心电脉冲改良技术降低双源CT冠状动脉成像的辐射剂量

CT冠状动脉成像是发现或排除冠心病的有效方法，由于其简单、无创、准确率高而得到广泛应用。CT冠状动脉成像的一个主要不足是较高的X线辐射剂量[1]。

双源CT（dual-source CT, DSCT）时间分辨力达到 83ms，可不控制心率进行冠状动脉 CT成像（computed tomography coronary angiography，CTCA）检查[2]。操作者根据受检者当时具体的心率选择最佳时间窗或心电脉冲（ECG-Pulsing）窗，在该时间窗内X线为全剂量曝光，时间窗以外的X线球管的剂量只有全剂量的20%，如果同时应用M indose技术只有全剂量的4%，但在选择时间窗内的图像噪声未见增加[3]。本研究比较标准的ECG-Pulsing条件下和在应用优化 ECG-Pulsing合并 M indose技术的条件下CT冠状动脉成像的图像质量和辐射剂量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2009-12～2010-04连续选取136例疑似冠心病的受检者进行双源CT冠状动脉成像。采用掷硬币法将受检者随机分为两组，其中49例用标准的ECG-Pulsing条件扫描，称为“标准组”；87例采用优化后的ECG-Pulsing合并M indose技术，称为“优化组”。排除标准：肾功不全；对含碘对比剂过敏；冠状动脉搭桥术后；严重心律不齐；体重指数（body mass index，BM I）偏大（＞35kg/m2）。

1.2 扫描参数 检查前向受检者详细说明检查经过，签署CT冠状动脉造影知情同意书。所有受检者均在双源CT（somatom definition，siemens medical solutions）上进行，不服用β受体阻滞药，扫描前3m in舌下含化硝酸甘油0.5mg。

采用双筒高压注射器以5.0m l/s的速度经肘前静脉注射 60～90m l的非离子对比剂（碘帕醇，370mgI/m l），之后以相同速度注射生理盐水 40m l。采用Bolus Tracking自动触发扫描技术在降主动脉选择感兴趣区检测 CT值，当感兴趣区内 CT值超过100Hu时，延迟6s采集数据。

CT冠状动脉成像的扫描参数：探测器准直2×32×0.6mm，采用Z轴飞焦点（z-flying spot）技术，机架旋转时间 330ms，管电压 120kV，管电流320mA。扫描时螺距最小为 0.20（心率≤40/min），最大为0.53（心率≥100/m in），根据扫描时受检者的具体心率（40～120/min）确定相应的螺距。

前49例受检者采用标准的ECG-Pulsing技术，即球管全剂量曝光的时间窗固定为R-R间期28%～80%，此时间窗以外的剂量是全剂量的 20%。后 87例受检者采用优化的ECG-Pulsing技术，根据扫描时不同的心率确定全剂量采集的时间窗：当心率≤70/min时，时间窗定在舒张末期，即R-R间期60%～76%；当心率≥85/m in时，时间窗定在收缩末期，即R-R间期31%～47%（图1）；当心率为71～84/m in时，时间窗定在收缩末期舒张末期，即 R-R间期28%～80%。应用降低剂量M indose技术可使所选定的时间窗之外的 R-R间期内管电流只有全剂量的4%。

图像采用单段模式重建，层厚0.75mm，重建间隔0.5mm，卷积函数值B26f,对于放置支架的受检者，重建层厚为0.6mm，重建间隔为0.4mm，卷积函数值B46f。后处理包括容积重现成像（volume rendering, VR）、最大密度投影（maximal intensity projection, M IP）、曲面重建（curved planar reconstruction, CPR）、多平面重建（multiple plane reconstruction, MPR）。

1.3 图像质量评价 以美国心脏协会（American Heart Association, AHA）冠状动脉分段标准,将冠状动脉分为16段：1～4段为右侧冠状动脉；左主干为5段；左前降支为6～10段；左回旋支为11～15段，如果存在中间支为16段。对起始部直径＞1.0mm的血管进行评价。由2位经验丰富的医师采用双盲法分4级对图像质量进行评价（图2、3）。4分：无伪影，完全可进行影像学评价；3分：轻微伪影，有良好的诊断质量，不影响诊断；2分：中度伪影，图像质量可接受，能满足诊断；1分：严重伪影，影响对管腔的准确评价。当2位医师的意见有明显分歧时，再共同商议做出一致结论。

1.4 辐射剂量的计算 有效辐射剂量（effective dose, ED）=剂量长度乘积（dose-length product, DLP）×受检部位转换系数k，胸部k=0.017mSv/（mGy· cm），冠状动脉CTA的有效辐射剂量计算方法[4]：ED=DLP（mGy·cm）×0.017[mSv/（mGy·cm）]（图4）。

1.5 统计学分析 应用SPSS11.5软件对所得数据进行统计学分析，对受检者年龄、BM I，扫描时平均心率，CTDIvol，ED，图像质量评分等进行比较，所有计数资料满足正态分布采用t检验，不满足正态分布采用t＇检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

优化组和标准组 CTDIvol值分别为 42.82± 18.00mGy、 64.86±10.63mGy, ED 值 分 别 为11.72±5.16mSv、17.26±3.36mSv。其中对于扫描时心率≤70/min的受检者或心率≥85/m in的受检者其ED值仅为6.65±2.26mSv。

标准组和优化组2组受检者在年龄、BM I、平均心率、图像质量评分间差异无统计学意义（P＞0.05），2组间的CTDIvol、ED等方面差异有统计学意义（P＜0.01）（表1）。

采用ECG-Pulsing合并M indose优化技术，有效剂量平均降低约33.41%。

图1 扫描界面。扫描时心率为130～142/m in，全剂量采集为R-R间期的31%～47%, M indose开启。 图2 容积宣染成像显示右冠状动脉和左主干开口，以及左前降支、左回旋支全程，图像质量4分。 图3 VR显示心底部血管，图像质量4分。 图4 扫描后protocol显示CTDIvol为35.39mGy, DLP为499mGy·cm

表1 标准组与优化组图像质量统计结果比较（±s）

表1 标准组与优化组图像质量统计结果比较（±s）

组别n 平均心率BM I CTDIvol DLP ED 图像质量评（/min）（kg/m2）（mGy）（mGy·cm）（mSv）分（分）优化组 87 73.1±10.9 25.57±3.41 42.82±18.00 689.2±303.3 11.72±5.16 3.60±0.24 标准组3.56±0.38 t值或t＇值 1.189 －1.159 －8.975 －7.575 －7.575 0.772 4970.8±10.226.26±3.1964.86±10.631015.3±197.517.26±3.36P值0.2370.2490.0000.0000.0000.442

3 讨论

3.1 降低CT冠状动脉成像辐射的必要性 CT冠状动脉成像由于采取回顾性心电门控技术，加之螺距较小，因此心脏扫描的辐射剂量明显高于其他部位。按照国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection, ICRP）的主张，X线放射检查应遵循实践正当性、防护最优化原则（as low as reasonably achievable, ALARA）[5]。权衡个体CT冠状动脉成像的辐射剂量，诊断的益处必须高于个体所接受的辐射剂量的损害，技术方法的选择其效果、益处和危险等必须要考虑到没有辐射剂量或尽可能少的辐射剂量[6，7]。对于低、中度怀疑冠心病的患者，行冠状动脉CTA是一种很好的选择。而对高度怀疑冠心病的患者提倡直接行冠状动脉造影，而无需行冠状动脉CTA[8]。

3.2 关于ECG-Pulsing技术和M indose技术 ECGPulsing技术是一种专门用于在ECG门控螺旋扫描中实时调制曝光量的技术。基本原理是在门控螺旋扫描中，X线球管实时检测受检者的ECG波形并进行输出调制，在心动周期的设定时相按照设定条件扫描，在其余时相球管输出将减少至设定值的20%，如果再应用M indose技术，球管输出将减少到设定值的4%，这样可以保证在整个心动周期都可进行图像重建，但只有在设定时相扫描的图像才能获得最大的图像信噪比。回顾性心电门控方式的冠状动脉成像检查采集了整个心动周期的心脏数据，而其中大部分时相的数据是非必须的，ECG-Pulsing技术降低了这些时相的心脏扫描剂量，这些图像虽然信噪比下降，对整个检查而言，检查结果受到的影响较小[9]。但扫描时缩小了全剂量曝光的时间窗，从而降低了辐射剂量。

3.3 关于最佳期相的选择 心率为75/min时，心动周期为800ms，其中心房收缩期为100ms，心室收缩期为300ms，全心舒张期为400ms，心率增快时收缩期和舒张期均相应缩短，但舒张期缩短的比例较大。因此，心率较快的受检者，最佳时间窗应该在收缩期[10]。本研究对于心率较快的受检者，全剂量采集期相设在R-R间期31%～47%，只占R-R间期的16%，获得图像质量较满意，辐射剂量明显降低。Leschka等[1]研究表明，当心率＜60/min时，最佳重建期相位于R-R间期的60%～70%；心率为60～70/min时，最佳期相为60%～80%；心率为70～80/min时，最佳期相为55%～80%；心率＞80/min时，最佳期相为30%～80%。孙志远等[11]通过对50例心率为53～101/m in者进行全时相间隔重建并应用Inspace软件中的4D模式重观察发现，DSCT冠状动脉成像时，3只冠状动脉均有2个成像质量的高峰期，一个是收缩中晚期，即R-R间期的30%～40%，一个是舒张中期，即R-R间期的70%前后。这两个时间窗正是心脏运动速度最慢而最平稳的时期。本研究根据扫描时具体的心率，确定R-R间期全剂量曝光时间窗，当心率≤70/m in时，时间窗定在舒张中期，即R-R间期60%～76%；当心率≥85/m in时，时间窗定在收缩末期，即R-R间期31%～47%；当心率为71～84/min时，时间窗定在收缩末期舒张末期，即R-R间期28%～80%。

3.4 本研究的意义和局限 本研究应用 ECGPulsing技术和M indose技术后平均ED为（11.72± 5.16）mSv，与标准组比较，有效剂量平均降低＞30 %，但图像质量并无明显差异。说明根据扫描时的具体心率，缩小球管全剂量曝光的时间窗，在保证图像质量的前提下，明显降低了辐射剂量。同时应用M indose技术，使设定时相之外的辐射剂量又进一步减少 75%。对于扫描时心率≤70/m in的受检者或心率≥85/min的受检者，ED为6.65±2.26mSv，证明用这种方法对于心率慢或心率快的受检者能明显降低其辐射剂量，但对于扫描时心率在71～85/m in的受检者，全剂量采集的 R-R时间窗较宽，辐射剂量仍较高，由于这部分受检者所占比例较高，从而使本研究的ED仍较高。所以针对这些受检者在扫描之前适当应用β受体阻滞药降低心率至70/m in以下，缩窄全剂量采集的时间窗，从而减低有效辐射剂量。另一方面，对心率≤65/m in的受检者采用前瞻性心电门控序列扫描，同时根据受检者BM I减低扫描时管电压等措施都是降低辐射剂量的方法[12]。

应用ECG-Pulsing改良技术和M indose技术能明显降低双源CT冠状动脉成像的辐射剂量。

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