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雙源CT迭代重建算法聯(lián)合低管電壓及低濃度對(duì)比劑冠狀動(dòng)脈成像的研
[摘要] 目的 探討第二代雙源(炫速雙源)CT冠狀動(dòng)脈成像中，應(yīng)用迭代重建算法與等滲低濃度對(duì)比劑及低電壓技術(shù)時(shí)的圖像質(zhì)量及輻射劑量。 方法 收集寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院2014年3月～2015年3月的80例冠心病患者(BMI<30 kg/m2，心率<65 次/min)按CT號(hào)碼的單雙號(hào)分成A、B兩組，每組各40例。兩組均采用冠狀動(dòng)脈雙源CT前瞻性大螺距掃描，A組采用低電壓和低濃度對(duì)比劑及迭代重建(SAFIRE)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CT檢查;B組采用常規(guī)電壓及常規(guī)濃度對(duì)比劑及濾波反投影(FBP)對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行重建。兩位有經(jīng)驗(yàn)的心血管系統(tǒng)診斷醫(yī)師采用雙盲法，以5分法評(píng)定系統(tǒng)對(duì)冠狀動(dòng)脈16段分支血管成像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，對(duì)兩組有效輻射劑量、平均CT值、圖像噪聲、信噪比(SNR)、對(duì)比信噪比(CNR)、圖像質(zhì)量評(píng)分進(jìn)行比較。采用t檢驗(yàn)比較計(jì)量資料組間差異。 結(jié)果 兩組患者一般資料、輻射劑量、圖像質(zhì)量比較，除了輻射劑量中的管電流具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P < 0.05)外，其余差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)。兩組CNR、SNR、CT值比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)。 結(jié)論 在BMI<30 kg/m2，心率<65 次/min條件下，前瞻性大螺距掃描、迭代重建算法和低濃度非離子型造影劑及低管電壓綜合的多種技術(shù)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CTA檢查時(shí)，可以使輻射劑量明顯降低且對(duì)冠狀動(dòng)脈診斷的準(zhǔn)確性無(wú)明顯影響。
[關(guān)鍵詞] 體層攝影術(shù);冠狀動(dòng)脈血管造影術(shù);X線計(jì)算機(jī)
雖然冠狀動(dòng)脈造影術(shù)仍是診斷冠心病患者冠狀動(dòng)脈病變的金標(biāo)準(zhǔn)，但是因其有創(chuàng)性的缺點(diǎn)仍不能得到臨床的廣泛應(yīng)用[1-2]。近年來(lái)多層螺旋CT的飛速發(fā)展，CT的空間分辨率和時(shí)間分辨率迅猛的提高，CT冠狀動(dòng)脈成像因其非創(chuàng)傷性的巨大優(yōu)勢(shì)逐漸得到了臨床醫(yī)生的青睞。況且冠狀動(dòng)脈CT成像還能了解冠狀動(dòng)脈管腔內(nèi)情況及鈣化積分的數(shù)據(jù)化信息，這是冠狀動(dòng)脈造影無(wú)法企及的地方[3]。但是冠狀動(dòng)脈CT成像的顯著高于其他掃描部位CT檢查的輻射劑量是毋庸置疑的事實(shí)[4]。冠狀動(dòng)脈CT成像時(shí)，為了獲得理想的冠狀動(dòng)脈圖像，放射技術(shù)人員常使用高濃度的碘對(duì)比劑，可是高濃度的碘劑給患者帶來(lái)的腎功能損傷是難以預(yù)測(cè)的[1，5-6]。而冠心病患者往往年齡比較大，心、腦、肺、腎功能普遍降低，所以對(duì)比劑腎病的發(fā)生率也有潛在的高發(fā)率[7-8]。降低造影劑腎病的并發(fā)癥，減少造影劑的不良反應(yīng)發(fā)生率，也是目前亟待解決的問(wèn)題之一[9]。隨著雙源CT的發(fā)展，第二代雙源(炫速雙源)CT的出現(xiàn)，其時(shí)間分辨率75 ms，空間分辨率0.17 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到0.28 s，螺距掃描技術(shù)達(dá)到了3.4，進(jìn)床達(dá)到了45 cm/s，有研究表明，冠狀動(dòng)脈CT成像應(yīng)用前瞻性大螺距掃描能夠?qū)崿F(xiàn)較低輻射劑量達(dá)到較為完美的圖像效果，這為研究低濃度對(duì)比劑冠脈成像奠定了良好的研究基礎(chǔ)[10]。
本研究的前瞻性大螺距掃描技術(shù)與低濃度對(duì)比劑采用西門子迭代重建技術(shù)(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)和低電壓進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CT成像，對(duì)比常規(guī)濃度對(duì)比劑、濾波反投影(filtered-back projection，F(xiàn)BP)重建技術(shù)和常規(guī)電壓，分析評(píng)價(jià)兩者冠狀動(dòng)脈的圖像質(zhì)量、輻射劑量，以期在冠狀動(dòng)脈成像中研究更低輻射劑量和更低對(duì)比劑濃度的可行性。
1、資料與方法
1.1 一般資料
收集2014年3月～2015年3月寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院的冠心病患者80例并行雙源CT冠狀動(dòng)脈成像。80例患者均為竇性心律且律齊，心率<65次/min，心率波動(dòng)范圍-5～5次/min，按CT號(hào)碼為單、雙號(hào)分成A、B兩組，每組各40例。A組采用低電壓和低濃度對(duì)比劑及SAFIRE進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CT檢查;B組采用常規(guī)電壓及濃度對(duì)比劑及FBP對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行重建。排除有碘過(guò)敏史和甲狀腺疾病的患者;有嚴(yán)重心、腦、肺功能不全，呼吸不能配合者;嚴(yán)重的腎功能不全(肌酐清除率≤120 μmol/L)者;體重質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)≥30 kg/m2者;心律不齊及心率過(guò)快者;檢查前服用β受體阻滯劑調(diào)整心率仍<65次/min者。80例患者中男57例，女23例，年齡45～84歲，平均(68±13)歲，BMI 17.4～29.3 kg/m2，平均(26.4±2.8) kg/m2。本研究經(jīng)寧波市第二人民醫(yī)院及浙江省立同德醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受檢者均于檢查前簽署知情及過(guò)敏試驗(yàn)同意書。
1.2 方法
80例患者均采用西門子雙源CT檢查(德國(guó))，患者采取仰臥位，頭先進(jìn)方式掃描。電極置放位置按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(AHA)胸前4導(dǎo)聯(lián)連接監(jiān)測(cè)心電圖。掃描前嚴(yán)格訓(xùn)練患者呼吸及屏氣。心率>65次/min的患者排除禁忌證后于掃描前口服倍他樂(lè)克50 mg進(jìn)行心率的控制;仍有心率過(guò)快和心律不齊患者，由心內(nèi)科醫(yī)生輔助進(jìn)行檢查前的藥物控制，仍有心率>60次/min和心律不齊患者，選擇回顧性心電門控螺旋掃描模式(Spiral)或給予放棄冠狀動(dòng)脈CTA檢查，不予入組。掃描分A、B兩組，分別在A組采用270 mg I/100 mL歐乃派克等滲低濃度對(duì)比劑，B組使用常規(guī)濃度350 mg I/100 mL歐乃派克高滲對(duì)比劑。掃描范圍按照常規(guī)的心臟掃描檢查方法：上、下界分別為：氣管隆突下、心臟膈面下。選取肘正中靜脈，常規(guī)留置，按照1.0 mL/kg注入50～60 mL造影劑，速率4.5～5.0 mL/s并以相同流率注入50 mL生理鹽水推送血管內(nèi)余量造影劑。應(yīng)用對(duì)比劑團(tuán)注追蹤法，當(dāng)CT值在100 Hu時(shí)，在主動(dòng)脈根部層面測(cè)得后，CT機(jī)自發(fā)掃描。
掃描參數(shù)：兩組數(shù)據(jù)均采用單扇區(qū)重建技術(shù)及前瞻性心電觸發(fā)大螺距掃描技術(shù)，同時(shí)開啟實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(CARE DOSE 4D)。探測(cè)器準(zhǔn)直128 mm×0.6 mm，層厚0.75 mm，重建增量0.4 mm，螺距3.4，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.28 s，有效管電流380 mAs，卷積核B26 f。掃描開始及采集時(shí)相為60%R-R間期。A組采用西門子SAFIRE，迭代重建值選擇SAFIRE=3，管電壓80 kV;B組采用FBP重建，管電壓100 kV。
1.3 后處理及重建
兩組掃描結(jié)束后傳到西門子后處理平臺(tái)MMWP工作站，由專門從事冠脈重建技術(shù)人員應(yīng)用Syngo軟件中Circulation對(duì)掃描的冠狀動(dòng)脈血管進(jìn)行重建，圖像矩陣512×512。利用容積數(shù)據(jù)進(jìn)行后重建處理。重建包括：多平面重組(multiplanar reformation，MPR)、容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)、曲面重建(curved planar reformation，CPR)[11]。
1.4 圖像評(píng)價(jià)
為了客觀評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈圖像，統(tǒng)一圖像的窗位和窗寬。請(qǐng)兩位中級(jí)以上專攻胸部影像診斷醫(yī)師對(duì)冠狀動(dòng)脈CT軸位掃面的原始圖像進(jìn)行客觀指標(biāo)的測(cè)量，兩位醫(yī)師在互不干擾情況下，測(cè)量右側(cè)冠狀動(dòng)脈主干(RCA)、左側(cè)冠狀動(dòng)脈的主干(LMC)、左側(cè)冠狀動(dòng)脈的前降支(LAD)、左側(cè)冠狀動(dòng)脈的回旋支(LCA)的CT值，并計(jì)算4支冠狀動(dòng)脈CT值的標(biāo)準(zhǔn)差設(shè)定為圖像噪聲，以左側(cè)冠狀動(dòng)脈主干層面背部肌組織的CT值為測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，背景噪聲為其背部肌肉組織的標(biāo)準(zhǔn)差。需要注意的是，劃分區(qū)域要避開骨骼鈣化和脂肪[12]。信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)按照公式計(jì)算如下：SNR=管腔平均CT值/管腔CT值的SD;CNR=(管腔平均CT值-背部肌組織平均CT值)/肌組織CT值的SD[13]。 兩位醫(yī)師獨(dú)立觀察橫斷面圖像及后重建數(shù)據(jù)的圖像，對(duì)冠狀動(dòng)脈血管按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的5分法進(jìn)行評(píng)分，即按照冠狀動(dòng)脈圖像清晰度和有無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影來(lái)劃分：冠狀動(dòng)脈圖像邊緣清晰，無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影為5分;輕度模糊，有輕度偽影為4分;中度模糊，有中度運(yùn)動(dòng)偽影但無(wú)明顯錯(cuò)層為3分;邊緣模糊、運(yùn)動(dòng)偽影明顯為2分;管腔不能辨認(rèn)，無(wú)法診斷為1分[14]。
1.5 輻射劑量計(jì)算
掃描儀每次檢查結(jié)束后會(huì)自動(dòng)生成容積CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)。有效劑量(effectived dose，ED)，根據(jù)公式ED=DLP×K換算而成，其中K為Monte Carlo轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部K值采用0.017[15]。
1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
采用SPSS 11.5軟件進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，采用Kappa一致性檢驗(yàn)(Kappa值，即K值)評(píng)價(jià)兩名醫(yī)師的一致性，標(biāo)準(zhǔn)如下：0.75
2、結(jié)果
2.1 統(tǒng)計(jì)學(xué)Kappa檢驗(yàn)結(jié)果
兩位醫(yī)師的一致性檢驗(yàn)(K值=0.85)，診斷一致性極好。
2.2 兩組患者一般資料比較結(jié)果
兩組患者一般資料比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)。見表1。
2.3 兩組患者輻射劑量及圖像質(zhì)量比較結(jié)果
除了輻射劑量中的A組與B組管電流的比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P < 0.05)外，其余比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)。見表2。
2.4 兩組患者圖像質(zhì)量比較結(jié)果
兩組患者圖像噪聲、CNR、SNR及CT值比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)，表明A組、B組對(duì)冠狀動(dòng)脈診斷的準(zhǔn)確性無(wú)明顯影響。見表3。
3、討論
隨著社會(huì)發(fā)展，雙源CT已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。隨之而來(lái)的是人們對(duì)它帶來(lái)的輻射劑量的重視，特別是冠狀動(dòng)脈CT成像，因其具有無(wú)創(chuàng)、檢查時(shí)間短、無(wú)需住院及患者容易耐受的優(yōu)勢(shì)，被臨床廣泛應(yīng)用于冠心病篩查和冠脈支架術(shù)后的評(píng)估[16]。
CT的輻射劑量與圖像質(zhì)量在一定范圍內(nèi)存在著正相關(guān)性，換句話說(shuō)圖像質(zhì)量越好，噪聲越低，那么相應(yīng)的劑量就越大。而影響圖像質(zhì)量有多種因素，如管電壓、管電流、螺距、造影劑濃度及準(zhǔn)直器等，許多研究表明其可以降低一定的輻射劑量，并取得了一定的研究成果[17]。新一代的炫速雙源CT因?yàn)榘惭b兩套管球系統(tǒng)和兩套與之相對(duì)應(yīng)的128排探測(cè)器，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到了0.28 s/圈，將時(shí)間分辨率提高到75 ms，對(duì)冠狀動(dòng)脈可以進(jìn)行單扇區(qū)重建。另外其低電壓掃描和大螺距前瞻性掃描聯(lián)合技術(shù)在降低冠狀動(dòng)脈成像的輻射劑量方面的研究得到了肯定[18]。本試驗(yàn)旨在探討通過(guò)CT的改變重建算法結(jié)合低電壓，低濃度對(duì)比劑的應(yīng)用來(lái)降低CT劑量。
試驗(yàn)表明使用雙源CT低電壓(80 kV)技術(shù)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈成像時(shí)，如果應(yīng)用常規(guī)的FBP重建，會(huì)明顯增加圖像的噪聲，以致影響圖像的客觀指標(biāo)的觀察[19]，前瞻性大螺距掃描模式和SAFIRE重建技術(shù)在炫速雙源CT進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CTA低劑量成像時(shí)，通過(guò)把球管電壓降低至80 kV，降低了輻射劑量同時(shí)，圖像質(zhì)量與常規(guī)電壓、FBP重建并無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，能滿足臨床診斷的需要。A組的圖像噪聲平均(31±3)高于B組的(23±4)，A組的平均SNR(16.7±1.2)，CNR(18.6±2.4)均低于B組SNR(20.3±1.6)，CNR(22.8±2.0)，但兩組統(tǒng)計(jì)均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)。
筆者觀察到雖然A組CTDI(1.87±0.67)mGy、DLP(34.2±2.3)mGy・cm、ED(0.46±0.07)mSv均較B組CTDI(2.43±0.84)mGy、DLP(76.2±3.4)mGy・cm、ED(1.21±0.58)mSv低，但是A組的管電流(384±35)mAs較B組管電流(325±43)mAs明顯增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P < 0.05)，因此如何進(jìn)一步降低管電流，把X線劑量進(jìn)一步減低是本試驗(yàn)認(rèn)真研究的下一個(gè)課題。
對(duì)比劑腎病發(fā)生率不高，但無(wú)疑是CT增強(qiáng)檢查的潛在危險(xiǎn)因素。常規(guī)冠狀動(dòng)脈CT檢查時(shí)，大劑量、高濃度碘對(duì)比劑的使用，容易引起或加重腎功能損傷，特別是中老年患者[20]。降低對(duì)比劑的使用量，減少對(duì)比劑腎病的發(fā)生一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，然而降低對(duì)比劑濃度和劑量往往引起冠狀動(dòng)脈成像不清，給后重建帶來(lái)困難[21]。本研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用雙源CT大螺距前瞻性掃描的SAFIRE重建技術(shù)，注射270 mg I/100 mL對(duì)比劑，主動(dòng)脈根部及冠狀動(dòng)脈各主要血管CT值均>450 Hu以上，完全達(dá)到診斷的需要，且兩者間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P > 0.05)，仍不影響圖像質(zhì)量對(duì)臨床的輔助作用，值得推廣。
本研究亦存在一些不足之處：①冠脈造影“金標(biāo)準(zhǔn)”的對(duì)照沒(méi)有做到，條件允許時(shí)須做冠脈造影對(duì)照研究。②研究數(shù)據(jù)量不大，還需大樣本研究。③BMI指標(biāo)單一且小于30 kg/m2，沒(méi)有對(duì)中等以及偏重體型患者進(jìn)行研究。在今后工作中可以對(duì)這些不足之處進(jìn)行相應(yīng)深入的研究。
綜上所述，在BMI<30 kg/m2，心率<65次/min條件下，應(yīng)用前瞻性大螺距掃描、迭代重建和低濃度碘對(duì)比劑及低電壓聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CTA檢查時(shí)，可以使輻射劑量明顯降低。
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