320排容積CT“Target CTA掃描模式”在低心率患者冠狀動脈CT血管成像中的應(yīng)用探究

吳錕，陳?？瀑F超，鄭成鳳，范明，趙榮芳，詹紅利，鄧?yán)A

內(nèi)江市第一人民醫(yī)院 放射科，四川 內(nèi)江 641000

引言

據(jù)統(tǒng)計，目前我國心血管病患病總?cè)藬?shù)約為 3.30億，其中冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（簡稱冠心病） 約1100 萬，心血管病死亡占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位[1]。冠心病作為一種常見的心血管疾病，準(zhǔn)確及時的診斷對于治療及預(yù)后有積極意義。近年來，隨著CT成像技術(shù)的快速發(fā)展，冠狀動脈CT血管成像（Coronary CT Angiography，CCTA）圖像質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，且患者所受輻射劑量大幅降低[2-3]，CCTA已成為臨床診斷篩查冠狀動脈疾病安全可靠的首選技術(shù)之一[4-6]。但CCTA檢查要求層厚薄、螺距小，從而導(dǎo)致輻射劑量增加。檢查所受輻射劑量是由多種因素綜合決定的，降低管電壓、采用前瞻性心電門控模式、探測器寬度等CT硬件工藝的提高均是目前臨床降低輻射劑量的常用方法。彭睿等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在心率在65～70 次/min時，冠狀動脈最佳時相集中于舒張末期（R-R間期70%～80%）。研究表明，在管電壓及管電流固定的情況下，根據(jù)心率縮窄采集時相，是減少輻射劑量的有效手段[8]。遵循輻射防護(hù)最優(yōu)化原則，在保證圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診斷的前提下，選擇更低輻射劑量成像模式，在一定程度上能減少患者及醫(yī)務(wù)人員的輻射損傷[9]。本研究針對心率低于75 次/min的患者，采用第二代320排容積CT所特有的Target CTA掃描模式（采集時相設(shè)置在R-R間期75%）與傳統(tǒng)前瞻性心電門控采集模式（采集時間窗為R-R間期的35%～ 85%）所得CCTA的圖像質(zhì)量及檢查輻射劑量等參數(shù)進(jìn)行比較，探討Target CTA掃描模式在患者心率低于75 次/min時應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入標(biāo)準(zhǔn)：① 臨床診斷或疑似冠心病患者；② 冠狀動脈支架置入術(shù)后復(fù)查患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 甲狀腺功能亢進(jìn)未治愈；② 既往有碘過敏史；③ 嚴(yán)重肝腎功能不全患者；④ 臨床癥狀不穩(wěn)定（如急性心肌梗死、失代償性心功能不全）情況；⑤心率變異患者，即心律失常的患者（早搏或者房顫心率波動較大的患者）。收集符合納入標(biāo)準(zhǔn)的患者78例隨機(jī)分為兩組，A組39例，采用前瞻性心電門控曝光時間窗（R-R間期的35%～85%）掃描模式；B組39例，采用320排容積CT Target CTA（R-R間期的75%時相為中心）掃描模式進(jìn)行掃描。A組男21例、女18例，年齡34.0～84.8歲，平均年齡60.9歲，平均體質(zhì)量指數(shù) （Body Mass Index，BMI） 為23.8 kg/m2。B組男24例、女15例，年齡46.8～70.3歲，平均年齡63.5歲，平均BMI為23.0 kg/m2。兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1），具有可比性。本研究為前瞻性研究，已獲得我院倫理委員會的批準(zhǔn)（審批號：2019-倫審批-24），所有患者均知情同意。

表1 兩組患者一般資料比較（±s）

表1 兩組患者一般資料比較（±s）

心率/（次/min）A組 60.9±12.2 161.5±6.6 61.6±9.9 23.8±3.1 58.1±4.9 B組 63.5±7.4 162.5±6.7 60.5±8.8 23.0±3.7 57.3±3.9 t值 -1.257 -0.786 0.232 0.695 -1.189 P值 0.235 0.448 0.821 0.501 0.259組別年齡/歲身高/cm體質(zhì)量/kg BMI/（kg/m2）

1.2 方法

所有患者均接受第二代320排容積CT （Aquilion Vision, Canon Medical Systems Corporation，Otawara，日本）掃描。患者取仰臥位，足先進(jìn)，探測器準(zhǔn)直寬度為320 mm×0.5 mm，Z軸掃描范圍16 cm。掃描范圍：自氣管隆突下1 cm至心臟膈面下。掃描參數(shù)如下：管電壓固定為100 kVp，管電流采用智能毫安管電流調(diào)控技術(shù)，圖像噪聲（Standard Deviation，SD）值設(shè)置為26，對應(yīng)圖像層厚0.5 mm，球管旋轉(zhuǎn)時間0.275 s/圈。采用前瞻性心電門控掃描，一次心跳采集成像。圖像重建采用自適應(yīng)迭代算法AIDR 3D（Adaptive Iterative Dose Reduction 3D) 和非對稱錐束重建算法降低SD值[10-11]，重建函數(shù)選取FC43。重建層厚為0.5 mm，層間距0.25 mm。A組：采用傳統(tǒng)默認(rèn)的前瞻性心電門控掃描模式，1個Beat掃描，曝光時相為R-R間期的35%～85%，并自動重建最佳時相，若最佳時相無法滿足診斷需求，則通過高級心電編輯軟件以5 ms間期為間隔單位重建多個時相，選取最佳時相重建整個心臟；B組：采用第二代320排容積CT所自帶的Target CTA采集模式，1個Beat掃描，設(shè)置R-R間期的75%為曝光時相。

采用雙筒高壓注射器，經(jīng)肘正中靜脈團(tuán)注對比劑，流速 4.0～5.5 mL/s，總量 40～60 mL（0.8 mL/kg）非離子型對比劑碘佛醇（350 mgI/mL），然后注入30～40 mL 0.9%氯化鈉溶液沖洗。采用團(tuán)注跟蹤法確定掃描時機(jī)，指令提示患者在注射對比劑后12 s時提前吸氣后屏氣并等待，當(dāng)降主動脈達(dá)到260 HU時觸發(fā)掃描。通過在降主動脈而不是升主動脈實施團(tuán)注跟蹤技術(shù)，冠狀動脈增強(qiáng)的延遲時間更短，患者間變異性更小[12]。

圖像傳輸?shù)胶筇幚砉ぷ髡荆╒itrea fX，1.0，Canon Medical Systems Corporation，日本），運用心血管后處理軟件對冠狀動脈行容積再現(xiàn)、最大密度投影、曲面重組及血管管徑分析等處理。

1.3 圖像分析

（1）主觀圖像分析：主觀圖像質(zhì)量分別由2名有6年和10年CCTA經(jīng)驗的診斷醫(yī)師進(jìn)行評定。評定時，患者基本信息均被隱藏。根據(jù)心血管計算機(jī)斷層攝影學(xué)會18節(jié)段分類應(yīng)用于冠狀動脈造影數(shù)據(jù)分析[13]。圖像質(zhì)量按節(jié)段分級，當(dāng)解剖顯示的每一節(jié)段(≥1.5 mm)可以評估動脈粥樣硬化的存在和狹窄的嚴(yán)重程度時，被認(rèn)為是診斷性的。結(jié)果按4分制評分[14-15]：4分：優(yōu)秀，無明顯血管邊緣的偽影；3分：良好，輕度偽影，血管邊緣輕微模糊；2分：可接受，中度偽影存在，但圖像仍可解釋；1分：無法評估，重度偽影，使圖像不能解釋。當(dāng)2名醫(yī)師的得分不同時，最終的得分經(jīng)共同討論后決定。

（2）客觀圖像分析：右冠狀動脈和左主干近端的感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）在橫斷面圖像上繪制。使用圓形ROI記錄每個冠狀動脈段的平均CT值（Hounsfield Unit，HU）。選擇盡可能大的 ROI，同時小心避免血管壁粘連，以防止部分容積效應(yīng)。在軸位圖像上，ROI被放置在血管輪廓內(nèi)，并記錄平均CT值。圖像噪聲被定義為升主動脈ROI的標(biāo)準(zhǔn)差。記錄主動脈根部、左冠狀動脈主干近段、左前降支近段、左回旋支近段、左鈍緣支近段、右冠狀動脈的CT值、噪聲等數(shù)據(jù)，計算主動脈根部、左冠狀動脈主干近段、左前降支近段、左回旋支近段、左鈍緣支近段、右冠狀動脈的信噪比（Signal to Noise，SNR）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ration，CNR）。記錄CT掃描系統(tǒng)自動生成的容積CT劑量指數(shù)（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），計算有效輻射劑量（Effective Dose，ED）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

進(jìn)行功率分析以確定最小隊列規(guī)模。本項研究假設(shè)2組的每段主觀圖像質(zhì)量相似。為了檢測主觀圖像質(zhì)量得分0.1的差異，最小樣本量被確定為總共234個片段（約39名患者）；樣本量計算基于類型2誤差(α=0.05)[16]。

2 結(jié)果

2.1 掃描參數(shù)和輻射劑量

采用2種掃描模式分別對39例患者進(jìn)行掃描，2種方法均采用100 kV的管電壓，記錄掃描過程中的管電流參數(shù)，結(jié)果表明，兩種掃描模式下的管電流數(shù)據(jù)比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.143，P=0.889），見表2，具有可比性。記錄兩種掃描模式下的容積CT劑量指數(shù)CTDIvol、DLP和ED，結(jié)果表明，B組掃描模式的輻射劑量（CTPIvol、DLP、ED）明顯低于A組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表2 兩種掃描方法管電壓和管電流參數(shù)比較（±s）

表2 兩種掃描方法管電壓和管電流參數(shù)比較（±s）

組別 管電壓/kV 管電流/mAs A組 100 83.2±20.0 B組 100 82.7±18.5 t值 - 0.143 P值 - 0.889

表3 兩種掃描方法輻射劑量的比較（±s）

表3 兩種掃描方法輻射劑量的比較（±s）

注：CTDIvol：容積 CT 劑量指數(shù)；DLP：劑量長度乘積； ED：有效輻射劑量。

組別 CTDIvol/mGy DLP/（mGy/cm） ED/mSv A組 26.2±5.9 423.7±72.0 5.9±1.0 B組 8.8±3.2 143.4±52.4 2.0±0.7 t值 -13.556 -15.175 -15.175 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 主觀圖像質(zhì)量評估

兩種掃描模式分別采集234個冠狀動脈節(jié)段，結(jié)果表明，A組和B組圖像質(zhì)量評分比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（χ2=0.512，P=0.723），見表 4。

表4 39例患者兩種掃描方法圖像質(zhì)量節(jié)段評分情況[n（%）]

2.3 客觀圖像質(zhì)量評估

兩種掃描模式下的噪聲、SNR、CNR差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表 5）。

表5 兩種掃描方法不同位置噪聲、SNR和CNR比較（±s）

表5 兩種掃描方法不同位置噪聲、SNR和CNR比較（±s）

注：SNR：信噪比；CNR：對比噪聲比。

組別 主動脈根部 左冠狀動脈主干近段 左前將支近段噪聲 SNR CNR 噪聲 SNR CNR 噪聲 SNR CNR A組 36.1±13.1 26.5±8.3 42.0±21.0 36.1±13.1 31.6±20.8 47.3±26.8 40.1±10.6 29.7±15.5 47.5±39.6 B組 46.0±19.6 24.6±21.8 40.1±28.0 36.0±19.6 28.4±27.3 46.5±23.2 42.6±31.8 27.8±23.8 47.3±28.7 t值 -0.045 -1.481 -0.895 -0.045 -1.693 -0.294 1.351 -1.026 -0.067 P值 0.965 0.167 0.390 0.964 0.118 0.774 0.204 0.327 0.947組別 左回旋支近段 左鈍緣支近段 右冠狀動脈近段噪聲 SNR CNR 噪聲 SNR CNR 噪聲 SNR CNR A組 40.8±9.1 21.6±10.2 39.6±34.1 28.9±4.8 16.1±3.7 28.5±11.5 41.5±5.7 21.2±7.3 36.3±21.4 B組 43.0±28.3 22.4±17.3 42.0±30.5 31.6±12.0 14.4±10.0 26.4±22.5 45.8±25.4 21.8±9.5 38.5±29.6 t值 1.361 0.588 0.875 1.557 -1.780 -1.210 1.500 0.537 1.182 P值 0.201 0.569 0.400 0.148 0.103 0.252 0.162 0.602 0.262

2.4 圖像分析

對比兩例心絞痛患者分別用前瞻性心電門控寬相位（圖1）和Target CTA掃描模式（圖2）采集的橫斷位圖像、容積重建圖像、右冠狀動脈曲面重組圖像、采集心電及輻射劑量報告，結(jié)果顯示Target CTA模式，在輻射劑量為1.5 mSv的情況下實現(xiàn)了無運動偽影圖像，同時也實現(xiàn)了低輻射劑量下的病變血管顯示（圖3）。

圖1 前瞻性心電門控掃描模式下患者冠脈CTA圖像及輻射劑量報告

圖2 Target CTA掃描模式下患者冠脈CTA圖像及輻射劑量報告

圖3 Target CTA掃描模式下患者冠脈CTA圖像及輻射劑量報告

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，對于心率 ≤75 次/min患者，采用320排容積CT特有的Target CTA掃描模式（R-R間期75%為采集時間點），與前瞻性心電門控寬時相（R-R間期35%～85%）掃描模式相比，減少了約66.1%的輻射劑量，同時主觀和客觀圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷需求。

在心率較高的情況下，收縮期往往能比舒張期提供更好的圖像質(zhì)量。然而，Steigner等[17]的一項研究結(jié)果表明，利用第一代320排容積CT，舒張期采集對心率45～78 次/min的患者診斷是可行的。由于第二代320排容積CT的機(jī)架旋轉(zhuǎn)時間從350 ms提高到275 ms，所以本研究將采集時相分別確定在R-R間期的35%～85%和75%，結(jié)果顯示，舒張圖像可為心率低于75 次/min的患者提供滿足診斷需求的圖像質(zhì)量。

Leipsic等[18]的研究結(jié)果表明，縮短曝光時間窗的冠狀動脈CTA血管造影與寬相位窗的檢查相比，輻射劑量降低47%，且圖像質(zhì)量無明顯差異。原因為第一代320排CT最快的球管旋轉(zhuǎn)時間是350 ms，所以將心率超過66 次/min的患者被排除在這項研究之外。本研究使用了第二代320排CT，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時間縮短到275 ms，在心率低于75 次/min的所有患者中，以75%為曝光中心的單相位采集，掃描儀旋轉(zhuǎn)了360°，運用非對稱錐束重建可以使用180°的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，也可以在約100 ms內(nèi)自動重建出最佳時相的圖像，因而輻射劑量較寬時相采集組降低約66.1%。

Steigner等[17]研究顯示，10%的曝光時間窗（70%～79%的R-R間期）與35 %的窗寬（60%～95%的R-R間期）相比，能提供相似的診斷圖像質(zhì)量。然而，當(dāng)使用固定的時間窗（75%的R-R間隔）時，圖像質(zhì)量顯著降低，這與本研究的結(jié)果不同。分析原因為，首先，在先前的研究中使用的是175 ms的第一代320排容積CT，而本研究使用時間分辨率為137 ms的第二代320排容積CT；其次，非對稱錐束重建在本研究中是可用的，它可以實現(xiàn)無運動偽影圖像，即掃描是在以75 %為中心的最小時間窗口下進(jìn)行的。

在本研究中，兩組患者的BMI分別為23.8 kg/m2和23.6 kg/m2，將管電位降低到100 kV可能會進(jìn)一步降低輻射劑量[19-20]。Zhang等[21]研究結(jié)果表明，BMI＜25 kg/m2的患者的100 kV千伏圖像采集與BMI≥25 kg/m2的患者的120 kV圖像采集具有相似的圖像質(zhì)量，且降低了輻射劑量和對比劑用量。雖然降低的管電壓可以維持冠狀動脈的CNR，但是增加的噪聲對斑塊分析的影響仍不確定。低衰減斑塊是急性冠脈綜合征的危險因素[22]，低管電壓對斑塊形態(tài)分析的影響有待進(jìn)一步研究。

本研究有以下幾個局限性：① 未用冠脈DSA來檢驗診斷的準(zhǔn)確性。本研究的目的是評估不同采集方式的圖像質(zhì)量及輻射劑量；② 心率超過75 次/min的患者被排除在本研究之外，有必要進(jìn)行更大數(shù)據(jù)的進(jìn)一步研究。

綜上所述，針對心率低于75 次/min的患者，采用第二代320排容積CT特有的Target CTA掃描模式與傳統(tǒng)寬時相采集的前瞻性心電門控掃描模式相比，在保持主客觀圖像質(zhì)量的前提下，以75%為中心的最小曝光時間窗可以減少輻射劑量。由于使用口服和靜脈注射β-受體阻滯劑的大多數(shù)患者心率很容易控制在75 次/min以下，因此本研究的結(jié)果有利于更多的患者接受更低輻射劑量的Target CTA掃描模式進(jìn)行冠狀動脈CTA血管成像。