研究背景和目的冠心病是一种严重危害人类身体健康的常见的重大疾病之一,在国内、外,冠心病均已成为最常见的致死病因之一,为社会进步和经济发展带来沉重的负担和巨大的负面影响。多层螺旋CT冠状动脉CTA成像的检查过程方便快捷、风险较低、检查结果准确可靠。目前,已成为用于冠心病筛查诊断、疗效评估和预后监测的重要的影像学检查方法之一,在临床应用广泛。尽管冠状动脉CTA检查对冠心病的诊断和监测具有重要的临床价值,但由于CT成像的基础是X射线,据文献报道,使用传统的成像模式进行冠状动脉CTA检查,其所需的辐射剂量较高,实际有效剂量为5-30 mSv,因而冠状动脉CTA检查给患者所带来的潜在的辐射伤害不容小觑。虽然目前尚无直接证据表明CT检查时所使用的X射线照射与肿瘤的发生之间存在肯定的因果关系,但在理论上,即使微小剂量的辐射照射也可能会对身体健康造成一定的潜在风险。因此在临床操作中,冠状动脉CTA检查应严格遵守放射业界公认的“尽可能低合理使用辐射剂量”(ALARA)的辐射防护法则。冠状动脉CTA可以使用回顾性螺旋扫描、前瞻性大螺距螺旋扫描和前瞻性序列扫描三种方式进行图像数据的采集,不同扫描方式对辐射剂量有不同程度的重要影响。回顾性螺旋扫描是最为经典的扫描方式,但由于需要在多个心动周期内进行持续曝光,因此具有较高的辐射剂量。前瞻性大螺距螺旋扫描的成像方式为双源CT所独有,并且仅第二代和第三代双源CT可完成,第一代双源CT机未配备此成像模式。使用前瞻性大螺距螺旋扫描成像方式能够以小于1mSv的极低的辐射剂量、仅需一个心动周期就可完成整个心脏的成像扫描。但冠状动脉CTA前瞻性大螺距螺旋扫描成像方式的使用有一定的限制,它对于患者的心率要求较高(低且平稳),心率较高和心律不齐的患者被认为并不适用于此成像模式。前瞻性序列扫描也称为“步进式”扫描,它以间隔曝光的方式在多个心动周期内完成全心扫描。研究发现,与传统的回顾性螺旋扫描方式的冠状动脉CTA相比,前瞻性序列扫描成像方式能够在保持相同水准的图像质量和诊断准确性的同时,大幅降低冠状动脉CTA的辐射剂量,最高可达70%。前瞻性序列扫描对于心率的适应性较高,有研究表明,和回顾性螺旋扫描的成像方式相比,第二代2×128层双源CT前瞻性序列扫描冠状动脉CTA可适用于高心率、心律不齐甚至是房颤的患者,该模式能够根据扫描时患者的心率情况手动选择和自动调节曝光窗,在保持相同水准的图像质量和诊断效能的同时,还可以大幅降低超出50%的辐射剂量。本研究目的之一,旨在使用第一代2×64层双源CT,探讨前瞻性序列扫描冠状动脉CTA宽/窄曝光窗、单/多期数据采集模式对图像质量和辐射剂量的影响。本研究目的之二,旨在使用第二代2×128层双源CT分别以70 kV和80 kV管电压进行前瞻性序列扫描冠状动脉CTA成像,探讨70 kV超低管电压条件下前瞻性序列扫描冠状动脉CTA的可行性,及其对图像质量和辐射剂量的影响。方法研究一：对144例临床怀疑冠心病而行冠状动脉CTA检查的患者(心率≤70次/分钟,心律平稳、无明显心律不齐,心率变异度<10次/分钟)使用第一代64层双源CT扫描仪进行前瞻性适应性序列扫描冠状动脉CTA成像。所有患者随机纳入单期组(组A)或多期组(组B),分别使用70%-70% R-R间期的单期相窄曝光采集窗扫描模式或65%-75%R-R间期的多期相宽曝光采集窗扫描模式进行冠状动脉CTA成像。对于体重<90kg或者体重指数<30 kg/m2的患者,管电压使用100 kV,对于体重≥90 kg或者体重指数≥30 kg/m2的患者,管电压使用120 kV。对比剂选用碘海醇注射液,其用量根据体重(1 mL/kg)进行计算,对比剂注射完成后立即注入40 mL生理盐水和对比剂的混合液(混合比例为20%)。图像采集完成后使用滤波反投影算法以软组织卷积核(B26f)自动对图像进行重建。单期组在70% R-R间期进行重建,获得一套心脏图像数据。多期组重建多期相数据并人工选择最佳期相,其中包括一套70% R-R间期的数据作为模拟单期组(组C)。记录每个扫描间期的实际曝光采集时间,并计算扫描间期的采集时间变异度。图像由两名富有经验的放射科医师使用盲法独立进行图像质量的评价,以4分法按照美国心脏病协会的16分段法评价每一个冠状动脉节段的血管评分：1分,优秀；2分,良好；3分,一般,尚能诊断；4分,差,不能诊断。图像质量的客观观测值由另一名富有经验的放射科医师独立完成,分别在升主动脉根部、右冠状动脉近段、左冠状动脉主干、左前降支近段、左回旋支近段和心旁纵隔脂肪选取圆形的兴趣区域,测量并记录其CT值作为信号强度,同时记录升主动脉根部兴趣区域的标准差,将其作为图像的噪声。分别计算每一个观测部位的信噪比和对比噪声比。记录每例患者的容积CT剂量指数和剂量长度乘积,计算有效剂量和体型特异性剂量估算值。研究二：对100例临床怀疑冠心病而行冠状动脉CTA检查的一般体型的患者(体重指数<26 kg/m2)使用第二代128层双源CT扫描仪进行前瞻性适应性序列扫描冠状动脉CTA成像。所有患者随机纳入70 kV组(组A)或80 kV组(组B),分别使用70 kV的超低管电压条件和80 kV的低管电压条件进行冠状动脉CTA成像。对于心率<70次/分钟、心律平稳(心率变异度<10次/分钟)或仅有偶发早搏的患者,扫描曝光采集窗设置为70%-70% R-R间期；对于心率为≤70次/分钟且心律不齐(心率变异度≥10次/分钟,偶发早搏者除外)的患者和心率为71-80次/分钟的患者,扫描曝光采集窗设置为30%-80% R-R间期；对于心率>80次/分钟的患者,扫描曝光采集窗设置为30%-50% R-R间期。对比剂选用碘海醇注射液,其用量为45 mL,对比剂注射完成后立即注入45 mL生理盐水。图像采集完成后使用迭代重建算法(SAFIRE)以软组织卷积核(126f)自动选择最佳期相对图像进行重建,迭代重建级别设置为3。若自动最佳期相的图像存在模糊或错层伪影,则以5% R-R间期的间隔重建多期相数据,由单独一名高年资放射科医师在数据预处理阶段手工选择最佳期相。图像由两名富有经验的放射科医师使用盲法独立进行图像质量的评价,以4分法按照美国心脏病协会的16分段法评价每一个冠状动脉节段的血管评分：1分,优秀；2分,良好；3分,一般,尚能诊断；4分,差,不能诊断。图像质量的客观观测值由另一名富有经验的放射科医师独立完成,分别在升主动脉根部、右冠状动脉近段、左冠状动脉主干、左前降支近段、左回旋支近段和心旁纵隔脂肪选取圆形的兴趣区域,测量并记录其CT值作为信号强度,同时记录升主动脉根部兴趣区域的标准差,将其设置为图像的噪声。分别计算每一观测部位的信噪比和对比噪声比。记录每例患者的容积CT剂量指数和剂量长度乘积,计算有效剂量和体型特异性剂量估算值。统计学处理使用Shapiro-Wilk检验分析数据是否满足正态分布。以P<0.05为有统计学意义。研究一：组A和组B间患者的一般资料、扫描参数和辐射剂量参数中,对于连续变量数据的比较使用Student t检验或Mann-Whitney U检验,对于分类变量数据使用Pearson卡方检验或Fisher确切概率检验比较其差异。心率变异度与间期采集时间变异度间的相关性使用Pearson相关检验。两位图像质量评价者之间主观评分的一致性使用Kappa检验。组A和组B间的图像质量主观评分、组A和组C间的主观评分的差异使用Mann-Whitney U检验,组B和组C间主观评分的差异使用Wilcoxon符号秩和检验。组A和组B、组A与组C间的图像质量的客观观测值的差异使用Student t检验或Mann-Whitney U检验,组B和组C间图像质量的客观观测值的差异使用配对t检验或Wilcoxon符号秩和检验。组A和组B间、组A和组C间可诊断比率的差异使用Pearson卡方检验,组B与组C间可诊断比率的差异使用McNemar检验。研究二：组A和组B间患者的一般资料、扫描参数和辐射剂量参数中,对于连续变量数据的比较使用Student t检验或Mann-Whitney U检验,对于分类变量数据使用Pearson卡方检验或Fisher确切概率检验比较其差异。两位图像质量评价者间主观评分的一致性使用Kappa检验。两组间的图像质量主观评分的差异使用Mann-Whitney U检验,两组间可诊断比率的差异使用Pearson卡方检验。两组间图像质量的客观观测值的差异使用Student t检验或Mann-Whitney U检验。结果研究一：组A和组B间年龄、性别比例、体重指数、平均心率、心率变异度、倍他乐克服用例数、z轴扫描范围、管电压100 kV例数、间期采集时间变异度无统计学差异(P>0.05)。组A的最大间期采集时间和最小间期采集时间较组B分别少24.3%和28.4%,两者之间的差异有统计学意义(P<0.05)。组A和组B间的间期采集时间变异度与心率变异度间存在中等程度的相关性,相关系数分别为0.457和0.506(P<0.05)。在节段水平,三组图像质量的平均主观评分分别为1.54±0.75、1.52±0.70、1.56±0.73分。其中,组A和组B之间、组A和组C之间的图像质量主观评分无统计学差异(P>0.05)；组B的图像质量主观评分优于组C,两者间的差异有统计学意义(P<0.05)。两位评价者间主观评分的一致性好(Kappa=0.762)。组A、B、C各有966(98.17%)、953(98.65%)、948(98.14%)个节段满足诊断需要,在组A和组B间、组A和组C间、组B和组C间,可诊断节段比率的差异均无统计学意义(P>0.05)。在血管水平,组A、B、C图像质量的平均主观评分分别为1.91±0.87、1.88±0.82、1.91±0.85分。全部血管水平的主观评分,在组A和组B间、组A和组C间无统计学差异(P>0.05),但在组B和组C间有统计学差异(P<0.05)。组A、B、C各有95.49%(275/288)、96.53%(278/288)、95.49%(275/288)的血管满足诊断需要,三组间可诊断血管比率的差异均无统计学意义(P>0.05)。在个体水平,组A、B、C图像质量的平均主观评分分别为2.58±0.75、2.60±0.73、2.68±0.77分。在组A和组B间、组A和组C间,图像质量主观评价均无统计学差异(P>0.05)。在组B和组C间,图像质量主观评价有统计学差异(P<0.05),组B的图像质量优于组C。组A、B、C各有88.89%(64/72)、91.67%(66/72)、87.50%(63/72)的个体满足诊断需要,三组间可诊断血管比率的差异均无统计学意义(P>0.05)。在三组间图像质量客观测量的参数值中,除组B与组C间升主动脉根部的CT值稍有统计学差异外(P<0.05),其他参数均无统计学差异(P>0.05)。单期组的辐射剂量参数值均低于多期组,差异有统计学意义(P<0.05)。研究二：两组间年龄、性别比例、体重指数、平均心率、心率变异度、进床次数、扫描曝光窗构成比例无统计学差异(P>0.05)。在节段水平,组A、组B分别有620、627个段节纳入评价。两位评价者主观评分的一致性较好(Kappa =0.598)。组A和组B图像质量的平均主观评分分别为1.80±0.77、1.68±0.73分,组B的节段水平图像质量评分优于组A,两者间差异有统计学意义(P<0.05)。组A和组B各有97.3%(603/620)和97.6%(612/627)的节段满足诊断需要,可诊断节段比率的差异无统计学意义(P>0.05)。在血管水平,组A、B图像质量的平均主观评分分别为2.18±0.85、2.06±0.86分,两者间差异无统计学意义(P>0.05)。在单支血管水平,仅左前降支组B(2.34±0.77)的图像质量主观评分优于组A(2.62±0.70),差异有统计学意义(P<0.05)。在右冠状动脉、左冠状动脉主干和左回旋支,两组间图像质量主观评分均无统计学差异(P>0.05)。组A和组B各有93.5%(187/200)和92.5%(185/200)的血管满足诊断需要,可诊断血管比率的差异无统计学意义(P>0.05)。在个体水平,组A、B图像质量的平均主观评分分别为2.94±0.65、2.74±0.80分,两者间差异无统计学意义(P>0.05)。组A和组B各有82.0%(41/50)80.0%(40/50)的个体满足诊断需要,可诊断个体比率的差异无统计学意义(P>0.05)。在组A、B的图像质量客观测量参数值中,组A的信号强度和图像噪声均高于组B、信噪比和对比噪声比均低于组B,差异均有统计学意义(P<0.05)。组A的辐射剂量参数值均低于组B,差异有统计学意义(P<0.05)。结论对于心率较低且相对平稳的患者,在心脏舒张中期使用单期相窄曝光采集窗扫描模式进行前瞻性自适应性序列扫描冠状动脉CTA成像,可大幅降低患者的辐射剂量,同时并不会引起图像质量的下降。对于一般体型(体重指数<26 kg/m2)的患者,第二代128层双源CT以70kV超低管电压进行心电门控同步下前瞻性适应性序列扫描冠状动脉CTA成像是可行的,与80 kV管电压成像模式相比,该成像模式可有效大幅降低患者的辐射剂量,同时保持了类似的图像诊断效能。