超高速寬體探測器CT單心動周期冠狀動脈成像：快速與慢速心率的對比

劉軍波，張曉浩，管延芳，周偉，范麗娟

冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)因其方便、無創已經成為冠狀動脈病變篩查和診斷的重要手段[1]。但是在快速心率(心率≥100次/分)患者的CCTA圖像質量一直受到廣泛關注。快速心率會導致冠狀動脈運動偽影而影響CCTA圖像質量[2-3]，所以在CCTA檢查前很多醫療機構常規采用讓患者服用降心率藥物(如β受體阻滯劑等)的方法來控制心率(降至65次/分或以下)，但服用降心率藥物可能發生潛在的副作用，如心臟傳導阻滯、心動過緩、低血壓和加重哮喘等[4-5]，而且部分患者對降心率藥物無法耐受。隨著軟硬件技術的不斷發展，寬體探測器CT機的時間分辨率已提高至0.28 ms，為單心動周期CCTA應用于快速心率患者提供了條件。本文通過對快速心率寬體探測器單心動周期CCTA的圖像質量和輻射劑量進行分析，旨在進一步提高冠心病患者的診斷水平。

材料與方法

1.一般資料

本研究為回顧性，選取2016年10月-2017年4月臨床疑似冠狀動脈病變而行CCTA檢查的339例患者的臨床和影像資料。剔除標準：心律不齊；體質指數(body mass index，BMI)>28 kg/m2；有心臟起搏器植入術、冠脈旁路移植術、瓣膜置換術或支架植入術病史；冠狀動脈彌漫性鈣化；嚴重腎或心功能不全；有碘對比劑或硝酸甘油禁忌證；排除冠狀動脈開口變異以及中度以上狹窄者。按照剔除標準將3例冠脈旁路移植術后、7例心律不齊、27例BMI>28 kg/m2和2例冠狀動脈開口變異者剔除，其余300例患者納入分析。根據患者在檢查中的心率將其分為兩組：快速心率組(心率≥100次/分)150例，其中男72例、女78例，平均年齡(55.0±8.5)歲，BMI(24.0±2.5) kg/m2；對照組(≤65次/分)150例，其中男80例，女70例，平均年齡(58.0±7.7)歲，BMI平均值(25.0±2.8) kg/m2。

本研究已通過本院醫學倫理委員會的批準，所有受檢者簽署了CT檢查知情同意書。

2.檢查方法

使用GE Revolution 256排寬體探測器CT掃描儀。本研究中采用前瞻性心電觸發單心動周期橫軸面掃描模式，掃描參數：智能kV(100～120 kV)和自動mA(400～740 mA)技術，層厚0.625 mm，準直器寬度16 cm，矩陣512╳512，視野25 cm×25 cm，迭代算法為50% ASIR-V，使用設備的auto-gating功能，根據預掃描心率自動設定掃描期相：快速心率組掃描期相為35%～55% R-R間期，對照組為65%～85% R-R間期。對比劑使用碘海醇(350 mg/mL)，在保溫箱加熱至37.5℃，使用德國歐利奇雙筒高壓注射器經肘靜脈注入，劑量0.75 mL/kg，注射流速為5 mL/s(體重<80 kg)或6 mL/s(體重≥80 kg)，對比劑注射完畢后注射20 mL生理鹽水。使用對比劑智能跟蹤技術，在主肺動脈分叉水平的升主動脈中心勾畫約1 cm2的圓形感興趣區，觸發閾值為60 HU，延遲10 s啟動掃描，掃描時囑患者屏氣。

3.圖像后處理

掃描完成后設備自動計算并重建最佳期相，若最佳期相不理想則手動設置間隔5%R-R間期進行多期相重建，從中選擇最佳期相。最佳期相數據傳送至GE AW4.6進行后處理，采用冠狀動脈追蹤凍結技術(snapshot freeze，SSF)進行圖像重建，再使用心臟后處理軟件進行圖像重組，包括容積再現(volume rendering，VR)和曲面重組(curve planar reformation，CPR)。

4.圖像分析

客觀評價：測量主動脈根部、左前降支(left anterior descending artery,LAD)和右冠狀動脈(right coronary artery,RCA)中段的CT值，測量心內膜下脂肪的CT值和噪聲，感興趣區面積1～2 mm2，每個指標測量3次取平均值。計算對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)和信噪比(signal noise ratio，SNR)：

(1)

(2)

圖1 左冠狀動脈前降支曲面重組圖像，顯示圖像質量評分標準。a)冠狀動脈顯示好，血管壁邊緣清晰，無偽影，圖像質量評分為4分；b)左冠狀動脈前降支曲面重組圖像，冠狀動脈顯示一般，血管壁邊緣輕度模糊，輕度偽影，圖像質量評分為 3分；c)左冠狀動脈前降支曲面重組圖像，冠狀動脈連續，有中度偽影，影響診斷，圖像質量評分為2分；d)左冠狀動脈前降支曲面重組圖像，冠狀動脈顯示不連續，重度偽影，無法診斷，圖像質量評分為1分。 圖2 心率為121次/分患者的CCTA圖像，LAD、LCX和RCA顯示清晰，圖像質量為4分。a)VR；b)CPR圖像。 圖3 心率為62次/分患者的CCTA圖像，LAD、LCX和RCA顯示清晰，圖像質量為4分。a)VR；b)CPR圖像。

主觀評價：由兩位有經驗的主治醫師對兩組圖像上冠狀動脈的成像質量進行評價。采用4級評分法，對LAD和左回旋支(left circumflex artery，LCX)和RCA的成像質量進行評估。4分(優等)：冠狀動脈顯示好，血管壁邊緣清晰，無偽影；3分(良好)：冠狀動脈顯示一般，血管壁邊緣輕度模糊，有輕度偽影；2分：冠狀動脈連續，有中度偽影,影響診斷；1分，冠狀動脈顯示不連續，有重度偽影，無法診斷(圖1)[6]。如兩位醫師評分不一致，協商后得出一致結果。其中4分和3分為圖像質量能夠滿足診斷要求，2分和1分為不能滿足診斷要求。

4.有效輻射劑量

記錄受檢者CCTA檢查中的劑量長度乘積(dose length product，DLP)，根據公式(1)計算有效輻射劑量(effective dose，ED)[7]：ED=k×DLP。其中，k值取0.014 mSv/mGy·cm。

5.統計分析

統計學處理使用SPSS 23.0軟件包，呈正態分布的計量資料以均數±標準差的形式表示，并采用方差分析進行統計學分析，計數和等級資料采用非參數檢驗進行統計描述，計數資料的分布采用卡方檢驗進行統計描述。P<0.05認為差異有統計學意義。

結 果

1.基本臨床資料

兩組患者的基本臨床資料見表1。兩組患者的性別、年齡、身高、體重以及BMI的差異均無統計學意義(P>0.05)。

表1 兩組患者臨床資料的比較

注：a為χ2值；b為Z值；c為t值。

2.圖像質量

快速心率組和對照組圖像質量客觀指標的比較結果見表2。兩組間主動脈根部、LAD和RCA中段的CT值、前降支中段的SNR及CNR的差異均無統計學意義(P>0.05)。

兩組圖像質量主觀評價結果見表3。兩組均無評分為1分的圖像，兩組中3支冠脈(LAD、LCX和RCA)圖像質量評分為2分者均較少，組間比較差異均無統計學意義(P>0.05)；3支冠脈評分為3分和4分者在兩組中均較多，但以對照組中占比更高，兩組間比較差異均有統計學意義(P=0.036、0.000和0.000；P=0.014、0.000和0.000)。兩組中大部分患者的LAD、LCX和RCA成像質量均能滿足診斷要求(圖2～3)，可診斷率在兩組間的差異均無統計學意義(P>0.05)；但是3支血管圖像質量為優秀者的比例均以對照組要高，兩組間優等率的差異均有統計學意義(P=0.014、0.000和0.000)。

圖4 最佳期相分布直方圖。a)快速心率組；b)對照組。

表3 兩組圖像質量評分和可診斷率及優良率對比 (例)

表2 快速心率組和對照組圖像質量客觀指標對比

3.最佳掃描期相

快速心率組最佳期相為38%～54% R-R間期，平均(46.3%±3.9%)R-R間期；對照組最佳期相為69%～82% R-R間期，平均(75.0%±2.1%)R-R間期(圖4)。

4.輻射劑量

快速心率組CCTA檢查的有效輻射劑量為0.71～4.49 mSv，平均(1.81±1.18) mSv；對照組為0.66～5.29 mSv，平均(2.45±1.21) mSv，對照組高于快速心率組，兩組間差異有統計學意義(t=0.140，P=0.000)。

討 論

GE Revolution 256排CT機的寬探測器單心動周期軸掃模式提高了心臟成像的時間分辨率，使得CCTA掃描能在一個心動周期內完成(圖5)，縮短了曝光時間，降低了輻射劑量[8]。寬探測器以及軸掃方式消除了常規CT螺旋掃描圖像Z軸方向的階梯狀錯層偽影，掃描速度加快，容積時間分辨率提高，尤其是結合SSF對運動偽影的校準，使冠狀動脈成像質量更佳。上述原因使得冠狀動脈CT掃描不再受心率的限制，為快速心率(心率≥100次/分)患者的冠狀動脈CT成像奠定了基礎。

對于不同心率患者的冠狀動脈CT掃描，選擇合適的掃描和重建時相直接關系到冠狀動脈CT圖像質量和輻射劑量。寬體探測器CT的SmartPhase軟件是心臟掃描的一種新的圖像重建方式，SmartPhase將自動計算出所獲取掃描數據中運動偽影最小的相位，與SSF技術結合使用，可提供更佳的圖像質量。例如，心率在60次/分左右時，在75%期相左右LAD、LCX和RCA(即心室舒張中晚期)相對靜止，成像質量最佳；隨著心率的增加，心動周期縮短，尤其以舒張期縮短為主，當心率>75次/分時，冠脈成像的最佳期相則為心室收縮末期[9-10]。本研究中直方圖分析(圖2)顯示快速心率組最佳期相為(46.3%±3.9%)R-R間期(即心室收縮末期)，而對照組最佳期相為(75.0%±2.1%)R-R間期(即心室舒張末期)，與國外學者的研究結果一致[9-10]。

本研究結果顯示，快速心率組和對照組中LAD、LCX和RCA可診斷率的差異無統計學意義(P>0.05)，尤其是兩組中RCA的可診斷率均為100%，筆者認為良好的圖像質量與使用了SSF技術密不可分。高心率成像時會導致冠脈運動偽影增加，SSF技術通過選取與目標期相相鄰的前后各80ms期相的圖像信息來校準血管運動，包括血管的運動路徑、方向和速度，以確定目標期相血管真實的位置，并對目標期相的冠脈運動進行相應的補償，通過縮短有效時間窗來改善圖像質量，抑制血管運動偽影[11]。有研究表明SSF能夠很大程度上改善血管的運動偽影，尤其是右冠狀動脈。在本研究中RCA的可診斷率在快速心率組和對照組完全一致，明顯優于LAD和LCX。這從一定程度上說明SSF對右冠狀動脈運動偽影校準的優勢性[12]。但在對比劑充盈不佳或者嚴重鈣化的情況下，SSF校準的效果并不滿意，需手動繪制冠狀動脈的血管中心來進行校準。

圖5 單心動周期成像圖例。

雖然本研究中快速心率組和對照組LAD、LCX和RCA的可診斷率差異無統計學意義，但是優等率的差異均有統計學意義(P=0.014、0.000和0.000)。本研究結果表明，快速心率組CCTA圖像質量能夠滿足診斷要求，CCTA可作為冠狀動脈疾病的常規檢查方法，但也表明快速心率組冠狀動脈成像的優等率低于對照組，尤其以LCX(59.3% vs. 80.4%)最為顯著。

冠狀動脈CT成像已經成為篩查冠心病的常規檢查方法，但其輻射劑量一直受到關注。雖然本研究中兩組患者圖像采集的期相范圍都是20%(分別為35%～55%和65%～85% R-R間期)，但是高心率組的R-R間期時間寬度小于對照組，導致高心率組實際的曝光時間窗的寬度低于低心率組，因此快速心率組有效輻射劑量相對較低。與文獻報道基本一致[13-15]。

本研究存在的不足之處：為了控制輻射劑量，快速心率組和對照組的掃描期相是根據經驗值而分別設置為35%～55%和65%～85% R-R間期，但是每例患者的最佳期相是否在此范圍之內尚有待探究，需要擴大掃描期相范圍進行進一步研究。

256排寬體探測器超高速CT可作為快速心率患者冠狀動脈成像的常規檢查方法，能夠滿足不控制心率情況下的影像診斷要求。但是，快速心率組CCTA圖像質量的優等率低于對照組，所以在條件允許的情況下通過控制心率可獲得更佳的CCTA質量。