優(yōu)化采集時(shí)間窗對(duì)冠狀動(dòng)脈CT血管成像圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響

劉卓, 王征, 洪楠, 張卓璐

隨著CT技術(shù)的發(fā)展，冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography， CCTA)已成為診斷冠狀動(dòng)脈疾病(coronary artery disease，CAD)的重要影像學(xué)檢查方法[1]；然而，CCTA圖像中的偽影特別是冠脈運(yùn)動(dòng)偽影成為影響圖像質(zhì)量的重要原因。提高成像時(shí)間分辨率是抑制運(yùn)動(dòng)偽影的首要途徑，但由于硬件條件的制約，時(shí)間分辨率的提高受到限制。在時(shí)間分辨率一定的條件下，選擇最佳采集時(shí)間窗即在冠脈運(yùn)動(dòng)最緩慢的時(shí)刻采集數(shù)據(jù)成為抑制運(yùn)動(dòng)偽影的有效方法。另一方面，在最佳采集時(shí)間窗以外的時(shí)間減少曝光劑量甚至不曝光可以大幅降低受檢者所接受的輻射劑量[2-4]。因此，確定冠脈最佳成像期相隨心率分布的規(guī)律成為優(yōu)化采集時(shí)間窗、抑制冠脈運(yùn)動(dòng)偽影、降低輻射劑量的關(guān)鍵[5-7]。本研究旨在探討CCTA的最佳重建期相，優(yōu)化采集時(shí)間窗，比較優(yōu)化采集時(shí)間窗掃描模式與全心動(dòng)周期全劑量掃描模式的圖像質(zhì)量及輻射劑量。

材料與方法

1.病例資料

搜集以心功能分析為檢查目的而行全心動(dòng)周期曝光模式的CCTA檢查者400例(A組)，確定最佳重建期相。以最佳重建期相的95%置信區(qū)間作為優(yōu)化的采集時(shí)間窗，即最佳重建期相平均值±標(biāo)準(zhǔn)差×2。400例受檢者(B組)應(yīng)用優(yōu)化的采集時(shí)間窗完成CCTA檢查。

2.檢查方法

CT檢查采用256排探測(cè)器CT (Revolution CT，GE Healthcare)，掃描范圍包括氣管分叉至心底。探測(cè)器Z軸掃描范圍可選擇12、14或16 cm，全部數(shù)據(jù)可在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)采集完成。掃描參數(shù)：球管旋轉(zhuǎn)速度為0.28 s/r，重建層厚、層間隔均為0.625 mm，管電壓、管電流由自動(dòng)曝光控制系統(tǒng)決定，管電壓選擇100 kV或120 kV，管電流范圍為200～740 mA。噪聲指數(shù)(noise index，NI)選擇25 HU。

A、B兩組均采用以下對(duì)比劑注射方案：以5 mL/s的流率經(jīng)肘正中靜脈注射非離子型碘對(duì)比劑碘普羅胺( 370 mg I/mL) 50 mL。對(duì)比劑注射完成后以相同流率追加注射30 mL生理鹽水。采用對(duì)比劑智能觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)( region of interest，ROI) 位于氣管分叉層面的降主動(dòng)脈，ROI內(nèi)CT值增加超過(guò)80HU后6s啟動(dòng)掃描。A組采集時(shí)間窗為0～100%RR間期，即全心動(dòng)周期全劑量曝光模式；根據(jù)A組最佳重建期相的統(tǒng)計(jì)結(jié)果優(yōu)化曝光時(shí)間窗，應(yīng)用于B組。

3.最佳重建期相的確定方法

最佳(冠脈運(yùn)動(dòng)偽影最小)重建期相的確定包括兩個(gè)步驟：第一步，以5%的間隔重建0%～95%心動(dòng)周期的20套圖像，并以主觀評(píng)價(jià)的方法從中挑選出最佳的一套；第二步，以第一步選出的最佳期相為中心，以1%的間隔重建其前后的各4個(gè)期相圖像(共8套圖像)。從這8套圖像及第一步選出的一套圖像共計(jì)9套圖像中挑選出一套最佳圖像，以此套圖像對(duì)應(yīng)的期相作為該病例冠脈成像的最佳重建期相。

4.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)：按照美國(guó)心臟協(xié)會(huì)15段分段標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)直徑超過(guò)2 mm的冠脈節(jié)段。圖像由兩位具備5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)師采用盲法進(jìn)行評(píng)價(jià)。閱片者對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行獨(dú)立評(píng)分，采用4分制進(jìn)行評(píng)價(jià): 1分，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)，冠脈無(wú)偽影；2分，圖像質(zhì)量良，冠脈輕度偽影，不影響診斷；3分，圖像質(zhì)量中，冠脈偽影明顯，但不影響診斷；4分，圖像質(zhì)量差，偽影嚴(yán)重，無(wú)法診斷。1～3分的圖像可用于診斷。各節(jié)段評(píng)分取最低值，記為該病例的最終得分。

圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：于升主動(dòng)脈根部設(shè)置ROI,記錄ROI內(nèi)CT值平均值及標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)。以標(biāo)準(zhǔn)差作為評(píng)價(jià)圖像噪聲水平的指標(biāo)，以信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)作為評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)，SNR=CT值平均值/SD。

5.輻射劑量

本研究討論的輻射劑量?jī)H針對(duì)CCTA，不包括定位像、鈣化積分掃描等造成的輻射劑量。由于采集時(shí)間窗的寬窄僅影響容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)，不影響掃描范圍，因此討論輻射劑量時(shí)僅涉及CTDIvol，無(wú)需考慮劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)和有效劑量(effective dose，ED)。

圖1 A組400例受檢者冠脈CT最佳重建期相按心率分布散點(diǎn)圖。

表2 圖像質(zhì)量主觀評(píng)分及CTDIvol (mGy)

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

A、B兩組的受檢者年齡、性別、體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。兩位觀察者間的一致性較好，K值=0.87。

A組400例受檢者的平均心率為(70.54±13.06) bpm(43～137 bpm)。最佳重建期相按心率的分布情況見(jiàn)圖1～4。心率<61 bpm的受檢者，最佳重建期相位于60%～90% RR間期；心率>75 bpm的受檢者，最佳重建期相位于30%～70% RR間期(圖1)。因此，選擇61 bpm、75 bpm作為分界點(diǎn)，將心率<61 bpm的受檢者納入低心率組(A1組)，心率介于61～75 bpm的受檢者納入中心率組(A2組)，心率>75 bpm的受檢者納入高心率組(A3組)。

低心率組最佳重建期相為(76±3)% RR間期(95%置信區(qū)間：70%～82% RR間期)；中心率組以60% RR間期為界，最佳重建期相位于(44±3)%及(76±3)% RR間期(95%置信區(qū)間38%～50%、70%～82% RR間期)；高心率組最佳重建期相為(48±5)% RR間期(95%置信區(qū)間38%～58%RR間期)。根據(jù)上述結(jié)果，取最佳重建期相的95%置信區(qū)間作為優(yōu)化的采集時(shí)間窗(圖2，表1)，應(yīng)用于B組檢查。

B組400例受檢者的平均心率為(70.38±13.05) bpm(42～149 bpm)，心率<61 bpm的受檢者納入B1組，心率介于61～75 bpm的受檢者納入B2組，心率>75 bpm的受檢者納入B3組。

A組的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分為(1.52±0.65)分，B組為(1.51±0.63)分，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.025，P=0.980)；A1組的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分為(1.11±0.32)分，B1組的主觀評(píng)分為(1.08±0.27)分，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.811，P=0.418)；A2組的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分為(1.50±0.54)分，B2組為(1.57±0.55)分，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.191，P=0.234)；A3組的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分為(1.84±0.80)分，B3組為(1.74±0.76)分，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.917，P=0.359，表2)。A組SNR值為15.76±3.70，B組為15.66±4.59，兩組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.333，P=0.739)。CTDIvol方面，B1組較A1組降低81%；B2組較A2組降低56%；B3組較A3組降低70%(表2)。

表1 最佳重建期相及最佳采集時(shí)間窗(% RR間期)

討 論

CCTA已經(jīng)成為診斷冠狀動(dòng)脈疾病重要的影像學(xué)手段。隨著CT技術(shù)的提升，圖像質(zhì)量得到明顯改善，輻射劑量大幅降低[8,9]。然而電離輻射危害、高心率等因素的制約仍然是CCTA技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。抑制冠脈運(yùn)動(dòng)偽影、降低輻射劑量始終是研究的重要方向。管電流心電門(mén)控技術(shù)是降低CCTA輻射劑量的有效手段[10-13]。在心動(dòng)周期的某段時(shí)間內(nèi)，受檢者接受較高的管電流；在其它時(shí)間，受檢者接受較低的管電流(通常設(shè)置為最高劑量的20%)甚至完全不接受曝光。應(yīng)用管電流心電門(mén)控技術(shù)的前提是根據(jù)心率等情況設(shè)置合理的采集時(shí)間窗：在冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)相對(duì)較慢的時(shí)間全劑量曝光，在冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)相對(duì)較快的時(shí)間低劑量曝光或者不曝光。

圖2 低、中、高心率組最佳重建期相分布。a) 低心率組最佳重建期相； b) 中心率組最佳重建期相； c) 高心率組最佳重建期相。

圖3 高心率受檢者(77bpm)45%RR間期圖像優(yōu)于75%RR間期圖像。a)45%RR間期圖像；b)75%RR間期圖像。 圖4 低心率受檢者(59bpm)75%RR間期圖像優(yōu)于45%RR間期圖像。a)45%RR間期圖像；b)75%RR間期圖像。

掌握冠狀動(dòng)脈的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是優(yōu)化采集時(shí)間窗、抑制冠脈運(yùn)動(dòng)偽影、降低輻射劑量的關(guān)鍵。一個(gè)心動(dòng)周期(RR間期)內(nèi)，有兩段冠脈運(yùn)動(dòng)較慢的時(shí)間即相對(duì)靜止期，分別出現(xiàn)在舒張中末期及收縮末期。通常，慢心率者的冠脈運(yùn)動(dòng)速度在舒張中末期低于收縮末期，因此舒張中末期冠脈運(yùn)動(dòng)偽影相對(duì)較小；而高心率者冠脈運(yùn)動(dòng)速度在收縮末期低于舒張中末期，因此收縮末期冠脈運(yùn)動(dòng)偽影相對(duì)較小。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，對(duì)于慢心率受檢者最佳成像時(shí)間通常位于舒張中末期，對(duì)于快心率受檢者最佳成像時(shí)間通常位于收縮末期[14-19]。

受成像時(shí)間分辨率的制約，既往研究中受檢者心率受到一定限制，多不超過(guò)100 bpm。本研究納入的受檢者，掃描時(shí)心率最高達(dá)到149 bpm，心率超過(guò)100 bpm者達(dá)23例。因此，通過(guò)分析上述病例計(jì)算出的最佳成像時(shí)間窗適用范圍更廣、說(shuō)服力更強(qiáng)。本研究中最佳重建時(shí)相的選擇方法簡(jiǎn)單有效，具有較大的適用范圍和較高的推廣價(jià)值。本研究結(jié)果顯示，低心率(<61 bpm)受檢者最佳成像時(shí)間位于舒張中末期(70%～82%)；中心率(61～75 bpm)受檢者最佳成像時(shí)間位于舒張中末期(70%～82%)或收縮末期(38%～50%)；高心率(>75 bpm)受檢者最佳成像時(shí)間位于收縮末期(38%～58%)。本研究的局限性：本研究為單中心研究，結(jié)論是否適用于其它類(lèi)型的CT設(shè)備尚未可知，有待進(jìn)一步研究觀察；另外，本研究未涉及心率變化的情況，心率波動(dòng)對(duì)最佳成像時(shí)間窗的影響有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，合理優(yōu)化采集時(shí)間窗，縮短曝光時(shí)間可大幅降低CCTA檢查的輻射劑量且不影響圖像質(zhì)量。