ecg管电流调制技术在低剂量冠状动脉成像中的应用

ecg管电流调制技术在低剂量冠状动脉成像中的应用

随着图像技术的发展，多层螺旋式ct冠状动脉成像具有创新、无创性、快速有效性和相对价格低廉的特点，为冠状动脉粥样硬化患者提供了一种安全、可靠、易于推广的检查诊断方法，并得到了临床部门的确认。随着螺旋式ct冠状动脉成像的广泛应用，辐射剂量对检查者的潜在影响越来越受到重视。如何降低辐射剂量是未来冠状动脉ct成像的一个重要问题。然而，由于临床检查的局限性，低剂量冠状动脉ct图像的研究很难系统开展。本研究通过心脏动态体模对回顾性心电门控冠状动脉CT成像方式影响射线剂量的各种因素展开基础性探讨,力求在保证检查成功率和图像质量的前提下,为病人提供最低的检查辐射剂量.1材料和方法1.1球囊运动模式采用GE中国CT影像研究中心提供的实验用动态心脏模具(见图1),该模具中心为充填Iopamidol370mgI/mL对比剂与生理盐水混合液体的球囊结构(实测CT值约340Hu左右),球囊外缘挂置不同内径的模拟冠脉(内径3~5mm),在球囊外周为一封闭的充水腔.球囊体积可以随充填液体量的变化而改变,通过外部机械规律的充填、抽吸液体,使得球囊实现可控制的有节律的扩张和收缩,从而达到模拟心脏跳动的目的.它的运动模式模拟了人体左心室的搏动,具有3个运动时相:快速泵血期、快速充盈期级慢速充盈期(见图2),可以模拟不同的心率(30~180bpm)及在扫描过程中的心率波动.1.2扫描方法使用GELightspeedVCT机完成心脏扫描.1.2.1ecg管电流调制扫描(1)常规扫描:关闭ECG管电流调制技术,模具每分钟搏动数(bpm)分别在50、55、60、65、70、75、80、85bpm8种稳定心率条件下对动态心脏模具进行扫描,扫描参数为120kV、600mA、层厚0.625mm、视野(FOV)15cm×15cm、自动螺距.设定机架转速为0.35s.(2)ECG管电流调制扫描:同样在50、55、60、65、70、75、80、85bpm8种稳定心率条件下对动态心脏模具进行扫描,开启ECG管电流调制技术,最大管电流输出600mA,低管电流输出120mA,最大管电流调制期相为90%的R-R间期和宽相位79%~99%的R-R间期两种方式,其他条件同常规扫描.1.2.2心脏模具扫描(1)常规扫描:关闭ECG管电流调制技术,模具基础心率设置为60bpm,分别在心率上下波动范围±2.5、±5、±7.5、±10bpm4种不稳定心率条件下对动态心脏模具进行扫描,扫描参数为120kV、600mA、层厚0.625mm、视野(FOV)15cm×15cm、自动螺距,设定机架转速为0.35s;(2)ECG管电流调制扫描:同样基础心率为60bpm,分别在心率上下波动范围±2.5、±5、±7.5、±10bpm4种不稳定心率条件下对动态心脏模具进行扫描,开启ECG管电流调制技术,最大管电流输出600mA,低管电流输出120mA,最大管电流调制期相为90%的R-R间期和宽相位79%~99%的R-R间期两种方式,其他条件同前.1.3辐射剂量的评估检查时在每个扫描序列最后的剂量报告中查找对应的剂量长度乘积(DLP),乘以换算因子计算出该扫描序列的心脏扫描有效剂量(ED).1.4图像质量分析1.4.1图像噪声指数的测量1.4.2冠状动脉图像质量分析1.5不同心率下开启/关闭ecg管电流调制技术有效计量对比所有评分、测量数据均输入SPSS统计软件进行分析处理,分析对比不同心率下开启/关闭ECG管电流调制技术的有效计量变化,评估存在心率波动时开启/关闭ECG管电流调制技术对图像质量的影响,行配对t检验,P<0.05为差异有统计学意义.2结果2.1ecg管电流调制技术有效剂量与常规模式比较由于心率稳定无波动,故在常规模式、两种ECG管电流调制模式下,均能准确在指定相位使用高球管电流(600mA)扫描,因此相同心率时三种情况下扫描在指定重建相位(90%R-R间期)图像质量上不会有显著性差异;而在剂量方面(见表1),相比常规模式,ECG管电流调制技术最高管电流调制期相为90%R-R间期时最多可以节约近36%的有效剂量(心率70bpm时),调制期相为79%~99%R-R间期时最多可以节约近26%的有效剂量(心率70bpm时),三种扫描模式下的有效剂量均有明显差异(行两两配对t检验,常规模式与ECG90%R-R间期P=0.0000,常规模式与ECG79%~99%R-R间期P=0.0000,ECG90%R-R间期与ECG79%~99%R-R间期P=0.0004均小于0.05).心率增加使得冠状动脉成像检查图像质量明显下降,对是否开启ECG管电流调制技术均较明显(见图3).2.2噪声指数随心率波动幅度的变化当存在心率波动时,ECG管电流调制技术可能将一些本来需要高管电流输出的期相使用了低管电流输出,因此导致横断位图像出现条带状伪影,图像噪声指数增加,图4显示常规扫描与两种ECG管电流调制模式噪声指数随心率波动幅度的变化情况:常规模式扫描图像噪声指数在22~24之间(最小时22.7,最大23.5),波动幅度较小,而在ECG90%R-R间期扫描噪声指数随着心率波动幅度的增加明显升高(最高时32.3),而在增加了ECG调制期相宽度的模式下扫描,图像噪声可以得到一定程度的改善,但噪声仍较常规模式高;而在三种扫描模式下得到的不同心率波动冠脉图像质量均满足诊断要求(见表2).3讨论3.1多层螺旋ct冠状动脉成像的技术可行性由于CT仪器时间分辨率的显著提高以及药物等外因对患者心率的控制,目前64层螺旋CT冠状动脉成像检查成功率已经明显提高,但行该项检查的同时也给患者造成了大剂量辐射,Hunold等对多层螺旋CT(MSCT)、电子束CT(EBCT)及导管法冠状动脉造影术(CCA)射线计量的对照研究结果显示,冠状动脉检查中多层螺旋CT射线剂量是电子束CT的4~7倍,是冠状动脉造影的3~5倍,因此多层螺旋CT冠状动脉成像中的射线剂量管理是迫切需要解决的问题,而由于临床检查中不可能对病人进行重复扫描等实际问题使得低剂量冠状动脉成像的研究难以系统地开展.心脏动态体模为64排螺旋CT冠状动脉成像的低剂量研究提供了可行性,它很好的模拟了心脏的运动,同时心率及心率波动幅度可以人为地设定,在不同模式下对模型的反复扫描可比性较高,不存在辐射剂量过大的问题.3.2ecg模式下扫描效果开启ECG管电流调制技术扫描仅在心动周期需要的期相使用高管电流输出,而其余期相使用低管电流输出,从而达到减少射线剂量的目的.本研究中,心率稳定时,在最大管电流相位宽较窄的ECG模式(ECG90%R-R间期)下扫描射线剂量较常规模式最多可以节约36%(心率70bpm时),在增加了最大管电流相位宽的ECG模式下扫描射线剂量也有明显降低;在稳定心率前提下开启/关闭ECG管电流调制技术扫描横断位及冠脉图像质量差异不大,而心率加快对是否开启ECG管电流调制技术扫描的冠状动脉图像质量均可造成明显影响.当心率存在上下波动时开启ECG管电流调制技术对图像质量的影响主要表现在增加了横断位图像的噪声,使得一定区域内CT值波动幅度增加,并且心率波动幅度越大图像噪声指数越高,分析原因可能是由于开启ECG技术时管电流不是稳定输出,心率波动使得部分需要高管电流输出的相位使用了低管电流扫描,而高管电流输出时却落在了不需要的相位区域,这使得横断位图像出现条带状伪影,通过增加ECG管电流调控技术的最大管电流相位宽后,高管电流输出的“覆盖”相位宽度增加,图像的噪声可以得到一定程度的缓解;横断位图像噪声增加主要会影响冠状动脉分析软件识别边界的能力,增加后重建人工编辑图像的工作量,在本研究中显示开启ECG技术心率波动幅度≤10bpm时,横断位图像噪声增加虽然使得人工编辑图像的工作量增加,但所有重建后冠脉图像均能够满足诊断要求.3.3重建心肌梗死图像的图像重建本研究中使用的动态心脏模具主要模拟心室的搏动,90%期相为其运动的相对静止期(舒张末期),而真实的心脏运动要比模具复杂的多,除了心室的搏动,还有冠状窦、冠状动脉本身也会搏动,同时国内外报道的左右冠状动脉重建最佳期相也不同,国外Kopp等的研究中认为,冠状动脉左前降支重建图像质量最佳的相位为60%~70%R-R间期,左回旋支为50%,右冠状动脉在40%,国内陈文静等的研究显示冠状动脉重建图像质量最佳的心电相位集中在45%~75%,许尚文等的研究认为75%相位可同时兼顾左冠状动脉及右冠状动脉,因此在临床工作中ECG管电流调制技术需要合理配置,当心率平稳位于50~70次/min左右时ECG管电流调制技术最高管电流相位宽主要覆盖75%的R-R间期,而心率较快或心率存在波动时最高相位宽主要覆盖40%~75%期相,以期在降低64层螺旋CT冠状动脉成像检查射线剂量的同时保证检查成功率和图像质量.取各个扫描条件下的模型横断位图像,于剂量分布最低的图像层面上,在体模的中心选取固定大小的感兴趣区(ROI),测量ROI内像素CT值的标准差,将其定义为噪声指数,用来反映图像的噪声水平.所有扫描横断位数据均使用单扇区(sseg)、双扇区(ssb2)来重建,对心率≥75次/min的横断位数据增加四扇区(