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先天性心脏病(congenital heart disease，CHD)是胎儿时期心脏血管发育异常所致的心血管畸形，是小儿最常见的心脏病。其发病率约占出生婴儿的0.8%[1]。目前CHD的诊断主要依靠超声心动图(ultrasound cardiogram，UCG), UCG具有无创、便捷、心内结构显示良好等优势，但其对心外大血管畸形诊断的正确率仅为75%，对于需要接受外科手术的患儿，术前明确诊断对于手术具有重要意义。因此心脏增强CT检查至关重要[2]。心脏增强CT通过注射含碘造影剂，当造影剂进入心脏时开始扫描，使心脏大血管与周围组织产生人工对比，从而可以多方位清晰显示心脏大血管结构。但是由于造影剂含有碘，碘对肾脏会造成损伤[3]，尤其是月龄较小的CHD患儿，病情较危重，心肺功能差，肾脏排泄功能还未发育完善，因此在满足诊断前提下，尽可能减少造影剂的用量，降低含碘造影剂的不良反应尤为重要。与常规应用的120 kV管电压扫描相比，采用较低管电压扫描的一大优势是碘造影剂的CT衰减值得到较大提高，原因是低千伏(如70~80 kV)产生的光子更接近碘原子的K空间的跃迁能级(33.2 keV)[4]。采用较低的管电压可降低碘造影剂的使用量30%~40%，不仅对减轻患儿肾脏负担、降低造影剂肾病的发生率有很大帮助，而且有效减低了检查中的射线剂量，对婴幼儿尤为重要。本研究通过对CHD患儿注射不同剂量造影剂，对图像质量及诊断正确率进行研究分析，探讨婴幼儿心脏CT增强所需造影剂的最小剂量。
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选取2018年1月至2019年1月我院收治的经外科手术证实的新生儿危重型复杂性CHD患儿96例为研究对象，其中男43例，女53例，日龄2~60 d，体质量1.2~15 kg。其中法洛四联症22例，肺动脉吊带5例，肺动脉闭锁3例，完全型大血管转位13例，双主动脉弓6例，主动脉缩窄15例，主动脉弓离断4例，肺静脉异常连接16例，完全型心内膜垫缺损8例，冠状动脉起源异常4例，患儿可同时合并室间隔缺损、房间隔缺损、动脉导管未闭、永存左上腔等常见畸形。所有患儿行256层CT检查前均行UCG检查，并经手术证实。患儿检查前均由监护人签署知情同意书。采用随机数字表法将患儿分为A、B、C组，各32例。3组患儿年龄、性别、体质量差异均具有可比性。
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采用Philips Brilliance CT 256，在前瞻性心电门控模式下进行检查, 所有患儿扫描前充分镇静，采用5%水合氯醛保留灌肠。扫描参数：A、B、C组管电压70 kV，E、F组管电压分别为80、100 kV, 管电流40~59 mA，螺距1.0 mm，层厚5~10 mm，层距5~10 mm，探测器宽度128×0.625 mm，球管旋转速度0.27 r/s，重建间隔0.625 mm。为将辐射剂量降至最低，定位相及监控扫描参数均为机器允许范围内的最低值。采集45%时相的原始数据，利用宽容度重建40%和50%时相。心率≥180次/分时，使用模拟心电门控，将扫描心率设置在真实心率的50%水平；心率 < 180次/分时，使用真实心电门控。扫描范围从胸廓入口处至心脏膈面下2 cm。延迟时间：使用自动跟踪手动触发技术，将ROI放置在扫描野之外的空气中，注射对比剂后4 s开始跟踪监测，当心脏一侧较浓显影而另一侧浅显影时，手动触发扫描，触发后延迟7 s开始扫描。下腹部覆盖铅衣遮挡。
为选取合适的管电压进行扫描，另选100例2月龄以内行心脏大血管增强先天性心脏病患儿，随机分为E、F组，各50例，管电压分别选取80 kV和100 kV，其他扫描条件不变。
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采用双筒高压注射器(Medrad，Stellant)，经手背或肘静脉注射对比剂碘海醇(含碘320 mg/mL)。A、B、C、E、F组用量分别为1.0、1.5、2.0、1.5、1.5 mL/kg体质量，注射时间控制在18 s，注射对比剂后立即追加5 mL 0.9%氯化钠溶液冲管。扫描方向为从脚到头方向。
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CT扫描完成后自动生成剂量长度乘积(dose length product，DLP)和容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)，并根据有效剂量(effective dose，ED)=DLP×K，得出ED值，K为换算因子，新生儿K值为0.039 mSv·mGy-1·cm-1。
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将所得断层图像传至EBW工作站，分别测量心脏各部位CT值及标准差，ROI约10 mm2。计算各部位的信噪比(SNR)，SNR＝平均CT值/标准差。同时计算室间隔强化值(ΔHU)，ΔHU＝室间隔增强CT值-后背部肌肉平扫相CT值。由2名副高职称心脏影像诊断医师利用双盲法对心脏腔室及大血管的显示进行评分，评分标准：各腔窒结构清晰显示，无上腔静脉和/或右心系统高对比剂放射状伪影，为3分；各腔窒结构可显示，有上腔静脉和/或右心系统高对比剂放射状伪影，但不影响观察各腔室结构为2分；各腔室结构不能清晰冠示或有严重上腔静脉和/或右心系统高对比剂放射状伪影，影响对各腔室结构的观察者为1分。
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采用方差分析、q检验和χ2检验。
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96例患儿共223处畸形，其中心内畸形124处，检出率为89.0%；心外畸形99例，检出率为99.0%。A、B、C组心内外畸形诊断正确率分别为94.9%(74/78)、95.3%(81/85)和96.7%(58/60)，3组差异无统计学意义(χ2＝0.27，P>0.05)。
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3组各部位的噪声、SNR和主观评分差异均无统计学意义(P>0.05)。A、B、C组心脏左心室、右心室CT值及室间隔ΔHU逐渐升高(P < 0.05)(见表 1)。
分组 n CT值/HU 噪声/HU SNR ΔHU/HU 主观评分/分 右心室 左心室 A组 32 358.1±49.9 356.5±44.6 15.0±2.3 2.2±0.6 80.2±10.4 2.7±0.4 B组 32 411.9±41.6* 414.5±38.0* 14.3±1.6 2.1±0.4 111.5±8.1* 2.8±0.3 C组 32 448.6±34.1*# 453.4±35.9*# 15.1±2.1 2.0±0.5 132.2±12.2*# 2.9±0.3 F — 36.95 48.34 1.49 1.25 19.28 2.82 P — < 0.01 < 0.01 >0.05 >0.05 < 0.01 >0.05 MS组内 — 1 794.460 1 573.990 4.087 0.257 2 747.643 0.113 q检验：与A组比较*P < 0.05；与B组比较#P < 0.05 表 1 3组图像质量客观评分与主观评分比较(x±s)
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在变量为管电压而其他扫描参数不变的前提下，随着管电压的增加，辐射剂量逐渐增高(P < 0.05)(见表 2)。
分组 n CTDIvol/mGy DLP/(mGy·c) ED/(mSv·mGy-1·cm-1) 实验组 96 0.8±0.2 6.5±1.2 0.2±0.1 E组 50 1.3±0.4* 9.1±2.3* 0.4±0.1* F组 50 2.1±0.8*# 12.2±2.4*# 0.5±0.1*# F — 37.36 41.32 39.28 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 1 654.450 1 764.342 1 669.331 q检验：与实验组比较*P < 0.05；与E组比较#P < 0.05 表 2 不同管电压下辐射剂量比较(x±s)
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通过线性回归分析得出室间隔ΔHU与造影剂用量的线性相关回归公式为：ΔHU＝89.71+2.3×造影剂用量(r＝0.18，P < 0.01)。表明随着造影剂用量的增加, 室间隔ΔHU相应增加，两者呈线性关系，当ΔHU在满足诊断要求时，可以求出相应造影剂的用量，当室间隔ΔHU为100 HU，造影剂用量0.75 mL/kg。
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70 kV管电压、不同造影剂剂量下婴幼儿心脏增强CT扫描图像见图 1。
图 1 婴幼儿心脏增强CT扫描图像
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多层螺旋CT应用于复杂CHD的术前诊断的地位不可取代，但由于婴幼儿对放射线更加敏感，其潜在的致癌性远远高于成人，这在一定程度上限制了CT在儿童疾病诊断中的应用，因此在不影响诊断的前提下，如何进一步降低患儿所接受的辐射剂量以及增强扫描中含碘对比剂用量的减少成为婴幼儿CT检查研究的热点。
最初单排探测器CT扫描时间长，辐射剂量大，无法避免因呼吸运动造成的伪影，发展到64排探测器螺旋CT时间分辨率可达到165 ms，扫描速度快，但是辐射剂量依旧较高。我院引进的256排CT，球管旋转速度为0.27 s/r，128×0.625 mm的覆盖宽度，完成小儿整个胸部描时间为4 s，并配有婴幼儿专用扫描软件包，选用快速心脏扫描序列，有效降低了辐射剂量。选用前瞻性心电门控，采用自动跟踪，手动触发增强方式扫描，触发时相选择R-R间期45%，一个完整心脏的检查由2~3个心动周期完成，避免因小儿心跳速度过快造成的图像伪影[5]。
有报道[6]采用80 kV管电压结合迭代重建进行胰腺、肾脏增强扫描，可得到满足诊断要求的图像。笔者多年临床实践总结发现，对体质量较大的病人使用低管电压进行扫描时，射线的衰减严重，可能存在噪声较多、影响图像质量的情况，达不到诊断的要求[7]。本研究中的对象为2月龄以内小婴儿，体质量及胸廓前后径较小，故采用管电压70 kV进行研究，所得到的图像与80 kV及100 kV条件下获得的图像质量无明显差异，均能满足诊断需求。心血管影像学指南[8]分析，CT常规扫描采用管电压120 kV心脏增强扫描时，达到室间隔成像效果满意需要增强后室间隔的CT衰减值超过200 HU，此时对比剂的常规用量一般为2 mL/kg, 采用低电压扫描的一大优势是碘造影剂的CT衰减值得到较大提高，低电压产生的光子更接近碘原子的K空间的跃迁能级(33.2 keV), 利用这一原理，本研究采用70 kV扫描，经验性总结小儿心脏增强后室间隔CT衰减值超过100 Hu即可达到室间隔成像满意，此时对比剂用量降低了30%~40%。儿童心脏CT检查中对比剂不良反应已受到广泛重视, 对比剂肾病(contrast media induced nephropathy，CIN)是对比剂使用的主要风险之一, 是医院获得性肾衰竭的主要原因之一。CIN发生与对比剂的剂量和浓度有直接的相关性[9], 如何合理应用对比剂, 尤其是患有危重型CHD随时可能发生心力衰竭的婴幼儿，降低CIN的发生，在儿童增强CT检查中亦非常重要。
3组图像的心脏各部位CT值及室间隔ΔHU依次增高，差异具有统计学意义，表明随着造影剂用量的减少，心腔及室间隔的强化程度有不同程度的减低，而3组图像成像的评分变化无统计学意义，表明在一定的范围内减少对比剂的用量，对图像质量的影响可以忽略。本研究中，患儿所接受的辐射剂量明显低于日常工作中常规电压扫描时患儿所接受的辐射剂量，低电压扫描将心脏增强CT检查的辐射剂量进一步降低，在婴幼儿CT检查中尤为重要。
心脏CT增强成像的不足之处就是对心内结构显示的欠缺，目前认为室间隔的成像质量直接关系到心脏CT成像对心内结构的观察，因此研究中将室间隔清晰显示作为成像标准[10]。本研究采用相关研究[11]所推荐的室间隔ΔHU为100 HU，根据直线相关回归分析，心脏强化扫描的最小造影剂用量为0.75 mL/kg，经换算即最小碘量为240 mg/kg，这样便于在使用不同浓度造影剂时进行计算。
本研究的不足之处：样本量偏小；没有进行其他型号机器的扫描与重建方法的对比研究；不同管电压下没有再细分不同对比剂剂量组，无法得到不同管电压下对比剂最小剂量预测。
综上所述, 低管电压条件下进行婴幼儿心脏增强CT检查能够在图像满足临床诊断的前提下明显降低对比剂用量。
婴幼儿危重型先天性心脏病256层CT低管电压心脏增强扫描中造影剂最小剂量分析
Analysis of the minimum dose of contrast media in 256-slice cardiac enhanced iCT scan with low tube voltage in infants with critical congenital heart disease
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摘要:
目的分析70 kV管电压条件下婴幼儿心脏增强CT扫描中造影剂最小用量。 方法选取行心脏CT增强扫描的96例危重型先天性心脏病患儿，随机分为A、B、C组，各32例。造影剂选择非离子型碘造影剂（含碘320 mg/mL），A、B、C组患儿造影剂用量分别为1.0、1.5、2.0 mL/kg。另选100例2月龄以内行心脏大血管增强先天性心脏病患儿，随机分为E、F组，各50例，管电压分别为80 kV和100 kV，其他扫描条件不变。观察A、B、C组噪声、信噪比、主观评分、诊断的准确率及左、右心室的CT值、室间隔强化值（ΔHU），比较实验组、E组、F组的辐射剂量，分析室间隔ΔHU与造影剂用量的线性关系。 结果A、B、C组的主观评分、噪声、信噪比及诊断的准确率差异均无统计学意义（P>0.05）；A、B、C组心脏左心室、右心室CT值及室间隔ΔHU逐渐升高，差异有统计学意义（P < 0.05）。E、F组与实验组相比，随着管电压的增加，辐射剂量逐渐增高（P < 0.05）。室间隔ΔHU与造影剂用量的线性回归公式为：ΔHU=89.71+2.3×造影剂剂量，在满足室间隔ΔHU ≥ 100 HU条件下，造影剂最小剂量0.75 mL/kg。 结论70 kV条件下婴幼儿心脏CT增强扫描所需造影剂最小剂量为0.75 mL/kg。 Abstract:ObjectiveTo analyze the minimum dose of contrast media in cardiac enhanced CT scan at 70 kV tube voltage. MethodsA total of 96 infants with critical congenital heart disease received cardiac enhanced CT scan were selected and randomly divided into group A, group B and group C (32 cases in each group).Non-ionic iodine contrast media (iodine concentration 320 mg/mL) was used, and the dose of contrast media in group A, B and C was 1.0, 1.5 and 2.0 mL/kg, respectively.Another 100 children less than 2-month old with endocardial macrovascular enhancement were randomly divided into group E and group F (50 cases in each group), with 80 kV and 100 kV tube voltage, respectively, at the same other scanning conditions.The noise, signal-to-noise ratio, subjective score, diagnostic accuracy, CT value of left and right ventricle and enhancement value (ΔHU) of ventricular septal were observed in group A, B and C; the radiation dose in experimental group, group E and F was compared; and the linear relationship between ΔHU of ventricular septum and contrast media dose was analyzed. ResultsThere were no significant differences in subjective score, noise, signal-to-noise ratio and diagnostic accuracy among group A, B and C(P>0.05).The CT value of left ventricle and right ventricle and ΔHU of ventricular septum in group A, B and C increased gradually, the difference of which was statistically significant(P < 0.05).Compared with the experimental group, the radiation dose in group E and F increased gradually with the increase of tube voltage(P < 0.05).The linear regression formula between the ΔHU of ventricular septum and the dose of contrast media was: ΔHU=89.71+2.3×dose of contrast media, at the condition of ΔHU of ventricular septum ≥ 100 HU, the minimum dose of contrast media was 0.75 mL/kg. ConclusionsThe minimum dose of contrast media for cardiac enhanced CT scan at 70 kV in infants was 0.75 mL/kg. -
Key words:
- congenital heart disease /
- X-ray tomography /
- contrast media /
- infant
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表 1 3组图像质量客观评分与主观评分比较(x±s)
分组 n CT值/HU 噪声/HU SNR ΔHU/HU 主观评分/分 右心室 左心室 A组 32 358.1±49.9 356.5±44.6 15.0±2.3 2.2±0.6 80.2±10.4 2.7±0.4 B组 32 411.9±41.6* 414.5±38.0* 14.3±1.6 2.1±0.4 111.5±8.1* 2.8±0.3 C组 32 448.6±34.1*# 453.4±35.9*# 15.1±2.1 2.0±0.5 132.2±12.2*# 2.9±0.3 F — 36.95 48.34 1.49 1.25 19.28 2.82 P — < 0.01 < 0.01 >0.05 >0.05 < 0.01 >0.05 MS组内 — 1 794.460 1 573.990 4.087 0.257 2 747.643 0.113 q检验：与A组比较*P < 0.05；与B组比较#P < 0.05 
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表 2 不同管电压下辐射剂量比较(x±s)
分组 n CTDIvol/mGy DLP/(mGy·c) ED/(mSv·mGy-1·cm-1) 实验组 96 0.8±0.2 6.5±1.2 0.2±0.1 E组 50 1.3±0.4* 9.1±2.3* 0.4±0.1* F组 50 2.1±0.8*# 12.2±2.4*# 0.5±0.1*# F — 37.36 41.32 39.28 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 MS组内 — 1 654.450 1 764.342 1 669.331 q检验：与实验组比较*P < 0.05；与E组比较#P < 0.05
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