能谱成像模式与传统前、后门控技术冠状动脉CT成像辐射剂量与图像质量的对比

李杰生，崔运能，刘怀忠，何乐为，邓 凌，欧阳可勋，黄 洲

1佛山市三水区人民医院医学影像科，广东 佛山 528100；2佛山市妇幼保健院放射科，广东 佛山 528000

CT冠状动脉成像（CCTA）作为无创性成像技术，能够可靠地筛查出高风险患者冠状动脉病变，评估斑块性质，已成为冠心病的临床首选方法[1]。目前，高辐射剂量的后门控技术仍是目前最常采用的扫描方法，因此如何在保证检查成功，保障图像质量的基础上减低射线剂量成为放射科医生十分重视的问题[2]。CT能谱成像（GSI）不但能提供形态学信息，还能提供功能信息，开创了CT功能成像的新篇章[3]。能谱CT利用宝石探测器、ASIR重建技术及Cine扫描模式，具有根据不同体质量指数优化扫描条件，在保证图像质量满足临床诊断需要的前提下，最大限度降低患者射线辐射剂量的特点[4-6]。然而，冠状动脉GSI模式能谱成像辐射剂量和前门控、后门控辐射剂量对比的研究目前罕有报道。笔者推测冠状动脉GSI模式能谱成像应具有更低的辐射剂量。为验证这一假设，本研究通过分析162例冠状动脉CT成像患者，对比GSI能谱成像、前门控和后门控成像三者的辐射剂量及图像质量，探讨冠脉成像GSI扫描模式优势及临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回归性随机选择2019年5月～2020年5月在佛山市三水区人民医院进行CT冠状动脉检查254例患者资料。纳入标准：CT冠状动脉成像图像质量满足诊断要求；无运动伪影导致的冠状动脉错层、重影；无冠状动脉弥漫性钙化及软斑块等；全部患者签署知情同意书。排除标准：无严重心、肝、肾功能不全，无明确碘过敏史；检查不合作者。按扫描模式将患者分为3组，A组为GSI扫描模式，B组为后门控模式，C组为前门控模式。最终入选病例数为162例，A、B、C 3组入选病例分别为81例、52例和29例。

1.2 仪器与方法

扫描方法：采用Discovery CT750 HD第3代（GE）进行扫描。患者仰卧于扫描床上，训练好受检者呼吸，上好心电门控，行胸部正、侧位定位像扫描，覆盖整个胸廓心脏区域。扫描方式采用小剂量测试法：在主动脉根部层面进行小剂量试验（timingbolus），以一定的流率经肘静脉注入20 mL非离子型对比剂及10 mL生理盐水，延时10 s屏气开始进行同层动态扫描，当主动脉密度由高转低时停止扫描，每层扫描时间1 s，间隔时间1 s。计算出最佳延迟扫描时间后，以相同的流率经肘静脉注入非离子型对比剂生理盐水进行冠状动脉扫描，扫描范围为心底至心尖部扫描期间嘱患者屏气。观察冠状动脉的成像情况。心率65次/min的患者并心率稳定者采用前门控+GSI技术扫描，选择cine模式，对比剂为非离子型对比剂优维显，碘浓度为370 mg/mL，对比剂量（mL）为体质量（kg）×0.8，流率（mL/s）对比剂量/12，生理盐水量（mL）为对比剂量的1/3～1/2。扫描参数采用GSI预设设置的条件Cardiac-Small0.35s40mm（12.84mGy），重建层厚0.625 mm，重建层间距35 mm。心率65次/min并心率不太稳定者，采用单纯前门控技术扫描，选择cine模式，关闭GSI模式，其他参数扫描与A组一致。心率＞65次/min的患者采用回顾性门控技术扫描，其他扫描条件与A组扫描参数一致。

图像后处理：将收集入选的患者冠脉图像资料传输至ADW4.7工作站，用CardiacIQ软件包分别采用容积重现、最大密度投影、曲面重建、多平面重建等完成心脏及冠状动脉的后处理，并对冠脉树的各主要节段进行血管分析。

1.3 辐射剂量计算

各组检查时记录由计算机生成的CT容积剂量指数，用CT容积剂量指数（mGy）×扫描长度得出剂量长度乘积（mGy·cm）；有效剂量（ED）=剂量长度乘积×C，其中C为有效剂量权重因子，在冠状动脉扫描时C的取值为0.017，分别计算各组ED值。

1.4 图像质量评价

观察40%、45%和75%时相图像，选择冠脉显示最为清晰的重建时相的薄层横断面图像，传送至后处理工作站（ADW4.7），根据纽约心脏协会（NYHA）冠状动脉节段定义[7]，测量升主动脉根部管腔CT值和标准差，以及右冠状动脉近段、左冠状动脉主干管腔CT值和邻近脂肪组织CT值。测量时避开血管壁、斑块或钙化，不同患者之间测量位置和测量野大小统一。将升主动脉根部CT值的标准差定义为噪声，将冠状动脉CT值与邻近脂肪组织CT值之差定义为对比度，计算并比较右冠状动脉近段和左冠状动脉主干的信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）及图像优良指数（FOM），SNR=冠状动脉CT值/噪声，CNR=冠状动脉对比度/噪声，FOM=CNR2/ED。

1.5 统计学方法

采用SPSS19.0软件进行统计分析，符合正态分布的以均数±标准差表示。3组数据对比采用方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

各组患者年龄、BMI及心率变化值均具有良好一致性，各组间差异无统计学意义（F=0.455、1.431、0.384，P＞0.05）；后门控组患者心率均高于GSI组和前门控组，差异有统计学意义（F=41.387，P＜0.01，表1）。

表1 各组基本情况比较Tab.1 Comparison of the basic situation of each group(Mean±SD)

2.2 各组冠状动脉图像质量比较

图像噪声（SD）在GSI模式组（图1）明显低于后门控组（图2）及前门控组（图3），差异具有统计学意义（P＜0.01，表2），而后门控及前门控组两者间差异无统计学意义（P＞0.05）。SNR、CNR及FOM在GSI模式组均明显高于后门控组（P＜0.01）及前门控组（P＜0.05）；另外，前门控组上述指标均高于后门控，但两者间差异无统计学意义（P＞0.05）。冠脉图像对比度，造影剂所需剂量在各组间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

图1 男，51岁，GSI模式Fig.1 Male,51 yearsold,GSI model.

图2 男，55岁，传统后门控模式Fig.2 Male, 55 years old, traditional backdoor control model.

图3 男，47岁，传统前门控模式Fig.3 Male, 47 years old, traditional frontdoor control model

2.3 辐射剂量比较

GSI模式平均ED最低，而后门控组ED最高。GSI模式组和前门控组有效辐射剂量平均值分别为2.87±0.83、3.34±2.36 mSv，明显低于后门控组（9.04±3.06 mSv）（P＜0.01）；前两者之间ED的差异无统计学意义（P＞0.05）。GSI模式及前门控组ED分别较后门控组降低68.25%和63.05%；另外，GSI模式与前门控对比，剂量降低约14.07%（图4）。

表2 各组冠状动脉图像质量比较Tab.2 Comparison of coronary artery image quality of each group(Mean±SD)

图4 各组有效辐射剂量比较Fig.4 Comparison of effective radiation dose in each group.

3 讨论

随着多层螺旋CT（MSCT）技术的革新和飞跃发展，CT检查的辐射剂量已占医用辐射剂量的50%以上[8]。电离辐射能在组织内通过释放能量损伤正常细胞，从而明显增加细胞发生变异甚至癌变的风险。MSCT冠脉成像凭借无创、简便、经济及准确性特征已被广泛用于冠脉疾病的诊断。由于MSCT冠脉血管成像检查需要行大范围数据采集，采集层厚小，其辐射剂量必定远高于其他部位的CT扫描[9-10]。因此，在CCTA过程中必须重视辐射的危害性，严格遵循最低有效剂量原则，即在满足临床诊断要求的前提下，最大程度减低患者辐射剂量[11-13]。目前，研究均一致显示前门控触发扫描技术被认为CCTA检查降低辐射剂量最有效方法，较传统的后门控技术降低辐射剂量50%～90%，同时保留较好的图像质量[14-15]。本研究再次证实了该观点，结果提示前门控ED明显低于后门控技术，辐射剂量降低约63%，在以往文献报道范围内。CT后门控技术辐射剂量较高主要是由于该技术采用螺旋采集时，球管需连续不断的曝光实现每个时相中连续地采集数据，射线利用效率较低，导致增加了很多额外的辐射剂量。而前门控技术是在特定的时相内采集数据，因此射线利用率高，辐射剂量少。另外，本研究结果显示虽然前门控技术采集图像具有较高的SD，且两者之间冠脉图像对比度，SNR、CNR差异均无统计学意义，但是前门控组患者图像均上述指标均高于后门控组，同时发现FOM显著高于后门控组，印证前门控技术不但能大幅度降低ED，而且能同时提高图像质量，增强冠脉病变细节显示能力。另外前门控技术对于患者的心率及心律要求比较严格，而后门控技术对心率不稳，心率较快者同样适用，本结果数据显示后门控技术患者心率及心率波动值均高于前门控组，同样支持既往的观点[16]。

宝石能谱CT在传统设备基础上对高压发生器、球管、探测器、数模采集转换系统等影像链进行革新，极大提高了全身组织的空间和密度分辨率；凭借高效的降噪技术提升了X射线的利用效率而增加约30%的细节显示，而在心脏成像上增加了47%的数据与细节显示[1,3,16-17]。GSI成像模式最大的优越性在于后处理工作中整合了适应性统计迭代重建（ASIR）技术，该技术利用迭代的方法高效识别和抑制图像SD，提高组织精细结构的显示能力，最终提高图像的SNR、CNR及对比度，进一步改善CTA的图像质量。因此能谱CT能够在低剂量的扫描条件就可得到与原先相同质量甚至更优质的图像[18]。据报道，ASIR可在不改变空间分辨率的前提下降低图像噪声，得到更清晰的影像资料，在降低剂量80%的同时提高分辨率达50%[19-20]。本结果显示心脏冠脉GSI扫描模式，冠脉图像SD明显低于前门控组及后门控组，而图像SNR、CNR和FOM均明显高于后两者，3组之间的造影剂使用量均无差异性，证实冠脉GSI成像模式，冠脉图像质量更高，具有更高的细节显示能力。有学者对冠脉疾病能谱CT成像结果与冠状动脉造影进行对比，发现GSI冠脉成像对冠心病诊断敏感性、特异性及阳性预测值均高达96%以上，高于传统CT技术，与冠状动脉造影有高度的一致性[4]，这主要得益与GSI模式图像质量及细节显示能力的提升。虽然GSI模式具有较高的图像质量，然而因其扫描过程中在40～140 keV反复瞬时切换，因此GSI冠脉成像是否较传统前门控技术及具有更低辐射剂量，一直是学界存在的疑惑。本研究对冠脉GSI模式成像与前门控辐射剂量进行对比，发现虽然两者辐射剂量差异无统计学意义，但是GSI组平均ED较前门控组仍降低约14%。可见，在冠脉成像中，与传统前门控技术相比，GSI模式不但具有更低辐射剂量，同时能获取SNR、CNR和FOM更高的优质图像资料。

总之，宝石能谱冠脉GSI扫描技术并结合宝石探测器、ASIR重建技术及Cine扫描模式，与后门控及前门控技术相比，不但能有效地大幅度降低患者的辐射剂量，同时能显著提高图像的质量，提高冠脉图像细节显示能力。但由于单一的心动时相重建模式，对病人的心率及屏气要求较高，扫描失败风险较高。因此，需要在扫描前充分了解病人情况（基础心率的快慢、心律是否整齐、屏气情况是否符合要求等），进行有效的训练及合理选择。