随着64层多排螺旋CT进入临床以来, MSCT冠状动脉成像以其良好的空间分辨率、无创性和对斑块定量、定性分析得到了更为广泛的应用, 目前已成为筛查冠心病的最重要的影像学检查手段[1]。但是多采用的是薄层、小螺距、大范围的扫描, 为了获得清晰的图像, 其射线剂量必然要加大, 导致64层螺旋CT冠状动脉成像辐射剂量高达20~25 mSv, 大大增加了病人辐射损伤随机效应的危险性。如何在满足临床诊断的前提下, 根据辐射防护的最优化合理使用低剂量(ALARA)的原则, 最大程度控制CTA辐射剂量、尽可能地减少辐射危害已越来越受到人们的重视。在CT检查中如何减少患者的辐射剂量正在成为国内外学者研究的热点。宝石CT具有的各种减少辐射剂量的技术, 如宝石探测器的应用、ECG管电流自动调制技术及螺距-心率自动匹配技术, 适应性统计迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR)等。本研究通过对比分析不同的扫描参数进行冠状动脉成像时辐射剂量及图像质量的差异, 为低剂量技术在CT冠状动脉成像中应用提供参考依据。
1 资料与方法 1.1 临床资料研究对象为120例拟行冠状动脉CTA的患者, 男75例, 女45例; 年龄36~68岁, 平均(54.8 ± 10)岁。共120例患者中以胸闷就诊62例, 胸痛就诊42例, 冠心病随访6例, 支架置入2例, 体检患者8例。病例纳入标准:临床确诊及怀疑冠心病患者及体检者, 无碘对比剂过敏, 无肾病史, 非妊娠者, 无心律不齐, 无呼吸衰竭(和)或心力衰竭, BMI为16~25 kg/m2。患者静息心率小于65次/min或经口服倍他乐克(哮喘、舒张压＜60 mmHg患者禁用) 25~150 mg将心率控制在65次/min以下。为避免扫描时间过长及金属伪影对图像质量造成影响, 凡冠状动脉搭桥术后及置有心脏起搏器的患者均不纳入本研究。将120例患者随机分为A、B、C三组各40例, 其一般资料具有可比性。
1.2 扫描技术采用GE Discovery CT750 HD机器(宝石CT), 根据病人冠状动脉有无钙化及有无支架置入, 选择不同的扫描模式, 如冠状动脉有钙化或有支架置入, 选择高清模式扫描, 如冠状动脉无钙化及无支架置入, 选择非高清模式扫描。扫描条件: A组管电压120 kV, 机架转速0.35 s/rot, 管电流600 mA, 准直器宽度40 mm(0.625 × 64), 视野(field of view, FOV) 250 mm × 250 mm, 矩阵512 × 512, 层厚为0.625 mm, 层间距为0.625 mm, 螺距~心率(0.16~0.24)自动匹配技术, 图像重建采用滤过反投影(filtered back projection, FBP)重建算法。B组根据ECG调整管电流, mA范围最小120 mA, 最大600 mA, 余扫描参数与A组相同。C组图像重建采用适应性统计迭代重建(ASIR)技术, 将ASIR权重值设定为40%, 余扫描参数与B组相同。受检者常规进行钙化积分扫描, 扫描范围从气管隆突下2 cm处开始向下扫描到膈下3 cm为止。
1.3 冠状动脉延迟扫描时间使用双筒高压注射器经肘静脉5 ml/s速率注入高浓度非离子型对比剂(碘的质量浓度为370 g/L) 15 ml, 在对比剂注射完毕后以相同速度继续追加注射0.9%生理盐水20 mL, 延迟8 s后, 在主动脉根部层面进行同层动态扫描15层, 层厚为5 mm, 扫描时间为1 s/层, 间隔1 s/层, 利用软件自动计算出时间—密度曲线, 精确计算出造影剂到达的浓度峰值时间, 再加上2~4 s即为冠状动脉的延迟扫描时间, 用同样注射速率, 同样浓度造影剂, 经肘静脉注入造影剂(碘的质量浓度为370 g/L) 60 ~ 80 mL, 在对比剂注射完毕后以相同速度继续追加注射0.9%生理盐水40 mL, 以减少因上腔静脉及右心房内对比剂浓度过高造成的伪影。按上述计算出的冠状动脉延迟扫描时间对冠状动脉进行扫描, 在65%~80% R-R间期中选取影像质量最佳的时相进行图像重建。原始图像传到AW4.4工作站, 对原始的横断面图像进行三维重建, 应用容积显示(VR), 曲面重组(CPR), 多平面重组(MPR), 最大密度投影法(MIP), 血管分析软件重建弯曲血管等技术重建。
1.4 相关指标观察① 采用美国心脏协会冠状动脉改良分段方法[2] :分为右冠状动脉近段(RCAl)、中段(RCA2)、远段(RCA3)、后降支(PDA), 左冠状动脉主干(LMC), 前降支近段(LADl)、中段(LAD2)、远段(LAD3)、对角支(D1), 回旋支近段(LCX1)、中段(LCX2)、远段(LCX3)和钝缘(OM)支。②图像质量评分:根据Van Hoe[3]等推荐的评分标准, 将重建的冠脉图像质量分为5级。5级:无伪影; 4级:有轻微伪影, 仅主干一段轻微模糊, 诊断不受限; 3级:中等伪影, 某一支主干的一半以上模糊, 但可以诊断; 2级:严重伪影, 某一支主干全长模糊或不清楚或不连续, 诊断受限; 1级:主干不能区别, 不能用于诊断。③辐射剂量:由CT机自动记录每例患者的扫描长度(L; 单位: cm)和容积CT剂量指数(CTDIvol; 单位: mGy)。分别计算剂量长度乘积(DLP; DLP = L × CTDIvol)和有效剂量(ED; 单位: mSv; ED = k × DLP, K为胸部剂量权当量, 本研究中采用欧洲CT质量标准指南提出的胸部平均值0.017 mSv/ (mGy·cm) [4]。
1.5 统计分析应用统计学软件SPSS 13.0对数据进行统计分析。各组数据均采用均数±标准差(Mean ± SD)进行统计, 应用t检验和方差分析, 对各组SNR和ED进行比较分析, P＜0.05有统计学意义。
2 评价结果冠脉CTA扫描时, 三组患者的心率分别为(65 ± 1.61)次/min、(65 ± 1.72)次/min和(65 ± 1.89)次/ min, 扫描长度分别为(13.01 ± 1.82) cm、(13.15 ± 1.52) cm和(13.29 ± 1.41) cm。三组患者心率、扫描长度、年龄、性别构成、BMI和对比剂应用, 经t检验、χ2检验差异无统计学意义(P＞0.05)。
图像对比: A组得分情况为: 5分359支, 4分148支, 3分2支, 2分0支, 1分0支; B组得分情况为: 5分358支, 4分149支, 3分1支, 2分1支, 1分0支; C组得分情况为: 5分359支, 4分148支, 3分1支, 2分1支, 1分0支; 三组图像质量得分差别无明显统计学意义(P＞0.05)。
扫描剂量比较A组扫描CTDI为(73.57 ± 2.75) mGy, DLP(1032.67 ± 87.31) mGy·cm; B组扫描CTDI为(53.37 ± 2.33) mGy, DLP(683.71 ± 74.52) mGy ·cm; C组扫描CTDI为(33.17 ± 1.91) mGy, DLP (431.21 ± 67.71) mGy·cm; B组与A组比较差异有统计学意义(P＜0.05), 平均降低辐射剂量约34%; C组与B组比较差异有统计学意义(P＜0.05), 平均降低辐射剂量约36%; C组与A组比较差异有统计学意义(P＜0.05), 平均降低辐射剂量约68%。
3 讨论CT是一种电离辐射相对较高的放射学检查, 目前CT检查所致电离辐射已成为严重的医疗问题和社会问题, CT扫描辐射剂量主要取决于CT设备的自身质量和固有的性能、CT的扫描参数设置和技术操作因素、以及受检者个体条件等三大方面。宝石CT具有的各种减少辐射剂量的技术, 如宝石探测器的应用、ECG管电流自动调制技术及螺距-心率自动匹配技术, 适应性统计迭代重建算法(ASIR)等。本研究通过对比分析不同的扫描参数进行冠状动脉成像时辐射剂量及图像质量的差异, 为低剂量技术在CT冠状动脉成像中应用提供参考依据。目前冠状动脉CTA多采用回顾性心电门控扫描技术, 采用薄层、小螺距(0.16~0.24)重叠扫描, X射线曝光时间覆盖整个心动周期, 扫描所得为整个心动周期的所有期相的图像数据, 在心脏重建时根据同步的心电图(ECG)信号, 以心脏相对静止的期相提取一段数据进行图像重建, 虽然能够重建任意相位的图像, 保证CTA检查的成功率, 进行心功能评估, 但是患者接受的无用剂量较多, 辐射剂量常明显高于其他部位的CT检查, 检查辐射剂量问题较为明显。为了实现低剂量扫描, 国内外学者多采用ECG管电流调控技术, 并适当控制螺距, ECG管电流调控技术的基本原理是根据心脏搏动的周期, 在心脏舒张期的特定相位(左右冠状动脉都能够清晰显示的期相, 如心率小于65次/min时设75% R-R间期, 心率大于65次/min时设40% ~ 80% R-R间期)采用最大毫安输出(100%设定值), 在其余相位采用低毫安输出(如20%~30%设定值), 这样在保证图像质量的同时降低了辐射剂量。本研究A组与B组比较显示, 患者心率小于65次/ min且其他条件不变的前提下, 采用ECG管电流调控技术可以降低约34%的辐射剂量, 而两组图像质量得分无明显差别。
目前CT所用的重建算法为滤过反投影(FBP)重建算法, 但图像重建中FBP对噪声较为敏感, 当降低扫描剂后图像的噪声和伪影会随之增加, 从而影响图像的诊断。适应性统计迭代重建算法(ASIR)因在图像的重建中能有效地降低噪声, 解决FBP技术中因剂量降低产生的噪声问题, 而被应用于CT扫描后的图像重建[5]。ASIR重建算法首先设定X线源不是一个单独的点, 实际物体和探测器均非一个点来估计一个综合投影, 然后与实际测量的投影相比较, 二者的差异就是需要校正的量, 在校正中, 有限的光子统计波动也进行考虑。因此经过多次的校正获得更新的图像, 经过有限次的迭代重建, 整个分析重建过程才结束, 因此这种方法计算耗时, 较FBP算法时间长约50% (ASIR10幅/s, FBP15幅/s) [5]。但是可通过降低噪声获得降低剂量的优势, 即在相同噪声水平下, 扫描剂量可以显著降低。Hara等[5]的研究表明, ASIR技术与常规剂量FBP相比, 剂量降低32% ~ 65%, 图像质量没有改变, 且噪声更小。本研究显示, 患者心率小于65次/min且在其他条件相同的情况下, 采用适应性统计迭代重建(ASIR)技术, (本组将ASIR权重值设定为40%), C组与B组比较平均降低辐射剂量约36%, C组与A组比较平均降低辐射剂量约68%, 而三组图像质量得分无明显差别。
通过本组研究表明, 三组图像质量评分无显著差异, 辐射剂量有明显的统计学差异, ED为C组＜B组＜A组。B组与A组比较平均降低辐射剂量约34%; C组与B组比较平均降低辐射剂量约36%; C组与A组比较平均降低辐射剂量约68%。由此可以提示在冠状动脉CTA检查中采用ECG管电流调控技术, 适应性统计迭代重建(ASIR)技术, (本组将ASIR权重值设定为40%), 能够在保证图像质量的前提下降低患者所受辐射剂量, 其中采用ECG管电流调控技术结合适应性统计迭代重建(ASIR)技术, (本组将ASIR权重值设定为40%), 效果尤为明显, 可以大大减低患者辐射剂量, 同时满足影像诊断和保护患者的双重需要。
本研究仅局限于其中采用ECG管电流调控技术结合适应性统计迭代重建(ASIR)技术, 将ASIR权重值设定为40%权重值降低剂量的比较, 对采用相同剂量图像噪声的降低程度、不同的ASIR权重值降低噪声的能力及对病变的显示能力等还有待进一步研究。总之, 采用ECG管电流调控技术结合适应性统计迭代重建(ASIR)技术扫描是减少患者辐射剂量的最佳扫描方式。
| [1] |
王锡明, 武乐斌, 李振家, 等. 64层螺旋CT在冠状动脉造影中的应用[J]. 中华放射学杂志, 2005, 39(12): 1201-1204. |
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Hsieh J, Londt J, Vass M, et al. Step-and-shoot data acquisition and reconstruction for cardiac x·ray computed tomogmphy[J]. Med Phys, 2006, 33(11): 4236-4248. DOI:10.1118/1.2361078 |
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Van Hoe LR, De Meerleer KG, Leyman PP, et al. Coronary artery calciumscoring using ECG-gated multidetector CT: effect of individuallyoptimized image-reconstruction windows on image quality andmeasurement reproducibility[J]. Am J Roentgenol, 2003, 181(6): 1093-1099. |
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Hara AK, Paden RG, Silva AC, et a1. Iterative reconstruct-tion technique for reducing body radiation dose at CT: feasibility study[J]. AJR Am J Roentgenol, 2009, 193(3): 764-771. DOI:10.2214/AJR.09.2397 |