CT動態負荷心肌灌注中單期冠狀動脈圖像重建與常規冠狀動脈血管成像對比研究

王國坤，劉聲亮，顧霞，李云靈，張金玲，許冰，趙雁鳴，王雪瑩，潘春宇，李冶，付寶闊

哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 a. 心血管影像中心；b. CT診斷科，黑龍江 哈爾濱 150086

引言

目前，冠狀動脈疾病的患病率和死亡率仍呈逐年上升趨勢[1]。冠狀動脈CT血管造影（Coronary CT Angiography，CCTA）以良好的敏感性和預測價值在臨床工作中已廣泛應用[2]，CCTA不僅可以判斷冠狀動脈血管狹窄程度，并可對斑塊性質做出分析，然而CCTA僅能反映冠狀動脈血管狹窄程度，并不能反映狹窄血管所支配心肌節段的血供情況。中國經皮冠狀動脈介入治療指南（2016）指出對于穩定性冠心病患者雖然管腔狹窄程度是干預的決策依據，但是當病變直徑狹窄＜90%時，建議獲得相對應的缺血依據再進行干預（推薦類別Ⅰ，證據等級A）[3]。近年來，CT動態負荷心肌灌注成像（CT Myocardial Perfusion Imaging，CT-MPI）作為功能影像學檢查手段在缺血性心肌病變中起到了重要作用，既往研究表明其在功能學水平上可定量評價心肌缺血的程度[4-5]，CT-MPI聯合CCTA掃描可在功能學及形態學上評價心肌缺血[6]，然而CT-MPI與CCTA聯合掃描明顯增強了輻射劑量，雖有研究表明通過降低曝光條件等方法可降低輻射劑量，但臨床實際工作中，類似措施也會影響成像質量[6]。因此，本研究探討基于CT-MPI獲得最佳單期冠狀動脈CTA（Single-Phase Coronary CT Angiography，SP-CCTA）后處理數據是否可以代替CCTA檢查，并獲得相似的圖像質量和對血管的診斷效能。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集2021年4月至7月于我院心血管影像中心行CTMPI檢查的65例患者的資料，所有患者或患者家屬在檢查前均了解檢查內容及存在風險，并簽署了知情同意書，本研究也通過了本院倫理委員會的審核，患者的檢查和分析處理流程如圖1所示。納入標準：① 完成CT-MPI及CCTA檢查；② 負荷心率比基礎心率高15次/min；③ 心律規整；④ 無負荷藥物和造影劑使用禁忌。排除標準：① 負荷藥物或造影劑過敏；② 嚴重心律不齊；③ 無法配合完成檢查。最終排除灌注未進行CCTA檢查的患者10例、排除心律不齊患者7例、排除負荷心率不達標患者2例，最后共計納入患者46例。

圖1 研究方案流程圖

1.2 圖像數據采集

掃描設備為西門子第三代Force雙源CT，配套Syngo-via后處理工作站。心肌負荷藥物為三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP），灌注及CCTA成像造影劑為碘海醇/碘克沙醇。雙側肘正中靜脈埋置留置針，左側泵入ATP，右側用于注射造影劑。注射及掃描方案：① ATP注射速率160 μg/(kg·min)，注射ATP 2～3 min后心率達負荷狀態，啟動掃描；② 造影劑注射速率：負荷灌注造影劑注射速率6 mL/s，同時保持碘流率達到2 gI/s。首先進行CT-MPI掃描，調整準直192×0.6，掃描層厚0.6 mm，管電壓70 kV，管電流選擇自動毫安，重建卷積核為Qr36，掃描范圍包括全部心臟，采用屏氣方式掃描，采集時間32 s，灌注檢查完畢后停止ATP注射，等待5 min待達到靜息心率后行CCTA掃描，掃描方案：采用前瞻式心電門控技術，管電壓110 kV，管電流20 mA，層厚0.75 mm，重建卷積核Bv40，造影劑流速4.5 mL/s，造影劑用量以體重（kg）×0.8 mL/kg計算總量。

1.3 CT數據重建與處理

所有圖像全部使用配套Syngo-via后處理工作站進行分析重建，從設備主機重建3 mm層厚灌注數據進行各灌注參數分析。從灌注原始薄層圖像數據中選擇冠狀動脈充盈最佳期相，并進行冠狀動脈血管重建，圖像需滿足達到最大強化且無錯層偽影，隨后與CCTA圖像比較，由2名從事影像診斷的醫生評價兩組血管間成像差異并評分。

1.4 圖像質量數據評估

對于SP-CCTA和CCTA圖像，使用李克特四點分級量表[7]進行基于段的定性評估，評分標準如下。評分1：無運動偽影或噪聲相關模糊，血管混濁良好，無結構不連續；評分2：輕微運動偽影或噪聲相關模糊，良好的血管混濁，無結構不連續；評分3：一些運動偽影或與噪聲相關的模糊，正常的血管混濁或最小的血管輪廓不連續；評分4：由于明顯的運動偽影、不良的血管混濁或嚴重的圖像噪聲相關模糊而缺乏血管壁清晰度。同時測量主動脈根部、胸壁皮下軟組織CT值及相應背景噪聲，比較SP-CCTA及常規CCTA圖像主動脈根部信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）及對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。SNR=主動脈CT值/主動脈噪聲，CNR=（主動脈CT值-胸壁軟組織CT值）/軟組織背景噪聲。

1.5 統計學分析

使用R軟件進行統計學分析，所有連續變量符合正態分布的用±s表示，不符合正態分布的用上下四分位數表示，分類變量用頻數（%）表示。兩種方法之間評分的差異性檢驗使用配對符號秩和檢驗，然后根據血管診斷能力繪制受試者操作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲線，并計算ROC曲線下的面積（95%CI）。觀察者間的一致性檢驗使用Kappa檢驗，雙側P＜0.05被認為具有統計學意義。

2 結果

2.1 基線資料

最終納入46名患者的138條血管，具體臨床資料如表1所示。

表1 患者臨床資料統計（n=46）

2.2 SP-CCTA與常規CCTA間觀察者的一致性分析

2名觀察醫生對于兩組圖像的評價結果具有一致性，單期提取圖像質量與CCTA圖像質量相當（P＜0.05），見表2。

表2 圖像質量評估及觀察值一致性評估

2.3 SP-CCTA對血管的診斷能力

SP-CCTA中單期提取冠狀動脈圖像中左回旋支、右冠狀動脈、左前降支的敏感性、特異性如表3所示，準確性較高，說明單期提取冠狀動脈血管圖像的診斷效能較高，左前降支、回旋支、右冠狀動脈ROC曲線下面積分別達0.828、0.903和 0.806（表3、圖2）。

表3 SP-CCTA診斷價值評估

圖2 ROC曲線圖

2.4 SP-CCTA的SNR及CNR結果

SP-CCTA及CCTA圖像主動脈根部CT值分別為（458.7±78.5）HU及（399±66.2）HU， 無 統 計 學 差異。SP-CCTA圖像的SNR及CNR分 別 為18.6±2.3、18.1±3.5，與CCTA圖像比較存在統計學差異（P＜0.05），提示SP-CCTA圖像存在更高的背景噪聲，其分辨率也較CCTA圖像低，見表4。灌注數據提取血管曲面圖像，見圖3。

表4 SP-CCTA與常規CCTA信噪比及對比噪聲比比較

圖3 灌注數據提取血管曲面圖像

3 討論

冠心病作為一種常見的心血管疾病，其早期診斷尤為重要，本研究證實了從CT-MPI數據提取的SP-CCTA圖像對冠狀動脈疾病患者有良好的診斷價值。CT-MPI不僅僅可以實現患者的全心灌注，還可以更加精準地得到患者具體的心肌血流量值[8]，根據此具體數值可以得到其自身心臟的血流動力學的實際情況，相對于其他心肌缺血診斷方法，可以更全面地診斷患者的心肌情況，實現對患者疾病信息的全面掌握。既往關于缺血性心肌病變的評價主要集中于解剖及形態學研究，大量實踐表明冠狀動脈狹窄與心肌缺血存在一定程度不匹配[9]。CT灌注成像的早期研究主要用于神經系統及體部器官[10-11]，由于較高的輻射劑量影響了其在臨床中的應用，加之心臟還受心率、呼吸等更復雜因素的影響，更限制了其應用范圍[12]。近年來，醫學影像設備的快速發展，尤其是雙源CT的出現彌補了這一不足，雙源CT雙管球、雙探測器系統，減少了曝光時間，提高了成像速度，減少了輻射劑量[13]，使得其作為常規檢查項目成為可能[14]。本研究證明了在第三代雙源CT上使用CT-MPI中提取的SP-CCTA圖像進行診斷的可行性，與Yi等的研究得到了類似的結果[15-16]，即通過負荷心肌灌注圖像提取SP-CCTA可滿足診療需要。然而本研究同樣顯示，通過CT-MPI提取的冠狀動脈其背景噪聲較高，圖像對比有所減低，這是本研究存在的不足；并且藥物負荷后患者心率明顯提高，高心率采集的圖像由于相對靜止期較短，也一定程度影響了冠狀動脈圖像的質量。其次，由于CTMPI采用全程屏氣方式掃描，屏氣時間較長，部分患者難以耐受，雖然呼吸偽影會導致部分血管出現錯層偽影，但是通過對原始圖像觀察，結合容積重建及最大密度投影重建的圖像，以CCTA作參照依然可以做出正確診斷。由于從原始灌注圖像提取的CCTA圖像背景噪聲較高，可通過嘗試增加Kernel值、厚層重建來降低背景噪聲，也可通過適當增加管電壓、調節管電流來提高信噪比，但是增加管電壓及管電流會相應提高檢查的輻射劑量。通過調節掃描參數的方式增強圖像質量若能滿足診斷需要，則減少單次CCTA檢查帶來的輻射劑量及造影劑用量就可彌補提高管電壓、管電流所帶來的輻射劑量增加，然而二者間的權衡與取舍需要更多的研究支持。

動態負荷CT心肌灌注成像技術不斷成熟，國內已有多家醫院相繼開展此項檢查，也取得了一些成果[17-20]，目前CT-MPI多用于血管相關性心臟病變中，以往關于CTMPI與門控核素心肌灌注斷層顯像或血流儲備分數聯合或對比應用的研究，已取得大量研究成果，CT-MPI已被認為是可無創評價心肌功能的一項重要檢查。隨著雙源CT及寬體探測器CT的廣泛應用，CT-MPI的臨床應用將得到更好的發展。

4 結論

與常規CCTA圖像相比，應用CT-MPI圖像提取的單期最佳冠脈圖像對于擬診冠心病、心絞痛的患者有較高準確性，并能減少額外CCTA檢查，但其較高的背景噪聲會限制其廣泛應用。