ecg管電流調(diào)制技術(shù)在低劑量冠狀動(dòng)脈成像中的應(yīng)用

ecg管電流調(diào)制技術(shù)在低劑量冠狀動(dòng)脈成像中的應(yīng)用

隨著圖像技術(shù)的發(fā)展，多層螺旋式ct冠狀動(dòng)脈成像具有創(chuàng)新、無(wú)創(chuàng)性、快速有效性和相對(duì)價(jià)格低廉的特點(diǎn)，為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者提供了一種安全、可靠、易于推廣的檢查診斷方法，并得到了臨床部門的確認(rèn)。隨著螺旋式ct冠狀動(dòng)脈成像的廣泛應(yīng)用，輻射劑量對(duì)檢查者的潛在影響越來(lái)越受到重視。如何降低輻射劑量是未來(lái)冠狀動(dòng)脈ct成像的一個(gè)重要問(wèn)題。然而，由于臨床檢查的局限性，低劑量冠狀動(dòng)脈ct圖像的研究很難系統(tǒng)開(kāi)展。本研究通過(guò)心臟動(dòng)態(tài)體模對(duì)回顧性心電門控冠狀動(dòng)脈CT成像方式影響射線劑量的各種因素展開(kāi)基礎(chǔ)性探討,力求在保證檢查成功率和圖像質(zhì)量的前提下,為病人提供最低的檢查輻射劑量.1材料和方法1.1球囊運(yùn)動(dòng)模式采用GE中國(guó)CT影像研究中心提供的實(shí)驗(yàn)用動(dòng)態(tài)心臟模具(見(jiàn)圖1),該模具中心為充填I(lǐng)opamidol370mgI/mL對(duì)比劑與生理鹽水混合液體的球囊結(jié)構(gòu)(實(shí)測(cè)CT值約340Hu左右),球囊外緣掛置不同內(nèi)徑的模擬冠脈(內(nèi)徑3~5mm),在球囊外周為一封閉的充水腔.球囊體積可以隨充填液體量的變化而改變,通過(guò)外部機(jī)械規(guī)律的充填、抽吸液體,使得球囊實(shí)現(xiàn)可控制的有節(jié)律的擴(kuò)張和收縮,從而達(dá)到模擬心臟跳動(dòng)的目的.它的運(yùn)動(dòng)模式模擬了人體左心室的搏動(dòng),具有3個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)相:快速泵血期、快速充盈期級(jí)慢速充盈期(見(jiàn)圖2),可以模擬不同的心率(30~180bpm)及在掃描過(guò)程中的心率波動(dòng).1.2掃描方法使用GELightspeedVCT機(jī)完成心臟掃描.1.2.1ecg管電流調(diào)制掃描(1)常規(guī)掃描:關(guān)閉ECG管電流調(diào)制技術(shù),模具每分鐘搏動(dòng)數(shù)(bpm)分別在50、55、60、65、70、75、80、85bpm8種穩(wěn)定心率條件下對(duì)動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描,掃描參數(shù)為120kV、600mA、層厚0.625mm、視野(FOV)15cm×15cm、自動(dòng)螺距.設(shè)定機(jī)架轉(zhuǎn)速為0.35s.(2)ECG管電流調(diào)制掃描:同樣在50、55、60、65、70、75、80、85bpm8種穩(wěn)定心率條件下對(duì)動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描,開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù),最大管電流輸出600mA,低管電流輸出120mA,最大管電流調(diào)制期相為90%的R-R間期和寬相位79%~99%的R-R間期兩種方式,其他條件同常規(guī)掃描.1.2.2心臟模具掃描(1)常規(guī)掃描:關(guān)閉ECG管電流調(diào)制技術(shù),模具基礎(chǔ)心率設(shè)置為60bpm,分別在心率上下波動(dòng)范圍±2.5、±5、±7.5、±10bpm4種不穩(wěn)定心率條件下對(duì)動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描,掃描參數(shù)為120kV、600mA、層厚0.625mm、視野(FOV)15cm×15cm、自動(dòng)螺距,設(shè)定機(jī)架轉(zhuǎn)速為0.35s;(2)ECG管電流調(diào)制掃描:同樣基礎(chǔ)心率為60bpm,分別在心率上下波動(dòng)范圍±2.5、±5、±7.5、±10bpm4種不穩(wěn)定心率條件下對(duì)動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描,開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù),最大管電流輸出600mA,低管電流輸出120mA,最大管電流調(diào)制期相為90%的R-R間期和寬相位79%~99%的R-R間期兩種方式,其他條件同前.1.3輻射劑量的評(píng)估檢查時(shí)在每個(gè)掃描序列最后的劑量報(bào)告中查找對(duì)應(yīng)的劑量長(zhǎng)度乘積(DLP),乘以換算因子計(jì)算出該掃描序列的心臟掃描有效劑量(ED).1.4圖像質(zhì)量分析1.4.1圖像噪聲指數(shù)的測(cè)量1.4.2冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量分析1.5不同心率下開(kāi)啟/關(guān)閉ecg管電流調(diào)制技術(shù)有效計(jì)量對(duì)比所有評(píng)分、測(cè)量數(shù)據(jù)均輸入SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理,分析對(duì)比不同心率下開(kāi)啟/關(guān)閉ECG管電流調(diào)制技術(shù)的有效計(jì)量變化,評(píng)估存在心率波動(dòng)時(shí)開(kāi)啟/關(guān)閉ECG管電流調(diào)制技術(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響,行配對(duì)t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.2結(jié)果2.1ecg管電流調(diào)制技術(shù)有效劑量與常規(guī)模式比較由于心率穩(wěn)定無(wú)波動(dòng),故在常規(guī)模式、兩種ECG管電流調(diào)制模式下,均能準(zhǔn)確在指定相位使用高球管電流(600mA)掃描,因此相同心率時(shí)三種情況下掃描在指定重建相位(90%R-R間期)圖像質(zhì)量上不會(huì)有顯著性差異;而在劑量方面(見(jiàn)表1),相比常規(guī)模式,ECG管電流調(diào)制技術(shù)最高管電流調(diào)制期相為90%R-R間期時(shí)最多可以節(jié)約近36%的有效劑量(心率70bpm時(shí)),調(diào)制期相為79%~99%R-R間期時(shí)最多可以節(jié)約近26%的有效劑量(心率70bpm時(shí)),三種掃描模式下的有效劑量均有明顯差異(行兩兩配對(duì)t檢驗(yàn),常規(guī)模式與ECG90%R-R間期P=0.0000,常規(guī)模式與ECG79%~99%R-R間期P=0.0000,ECG90%R-R間期與ECG79%~99%R-R間期P=0.0004均小于0.05).心率增加使得冠狀動(dòng)脈成像檢查圖像質(zhì)量明顯下降,對(duì)是否開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù)均較明顯(見(jiàn)圖3).2.2噪聲指數(shù)隨心率波動(dòng)幅度的變化當(dāng)存在心率波動(dòng)時(shí),ECG管電流調(diào)制技術(shù)可能將一些本來(lái)需要高管電流輸出的期相使用了低管電流輸出,因此導(dǎo)致橫斷位圖像出現(xiàn)條帶狀偽影,圖像噪聲指數(shù)增加,圖4顯示常規(guī)掃描與兩種ECG管電流調(diào)制模式噪聲指數(shù)隨心率波動(dòng)幅度的變化情況:常規(guī)模式掃描圖像噪聲指數(shù)在22~24之間(最小時(shí)22.7,最大23.5),波動(dòng)幅度較小,而在ECG90%R-R間期掃描噪聲指數(shù)隨著心率波動(dòng)幅度的增加明顯升高(最高時(shí)32.3),而在增加了ECG調(diào)制期相寬度的模式下掃描,圖像噪聲可以得到一定程度的改善,但噪聲仍較常規(guī)模式高;而在三種掃描模式下得到的不同心率波動(dòng)冠脈圖像質(zhì)量均滿足診斷要求(見(jiàn)表2).3討論3.1多層螺旋ct冠狀動(dòng)脈成像的技術(shù)可行性由于CT儀器時(shí)間分辨率的顯著提高以及藥物等外因?qū)颊咝穆实目刂?目前64層螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像檢查成功率已經(jīng)明顯提高,但行該項(xiàng)檢查的同時(shí)也給患者造成了大劑量輻射,Hunold等對(duì)多層螺旋CT(MSCT)、電子束CT(EBCT)及導(dǎo)管法冠狀動(dòng)脈造影術(shù)(CCA)射線計(jì)量的對(duì)照研究結(jié)果顯示,冠狀動(dòng)脈檢查中多層螺旋CT射線劑量是電子束CT的4~7倍,是冠狀動(dòng)脈造影的3~5倍,因此多層螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像中的射線劑量管理是迫切需要解決的問(wèn)題,而由于臨床檢查中不可能對(duì)病人進(jìn)行重復(fù)掃描等實(shí)際問(wèn)題使得低劑量冠狀動(dòng)脈成像的研究難以系統(tǒng)地開(kāi)展.心臟動(dòng)態(tài)體模為64排螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像的低劑量研究提供了可行性,它很好的模擬了心臟的運(yùn)動(dòng),同時(shí)心率及心率波動(dòng)幅度可以人為地設(shè)定,在不同模式下對(duì)模型的反復(fù)掃描可比性較高,不存在輻射劑量過(guò)大的問(wèn)題.3.2ecg模式下掃描效果開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù)掃描僅在心動(dòng)周期需要的期相使用高管電流輸出,而其余期相使用低管電流輸出,從而達(dá)到減少射線劑量的目的.本研究中,心率穩(wěn)定時(shí),在最大管電流相位寬較窄的ECG模式(ECG90%R-R間期)下掃描射線劑量較常規(guī)模式最多可以節(jié)約36%(心率70bpm時(shí)),在增加了最大管電流相位寬的ECG模式下掃描射線劑量也有明顯降低;在穩(wěn)定心率前提下開(kāi)啟/關(guān)閉ECG管電流調(diào)制技術(shù)掃描橫斷位及冠脈圖像質(zhì)量差異不大,而心率加快對(duì)是否開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù)掃描的冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量均可造成明顯影響.當(dāng)心率存在上下波動(dòng)時(shí)開(kāi)啟ECG管電流調(diào)制技術(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在增加了橫斷位圖像的噪聲,使得一定區(qū)域內(nèi)CT值波動(dòng)幅度增加,并且心率波動(dòng)幅度越大圖像噪聲指數(shù)越高,分析原因可能是由于開(kāi)啟ECG技術(shù)時(shí)管電流不是穩(wěn)定輸出,心率波動(dòng)使得部分需要高管電流輸出的相位使用了低管電流掃描,而高管電流輸出時(shí)卻落在了不需要的相位區(qū)域,這使得橫斷位圖像出現(xiàn)條帶狀偽影,通過(guò)增加ECG管電流調(diào)控技術(shù)的最大管電流相位寬后,高管電流輸出的“覆蓋”相位寬度增加,圖像的噪聲可以得到一定程度的緩解;橫斷位圖像噪聲增加主要會(huì)影響冠狀動(dòng)脈分析軟件識(shí)別邊界的能力,增加后重建人工編輯圖像的工作量,在本研究中顯示開(kāi)啟ECG技術(shù)心率波動(dòng)幅度≤10bpm時(shí),橫斷位圖像噪聲增加雖然使得人工編輯圖像的工作量增加,但所有重建后冠脈圖像均能夠滿足診斷要求.3.3重建心肌梗死圖像的圖像重建本研究中使用的動(dòng)態(tài)心臟模具主要模擬心室的搏動(dòng),90%期相為其運(yùn)動(dòng)的相對(duì)靜止期(舒張末期),而真實(shí)的心臟運(yùn)動(dòng)要比模具復(fù)雜的多,除了心室的搏動(dòng),還有冠狀竇、冠狀動(dòng)脈本身也會(huì)搏動(dòng),同時(shí)國(guó)內(nèi)外報(bào)道的左右冠狀動(dòng)脈重建最佳期相也不同,國(guó)外Kopp等的研究中認(rèn)為,冠狀動(dòng)脈左前降支重建圖像質(zhì)量最佳的相位為60%~70%R-R間期,左回旋支為50%,右冠狀動(dòng)脈在40%,國(guó)內(nèi)陳文靜等的研究顯示冠狀動(dòng)脈重建圖像質(zhì)量最佳的心電相位集中在45%~75%,許尚文等的研究認(rèn)為75%相位可同時(shí)兼顧左冠狀動(dòng)脈及右冠狀動(dòng)脈,因此在臨床工作中ECG管電流調(diào)制技術(shù)需要合理配置,當(dāng)心率平穩(wěn)位于50~70次/min左右時(shí)ECG管電流調(diào)制技術(shù)最高管電流相位寬主要覆蓋75%的R-R間期,而心率較快或心率存在波動(dòng)時(shí)最高相位寬主要覆蓋40%~75%期相,以期在降低64層螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像檢查射線劑量的同時(shí)保證檢查成功率和圖像質(zhì)量.取各個(gè)掃描條件下的模型橫斷位圖像,于劑量分布最低的圖像層面上,在體模的中心選取固定大小的感興趣區(qū)(ROI),測(cè)量ROI內(nèi)像素CT值的標(biāo)準(zhǔn)差,將其定義為噪聲指數(shù),用來(lái)反映圖像的噪聲水平.所有掃描橫斷位數(shù)據(jù)均使用單扇區(qū)(sseg)、雙扇區(qū)(ssb2)來(lái)重建,對(duì)心率≥75次/min的橫斷位數(shù)據(jù)增加四扇區(qū)(