心率及心律對(duì)冠狀動(dòng)脈CTA 掃描中智能期相技術(shù)準(zhǔn)確性的影響

陳疆紅， 鐘朝輝， 原媛， 王振常， 張婷婷， 張景東

·影像技術(shù)學(xué)·

心率及心律對(duì)冠狀動(dòng)脈CTA 掃描中智能期相技術(shù)準(zhǔn)確性的影響

陳疆紅， 鐘朝輝， 原媛， 王振常， 張婷婷， 張景東

目的：探討心率及心律對(duì)智能期相技術(shù)(smart phase)選取最佳期相準(zhǔn)確性的影響。方法：將不同心率(HR)和心律的120例臨床疑診冠心病擬行冠狀動(dòng)脈CTA掃描的患者分為3組：A組40例，HR≤80次/分鐘且心律齊；B組40例，HR>80次/分鐘且心律齊；C組40例，心律不齊。將智能期相技術(shù)選取的最佳期相圖像進(jìn)行后處理，并對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)和主觀評(píng)分。只要有一支冠狀動(dòng)脈的主觀評(píng)分無(wú)法滿(mǎn)足診斷要求即判定為智能期相技術(shù)不準(zhǔn)確，則人工重新選取最佳期相并進(jìn)行圖像后處理。由兩位具有五年以上冠脈CTA診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分，并采用Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)兩者間的評(píng)分一致性。結(jié)果：自動(dòng)期相技術(shù)在A組中的準(zhǔn)確率為95%(38/40)，在B組中的準(zhǔn)確率87.5%(35/40)，在C組中的準(zhǔn)確率為75%(30/40)。三組間智能期相技術(shù)準(zhǔn)確率的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.035)。智能期相技術(shù)選擇不準(zhǔn)確時(shí)，經(jīng)人工重新選取期相后，所有圖像均能滿(mǎn)足診斷要求，各組間圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.978)，兩位閱片者間的評(píng)分一致性較好(Kappa值=0.77)。結(jié)論：高心率及心律不齊會(huì)降低冠脈CTA檢查中智能期相技術(shù)的準(zhǔn)確性，配合人工選取法可以獲得滿(mǎn)足診斷要求的圖像質(zhì)量。

冠狀動(dòng)脈； 體層攝影術(shù)，X線(xiàn)計(jì)算機(jī)； 血管成像； 智能期相技術(shù)； 心率； 心律； 圖像質(zhì)量

冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography,CCTA)是廣泛應(yīng)用于臨床冠心病檢查的無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)方法[1-3]。高時(shí)間分辨率寬體探測(cè)器CT機(jī)的應(yīng)用，以及智能期相技術(shù)(smart phase)的出現(xiàn)使得CCTA檢查更加簡(jiǎn)便。本研究應(yīng)用256排寬體探測(cè)器CT機(jī)行CCTA檢查，對(duì)智能期相技術(shù)自動(dòng)選取最佳期相的準(zhǔn)確性與心率及心律的關(guān)系進(jìn)行初步評(píng)估。

材料與方法

1.一般資料

將2016年12月5日-2017年1月30日臨床疑診冠心病在我院行CCTA檢查的120例患者納入研究。冠狀動(dòng)脈搭橋患者不納入本研究。根據(jù)心率(heart rate，HR)和心律將患者分為3組：低心率組(A組)40例，HR≤80次/分，平均HR為(66.83±3.91)次/分；高心率組(B組)40例，HR>80次/分，平均HR(84.36±4.87)次/分，其中有9例HR>100次/分；心律不齊組(C組)40例，其中房顫25例、各類(lèi)型早搏15例，平均HR(83.16±11.23)次/分。

2.檢查方法

使用256排CT機(jī)。采用自動(dòng)心電門(mén)控技術(shù)(auto gating)，在掃描前記錄10 s的心電圖，根據(jù)心率和心律情況選擇相應(yīng)的期相范圍(R-R間期)進(jìn)行掃描：心率小于65次/分時(shí)選擇75%；心率為65～70次/分時(shí)選擇70%～80%；心率為71～80次/分時(shí)選擇30%～80%；心率大于80次/分時(shí)選擇30%～50%；心律不齊患者選擇30%～80%。掃描參數(shù)：120 kV，400～740 mA(管電流自動(dòng)調(diào)制技術(shù))，0.28 s/r；掃描范圍覆蓋全部心臟，根據(jù)心臟體積Z軸掃描范圍選擇120、140或160 mm；迭代重建(ASIR-V)權(quán)重選擇60%[4-5]；重建層厚0.625 mm，間隔0.625 mm，矩陣為512×512；噪聲指數(shù)(noise index，NI)為22。注射對(duì)比劑碘普羅胺(370 mg I/mL)60 mL，流率5 mL/s，隨后以相同流率注入生理鹽水40 mL。采用對(duì)比劑追蹤技術(shù)，ROI設(shè)定為氣管分叉層面的升主動(dòng)脈。ROI內(nèi)CT值增加達(dá)到100 HU后延遲8 s開(kāi)始掃描。開(kāi)啟智能期相(smart phase)功能，可自動(dòng)選取掃描期相范圍中的最佳期相進(jìn)行圖像重建，同時(shí)開(kāi)啟冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)(snapshot freeze，SSF)以提高時(shí)間分辨率至29 ms[6-7]。

3.圖像后處理

將自動(dòng)選取的最佳期相圖像傳至ADW 4.6工作站，應(yīng)用最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)、曲面重組(curved planar reformation，CPR)、容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)技術(shù)進(jìn)行圖像后處理。

4.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

主觀評(píng)價(jià)：采用美國(guó)心臟病協(xié)會(huì)推薦的冠狀動(dòng)脈15分段法，評(píng)價(jià)血管直徑>1.5 mm的節(jié)段。由兩位具有五年以上CCTA診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師根據(jù)4分制進(jìn)行評(píng)估。1分：差，無(wú)法滿(mǎn)足診斷要求；2分：一般，冠狀動(dòng)脈對(duì)比劑濃度、偽影或噪聲對(duì)血管的顯示影響較大，尚能滿(mǎn)足診斷要求；3分，良好，圖像質(zhì)量較好，冠狀動(dòng)脈無(wú)偽影，噪聲或?qū)Ρ葎舛葘?duì)圖像質(zhì)量略有影響，能滿(mǎn)足診斷要求；4分，優(yōu)，冠狀動(dòng)脈輪廓清晰，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)異。只要有其中一支冠脈分支無(wú)法滿(mǎn)足診斷要求則判定智能期相技術(shù)不準(zhǔn)確。之后，經(jīng)手動(dòng)重新選擇此冠脈分支的最佳期相并行圖像后處理。

客觀評(píng)價(jià)：選擇主動(dòng)脈根部層面，在血管中央密度均勻的區(qū)域設(shè)置圓形ROI，面積190～200 mm2，測(cè)量CT值，其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)即為圖像噪聲，并計(jì)算信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)：

(1)

5.輻射劑量

根據(jù)隨機(jī)劑量報(bào)告，記錄劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product， DLP)，計(jì)算有效劑量(effective dose,ED)[8]：

阿強(qiáng)將信將疑，他打開(kāi)防盜門(mén)，在門(mén)外找信封。這時(shí)，正好有人牽了一條大狼狗上樓，那狗見(jiàn)到阿強(qiáng)家門(mén)開(kāi)著，突然竄了進(jìn)去，那個(gè)牽狗的男人不好意思地說(shuō)：“對(duì)不起，同志，你進(jìn)去把狗趕出來(lái)吧?！?/p>

ED=DLP×0.014

(2)

6.統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用單因素方差分析比較三組患者的BMI、CT值、圖像噪聲、SNR及有效劑量，并采用Bonferroni校正法進(jìn)行組間的兩兩比較。采用卡方檢驗(yàn)比較三組智能期相技術(shù)的準(zhǔn)確性。采用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)比較各組手動(dòng)選擇期相后重建圖像的主觀評(píng)分，并用Mann-Whitney U檢驗(yàn)行兩組間比較。兩位評(píng)分者之間的一致性采用Kappa分析：K<0.40為一致性較差，0.40≤K<0.75為一致性一般，K≥0.75為一致性較好。

結(jié) 果

所有患者均順利完成CCTA檢查。三組患者的臨床資料及CT圖像質(zhì)量評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表1。三組間BMI的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)：三組間主動(dòng)脈CT值、圖像噪聲及SNR的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

對(duì)采用自動(dòng)最佳期相技術(shù)獲取的圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分，103例患者的圖像質(zhì)量能夠達(dá)到診斷要求，17例患者的21支冠脈血管分支不能達(dá)到診斷要求，其中A組2例，分別為左前降支和左回旋支；B組5例(其中4例的心率>100次/分)共6支血管，分別為左前降支1例、左回旋支3例、右冠狀動(dòng)脈2例；C組10例(房顫5例、早搏5例)共13支血管，分別為左前降支2例、左回旋支4例、右冠狀動(dòng)脈7例。A、B和C組中智能期相技術(shù)的準(zhǔn)確率分別為95%(38/40)、87.5%(35/40)和75%(30/40)，三組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.716，P=0.035)；進(jìn)一步兩兩比較，A、C兩組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=6.275，P=0.012)。對(duì)未達(dá)到診斷要求的圖像，由放射醫(yī)師重新選取這些血管分支的最佳期相后，圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分均達(dá)到診斷要求(圖1)。經(jīng)Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)，三組間主觀評(píng)分的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.978)。兩位觀察者間主觀評(píng)分的一致性較好(K=0.77)。

圖1 房顫患者，心率84次/分。a) 采用智能期相技術(shù)獲的左冠狀動(dòng)脈CTA圖像，血管結(jié)構(gòu)顯示不清晰，未達(dá)到診斷要求； b) 經(jīng)人工重新選取期相后獲得的CTA圖像，冠脈顯示清晰，滿(mǎn)足診斷要求。

指標(biāo)A組B組C組F/χ2值P值BMI(kg/m2)25．01±4．2025．51±4．4025．10±3．790．1660．847CT值(HU)421．95±100．49409．39±73．64441．14±67．291．5300．221客觀噪聲28．78±6．0026．20±4．6727．20±5．272．3680．098SNR15．22±4．5716．09±4．1016．68±3．471．3100．274主觀評(píng)分?3．13±0．723．13±0．653．10±0．670．0440．978有效劑量(mSv)2．31±0．682．98±0．813．79±0．7140．964<0．001

注：此項(xiàng)主觀評(píng)分為每例患者的最佳評(píng)分。

討 論

運(yùn)動(dòng)偽影是影響CCTA檢查成功率及圖像質(zhì)量的重要因素。既往研究表明，冠狀動(dòng)脈各個(gè)分支的運(yùn)動(dòng)模式不盡相同，處于相對(duì)靜止期的期相也并不相同，只有合理選擇CCTA掃描中最佳期相進(jìn)行三維重建，才能得到優(yōu)質(zhì)的CCTA圖像[9-11]。

本研究中使用的GE Revolution CT機(jī)擁有0.28 s/r的高轉(zhuǎn)速、16 cm的寬體探測(cè)器，可使心臟掃描全部在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成，同時(shí)智能期相技術(shù)可在掃描期相范圍內(nèi)中以1%的R-R間隔自動(dòng)進(jìn)行篩選，選取最佳期相的成像數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，同時(shí)采用冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)可進(jìn)一步提高掃描的時(shí)間分辨率，對(duì)可能產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽影加以校正。這些新的技術(shù)為CCTA檢查獲取高質(zhì)量圖像提供了充分的技術(shù)保證[12-14]。本研究中智能期相技術(shù)自動(dòng)選取的最佳期相的準(zhǔn)確性較好，各組的準(zhǔn)確率分別為A組95%、B組87.5%、C組75%。

不同于以往自動(dòng)期相的選擇方法，新的智能期相技術(shù)不是根據(jù)心電圖的變化選擇重建期相。而是首先對(duì)圖像結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理,識(shí)別出冠狀動(dòng)脈的各個(gè)分支。并對(duì)冠狀動(dòng)脈各分支血管在不同期相時(shí),每一層面血管截面圖像的形態(tài)和血管壁的銳利程度進(jìn)行評(píng)估,根據(jù)對(duì)各層面中血管的評(píng)估,計(jì)算出不同分支在不同期相時(shí)的整體圖像質(zhì)量。從中選出圖像質(zhì)量相對(duì)兼顧各個(gè)分支的最佳期相[15]。由于智能期相技術(shù)尚不能單獨(dú)選出不同血管分支的最佳期相,因此受到高心率、房顫或早博等心律不齊因素的干擾，各血管分支不能在同一期相處于相對(duì)靜止時(shí)[16]，將會(huì)造成部分冠狀動(dòng)脈分支血管在智能選擇的最佳期相圖像上顯示不佳，無(wú)法滿(mǎn)足診斷要求。本研究中A組自動(dòng)最佳期相選擇不準(zhǔn)確的2支冠脈血管均為血管的某一節(jié)段不能滿(mǎn)足診斷要求。B組自動(dòng)最佳期相選擇不準(zhǔn)確5例患者的6支冠脈血管分支均為整支血管由于運(yùn)動(dòng)偽影無(wú)法評(píng)估，其中有4例患者的心率>100次/分。C組中有5例房顫患者及5例不同類(lèi)型早搏患者共13支冠脈血管智能選擇最佳期相不準(zhǔn)確，其中2支血管的部分節(jié)段，11支血管的整個(gè)分支不能滿(mǎn)足診斷要求。在所有17例不能滿(mǎn)足診斷要求重建圖像中，有9支冠狀動(dòng)脈血管CT值偏低。以上結(jié)果提示，在CCTA掃描中高心率和心律不齊會(huì)降低智能期相技術(shù)自動(dòng)選擇最佳期相的準(zhǔn)確性，心律失常對(duì)智能期相技術(shù)的影響更為顯著。保證血管充盈良好，增加血管壁的銳利程度，將有助于提高智能期相技術(shù)的準(zhǔn)確程度。當(dāng)自動(dòng)選擇的最佳期相不能滿(mǎn)足診斷要求時(shí)，需手動(dòng)選取不同冠脈分支的最佳期相后進(jìn)行圖像后處理，確保得到最優(yōu)的圖像質(zhì)量。

常規(guī)CCTA掃描中，為減少運(yùn)動(dòng)偽影的影響保證圖像質(zhì)量，須對(duì)原始數(shù)據(jù)按不同期相進(jìn)行重建，并從中挑選出最佳期相進(jìn)行圖像后處理，既占用存儲(chǔ)空間，又嚴(yán)重影響工作效率。本研究結(jié)果表明，采用智能期相技術(shù)選擇的最佳期相具有較好準(zhǔn)確性，無(wú)須進(jìn)行全期相重建，掃描后即可直接獲得最佳重建期相，既可有效節(jié)省圖像存儲(chǔ)空間，又能將工作人員從繁重的期相挑選工作中解脫出來(lái)，利于簡(jiǎn)化重建流程，提高工作效率，適合在CCTA檢查中推廣應(yīng)用。

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The effect of heart rate and heart rhythm on the accuracy of smart phase technique in coronary computed tomography angiography examination

CHEN Jiang-hong,ZHONG Zhao-hui,YUAN Yuan,et al.

Department of Radiology,Beijing Friendship Hospital,Capital Medical University,Beijing 100050,China

Objective:To evaluate the effect of heart rate (HR) and cardiac rhythm (CR) on the accuracy of smart phase technique (SPT) in coronary computed tomography angiography (CCTA) examination.Methods:120 patients with suspected coronary artery disease underwent CCTA examination and were divided into 3 groups based on their HR and CR.Group A (n=40):low HR (HR≤80bpm) and normal CR;group B (n=40):high HR (HR>80bpm) and normal CR;group C (n=40):cardiac arrhythmia (n=40).Smart phase technique (SPT) was used and the imaging data obtained in the optimal R-R phase selected by SPT were postprocessed for displaying coronary artery,and image quality was evaluated objectively and subjectively by two radiologists.For each patient,once one of the 15 segments of coronary artery cannot meet the diagnostic demand in subjective assessment,the phase selected by SPT was regarded accurate,and then a optimal phase was selected by two radiologists,and the corresponding imaging data were postproccessed and image quality were evaluated.Kappa test was used to analyze the consistence between the scores by the two radiologists.Results:The accuracy of SPT was 95% (38/40) in group A,87.5% (35/40) in group B,and 75% in group C (30/40).Difference of the accuracy of SPT among the three groups was statistically significant (P=0.035).After manual reselection of the phase,all the images in the three groups can meet the diagnostic demand (P=0.978).Kappa test revealed a good consistency level between the radiologists (Kappa=0.77).Conclusion:High heart rate and cardiac arrhythmia may decrease the accuracy of the smart phase technique in CCTA examination,and the image quality could meet the diagnostic demand with manual reselection of the phase.

Coronary artery； Tomography，X-ray computed； Angiography； Smart phase technique； Heart rate； Heart rhythm； Image quality

100050 北京，首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科

陳疆紅(1973-)，女，河北省定州人，副主任醫(yī)師，博士，主要從事心胸影像診斷工作。

通迅作者：鐘朝輝，E-mail: laijinyuxuan12@sina.com

科技北京百名領(lǐng)軍人才培養(yǎng)工程(Z141107001514002)；北京市醫(yī)管局“使命”人才計(jì)劃(SML20150101)

R814.42； R543.5

A

1000-0313(2017)08-0876-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.08.020

2017-05-05，

2017-06-22)