基于256層CT的老年患者自由呼吸狀態下冠狀動脈成像質量的研究

張禹生，姜安琪，湯歡，齊琳，孫英麗，李騁

復旦大學附屬華東醫院放射科，上海200040

由于多層螺旋CT 技術的發展,冠狀動脈CT 血管造影(Coronary CT Angiography,CCTA) 檢查在臨床上取得了很好的應用[1]。然而心率過快、屏氣配合不佳仍然是影響多層螺旋CT 行CCTA 圖像質量的主要因素。隨著CT 設備性能的提高，在一個心動周期內，用軸掃的方式成像，自由呼吸的CCTA 檢查得以應用[2]，聽力障礙、屏氣配合不佳所致的圖像的運動偽影得到了極大的改善，受檢者在進行CCTA 檢查時,屏氣和心率往往成為影響圖像質量的關鍵因素，從而影響冠狀動脈疾病的診斷和分析。本研究通過研究自由呼吸與屏氣后的冠狀動脈CTA 檢查的，評估不同掃描方式在冠狀動脈CT 血管造影中的圖像質量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2020年6月-2020年12月間在復旦大學附屬華東醫院臨床就診懷疑冠心病行冠狀動脈CT 檢查的患者200 例。納入標準：(1) 臨床診斷標準符合《臨床冠心病診斷與治療指南》[4]。排除標準：(1)患者既往行冠狀動脈搭橋術；(2) 心律失常的患者；(3) 檢查前服用美托洛爾或硝酸甘油；(4) 患者碘過敏，腎功能不全（血肌酐水平>1.5 rag/dL）。最終入組患者為106 例，隨機將受檢者分為試驗組和對照組，試驗組(n=53）行自由呼吸下CCTA，對照組(n=53）行屏氣后CCTA，記錄下各組受檢者的年齡、性別，身體質量指數（BMI）[BMI ＝體重（kg）/身高（m2）]、心率、圖像CT 值平均數、噪聲(SD)，并將75 次/min作為快心率組和慢心率組的指標進行分組，檢查前未進行心率控制，要求試驗組在檢查期間自由呼吸。經醫院倫理委員會審批，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 方法所有患者均采用256 排探測器的CT 掃描儀(Revolution CT,GE Healthcare,Milwaukee,USA)。掃描范圍包含整個心臟及冠狀動脈，觸發層面選擇氣管分叉下2 cm 處的升主動脈水平，試驗組在掃描時保持自由呼吸狀態，對照組播放屏氣指令，觸發閾值設定為100 HU，采用kV Assistant 自動管電壓和自動管電流調制技術，層厚及間隔為0.625 mm.采用60%自適應性統計迭代重建算法(ASIR-V)，機架旋轉速度0.28 s/rot。采用智能心電門控(Auto ECG Gating)技術,根據患者的心率自動選取曝光期相，所有患者均使用冠狀動脈跟蹤凍結(snapshot freeze,SSF)[5]技術。

對比劑注射方案為對比劑用量=(體質量×280 mg/kg) /對比劑碘含量，注射流率=對比劑用量/12 s，對比劑采用碘帕醇(370 mg I/mL).注入對比劑后以相同的流率注射生理鹽水30 mL[6]。

1.3 圖像質量分析

1.3.1 圖像后處理工作站所有圖像均傳入GE 公司生產的AW4.7 后處理工作站進行數據測量及觀察。

1.3.2 圖像客觀質量評價 由10年以上胸部放射診斷工作經驗的醫師在工作站進行圖像的測量，在升主動脈內放置一個圓形感興趣區(ROI) (5 cm2)，距離主動脈血管邊緣0.5～1 cm，在冠狀動脈左主干放置圓形ROI (0.02 cm2)，避開鈣化、斑塊和狹窄。在主動脈和冠狀動脈血管周圍脂肪組織內放置ROI (0.02 cm2)[7]。分別記錄ROI 內的CT 值[以Hounsfield 單位（HU）表示]和相應標準差（SD）作為圖像噪聲。計算升主動脈SNR=Hu (Ao) /SD 和CNR=Hu (Ao) -HU (FAT) /圖像噪聲(Ao)，冠狀動脈主干SNR=Hu(C) /SD 和CNR=Hu (C) -Hu (FAT) /圖像噪聲(C)[8]。見圖1 和表2。

圖1 在升主動脈、冠狀動脈、冠周脂肪上放置ROI，測量時避免部分容積效應和鈣化、斑塊及狹窄

表2 各組的SNR 和CNR（±s）

表2 各組的SNR 和CNR（±s）

注：根據公式計算的主動脈SNR=Hu (Ao) /SD，CNR=Hu (Ao) -HU (FAT) /SD (Ao)，冠狀動脈SNR=Hu (C) /SD，CNR=Hu (C) -Hu(FAT) /SD (C)

組別主動脈SNR冠狀動脈SNR主動脈CNR冠狀動脈CNR試驗組對照組images/BZ_105_242_2991_265_3015.png17.78±3.08 18.12±3.17 0.743 29.89±5.68 28.98±4.92 0.320 14.40±2.71 14.47±2.88 0.809 24.28±4.90 22.94±4.06 0.208

由兩位10年以上CCTA 診斷經驗的影像醫師根據國際心血管CT 協會(society of cardiovascular computed tomography，SCCT) 推薦的18 節段分段法[9]，對重建圖像進行主觀評價，評價采用LIKERT 評分[10]，具體評分為1 分：由于嚴重的冠狀動脈運動或其他偽影，圖像質量受損，無法對冠狀動脈進行適當的評估和診斷；2 分：由于冠狀動脈運動或其他偽影所產生的偽影，使圖像質量下降；3 分：良好的，輕微的運動偽影或其他偽影；4 分：非常好：極小或無運動相關偽影和極好的解剖細節。用于狹窄評估和斑塊評估所有節段評分的均值作為最終的主觀評分。見表4。

表4 不同觀察者評分及一致性評估（±s，分）

表4 不同觀察者評分及一致性評估（±s，分）

組別/觀察者評分A 評分B 評分試驗組對照組images/BZ_106_1333_626_1355_650.pngKappa 3.42±0.75 3.47±0.67 0.287 0.64 3.42±0.69 3.40±0.72 0.738

1.4 輻射劑量評估記錄每個患者容積CT 劑量指數(CT dose index of volume，CTDIvol)[11]值及劑量長度乘積(dose length product，DLP)[12]，CTDIvol 反映整個掃描容積的平均劑量；DLP 用來評價受檢者1 次完整CT 掃描總的輻射劑量[13]。有效輻射劑量(effective dose，ED) 計算公式:ED=DLP×K，K 為換算因子，采用歐洲CT 質量標準指南[14]，K 值為0.014 mSv·m Gy-1·cm-1。見表3。

表3 不同心率和掃描方式下的輻射劑量（±s）

表3 不同心率和掃描方式下的輻射劑量（±s）

注：CT 劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積(DLP) 及有效劑量(ED)

組別/劑量指標例數BMI（kg/m2）CTDI（mGy）DLP（mGy·cm）ED（mSv）試驗組對照組images/BZ_106_274_2890_296_2914.png試驗組對照組images/BZ_106_274_3040_296_3064.png（心率<75 次/min）（心率<75 次/min）（心率≥75 次/min）（心率≥75 次/mim）24 20 29 33 22.85±5.06 22.26±4.22 0.162 22.04±4.12 21.98±3.69 0.835 18.10±5.70 18.49±4.45 0.062 18.65±4.30 19.52±5.66 0.04 251.17±99.15 262.59±77.27 0.051 254.95±70.63 259.82±87.04 0.086 3.52±1.38 3.68±1.08 0.051 3.57±0.99 3.94±1.22 0.086

1.5 統計學分析 使用SPSS 22.0 進行統計學分析,對2 組患者的年齡、BMI、心率、信噪比、對比信噪比進行比較，所有計量資料用均數標±準差（X±s）表示，并進行獨立 檢驗。通過Mann Whitney U 檢驗對主觀評價成績進行比較，<0.05 為差異有統計學意義。用Kappa 檢驗分析觀察者間一致性（k<0.40：較差的一致性；0.40 ≤k<0.60：普通的一致性；0.60≤k<0.80：較好的一致性；k≥0.80：非常好的一致性）。

2 結果

共收集 106 例入組，年齡 60～92 歲，平均（68.9±6.3）歲，其中男性54 例，女性52 例，試驗組年齡60～92 歲，平均（67.9±6.1）歲，其中男性23例，女性30 例；對照組年齡60～87 歲，平均（68.1±6.5）歲，其中男性29 例，女性24 例，2 組間年齡及BMI差異無統計學意義，具有可比性。見表1。

表1 2 組患者一般資料（±s）

表1 2 組患者一般資料（±s）

組別性別例數男女年齡（歲）BMI（kg/m2）試驗組對照組images/BZ_105_242_2635_265_2658.png53 53 30 24 23 29 67.9±6.1 68.1±6.5 0.678 22.54±4.35 21.96±3.84 0.249

3 討論

在對CCTA 檢查呼吸指導訓練的干預性研究顯示，試驗組與對照組在冠脈檢查的平均時間，2 組患者檢查時的緊張度比較，一次性顯影成功率和不良反應比較上差異有統計學意義[15]。說明在行冠狀動脈CT 檢查時訓練屏氣是非常重要的一個過程，然而，一些患者的反應力下降、嚴重的肺部疾病導致呼吸指令配合能力下降，很有可能導致檢查的失敗，即使檢查前完成呼吸指導訓練，也有可能由于對比劑注射后的熱反應和屏氣后心率的變化，使CCTA 檢查的不確定因素增加，產生運動偽影,從而導致圖像質量下降,造成假陽性，影響冠心病的診斷[16]。

雖然隨著CT 設備性能的提升提高了時間分辨率和探測器寬度,降低了高心率,心律不齊等因素對圖像質量的影響,但呼吸偽影仍然是影響圖像質量的主要因素，有研究顯示在正常呼吸狀態下,每分鐘呼吸12～20 次左右,橫膈的運動速度大約是6.4～29.3 mm/s[17],由于心臟搏動引起的冠狀動脈運動速度大約是22.4～108.6 mm/s[18]。由橫膈運動引起的冠狀動脈運動速度遠低于由心臟跳動引起的冠狀動脈運動速度,隨著CT 掃描儀時間分辨率的提高，從而可以抑制呼吸造成的運動偽影。因此，在CCTA 檢查中，相較于冠狀動脈運動速度，呼吸運動速度造成的偽影變得忽略不計，許多研究表明Z 軸方向覆蓋16 cm 的寬體探測器，可在一個R-R 間隔期間檢查心臟而不移動檢查床，沒有數據拼接的偽影，這些都為自由呼吸檢查創造了條件[19]。見圖4、圖5 和圖6。

圖4 身體質量指數（BMI）與DLP 的關系

圖5 試驗組心率與DLP 的關系

圖6 對照組心率與DLP 的關系

所有入組的患者均未行檢查前的心率控制，采用的掃描方案會在冠狀動脈正式掃描前先行自動記錄患者心電圖從而判斷心率情況,選擇最合適的掃描期相和參數，而在實際掃描時，如果采用屏氣后掃描的方式，由于屏氣會對心率產生影響,有可能出現掃描前與掃描時心率明顯不同,從而導致實際掃描期相與預計掃描期相不符,繼而影響圖像質量[21]。本研究通過對106 例受檢者總計1 676 個冠脈分支進行評價，采用的圖像質量評價方法表明試驗組和對照組的圖像客觀SNR、CNR 比較均無統計學意義（>0.05），2 組在冠狀動脈血管的鈣化、混合斑塊、狹窄，心肌橋等方面的顯示均能滿足診斷需求。見表5、圖2 和圖3。

表5 冠脈分支顯示情況的對比（例）

圖2 屏氣后掃描

圖3 自由呼吸狀態下掃描

本研究存在一些局限性，沒有對同一患者進行自由呼吸和屏氣后掃描，因此無法直接比較兩種方法，沒有進行血管造影術驗證陽性結果，未對異常心率的受檢者進行研究，將在以后的工作中增加數據量進一步研究。

256 層CT機型的自由呼吸狀態與屏氣后的CCTA檢查，其圖像質量的客觀評價和主觀評分中差異無統計學意義，可根據具體情況選擇合適的掃描方式得到最佳的圖像質量。