雙低掃描在冠狀動脈CT血管成像的研究進展

王甜，張衛，曹治婷，肖運平

1.廣西醫科大學附屬柳州市人民醫院 放射科，廣西 柳州 545006；2.廣西醫學影像臨床重點專科，廣西 柳州 545006；3.柳州市分子影像重點實驗室，廣西 柳州 545006

引言

隨著我國經濟的快速發展，暴飲暴食和存在不健康生活方式的人群日益增多，使冠心病的發病率和死亡率不斷提高[1]。目前冠狀動脈造影（Coronary Angiography，CAG）是診斷冠心病的“金標準”，但其有創、費用高和顯示斑塊性質及累積范圍有限的缺點，使其臨床應用受到較大限制。冠狀動脈CT成像（Coronary CT Angiography，CCTA）因快速、準確、無創等特點，已成為篩查、診斷冠心病的有效方法之一[2-3]。隨著CCTA 檢查在臨床上的廣泛應用，其高輻射致癌風險和碘對比劑不良反應等問題受到人們的密切關注。可降低輻射劑量和對比劑用量的雙低掃描CCTA 逐步成為目前的研究熱點，該技術可在保證診斷效能前提下，有效降低輻射劑量和對比劑用量。本文對雙低掃描在CCTA 中的應用及研究進展進行綜述，以期為冠狀動脈疾病的臨床診斷提供參考。

1 CCTA的發展史

2000 年，Becker 等[4]首次運用4 層螺旋CT 成功掃描出冠狀動脈，但時間分辨力不足導致其臨床應用受限。隨著影像設備探測器排數和寬度的增加，時間分辨力、空間分辨力的升高，多層螺旋CT 已經成為一種無創性篩查和診斷冠心病的常用手段。近年來，后64 排高端CT（128 排、256 排、320 排、雙源CT 及寶石CT）設備大量裝機，為高清、低劑量提供了硬件基礎，使得CCTA 臨床應用更加廣泛[5-8]。

2 CCTA的臨床應用

2.1 冠狀動脈解剖結構變異的診斷

在1.3%的先天性冠狀動脈異常患者中，約20%可引起不同程度的心肌缺血，極易引發猝死[9]。冠狀動脈起源和走形異常較為常見（同側或異側冠狀竇、高位起源、心肌橋等）。CAG 對患者變異血管的顯示和醫師操作均較困難，故不作為冠脈結構變異的首選檢查方法。多排螺旋CT 血管成像的容積三維重建技術、多平面重建技術能更好地提供整個冠狀動脈樹解剖結構信息、管腔內狹窄及斑塊情況，對疾病診斷和解剖結構變異顯示等方面具有重要的臨床意義。

2.2 冠狀動脈粥樣硬化斑塊的評估

CCTA 對評價冠狀動脈管腔狹窄、斑塊形態和成分組成，特別是識別易損斑塊具有很高的臨床應用價值[10]。目前，必須在CAG 基礎上進行的血管內超聲是診斷冠狀動脈斑塊病變的參考標準，其與CCTA 相比，存在有創、副作用多等缺點[11-13]，不作為首選檢查方法。國內外研究顯示，CCTA 對評價急性冠狀動脈綜合征患者斑塊形態與成分組成具有較高的準確性[14-15]。

2.3 冠狀動脈狹窄病變的評估及支架置入術后隨訪

64 排及以上CT 能清晰顯示冠狀動脈及其細小分支、血管畸形、斑塊位置及形態以及血管腔的狹窄程度，CCTA 能確切地顯示冠狀動脈中重度狹窄，冠狀動脈狹窄程度＞50%病變的檢測敏感度為83%～87%，特異性為95%～97%[16]。隨著影像設備更新換代，后64 排高端CT 的大量應用，空間分辨率和時間分辨率提高，冠狀動脈狹窄病變的評估將更加準確。特別是支架置入術后隨訪，寶石CT 和東芝320 排高端的技術可以清晰顯示支架位置和形態，還能對支架內有無內膜增生和血栓形成進行直觀地觀察。梁文嬌等[17]根據研究、隨訪、統計學得出結論，CCTA 診斷支架腔內再狹窄的敏感度為88.9%（16/18），特異性為100%（90/90），陽性預測值為100%（16/16），陰性預測值為97.8%（90/92），診斷準確率為98.1%（106/108）。說明CCTA 的臨床應用有廣闊的前景。

3 雙低技術的意義與方法

3.1 雙低技術的意義

現代CT 最佳的狀態是圖像質量與患者所受輻射劑量和碘攝入量達到最佳融合[18]。CT 掃描能為確診疾病提供重要的影像學信息，但過量輻射可誘發多種癌癥。報道指出，輻射劑量每增加1 Sv，癌癥發生率上升約4.1%[19]。隨著影像技術硬件和軟件的不斷發展，以往高濃度、高流率、大劑量的對比劑給患者造成很多潛在風險的注射方案已不適用[20]。因此，在滿足診斷需求前提下，雙低技術的應用勢在必行。

3.2 雙低技術掃描方法

3.2.1 降低輻射劑量

降低輻射劑量的方法包括降低管電壓、管電流、曝光時間、采集時相和Z 軸的覆蓋范圍等。其中最為顯著的是降低管電壓，因為根據輻射劑量的公式可知，管電壓與輻射劑量平方成正比，而且由于光電效應，降低管電壓能增加對比劑CT 值，從而為降低碘對比劑用量提供基礎。陳玉環等[21]把患者分為管電壓70 kV 和管電壓100 kV 兩組行CCTA 檢查時發現，70 kV 組輻射劑量較100 kV 組大幅度降低，碘對比劑用量也減少約50%。李萬江等[22]運用管電壓80 kV 與100 kV 比較，輻射劑量降低約51.1%。早期降低輻射劑量主要是通過降低管電流，但管電流降低會引起密度分辨率下降，噪聲值增加，使圖像信噪比和對比信噪比下降，對圖像質量有一定影響。前門控預設采集時相軸掃，可有效降低輻射劑量[23]，但其對心率要求較高。由于CCTA 檢查只在胸部的心臟位置曝光，心臟掃描長度是（Z 軸覆蓋范圍）影響放射輻射劑量的重要因素，根據放射輻射劑量公式，限制Z 軸的容積掃描長度是降低放射輻射劑量的一個重要措施。Leschka 等[24]發現CCTA 利用鈣化積分橫斷位圖像制定冠狀動脈掃描長度，比常規CCTA 利用定位像制定冠狀動脈掃描長度減少了21 mm，有效輻射劑量降低了16%。王甜等[25-26]通過對心臟不同屏氣方式位置變化情況進行研究，發現平靜呼吸下屏氣方式可以縮短容積掃描長度，從而有效減少輻射劑量，而圖像質量沒有改變。

3.2.2 降低對比劑碘量

對比劑腎病、對比劑滲漏和過敏反應等的發生率與對比劑的劑量、注射速率成正相關，尤其是CTA檢查需要大量高濃度對比劑，且注射速率快，發生不良反應的概率更高[27]。影像設備探測器的排數和寬度增加，時間分辨率和密度分辨率的提高，更低的管電壓為低對比劑碘量掃描提供了硬件基礎。目前，學者大多通過降低管電壓來減少對比劑碘量。如馬燕輝等[28]將擬行CCTA檢查的60例體質量指數（Body Mass Index，BMI）＜30 kg/m2的患者隨機分為試驗組與對照組，試驗組采用100 kV和基于BMI的對比劑注射方案：流速（mL/s）=體重（kg）×0.6（mL/kg）/10 s，對比劑用量=流速×10 s（心率＜75 次/min）；流速×11 s（75 次/min≤心率＜90 次/min）；流速×12 s（心率≥90 次/min）。對照組采用120 kV和常規固定流速以及對比劑用量（流速5 mL/s，對比劑總量75 mL）。結果顯示與對照組相比，試驗組單個患者對比劑用量平均減少37.07%，而圖像質量沒有受到影響。Luan等[29]把研究對象分為2組，對照組采用120 kV，高壓注射器以4 mL/s速率注射50 mL對比劑，而實驗組采用80 kV，高壓注射器以5 mL/s速率注射18 mL對比劑，超低的注射劑量與傳統方案相比，提供了相當的圖像質量和診斷效能。

3.2.3 迭代重建技術

濾波反投影作為一種傳統CT 圖像重建的主要算法，運算簡單、速度快，但對噪聲和偽影敏感，故其無法消除降低掃描條件引起的噪聲，從而影響影像診斷效果。早期，迭代重建技術因計算量大、重建時間長，無法廣泛應用。隨著計算機技術飛速發展，計算能力和速度的提升，迭代重建技術因降低圖像噪聲、改善圖像質量等優點已成為當今CT 主流的圖像重建算法。各CT 生產廠商都有自己的迭代算法：如GE 的ASiR 和TrueFidelityTM、Phillip 的iDose 和IMR、Siemens 的SAFIRE、佳能（東芝）的AIDR、IRE 云迭代和AiCT深度學習重建等。詹鶴鳳等[30]、Wang 等[31]研究指出，低管電壓結合深度學習重建算法，可在大幅度減少輻射劑量的同時降低碘對比劑用量，而診斷效能未受影響。

4 雙低技術聯合迭代重建技術在CCTA中的臨床應用現狀和進展

圖像質量與患者所受輻射劑量和碘攝入量之間的平衡點是現代CT 應用中研究的熱點。成水華等[32]利用64 排螺旋CT 行70 kV，55 mL 碘對比劑（300 mgI/mI）結合Karl 3D迭代技術的CCTA檢查，輻射劑量降低約72%，碘攝入量減少21.4%。趙英華等[33]建立體外模型，研究不同管電壓、不同管電流、碘克沙醇注射液（270 mgI/mL）和0.9%氧化鈉溶液稀釋不同的碘濃度下行CCTA檢查，結果顯示80 kV時有效劑量較100 kV及120 kV分別下降47.80%和65.84%，設定固定管電壓為80 kV，改變管電流大小，或設定固定管電流105 mA改變管電壓大小時，不同碘濃度對圖像質量評分沒有統計學意義。因此，在不影響圖像質量前提下，用0.9%氧化鈉溶液稀釋碘克沙醇注射液（270 mgI/mL），行128排螺旋CT雙低掃描結合迭代重建的方案是可行的。詹鶴鳳等[30]和Wang等[31]同樣通過降低管電壓減少輻射劑量和碘攝入量，并通過迭代重建技術減少噪聲，提高圖像質量。充分說明雙低技術聯合迭代重建技術是目前的研究主流方向，可作為CCTA的首選檢查方式。

隨著影像技術飛速發展，新型迭代重建技術的不斷更新，CCTA 的雙低掃描將有更廣闊的前景。如文雨婷等[7]的研究，通過新型深度學習圖像重建算法強大的除噪聲功能，在保證圖像質量的前提下，可用更低的輻射劑量（70 kV）和對比劑用量（16 mL）來滿足臨床需求。劉珮君等[34]用人工智能結合迭代算法（Clearview+50%）進行圖像優化處理應用于大體型患者（BMI＞26 kg/m2）的CCTA 檢查：圖像主動脈根部、左主干開口、左前降支中段、左回旋支中段及右冠狀動脈中段的噪聲分別比單迭代算法（Clearview+50%）降低了68.36%、45.89%、28.41%、32.49%和31.25%，而且圖像信噪比、對比信噪比和主觀評分更優。證明人工智能圖像優化算法可有效提高大體型患者低劑量的冠狀動脈圖像質量，為大體型患者優化的CCTA 檢查提供了新思路和新方法。賈紫珺等[35]對BMI ≤30 kg/m2患者行CCTA 檢查，采用70 kV 管電壓及低對比劑用量和流速結合高級迭代重建算法，在亞毫希沃特條件下得到常規劑量方案的診斷效能。充分說明雙低技術結合迭代算法具有很廣闊的前景。

5 結論與展望

隨著人民生活水平不斷提升，健康意識增強，CCTA 的檢查不斷增多，CT 檢查所帶來的輻射和碘對比劑不良反應問題日益受到重視。在滿足診斷需求前提下，更低輻射劑量和更低碘攝入量的雙低技術將有更廣闊的運用前景，迭代重建技術的除噪聲優點是雙低技術的強力后盾。期待未來隨著CT 硬件和軟件技術的進一步發展，能夠在圖像質量和降低碘攝入量、更低輻射劑量三者間找到更好的平衡點，制定出更合理的個性化方案，為廣大檢查者的健康提高更多保障。