128層螺旋CT冠狀動脈血管成像最佳重建時相與心率關(guān)系的研究

李彬，湯素瓊，楊建林，劉敬輝，劉家明，王漢生

1.孝感市中心醫(yī)院　CT室，湖北　孝感　432000　；2.孝感市中醫(yī)院　CT室，湖北　孝感　432000　3.清華大學(xué)　醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院　，北京　100084

128層螺旋CT冠狀動脈血管成像最佳重建時相與心率關(guān)系的研究

李彬1，湯素瓊1，楊建林1，劉敬輝2，劉家明3，王漢生3

1.孝感市中心醫(yī)院CT室，湖北孝感432000；2.孝感市中醫(yī)院CT室，湖北孝感4320003.清華大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京100084

[摘要]目的評價患者不同心率、心率波動及不同重建時相的選擇，對GE寶石能譜（Discovery CT750 HD）128層螺旋CT冠狀動脈血管成像（CTA）圖像質(zhì)量的影響。方法收集我院150例臨床疑診冠心病或冠狀動脈粥樣硬化的患者，于2012年5月～2013年6月在我院行冠狀動脈血管CTA成像檢查的影像資料并進(jìn)行影像后處理，對心動周期的R-R相位30%～95%期間，每間隔5%進(jìn)行重建。分別進(jìn)行多平面重組、容積再現(xiàn)、曲面重組、最大密度投影等處理；按掃描時平均心率及心率波動幅度分組，獲得最佳重建時相進(jìn)而評價不同心率及心率波動幅度中的圖像質(zhì)量。結(jié)果心率＜70次/min，冠狀動脈最佳重建時相為70%～75% R-R間期；心率在75～80次/min，冠狀動脈最佳重建時相為75%～85% R-R間期；心率＞85次/min，冠狀動脈最佳重建時相為80%～95% R-R間期。圖像質(zhì)量隨心率的增加及心率波動幅度的變大而降低，即心率及心率波動幅度與圖像質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)（P＜0.001）。結(jié)論合理控制心率、減小心率波動以及選擇最佳重建時相可提高圖像質(zhì)量，明顯減輕心臟運動偽影，顯示較細(xì)節(jié)段的冠狀動脈，對準(zhǔn)確診斷冠狀動脈病變，具有較高的臨床應(yīng)用價值。

[關(guān)鍵詞]螺旋CT； 冠狀動脈造影；心率；R-R相位

0　前言

多層螺旋CT冠狀動脈血管造影（CTA）檢查，是近年來開展起來檢測冠狀動脈病變的新技術(shù)[1]， 隨著CT技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是128層螺旋CT的問世，使球管轉(zhuǎn)速加快、熱容量加大，探測器寬度增加，掃描速度得到很大提高，再加上強大的影像工作站后處能力，使128層螺旋CT在冠狀動脈血管成像方面的應(yīng)用更趨成熟。128層螺旋CT冠狀動脈血管成像圖像連續(xù)性好，密度分辨率高，能充分顯示血管壁的解剖結(jié)構(gòu)和病理表現(xiàn)及相鄰血管與組織結(jié)構(gòu)的情況[2]。本研究旨在探討GE寶石能譜（Discovery CT750 HD）128層螺旋CT在冠狀動脈血管造影成像中，針對患者不同心率波動合理選擇最佳重建時相，最大限度地提高檢查成功率及影像圖像質(zhì)量。

1　資料

本文收集我院150例臨床疑診冠心病或冠狀動脈粥樣硬化的患者，其中可疑冠心病110例、臨床確診冠心病患者40例，于2012年5月～2013年6月在我院行冠狀動脈血管CTA成像檢查的影像資料。其中男64例、女 86例、年齡在42～76歲，平均年齡60.7歲。

冠狀動脈血管CTA檢查前按常規(guī)訓(xùn)練患者呼吸及閉氣，并向患者說明造影對比劑注射時的全身反應(yīng)，所有患者于檢查前口服β受體阻滯劑倍他樂克25～50 mg以減慢心率，待心率進(jìn)入平穩(wěn)期15～30 min后進(jìn)行冠狀動脈血管CTA掃描檢查。

排除標(biāo)準(zhǔn)：對含碘造影劑過敏，嚴(yán)重心律不齊，嚴(yán)重肝腎功能不全和失代償性心功能不全者。

2　方法

2.1掃描采集技術(shù)

80例患者準(zhǔn)備行冠狀動脈血管CTA掃描檢查前告知患者，按照CT機器附帶的自動語音提示呼吸指令進(jìn)行呼吸、閉氣適應(yīng)性練習(xí)；闡明在檢查過程中可能發(fā)生注射造影劑導(dǎo)致的不良反應(yīng)。

2.2掃描采集程序選擇

（1）定位像掃描。使用我院最新引進(jìn)的寶石能譜（Discovery CT750 HD）128層螺旋CT掃描儀（GE美國通用電氣公司生產(chǎn)）。患者行仰臥位腳先進(jìn)，掃描過程中深呼吸屏氣，分別在0°和90°采集胸部掃描定位像。

（2）靜脈團注造影劑掃描數(shù)據(jù)采集。首先進(jìn)行對比劑峰值時間選擇測定，選擇主動脈根部左冠狀動脈起始部進(jìn)行同層連續(xù)動態(tài)掃描，連續(xù)采集20層，采集間隔為2 s，使用高壓注射器（德國Ulrich公司生產(chǎn)），經(jīng)肘靜脈以4.0～5.0mL/s的速率，注射非離子型對比劑碘含量為370的碘海醇造影劑20 mL。注射造影劑后延遲10 s,開始在所選層面進(jìn)行同層動態(tài)掃描，獲得主動脈根部的時間密度曲線，找到主動脈根部左冠狀動脈起始部造影劑峰值時間，再根據(jù)此時間密度曲線計算出冠狀動脈CT掃描的最佳的采集延遲時間。

（3）全心臟螺旋掃描采集范圍。掃描范圍為主支氣管氣管分叉處隆突下1cm處至膈肌下2cm心尖處；造影劑注射總量為100 mL以上，且保證造影劑的注射速率與小劑量團注試驗的推注流速一致，并隨后跟注射30 mL生理鹽水以消除造影劑殘留導(dǎo)致的偽影。掃描采集參數(shù)選擇心臟采集模式，同時加回顧性心電門控，并啟動心率覆蓋技術(shù)，進(jìn)行全心高清采集，準(zhǔn)直器寬度為0.625 mm，進(jìn)床速度為0.984，重建間隔為0.625 mm，機架旋轉(zhuǎn)速度0.35 s,矩陣512×512，管電壓為140 kV，管電流為600～700 mA。掃描采集過程中患者隨機器附帶的自動語音提示閉氣，整個掃描數(shù)據(jù)采集時間控制在10 s以內(nèi)。

2.3圖像數(shù)據(jù)后處理

掃描數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，將采集到的原始數(shù)據(jù)利用回顧性心電門控技術(shù)進(jìn)行多相位后重建處理，從患者的心臟周期時相獲30%～95%、間隔為5%重建不同的相位窗圖像[3]。重建的數(shù)據(jù)傳送入GE ADW4.5后處理工作站進(jìn)行圖像重建分析。圖像后處理方法包括：圖像容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及曲面重建（curved planar reconstruction，CPR）的相位重建。

2.4圖像最佳相位窗的評價優(yōu)選方法

從原始數(shù)據(jù)相位30%～95%、并以5%的間隔，進(jìn)行不同的最佳重建階段的冠狀動脈重建；利用VR、MPR、MIP及CPR等影像后處理技術(shù)，對冠狀動脈的CTA影像進(jìn)行評價分析，評價不同相位窗重建影像顯示冠狀動脈的能力[4]。將冠狀動脈分為左主干冠狀動脈（LMD）、左前降支（LAD）、左回旋支（LCA）、右冠狀動脈（RCA）和后降支（PDA）[5]5個節(jié)段，通過對冠狀動脈邊緣輪郭及其細(xì)分支走形顯示情況進(jìn)行綜合評估比較觀察，分別優(yōu)選出患者在不同心率情況下顯示的各冠狀動脈及細(xì)小分支節(jié)段最佳的相位窗[6]。

2.5后處理圖像質(zhì)量的評價

由6位醫(yī)師獨立完成冠狀動脈圖像質(zhì)量評價，如出現(xiàn)意見分歧，需取得意見一致為準(zhǔn)。將冠狀動脈的圖像質(zhì)量分為4個圖像等級：冠狀動脈圖像清晰、顯影連續(xù)，無階梯型錯層狀心臟搏動偽影，評3分；冠狀動脈圖像清晰，但血管走形連續(xù)性欠佳，可出現(xiàn)部分截斷性錯層偽影，但不影響臨床診斷分析，評2分；冠狀動脈走形出現(xiàn)多個截斷性錯層偽影，血管連續(xù)性欠佳欠清晰，但不影響臨床診斷，評1分；冠狀動脈成像質(zhì)量較差，運動截斷性錯層偽影分布較多，血管輪郭清晰度較差，不能進(jìn)行診斷分析，評0分。通過分析各對照組的影像圖像質(zhì)量變化，探討冠狀動脈CTA檢查清晰顯示冠狀動脈的最佳心率水平，以及選擇最佳重建時相位對圖像質(zhì)量的影響[7]。

2.6統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS11.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。各組計量結(jié)果數(shù)據(jù)均采用±s進(jìn)行統(tǒng)計，組間均數(shù)用t檢驗和方差分析。

3　結(jié)果

心率＜70次/min，冠狀動脈最佳重建時相為70%～75% R-R間期；心率在75～80次/min，冠狀動脈最佳重建時相為75%～85% R-R間期、心率＞85次/min，冠狀動脈最佳重建時相為80%～90% R-R間期，見表1。掃描采集過程中，圖像質(zhì)量會隨心率的增加及心率波動幅度的變大而降低，心率及心率波動幅度與圖像質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)；心率＜80次/min冠狀動脈成像質(zhì)量組與＞80次/min冠狀動脈成像質(zhì)量組比P＜ 0.001。各冠狀動脈分支的最佳成像時相圖，見圖1。

表1　各冠狀動脈分支的最佳成像時相

圖1　不同心率的冠狀動脈重建時相圖像

4　討論

4.1患者心率與圖像重建的相位關(guān)系

對GE 128層寶石能譜（Discovery CT750 HD）螺旋CT，通過采用回顧性心電門控技術(shù)，進(jìn)行冠狀動脈血管造影成像處理所獲得的數(shù)據(jù)的是連續(xù)的，可以是任何心臟周期的任何時相位重建圖像。所以操作者選擇合適的時相位重建，是得到高品質(zhì)圖像的保證[8]。有相關(guān)學(xué)者[9]研究表明，冠狀動脈的各個分支都有不同的運動模式，特別是右冠狀動脈，由于冠狀動脈走形在房室溝內(nèi)，比較容易受到心房收縮的影響，各冠狀動脈分支處于相對靜止期的時相位會完全不相同。因此，在做圖像后處理時，合理的選擇心臟動度最小的時相位進(jìn)行影像后處理重建尤為重要[10]。本研究顯示，心率＜70次/min，冠狀動脈最佳重建時相為70%～75% R-R間期；心率在75～80次/min冠狀動脈最佳重建時相為75%～85% R-R間期；心率＞85次/min冠狀動脈最佳重建時相為80%～90% R-R間期。心軸方向、血管走行方向的不同、心臟的大小等原因，對不同的患者在不同的心率及各冠狀動脈分支間圖像最佳重建時相均不相同。使用一個固定的重建階段時相位，不能同時顯示滿足各個分支的冠狀動脈，因此，分別選定為各個冠狀動脈分支的相對靜止期進(jìn)行圖像重建是能夠獲得最佳的圖像質(zhì)量[11]。所以，我們在實際工作中，患者心率＜70次/min，基本上就不需重建階段時相位；患者的心率＞75次/min，一般為30%～95%的重建階段時相位、每間隔5%時相位重建一個新序列，就可以獲得高質(zhì)量的圖像，雖然多時相位重建的缺點是費力、費時，但為了提高診斷圖像質(zhì)量是值得的。

4.2患者心率對冠狀動脈血管CTA圖像質(zhì)量的影響

GE 128層寶石能譜（Discovery CT750 HD）螺旋CT具有很高的時間分辨率和密度分辨率，可以實現(xiàn)在1個單一的屏氣周期內(nèi)完成全心臟的高清掃描采集。但是，受檢者在掃描采集過程中心律失常、心率變化過大會讓數(shù)據(jù)采集不能完整的在舒張期內(nèi)完成，會嚴(yán)重影響冠狀動脈的血管成像質(zhì)量，直接導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)圖像不能在同1個心動周期的同一時相位重建，且重建后的冠狀動脈血管影像容易發(fā)生血管輪郭模糊、階梯型錯層中斷偽影[12]。這項研究表明，掃描采集＜心率70次/ min組的患者影像質(zhì)量，明顯優(yōu)于＞75次/ min組和85次/ min組的患者影像質(zhì)量。冠狀動脈血管成像的運動偽影與心率波動的頻率有著直接的關(guān)系,所產(chǎn)生運動階梯型錯層中斷偽影的原因，是患者心率過快、心動周期時間短，心臟舒張期相對會縮短，CT機在相對較短的舒張期采集數(shù)據(jù)信息，由于受到設(shè)備有限的時間分辨率限制，數(shù)據(jù)信息采集過程中，心臟運動幅度處于相對較大的狀態(tài)下，出現(xiàn)階梯型錯層中斷偽影的幾率會更明顯[13]。當(dāng)患者心率相對緩慢時，心動周期長，心臟的舒張期相對也會延長，這時候CT機在采集數(shù)據(jù)信息，心臟的運動范圍的狀態(tài)相對較弱，出現(xiàn)的運動偽影要少得多[14]。右冠狀動脈受運動偽影的影響較大，可能是右冠狀動脈更接近右心房，當(dāng)設(shè)備在心臟舒張晚期采集數(shù)據(jù)信息時，心房正處于收縮期，會造成大范圍的運動，對其影響明顯。因此，適當(dāng)控制患者的心率會更有利于減少或消除冠狀動脈血管成像的運動偽影，可很大程度地改善冠狀動脈血管CTA圖像質(zhì)量[15]。

通過回顧性心電門控GE 128層寶石能譜（Discovery CT750 HD）螺旋CT掃描采集薄層容積數(shù)據(jù)，選擇一個不同的R—R間隔相觸發(fā)一段掃描數(shù)據(jù)單獨進(jìn)行冠狀動脈血管重建處理，這樣不僅可以提高時間分辨率，還可以選擇最佳的冠狀動脈各分支最佳時相位分別進(jìn)行容積重建后處理，可最大限度地減少心臟運動偽影，提高圖像質(zhì)量，并更好地滿足影像學(xué)診斷評價，為冠心病的臨床診斷和指導(dǎo)臨床治療提供有效信息[16]。

4.3臨床應(yīng)用價值展望

冠脈CTA檢查一定程度上能提供與冠脈造影相似的冠狀動脈狹窄的解剖結(jié)構(gòu)信息，并且由于其無創(chuàng)傷、風(fēng)險低、費用較低，操作簡單，不僅提供了冠脈血管狹窄的程度，管腔病變是向心性或偏心性狹窄，冠脈斑塊的特點，尤其鈣化病變診斷有較高的準(zhǔn)確率，而且還提供了血管壁的影像特點，有助于評價血管功能。研究結(jié)果表明，冠脈CTA有較高陰性預(yù)測值，對于低、中危冠心病患者，進(jìn)行冠脈CTA檢查對于這些患者排除冠狀動脈狹窄具有較大的臨床意義。冠脈CTA對CABG患者術(shù)后的復(fù)查具有較大價值，與自身冠脈相比，搭橋移植的血管管腔較粗，活動度小，運動速度較慢，多數(shù)研究報道冠脈CTA對橋血管的診斷具有較高的準(zhǔn)確度。

當(dāng)前冠脈CTA在診斷冠脈血管方面具有較高的陰性預(yù)測值，在冠狀動脈病變的診斷應(yīng)用中具有較大的意義，尤其在篩選閉塞血管病變方面。隨著CT技術(shù)的不斷進(jìn)步，冠脈CTA將應(yīng)用得越來越廣泛，但是冠脈CTA在評價病人血管重建方面無法取代有創(chuàng)的冠脈造影，尤其在血管造影術(shù)和血管成形術(shù)同時需要的時候，不過，病人臨床上或經(jīng)濟上不適合行有創(chuàng)血管造影檢查時，冠脈CTA不失是良好的的選擇。冠狀動脈CTA的今后發(fā)展需進(jìn)一步提高其時間分辨力和空間分辨力，CT球管旋轉(zhuǎn)速度和重建技術(shù)也會逐步提高，冠狀動脈CTA將來完全可能替代診斷性的冠狀動脈造影，其無疑仍是今后的研究熱點[17]。

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作者郵箱：hubeixiaogan@126.com

[中圖分類號]R445.3

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.04.012

[文章編號]1674-1633(2014)04-0036-04

收稿日期：2013-06-27修回日期：2013-09-16

Research on the Relationship between Heart Rate and Optimal Reconstruction Phase during 128-Slice CT Coronary Angiography

LI Bin1，TANG Su-qiong1，YANG Jian-lin1，LIU Jing-hui2，LIU Jia-ming3, WANG Han-sheng3
1.CT Room, Xiaogan Central Hospital, Xiaogan Hubei 432000, China 2.CT Room, Xiaogan Hospital of Chinese Medicine, Xiaogan Hubei 432000, China 3.Basic Medical College, Tsinghua University, Beijing 100084,China

Abstract：ObjectiveTo evaluate the impact of different heart rate, heart rate fluctuations and the reconstruction phase on the image quality of coronary CT with GE Gem Spectroscopy ( Discovery CT750 HD ) 128-slice CT.MethodsCTA imaging data of 150 suspected patients with coronary heart disease or coronary atherosclerosis were collected. All of the patients received CTA imaging from May 2012 to June 2013 in our hospital, and the image post-processing was conducted: during the R-R cardiac cycle phase of 30% to 95%, at intervals of 5%, the image reconstruction was conducted. MPR, volume rendering, surface restructuring, maximum intensity projection were conducted retrospectively. The grouping was based on the average heart rate and heart rate fuctuations. The optimal reconstruction phase was aquired in order to evaluate the images quality under different heart rate and different heart rate fuctuations.ResultsWhen heart rate ＜70 beats / min, the best phase of coronary reconstruction was 70% ～ 75% RR interval; and that of 70%～75% RR interval when heart rate was at 75～ 85 beats / min, 80%～95% RR interval when heart rate＞85 beats / min. The image quality degraded when the heart rate increases and the heart rate fuctuations become bigger, namely, the heart rate and heart rate fuctuations were negatively correlated with the image quality (P＜0.001).ConclusionReasonable control of the heart rate, reduced heart rate fluctuations and selection of optimal reconstruction phase can improve the image quality, signifcantly reduce cardiac motion artifacts, and show a more detailed section of the coronary arteries, which has a high clinical value in accurate diagnosis of coronary artery disease.

Key words：spiral CT; coronary CTA; heart rate; R-R phase