新型256層螺旋CT自由心率CCTA評價高心率冠狀動脈狹窄患者診斷準確性

羅開選， 查云飛， 張亮， 楊文兵， 彭宙峰， 謝寶君

冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomographic angiography，CCTA)越來越普遍運用于臨床進行冠心病早期篩查診斷和鑒別診斷，但其診斷準確性仍受諸多因素制約。心率過高是影響CCTA圖像質量和診斷準確性的主要因素之一[1]。近年來推出的256層螺旋CT具有16 cm寶石寬體探測器，時間分辨率達到28 ms，一次旋轉單個心動周期即可完成心臟的成像。在既往的可行性研究[2，3]中，在自由心率狀態，高心率患者可以在傳統256層螺旋CT的CCTA得到較高質量的圖像。本研究旨在以冠狀動脈造影(coronary angiography，CAG)為參照標準，深入評價新型256層螺旋CT自由心率下高心率患者CCTA的圖像質量以及對冠狀動脈脈管腔狹窄程度診斷的準確性。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性分析我院2017年6月-2017年10月采用自適應前瞻性心電門控技術行CCTA檢查且行CAG檢查的患者40名，其中男28例，女12例，年齡40～82歲，平均年齡(71.9±3.8)歲，CCTA掃描時心率均≥80 bpm，平均心率(90.7±8.15) bpm (80～110 bpm)，平均心率變異率7，所有患者掃描前均不控制心率，CCTA及CAG檢查間隔<3周(平均6.8 d)。排除標準：嚴重心功能不全、嚴重肝腎功能不全、房顫、冠脈支架植入、心臟起搏器及人工瓣膜置換和碘過敏者。本研究所有患者均簽署知情同意書。

2.檢查方法

所有患者CCTA檢查均采用GE公司Revolution CT (GE Healthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA)，采用前瞻性心電門控技術軸向掃描；掃描范圍從氣管隆突下1 cm至心臟膈面。掃描參數：管電壓采用自動選擇技術(kV assist)，管電流采用自動管電流技術(smart mA技術)(150～750 mA)，掃描層厚0.625 mm，螺距0.22，迭代重建權重為50%，采用標準重建算法及運動校正算法(snap shot freezing，SSF)。利用GSI模式峰值時間測定法進行掃描。峰值時間測定：將定位線放在氣管隆突下1 cm，使用雙筒高壓注射器(Stellant D，MEDRAD，USA)，對比劑采用優維顯(拜耳醫藥公司，濃度為370 mg I/mL)，經肘靜脈以5.0 mL/s流率注射20 mL，后續以同樣流率注射20 mL生理鹽水沖洗。掃描結束后，在升主動脈上畫定一圓形感興趣區，得到一條時間-密度曲線，選擇并計算該曲線的峰值時間，在此基礎上增加4～5 s，作為正式冠狀動脈掃描的延遲時間。掃描參數、范圍及對比劑注射速率與上述一致，根據患者體重注射對比劑總量40～60 mL，對比劑總量(mL)=體重(kg)×0.8(mL/kg)。所有掃描操作由1名熟練的放射科技師進行。

3.圖像后處理

根據患者心率情況自動識別最佳時相，采用自適應迭代重建算法(ASIR-V，GE Healthcare)重建圖像，將重建后數據傳輸至GE AW4.6工作站進行各種圖像后處理操作，包括多平面重組(MPR) 、曲面重組(CPR) 、最大密度投影(MIP)及容積再現(VR)。由2名放射科醫師獨立評估冠狀動脈管腔狹窄節段的狹窄程度，存在分歧后共同閱片討論后得出一致結論。

4.圖像質量評價

根據Frank[4]CCTA圖像質量評價標準，分為4級。Ⅰ級：血管顯影清晰，邊緣光滑，連續性好，與周圍對比好，無偽影；Ⅱ級：血管顯影較多，連續性可，但邊緣模糊，有少許偽影；Ⅲ級：血管對比尚可，但連續性不佳，有偽影，仍可評價，基本滿足診斷；Ⅳ級：血管對比差，偽影干擾嚴重，明顯錯層及階梯狀偽影，無法評價。

采用冠狀動脈15節段劃分法[5]，評價所有直徑>2 mm冠狀動脈節段，閉塞遠段血管、發育變異及血管細小等因素不做評價。按狹窄程度分為輕度狹窄組(<50%)、中度狹窄組(50%～75%)、重度狹窄組(75%～99%)及閉塞組(100%)。

5.輻射劑量評價

輻射劑量的統計僅包含CCTA掃描時輻射劑量。CT自動計算得到容積CT劑量指數(CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)，并估算出有效劑量(effective dose，ED)，其中ED=DLP×k，k為轉換系數[6](k=0.014 mSv/mGy/cm)。

6.CAG

采用Seldinger改良方法股動脈插管，分別行左、右冠狀動脈造影，采用多方位多角度投照觀察冠狀動脈并記錄，由1名有經驗的心內科醫師在不知道CCTA結果的情況下采用目測法評價造影結果。

7.統計分析

表1 CCTA及CAG檢測冠狀動脈狹窄節段診斷一致性檢驗

表2 CCTA及CAG檢測冠狀動脈狹窄程度診斷一致性檢驗

結 果

所有直徑>2 mm冠狀動脈節段，去除閉塞遠段血管、發育變異及血管細小等因素，40例患者共檢出467個冠狀動脈節段，其中462個節段能夠滿足診斷需求，圖像質量可診斷率達到98.93%(462/467)。對左主干、左前降支、左回旋支及右冠狀動脈共計309個節段進行CCTA分析，其中CCTA診斷輕度狹窄35個節段、中度狹窄48個節段、重度狹窄36個節段、閉塞15個節段共計134個節段，與CAG對照，發現誤診13例(4個輕度狹窄節段被高估，5個中度狹窄節段被高估或低估，2個重度狹窄節段被高估，2個閉塞節段被低估)，漏診4例(3例輕度狹窄及1例中度狹窄漏診)。CCTA診斷冠狀動脈狹窄節段的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值及準確度分別為96.80%、92.93%、90.30%、97.71%、94.50%(表1)；CCTA診斷冠狀動脈輕度、中度、重度及閉塞程度的敏感度分別為91.18%、97.73%、100.00%、100.00%，特異度分別97.71%、97.16%、98.84%、98.84%，陽性預測值分別為88.57%、89.58%、94.44%、86.67%，陰性預測值分別為98.28%、99.42%、100.00%、100.00%，準確度分別為96.65%、97.27%、99.03%、98.92%(表2)。用Kappa檢驗對CCTA及CAG檢測狹窄程度進行一致性分析，其Kappa系數均>0.8(P<0.001)，其一致性顯著(表1、2及圖1、2)；用McNemar檢驗分析發現CCTA及CAG診斷冠狀動脈不同狹窄程度的差異無統計學意義(P值分別為1.000、0.219、0.50、0.50，P>0.05，表2)，表明兩者對冠狀動脈狹窄程度的診斷結果無明顯差異。40例患者CCTA的平均DLP為(160.97±36.53) mGv/cm，平均ED為(2.25±0.51) mSv。

討 論

心率與心律、呼吸情況是目前影響CCTA圖像質量的兩大關鍵因素[7，8]。呼吸偽影所致圖像質量減低可以通過加強呼吸及屏氣訓練得以解決，同時輔以心電門控技術也能有效抑制心臟運動偽影[9]。圖像質量隨心率增加而下降[10]，心率越快，運動偽影越重，特別是心率在80～90次/min時，右冠狀動脈運動最快、運動幅度和變形最大，采集的心臟圖像不理想[11]。高心率及心律波動大的患者[12]，心臟在各個心動周期的運動狀態不一致，波動范圍越大，其差異性越明顯，出現的圖像偽影越嚴重，對診斷冠狀動脈狹窄的準確性隨之降低。

高心率會縮短收縮期及舒張期，更易產生心臟運動偽影。為克服心率過快的影響，經常在CCTA掃描之前服用β-受體阻斷劑降低心率，但有些患者存在藥物禁忌，往往不能有效控制心率[13]。基于改善硬件的方法也在不斷嘗試，包括增加探測器寬度及提高機架旋轉速度等。Oda等[14]采用256-MDCT及64-MDCT對886名冠心病患者CCTA圖像質量對比研究中發現，在心率>60 bpm患者中，256-MDCT顯著改善圖像質量。基于軟件的方法如多扇區重建技術、運動偽影校正SSF技術等，可以減少運動偽影，減弱心率的影響。楊仁杰等[15]利用64排CT對自然心率下104名冠心病患者分別采用多扇區重建和SSF重建比較發現，當心率>80次/min，兩者都改善了圖像質量，而SSF重建優良率明顯高于多扇區重建。王斌等[16]發現，利用SSF技術能有效提高高心率患者冠狀動脈CCTA的圖像質量，并且對右冠狀動脈圖像質量改善尤為明顯。Liang等[17]對64名高心率患者分別采用標準算法和運動校正算法重建，發現運動校正算法重建可以顯著提高圖像質量及診斷準確性。本研究使用256-MDCT具有16 cm寶石寬體探測器，時間分辨率達到28 ms，一次旋轉單個心動周期即可完成心臟的成像，采用智能期相技術自動篩選最佳期相數據進行重建并輔以迭代重建技術及冠脈追蹤凍結技術(snapshot freezing，SSF)，可以降低噪聲并減少冠脈圖像運動偽影。這些新技術為高心率患者獲得高質量CCTA圖像提供了技術保證[18，19]。本研究中40例高心率患者，掃描前均無服用藥物以控制心率，所得圖像能滿足診斷需求。

圖2 患者，男，78歲，間斷胸痛20d，加重1d，心率81～83bpm平均心率82bpm。a) VR示左冠狀動脈前降支中段管腔狹窄； b) MIP示左冠狀動脈前降支中段鈣化斑塊(箭)，管腔重度狹窄； c) CPR示左冠狀動脈前降支中段混合斑塊，管腔重度狹窄; d) CAG圖顯示前降支中段閉塞(箭)。

圖1 患者，女，77歲，間斷胸痛1年余，心率87～91bpm，平均心率89bpm。a) VR示左冠狀動脈前降支近中段管腔狹窄； b) CPR示左冠狀動脈前降支近中段見彌漫性鈣化斑塊，管腔重度狹窄; c) CAG圖顯示前降支近段閉塞(箭)。

冠狀動脈鈣化的硬化束偽影及部分容積效應，影響冠狀動脈管腔的真實顯示[20]，是降低圖像質量并影響診斷的另一個主要原因。隨著鈣化量增加所致的無法診斷的冠狀動脈節段增多和成像質量下降呈正相關[21]。當鈣化積分≥1000時，MSCT診斷冠狀動脈狹窄的特異度、敏感度、陽性預測值明顯降低[22]，診斷準確性明顯減低。本組病例中鈣化因素導致造成2/3假陰性和8/13假陽性血管節段，5個節段被高估，3個節段被低估，可見冠脈鈣化量的多少直接影響診斷的準確性。

基于運動校正算法的冠脈追蹤凍結技術(SSF)在最新CCTA技術規范化應用指南中已被推薦為CT設備常規使用技術[23]。SSF技術利用單個心動周期中相鄰心臟相位的信息來描述冠狀動脈的軌跡和速度，確定冠狀動脈在相應期相中的確切位置，通過自適應補償相位內的冠脈殘余運動從而有效的縮短了重建的時間窗[24,25]。報道[3，26]在高心率患者中采用SSF技術可以明顯消除冠狀動脈運動偽影而提高圖像質量。本研究所納入對象心率均≥80bpm，圖像可診斷率達98.93%，82.01%冠狀動脈節段圖像質量評分為1～2分，證實高心率患者在256層螺旋CT中也能獲得高的圖像質量。對于中度狹窄程度以上節段，CCTA診斷敏感度及準確性達到97%以上，而對于重度狹窄及閉塞節段，其敏感度達到100%，準確性接近99%。本組病例中4個節段由運動偽影較重所致圖像質量較低，主要分布于RCA中遠段；在質量評分1～3分冠狀動脈節段中我們也發現左右冠狀動脈遠段節段相對評分較低，這主要由于心率過快時，心臟搏動明顯，冠狀動脈因房室反向運動偽影影響圖像質量[10]，在圖像采集過程中，采集時間可能已不在R-R間期。

在確保CCTA圖像質量前提下盡可能降低輻射劑量已是業界的共識和研究熱點。前瞻性心電門控技術采用軸面掃描方式，只對預定時相進行數據采集，大幅度降低X線球管曝光時間，有效的降低輻射劑量。在既往研究中，前瞻性心電門控掃描較回顧性掃描能減少80%的輻射劑量[27，28]，而圖像質量無明顯差異。迭代重建技術已廣泛應用于CCTA圖像重建，可減少傳統濾波反投影算法的低空間分辨率引起的噪聲。研究表明[29-31]迭代重建技術不僅減少圖像噪聲、提高圖像質量，而且還能減少輻射劑量。本研究中DLP為(160.97±36.53)mGv/cm，平均有效劑量ED為(2.25±0.51)mSv，在指南推薦的2～5mSv范圍內[23]，但高于其他文獻中所報道[32，33]，這可能與采用的不同掃描模式機型及所納入患者心率有關。

本研究存在一些不足：①未針對不同心率及冠狀動脈狹窄斑塊性質進行分組比較。②所納入對象為同時進行CCTA及CAG檢查患者，對于一些高心率冠狀動脈輕-中度狹窄的患者未行CAG檢查而剔除，間接影響了CCTA的診斷準確性。③納入對象樣本量少，還需進一步與CAG大樣本對照研究。

綜上所述，新型256層螺旋CT具有較高的時間分辨率，一次旋轉單個心動周期即可完成心臟的成像，在自由心率下對高心率冠心病患者冠狀動脈管腔狹窄程度具有較好的診斷準確性。

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