前瞻性心電門控多期相重建在兒童冠狀動脈CT檢查中的應用

唐世龍，程卓，何玲，范曉，朱昆，劉先凡，張官平

隨著CT軟件和硬件的快速發展，降低了CT掃描的輻射劑量，提高了掃描速度，使兒童冠狀動脈CTA檢查在臨床上得到了廣泛應用。在以往的研究中，部分兒童因心臟搏動速率快而導致冠狀動脈CTA檢查失敗，為了提高檢查成功率，對于心率較快的兒童均采用回顧性心電門控技術進行冠狀動脈CTA掃描，但其輻射劑量比前瞻性心電門控技術高約70%[1-2]，由于兒童為X線高敏感人群，敏感性是成人的10多倍[3-5]；因此，如何采用前瞻性心電門控技術對心率較快兒童進行冠狀動脈CTA檢查是近年來研究的熱點。本研究通過回顧性分析心率較快兒童回顧性心電門控冠狀動脈CTA圖像中的最佳期相，再將最佳期相運用到心率較快兒童冠狀動脈CTA前瞻性心電門控技術中去，旨在減少心率較快兒童進行冠狀動脈CTA檢查時接受的輻射劑量。

材料與方法

1.一般資料

對照組：回顧性選取2017年6月-2018年5月在本院行冠狀動脈CTA檢查且心率為100～120次/min的2～4歲患兒60例；實驗組：前瞻性選取2018年6月-2019年5月來我院擬行冠狀動脈CTA檢查且心率為100～120次/min的2～4歲患兒60例。所有患兒均檢查成功，無對比劑過敏情況發生。兩組患兒均為臨床或超聲檢查后懷疑冠狀動脈異常(如冠狀動脈瘤、冠狀動脈起源異常等)而擬行冠狀動脈CTA以進一步確診者。對照組：男女比例29︰31，年齡(2.8±0.5)歲，體重(12.7±1.4)kg ；實驗組：男女比例33︰27，年齡(3.1±0.6)歲，體重(13.1±1.2)kg。

本研究經醫院倫理委員會批準，實驗組患兒檢查前家屬均簽署知情同意書。

2.CT檢查方法

使用Philips Brilliance iCT 256層CT掃描儀進行掃描，檢查前所有患兒到鎮靜中心予以鎮靜(水合氯醛口服，0.5 mL/kg)。掃描參數：80 kV，動管電流調節技術，劑量指數13，螺距0.4，掃描層厚5.00 mm，重建層厚0.67 mm，數據采用idose4迭代重建算法，掃描范圍自心臟下緣至氣管隆突水平，掃描方向為足頭向，采用閾值觸發掃描，觸發ROI設置在氣管隆突下5 mm水平胸主動脈管腔內，ROI大小10 mm2，閾值設為100 HU，達閾值后7 s開始掃描。采用Bracco雙筒高壓注射器，對比劑為歐乃派克(350 mg I/mL)，注射流率2.0 mL/s，經右肘正中靜脈團注對比劑(劑量1.5 mL/kg，總量上限為25 mL)后再注入45 mL生理鹽水沖管。

3.圖像分析和數據測量

對照組：采用回顧性心電門控技術，回顧性重建40%、45%、50%、70%、75%和80% R-R間期共6個期相的圖像，對比6個期相影像冠狀動脈血管VR圖和MIP圖，找出其中最能顯示冠狀動脈血管最佳影像期相；實驗組，采用前瞻性心電門控多期相重建技術，重建40%、45%和50% R-R間期共3個期相的圖像，對比3個期相的冠狀動脈VR和MIP重組圖像，找出其中冠狀動脈顯示最佳的期相。

根據美國心臟學會對冠狀動脈的分段法，選取冠狀動脈左主干、左回旋支近段和遠段、左前降支的近、中和遠段以及右主干的近、中和遠段共9個部位進行圖像質量的主觀和客觀評價。采用飛利浦Intelli Space Portal V6.0工作站，將原始數據導入后處理軟件，獲得冠狀動脈血管樹的VR圖和MIP圖；由兩位具有5年以上工作經驗的技師和一名主管技師參與CT值的測量工作，測量冠狀動脈以上9處的CT值，所有患兒9處的測量位置盡量保持一致[6-7]，并同時測量冠狀動脈旁脂肪組織的CT值，以冠狀動脈旁脂肪組織CT值的標準差(standard deviation，SD脂肪)作為背景噪聲，計算圖像的對比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR)：

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表1 對照組中各期相冠狀動脈CTA圖像質量主觀評分 (例)

(1)

由兩位具有5年以上工作經驗的放射醫師對冠狀動脈以上9處的圖像質量采用5分法進行主觀評分，如有分歧則由另外一位放射科副主任醫師進行最終評判。評分標準：5分，冠狀動脈9段均充盈良好，顯示清晰；4分，冠狀動脈左回旋支遠段、左前降支遠段、右主干遠段其中一處充盈較差，其余處均充盈良好；3分，冠狀動脈左回旋支遠段、左前降支遠段和右主干遠段三處中有兩處充盈較差，其余處均充盈良好；2分，冠狀動脈左回旋支遠段、左前降支遠段和右主干遠段均充盈較差或其余處有任意一處充盈較差；1分，冠狀動脈左主干和右主干任意一處充盈較差。圖像質量評分為3分及以上視為冠狀動脈CTA檢查成功，滿足診斷需求[8-9]。

輻射劑量：記錄實驗組和對照組CTA檢查的劑量長度乘積(dose length product,DLP)、CT容積劑量指數(CT dose index volume,CTDIvol)，并計算有效輻射劑量(effective dose,ED)值，計算公式：ED=DLP×k，k值取0.026mSv/mGy·cm[10]。

4.統計學分析

采用SPSS 22.0統計學軟件，計量數據以均數±標準差表示。實驗組與對照組中相同部位CT值、輻射劑量和對比劑用量等定量指標的比較采用兩獨立樣本t檢驗；實驗組與對照組中冠脈圖像質量主觀評分的比較采用卡方檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.冠狀動脈圖像質量的主觀評價

對照組中，冠狀動脈CTA圖像質量主觀評分達4～5分者均在40%、45%和50%這三個期相中，其中45%期相中5分的圖像最多，達50例(表1，圖1)。因此，在實驗組中使用前瞻性心電門控多期相重建技術時，將重建期相設置為40%、45%和50%。

實驗組中，絕大部分患兒的冠狀動脈CTA圖像質量主觀評分能達到4～5分，其中45%期相中5分圖像最多，達53例(表2，圖2～3)。

對照組和實驗組中最佳期相均為45% R-R間期，對照組圖像質量評分的均值為4.90±0.30，實驗組為4.88±0.33，兩組間差異無統計學意義(χ2=0.086，P=0.769)。所有患兒的圖像質量均能滿足診斷需求。

表2 實驗組中各期相冠狀動脈CTA圖像質量主觀評分 (例)

實驗組和對照組中最佳期相圖像上冠狀動脈各部位的CT值和CNR及組間比較結果見表3～4。實驗組與對照組之間冠狀動脈各部位的CT值和CNR的差異均無統計學意義(P>0.05)。

表3 最佳期相CTA圖像上冠狀動脈各部位的CT值 (HU)

3.診斷結果

對照組手術或介入診斷結果：冠狀動脈正常12例，冠狀動脈瘤11例，冠狀動脈開口異常5例，冠狀動脈擴張或細小22例，冠狀動脈瘺3例，其它7例；對照組CTA診斷結果：冠狀動脈正常10例，冠狀動脈瘤11例，冠狀動脈開口異常5例，冠狀動脈擴張或細小22例，其它12例。實驗組手術或介入診斷結果：冠狀動脈正常15例，冠狀動脈瘤8例，冠狀動脈開口異常6例，冠狀動脈擴張或細小18例，冠狀動脈瘺2例，其它11例；實驗組CTA診斷結果：冠狀動脈正常9例，冠狀動脈瘤8例，冠狀動脈開口異常9例，冠狀動脈擴張或細小21例，其它13例。對照組患兒冠狀動脈CT檢查診斷結果的符合率為92%，實驗組為87% 。

圖1 對照組患兒，男，3.3歲，掃描時心率113次/min，VR重組圖像。a) 重建期相為40%，右冠狀動脈中段開始顯示不完整(箭)，左冠狀動脈顯示良好； b) 重建期相為45%，左、右冠狀動脈均顯示良好； c) 重建期相為75%，右冠狀動脈自中段開始顯示不完整，左冠狀動脈回旋支遠段(黃箭)和前降支自中段(白箭)開始顯示不完整。

圖2 實驗組患兒，男，3.1歲，掃描時心率115次/min ，重建期相為45%。冠狀動脈正常，左、右冠狀動脈主干及分支均顯示清晰。a) VR圖； b) MIP圖； c～d) 分別為右冠脈、左前降支和左旋支CPR圖。 圖3 實驗組患兒，女，3.9歲，掃描時心率109次/min，重建期相為45%。右側優勢冠狀動脈，左、右冠狀動脈主干及分支均顯示清晰。a) VR圖； b) MIP圖； c～d) 分別為右冠脈、左前降支和左回旋支CPR圖。

表4 最佳期相CTA圖像上冠狀動脈各部位的CNR

4.輻射劑量

兩組中輻射劑量相關指標值、對比劑用量及組間比較結果見表5。兩組間輻射劑量指標值的差異均有統計學意義(P<0.05)，實驗組患兒接受的有效輻射劑量較對照組約低85%。兩組患兒對比劑用量的差異無統計學意義(P>0.05)。

表5 輻射劑量指標值和對比劑用量

討 論

對于兒童先天性冠狀動脈畸形的診斷以往臨床醫師通常選取超聲檢查，但超聲檢查僅對兒童冠狀動脈起始處及主干顯示良好，對冠狀動脈遠端顯示欠佳。隨著CT設備的不斷更新， CT成像速度不斷提升和輻射劑量下降，CT檢查在臨床上應用范圍越來越廣泛，從而使冠狀動脈CTA檢查已成為兒童先天性冠狀動脈畸形的重要檢查方式之一。但CT掃描有輻射，尤其是兒童對X線輻射的敏感性顯著高于成人，因此如何降低兒童冠狀動脈CTA檢查的輻射劑量是近年來研究的熱點問題之一。

冠狀動脈CTA檢查中，心電門控有前瞻性和回顧性兩種技術，回顧性心電門控技術可以在掃描后重建冠狀動脈血管任意期相的影像，而前瞻性心電門控技術只能重建掃描前設定的某一期相或某一時間段的影像。冠狀動脈CTA掃描時采用前瞻性心電門控患者接受的輻射劑量僅為回顧性心電門控的30%，且能保證圖像質量[1-2,11-12]。在以往兒童冠狀動脈CTA檢查中，由于心率快、心律不穩定和不能主動憋氣等原因，大多數情況下采用回顧性心電門控技術。本研究中，患兒接受的有效輻射劑量，實驗組為(0.42±0.07)mGy，對照組為(2.87±0.48)mGy，差異有統計學意義(P<0.05)，實驗組較對照組低約85%，與柳青等[2]的研究結果一致，證實了采用前瞻性心電門控技術進行兒童冠狀動脈CTA檢查，在不影響診斷結果的條件下能顯著降低患兒接受的輻射劑量。

心臟搏動周期中，只有心臟等容收縮期和等容舒張期時心臟處于相對靜止狀態，此時進行冠狀動CTA掃描，冠狀動脈顯示最清晰。據文獻報道，冠脈重建期相的45%和75%分別最接近于心臟等容收縮期和等容舒張期[13-14]。因此在對照組中，筆者把重建期相在45%和75%基礎上分別向上、下以5%的間隔各多選擇了一個期相進行圖像重建，共6個期相，以避免部分患兒可能存在心臟等容收縮期或等容舒張期延遲或提前。實驗組中使用前瞻性心電門控技術，筆者選擇了多期相重建技術，而不是選擇更能降低輻射劑量的單期相重建技術，是因為從前期對照組回顧性研究結果中可以看到，在心率較快的兒童患者中，成像質量較好者并不是僅集中在45%這一個期相上，而只是大多數患兒在45%期相時冠脈顯示最清晰。

對照組冠狀動脈圖像質量主觀評分中，在40%、45%、50%這三個期相中，同一患兒至少在其中一個期相時圖像質量評分能達4分及以上，其中以45%期相時評分為5分者最多，達50例；而70%、75%和80%這三個期相的主觀評分均較低(3分及3分以下)。筆者認為出現上述結果可能是由于患兒心率快，達100～120次/分，心臟等容收縮期和等容舒張期的時間均較短，但等容舒張期比等容收縮期時間縮短得更明顯一些，導致冠狀動脈在相對時間較長的等容收縮期顯示得更清楚。由于等容收縮期對應的是45%期相，因此冠狀動脈CTA圖像質量主觀評分在40%、45%和50%這3個期相中的得分較高。

對照組冠狀動脈CTA診斷結果與手術或介入檢查后結果對比，符合率為92%，實驗組為87%，診斷符合率均較高，但還存在一定的誤診，筆者分析原因可能是由于兒童心率較快、部分冠狀動脈血管遠端顯示欠佳所致。

本研究中觸發閾值選擇的是100HU，達到觸發閾值后延遲7s啟動掃描，是因為每例患兒的身高不一樣，自觸發點(氣管隆突下5mm水平)至掃描起始點(心臟下緣)的距離存在差異，導致觸發閾值后開始掃描的起始時間不一樣，一般為4～7s，筆者為了研究的可重復性，統一將達到觸發閾值后延遲時間設定為7s，因此筆者的觸發閾值設置為較低值100HU。本研究中，由于注入的對比劑用量較少，要使冠狀動脈顯影達到較好效果，提高了對比劑的注射流率；筆者將對比劑注射流率設置為2.0mL/s，較常規檢查(對比劑注射流率為1.0～1.5mL/s)偏高一點，本研究中的所有患兒均未發生因對比劑注射流率提高導致的血管破裂、對比劑滲漏等情況。注入對比劑后又注入了45mL生理鹽水沖管，其用量較常規檢查稍增多，是為了保持對比劑到達冠狀動脈的壓力，保證冠狀動脈充盈良好[15-16]。

本研究的局限性在于只限于2～4歲的患兒(來我科行冠狀動脈CTA檢查的患兒大多數為2～4歲，其它年齡段的兒童較少，可能與臨床發現兒童冠狀動脈異常的常見年齡段為2～4歲有關)，其它年齡段的兒童未納入研究，患兒心率均為100～120次/分，其它心率段的患兒未納入研究，還有待在以后的研究中進一步完善。

綜上所述，前瞻性心電門控多期相重建技術運用到兒童冠狀動脈CTA檢查中，在不影響臨床診斷的條件下，能清晰顯示冠狀動脈主干及其分支并顯著降低患兒接受的X線輻射劑量，具有較大臨床意義，值得推廣。