáng)度評價：測量升主動脈根部(左冠狀動脈優(yōu)勢起源)CT值(ROI 100～110 mm2)；頸-腦血管顯影強(qiáng)度評價：測量雙側(cè)頸總動脈起始部CT值(ROI 10～20 mm2)、頸內(nèi)動脈(蝶鞍層面，ROI 2～5 mm2)、椎動脈起始部(ROI 2～3 mm2)、大腦中動脈M1段(ROI 1～2 mm2)CT值，雙側(cè)取平均值作為頸腦血管顯影強(qiáng)度。圖像噪聲值取圖像CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。

主觀評價：由兩名主治以上醫(yī)師對圖像質(zhì)量進(jìn)行多次評估，達(dá)成一致。對冠狀動脈分段采用美國心臟學(xué)會15段分段法[4]，僅計算血管直徑>1.5 mm的冠狀動脈及分支，以CPR重建圖像為準(zhǔn)。對采集的冠脈圖像質(zhì)量采用4分法[5]：1分為優(yōu)秀，沒有偽影；2分為良好、輕度偽影；3分為圖像尚可，中度偽影，血管中斷較輕；4分為不能診斷。對頸腦血管采用3分定量法[6]，以VR、MIP為準(zhǔn)。1分為圖像質(zhì)量差，動脈顯影差，血管中斷后不能重建；2分為中等，動脈顯影尚可，中度偽影或輕度血管中斷；3分為優(yōu)良，動脈顯影佳，沒有偽影或輕度偽影。

3 輻射劑量的計算及統(tǒng)計學(xué)方法

記錄每一名被檢查者容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)，計算出被檢查者的有效輻射暴露劑量(ED)，即ED=DLP×k[7](頭顱k系數(shù)為0.002 1、胸部為0.014 0、頸部為0.005 9，多部位可取平均值)。

利用SPSS 16.0 for Windows統(tǒng)計軟件包對各組測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。采用t檢驗對CT值與圖像噪聲組間進(jìn)行比較。冠狀動脈圖像質(zhì)量及頸-腦血管圖像質(zhì)量的對比，均采用Mann-WhitneyU檢驗，p<0.05時，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

4 結(jié)果

4.1 三組客觀數(shù)值的比較

結(jié)果列于表1。由表1可見，心腦血管聯(lián)合成像(1組)和冠狀動脈CTA(2組)升主動脈根部CT值及噪聲對比未見顯著性差異；心腦血管聯(lián)合成像(1組)和頸-腦血管CTA(3組)頸總動脈起始部CT值及噪聲兩者存在顯著性差異；椎動脈起始部CT值及噪聲對比存在顯著性差異；頸內(nèi)動脈CT值及噪聲比較沒有顯著性差異；大腦中動脈M1段CT值及噪聲比較沒有顯著性差異。

表1 三組之間客觀數(shù)值的比較

4.2 三組主觀圖像比較

表2為1、2組冠狀動脈圖像主觀評價比較，表3為1、3組頸腦動脈主觀數(shù)值比較。根據(jù)美國心臟學(xué)會15段分段法，20例心腦血管聯(lián)合成像(1組)圖像可用于冠狀動脈節(jié)段 241段；冠狀動脈CTA(2組)滿足診斷需要的冠狀動脈節(jié)段260段，1、2組之間冠狀動脈圖像未見顯著性差異(見表2)。心腦血管聯(lián)合成像(1組)和單純頸-腦血管CTA(3組)所獲得的頸-血管圖像未出現(xiàn)1分診斷，有中度偽影圖像，兩組評分比較存在明顯差異(見表3)。

表2 1、2組冠狀動脈圖像主觀評價比較

表3 1、3組頸腦動脈主觀數(shù)值比較

4.3 三組患者所受電離輻射劑量對比

表4為三組患者所受輻射劑量對比。由表4可見，心腦血管聯(lián)合CTA掃描患者所受的有效輻射暴露劑量高于單次冠脈CTA及頸-腦血管CTA，但低于二者之和。

表4 三組檢查之間輻射劑量的對比

5 討論

Aquilion ONE 640層動態(tài)容積CT擁有長達(dá)160 mm超大尺寸的寬體探測器，較好地擴(kuò)展了Z軸的覆蓋范圍，只需旋轉(zhuǎn)一周就能獲得單個器官的所有容積成像信息,掃描層數(shù)達(dá)到 640層、0.35 mm層厚，擁有640層CT超極速智能可變螺距的螺旋掃描系統(tǒng)，350 ms快速機(jī)架旋轉(zhuǎn)，能實(shí)現(xiàn)超快掃描和超精細(xì)采集。本研究利用640層容積CT的大螺距快速掃描的技術(shù)優(yōu)勢，對冠狀動脈及頸-腦血管進(jìn)行一次成像，并從以下兩個方面討論其可行性。

5.1 圖像質(zhì)量對比

本研究評估了241段冠狀動脈段，有診斷價值的冠狀動脈圖像占97.5%(235/241)，與冠狀動脈掃描對比沒有出現(xiàn)嚴(yán)重干擾診斷的偽影，但發(fā)現(xiàn)在右側(cè)冠狀動脈和左側(cè)回旋支動脈有少量運(yùn)動偽影的存在，可能與以下原因有關(guān)：①心率變化。本研究對心率要求較寬(60～75 次/分)，得到的圖像偽影大多來自右側(cè)冠狀動脈遠(yuǎn)端及左側(cè)回旋支動脈。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)大螺距雙源CT采集模式下，心率小于60次/分的病人99%的冠狀動脈圖像是可評估的[8]，也有學(xué)者利用飛利浦256層CT在保持心率70次/分以下取得良好的成像效果，僅有2.9%圖像不可評估[9]。以上研究雖然對心率要求不統(tǒng)一，但這些圖像偽影都來自右側(cè)冠狀動脈遠(yuǎn)端及左側(cè)回旋支動脈，因此心率變化可能是造成偽影的原因之一。②高BMI指數(shù)。本研究中6位不能診斷冠脈圖像的患者BMI指數(shù)均相對較高，這可能是較高的BMI指數(shù)增加了掃描時間和射線的衰減，造成了右側(cè)冠狀動脈中遠(yuǎn)段及左側(cè)回旋支動脈出現(xiàn)不能診斷的圖像。

本研究中心腦血管聯(lián)合成像(1組)和頸-腦血管CTA(3組)在頸總動脈及椎動脈的圖像客觀評價數(shù)值中有統(tǒng)計學(xué)意義的差別，而頸內(nèi)動脈及大腦中動脈M1段的評價沒有統(tǒng)計學(xué)意義，圖像評價方面雖然未出現(xiàn)無法診斷的4分圖像，但心腦聯(lián)合成像1分優(yōu)秀圖像較少，原因有以下幾點(diǎn)：①掃描體位，心腦聯(lián)合成像在掃描時為避免偽影，采取雙上臂上舉并盡量分開，使得肩關(guān)節(jié)活動度有限。②前瞻性心電門控掃描部位設(shè)在了升主動脈根部，頸-腦血管掃描時間略延遲，造成部分靜脈充盈，對頸腦動脈顯影造成了一定程度的干擾。③據(jù)研究報道，體積掃描長度的增加，在一定程度上影響掃描的圖像質(zhì)量[10]。以上原因使1組和3組圖像質(zhì)量的客觀評價出現(xiàn)了統(tǒng)計學(xué)差異。但采用多種圖像后處理方法如CPI、MIP、MPI和重復(fù)多次觀察，在結(jié)果中沒有明顯干擾診斷，未影響到醫(yī)師的診斷結(jié)果。

5.2 輻射劑量研究

近年來許多學(xué)者開始研究多部位CTA掃描輻射劑量，2010年Furtado等[11]利用64排螺旋CT對急性缺血性腦卒中患者進(jìn)行三重掃描來篩查，結(jié)果使患者所受的劑量較高。Tognolini等[12]在33個病人中，使用包含兩個部位的掃描方法、升主動脈的螺旋采集模式、冠狀動脈的前瞻性ECG觸發(fā)模式，聯(lián)合評估頸動脈和冠狀動脈的技術(shù)可行性，輻射暴露劑量是4.3 mSv。SUN Kai等、張曉東等利用不同CT儀器進(jìn)行了心腦血管聯(lián)合成像，輻射暴露劑量差別較大，分別為(1.42 ± 0.44)mSv和(7.0±0.8)mSv[13, 9]。本研究中640層容積CT擁有長達(dá)160 mm超大尺寸的寬體探測器，以及超極速智能可變螺距的螺旋掃描系統(tǒng)，350 ms快速機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度及全新的適應(yīng)性迭代劑量減低技術(shù)(AIDR)，進(jìn)一步降低了患者CT掃描所受輻射暴露劑量，心腦聯(lián)合成像劑量為(3.99±0.37)mSv，在患者可以接受的劑量之內(nèi)，心腦血管聯(lián)合CTA掃描患者所接受的輻射暴露劑量低于分別進(jìn)行冠狀動脈造影及頸動脈造影所受輻射劑量之和。研究結(jié)果中的輻射劑量差別較大，這可能與以下原因有關(guān)：①研究采用的儀器不同，這就造成被檢查者所接受掃描的探測器寬度和掃描速度不同，以及迭代重建算法的不同,不同研究者采用的管電壓、心電門控采集方式及觸法閾值之間存在一定的差異，使被檢者最后受到輻射暴露劑量也存在一定差異。②研究對象的心率及BMI指數(shù)不同，雖然現(xiàn)在大多數(shù)研究者采用前瞻性心電門控，但不同研究對象心率存在著一定的差異，如我們的研究對象采用心率75 次/分以下，而SUN Kai等的所有研究對象心率均在65 次/分以下。據(jù)研究報道心率的增加會引起輻射劑量的增加，心率為80 次/分比60 次/分時輻射劑量明顯增加[14],這也可能導(dǎo)致不同心腦血管聯(lián)合成像之間輻射暴露劑量的差異。另外BMI指數(shù)的不同會造成不同的掃描體積，掃描體積指數(shù)的增加會造成輻射暴露劑量的增加[15]。

綜上所述，640層容積CT心腦血管聯(lián)合成像的圖像質(zhì)量不論在客觀數(shù)值還是在主觀圖像方面，均取得了臨床比較滿意的結(jié)果，輻射總劑量低于兩者之和，且在安全的范圍之內(nèi)。后期需進(jìn)一步擴(kuò)大疾病樣本量，和DSA進(jìn)行對比研究，在此基礎(chǔ)上，640層容積CT心腦血管聯(lián)合成像有望成為一種簡便、快捷、無創(chuàng)、輻射劑量低、客觀和重復(fù)性強(qiáng)的檢查方法，并在臨床進(jìn)一步推廣使用。