冠状动脉性心脏病(Coronary Heart Disease, CHD), 简称冠心病, 是一种严重危害人类健康的常见疾病, 及早对其进行诊断和治疗具有重要的意义。冠状动脉走行迂曲, 受心跳及呼吸运动影响, 所以其成像技术必须具备较高的空间分辨率和时间分辨率。多层螺旋CT冠状动脉造影(Multislice Spiral Computed Tomography Coronary Angiography, MSCTCA)具有无创性、相对廉价、安全、操作方法简便、并发症少等等优点, 已广泛地应用于临床之中^[1]。但是, 随着医疗卫生水平的不断提高, MSCTCA扫描的辐射剂量以及检查中的辐射安全问题已经引起人们越来越多的广泛关注^[2], 射线对人体的有害效应也越来越引起重视, 《journal of the American Medical Association》2007年7月报告指出接受冠状动脉CT血管造影的患者大约有1/ 114的机会因为辐射患上癌症。所以合理有效的控制CT的剂量水平, 使用尽可能低的剂量获得最佳的诊断信息显得尤为重要。

1 近年来冠脉成像技术的发展及MSCT的优势

临床上冠状动脉造影(Conventional coronary angiography, CAG)具有很高的空间分辨率和时间分辨率, 从而成为诊断冠状动脉图像和冠心病的金标准^{[1, 3]}, 但其造成的创伤性和检查费用较高限制了它的广泛使用。据Joseph SchoepfU等的^[4]报道, 在美国冠心病患者进行SCA中只有1/3的SCA患者进行了治疗干预, 其余2/3的患者仅仅只需要诊断而已。近年来, 随着影像学技术的飞速发展, 无创性冠状动脉成像技术的探索同时也在进行^[5-9]。回顾文献发现, 1993年核磁冠状动脉成像(MRCA)首次应用于临床检查冠状动脉疾病^[5], 但其敏感性和特异性都未得到临床的肯定。1995年首次报道的电子束CT冠状动脉成像(EBCTCA)可以很好地发现冠状动脉的病变, 一直以来被认为是测定钙化积分的“金标准”, 其敏感度和特异度均很高, 然而有限空间分辨率是其最大的缺点^[6], 并且由于其空间分辨率差, 可评估的血管节段仅为72%~80%, 诊断冠脉狭窄多限于近段和中段, 其中又有25%因为图像质量欠佳出现图像的硬性伪形而不能评价^[7], 因而其临床应用受到限制。此外, 电子束CT适应症单一, 检查费用高, 易受心率的影响, 这也限制了其进一步地普及应用, 故已逐渐被MSCT所替代。由于时间及空间分辨率的限制, 4层螺旋CT约32%冠脉血管节段由于图像质量不佳不能评价。16层螺旋CT能探测直径 > 1.5mm的冠脉狭窄, 6%~17%的冠脉节段由于成像质量不佳不能评价^{[8, 9]}。有报道, 188ms时间分辨率的16层CT可以提高图像质量, 使检测敏感性、特异性和阳性及阴性预测值分别为:85%、98%、91%和96%。临床诊断符合率为92%^[10]。但16层CT由于空间分辨率的限制很难对冠状动脉狭窄做定量评价。64层螺旋CT诊断狭窄>50%的冠脉病变敏感度为94%~99%, 特异度为95%~97%。研究报道, 应用64层CT与定量冠状血管造影检测比较, 相对于每个患者64层CT的敏感性、特异性和阴性预测值分别为97%、79%和96%, 基于动脉节段的检测, 狭窄 > 50%和 > 75%的检出敏感性分别是82%和86%, 基于患者和动脉节段的病变检测, 64层CT显示出高的诊断准确性^[11]。Leschka, S.等^[3]较早评价了所有≥1.5mm的冠状动脉节段, 报道了64层螺旋CT冠状动脉成像显示≥ 50%冠状动脉狭窄的敏感性和特异性分别为94%和97%, 阳性预测值和阴性预测值分别为87%和99%。赵艳等^[12]以DSA为金标准, 评价64层螺旋CT诊断冠状动脉狭窄的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为66.7%、98.6%、90.3%、93.6%。国外Mollet等^[13]用64MSCT(基于病变程度分析)≥ 50%狭窄的敏感性及特异性分别为:100%及92%。王怡宁等^[14]比较了64排与16排螺旋CT冠状动脉成像的结果也表明, 64排螺旋CT诊断冠状动脉>50%狭窄的敏感性为94.9%, 特异性为93.2%, 与国外同类研究近似。

2 MSCT中对受检者实行低剂量辐射的重要性

随着公众对放射卫生和自身防护意识的提高, 特别是国际辐射防护委员会(ICRP)提出并制定了医疗照射质量保证和质量控制标准^[15、16], 以期以最小的代价获得最佳的诊断效果, 这为低剂量CT技术的研究和应用提供了广阔的空间。辐射对人体的损害程度与剂量呈正相关, 低剂量扫描是减少直接照射剂量的最佳方法。ALARA(As Low As Reasonably Achievable)理论作为剂量控制的原则被放射界普遍接受, 在ALARA理论下, 结合辐射剂量来定义可接受的图像质量标准非常重要^[17]。ALARA并不意味着简单降低剂量, 因为剂量太低会造成图像质量下降, 导致误诊或需要重新扫描。如果重复扫描则剂量可能会更高, 因此“合适”的剂量是根据临床的要求而变化的。随着多层螺旋CT技术的飞跃发展, 其时间分辨率和空间和时间分辨率更高, 能更好的观察管壁的斑块, 且剂量降到几个毫希沃特(msv), 从而把无创性冠状动脉成像技术推向了一个新的阶段, 也为今后的临床应用、进一步研究提出了广泛发展的技术平台。据报道, 美国50个州有2000多个中心进行冠状动脉CTA检查^[18], 我国MDCT检查量也呈现快速增长态势。英国1989年XCT检查仅占X射线诊断2%, 但所致该国国民集体剂量约占20%;而1997年, XCT检查所致集体剂量已上升至40%^[19]。所以, 我们必须高度重视在MSCT中对受检者实行低剂量辐射的问题。

3 使MSCT剂量降低的因素

CT辐射剂量的大小主要取决于CT机系统技术特性和扫描参数的设置^[20]。技术特性包括X射线光谱、前置滤线器及探测器等。X射线光谱决定着CT剂量, 而系统的前置滤过装置对于减少患者的辐射剂量具有重要的作用^[21]。前置滤过装置由准直器、滤线器和防护设计构成, 它通过对X射线的过滤, 精确限定检测层面, 减少探测器的散射辐射, 为受检者提供辐射防护。扫描参数对射线剂量的影响主要由管电压、管电流、扫描时间、层厚、螺距及扫描容积等决定。射线剂量随管电压、管电流、扫描时间及扫描容积增大而增大, 随螺距的增大而减少。在相同的过滤条件和恒定的管电压条件下, 剂量与管电流和扫描时间的乘积成线性关系。一般情况下, 高mA扫描可提高CT图像的质量, 但会增加受检者的辐射危害, 不利于辐射防护。同时剂量在达到一定量后, 密度分辨力趋于饱和, 无限加大剂量并不能无限提高图像质量。而给予的管电流不足时, 探测器接受的量子数减少, 使噪声加大, 会降低密度分辨力。在进行扫描时, 应采用最佳扫描参数, 既满足图像质量要求, 又降低对病人的辐射。检查者还可以采用有效的球管后滤过结合精确和稳定的Z轴X线准直器, 利用高效的探测器, 吸收所有的光子, 不必由于余辉而浪费射线。检查者可以通过薄层扫描采集一套数据, 根据选用重建层厚的不同, 可同时用于显示Z轴高分辨率影像或标准分辨率影像, 并且通过对同一套螺旋MDCT扫描数据的重建, 形成横断面、冠状面及矢状面以及有较高空间分辨率的薄层影像和有较好低对比度分辨率的厚层影像, 这样可减少受检者的总剂量。

4 MSCT中对受检者实行低剂量辐射对图像质量的影响 4.1 管电流

医疗照射正当化是首先应考虑的。相对于正当化, 辐射防护最优化已受到较大关注, 有许多文献报道了通过实施最优化措施使受检者剂量降低的大量事实。研究表明^[22], 不考虑受检者体形, 管电流减少50%得到的正常解剖结构的图像进行评价时, 图像质量仍可以接受。冠状动脉钙含量测量CT由于钙化的冠状动脉和周围软组织之间对比度较高, 可以使用低剂量CT。为减少冠状动脉CT血管造影与冠状动脉钙化分析CT的剂量, 可以使用较低的管电流和管电压及ECG门控的管电流调制。使用ECG门控技术, 可降低20%~ 50%的辐射剂量。有研究关于^[23]在冠状动脉CT血管造影中采用基于受检者体形的管电流调节, 研究指出根据受检者体重调节管电流可使剂量减少17.9~26.3%而图像质量仍可接受。

4.2 心率

心率直接影响图像的质量。许多文献^[24-26]认为, 在其它因素一定的情况下, 心率越慢, 冠状动脉图像的质量越优良。因此, 使用各种方法减慢和稳定患者心率, 是提高多层螺旋CT冠状动脉成像质量的关键。对于那些经过休息和心理安抚后, 心率仍然难以减慢(心率大于75次/min)的患者, 可给予口服β受体阻滞剂倍他洛克25~50mg, 检查前尽可能将心率控制在65次/min以下, 并维持其稳定性。有研究^[26]表明心率越快, 产生运动伪影的比例越高, 扫描时心率>75次/ min的运动伪影节段数明显多于心率65次/min的病例组。快速大剂量注入造影剂引起的喉头及全身的灼热感可引起扫描时心律失常或心率波动明显(> 10次/min), 导致图像质量下降, 导致数据采集错杂, 降低冠状动脉CT图像质量, 在二维或三维重建图像上, 冠状动脉不连续或呈阶梯样表现, 其影像学分析受到影响, 甚至不能满足影像学评价。

4.3 合理应用前置滤线器

检查者可以采用不同形状的前置滤线器以合理分布X射线照射区域, 使较高的图像质量和较低的辐射剂量能同时得到兼顾。如一些机器采用开口较小而曲度较大的滤线器, 中部底层滤过栅厚度较薄, 这样在增加心脏部位信号的同时大大减少了外围皮肤辐射剂量, 有效的衰减了边缘的X射线照射, 提高了X射线的有效利用率^[27]。

4.4 自动ECG电流控制

ECG电流(mA)调控可根据患者的心动相位调节X射线管电流及相应的输出功率以提供与患者心脏周期时相相关的mA值, 在收缩期(非目标时相)采用低毫安技术, 而在舒张期(目标时相)采用设定的最高毫安输出, 从而在保证心脏扫描图像质量的同时, 大大减少曝光剂量。

4.5 合理应用后置滤过器

后置滤过器, 又称心脏噪声减除滤波器(Cardiac Noise Deduction Filters)可以利用后处理技术对噪声减除过滤, 消除部分由于相对较低的管电流造成的量子噪声对图像的不良影响, 以便最大化地提高图像质量, 以保证在合理射线剂量下获得可满足诊断需求的图像^[28]。

综上所述, 64排螺旋CT的不断更新反映了放射学影像设备与技术的不断发展, 它的推广应用显著地提高了疾病的诊断水平。在充分利用其造福于人类的同时, 必须合理控制其可能给受检者带来较大的医疗照射剂量。作为无创性的MSCTCA, 在操作中合理应用多种方法降低受检者的辐射剂量, 即满足冠心病临床诊断及介入治疗筛选的需要, 又确保影像质量, 值得进一步的研究应用。