冠脈追蹤凍結技術對冠脈CT血管成像優化研究

馬燕輝，秦姝竹，徐妍妍，孫宏亮，謝 晟

（中日友好醫院 放射診斷科，北京 100029）

冠狀動脈CT 血管成像（coronary CT angiography，CCTA）是目前臨床篩查和評估冠狀動脈病變最重要的非侵入性檢查手段之一。在成像過程中，CT 掃描技術參數、患者個體因素（如高心率）等都會影響最終圖像質量，其中時間分辨率起著至關重要的作用，機架的轉速與冠脈運動速度保持相對的“一致”，才能夠更好地顯示冠脈血管[1]。隨著設備硬件及軟件（如圖像重建算法）不斷改進，對受檢者的適應證也有所放寬，許多高心率以及心律不齊患者的冠脈血管也能夠很好顯示[2～6]。冠脈追蹤凍結技術（snapshot-freeze，SSF）是一種新的運動校正算法，采集單個心動周期（one beat）內相鄰心動時相的血管運動信息，補償靶時相血管的殘余運動，有效降低運動偽影[2～5]，使得上述屏氣配合不佳的患者不再受限。本研究目的是以常規屏氣掃描模式的CCTA 圖像為參照，觀察SSF 技術對自由呼吸掃描模式CCTA 圖像質量改善情況。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2021年1月26日～5月31日在中日友好醫院放射診斷科完成CCTA 檢查患者。排除標準：（1）冠脈支架植入術后或搭橋術后；（2）心房占位；（3）嚴重房顫或心律不齊；（4）體重≥90kg或身體質量指數（BMI）≥30kg/m2；（5）冠脈血管廣泛鈣化斑或冠脈鈣化積分＞800；（6）既往或者正在接受化學藥物治療；（7）年齡≤18歲。

1.2 檢查方法

所有患者均采用回顧性心電門控掃描完成CCTA 檢查，檢查設備為256 排CT（GE Revolution CT，美國GE 公司），掃描具體參數如下。管球旋轉速度：0.28s/周；管電壓：KV 智能決策技術（KV assist；100 KV &120KV）；管電流：3D 自動管電流調制（Smart-mA）；螺距：0.992：1；層數×準直器寬度：256×0.625mm；重建圖像層厚：0.625mm，層間距：0.625mm.

對比劑采用碘佛醇（350mg I/ml），經肘靜脈高壓注射器注射。對比劑和生理鹽水雙筒注射，應用對比劑監測法（Bolus-tracking）自動觸發，選擇氣管分叉層面降主動脈為觸發點。常規屏氣掃描序列：開始打藥后9s 開始自動追蹤胸主動脈內濃度變化，觸發閾值設為60Hu，達到閾值后延遲8.9s（期間提示患者屏氣）掃描。自由呼吸掃描序列：在開始打藥后9s開始自動追蹤胸主動脈內濃度變化，觸發閾值設為220Hu，達到閾值延遲3.5s 掃描（無語音指令）。對比劑注射流速5ml/s，用量75ml，注射后用生理鹽水30ml沖管，流速亦為5ml/s。

掃描結束后記錄患者的CT 劑量指數（CT dose index，CTDI），劑量長度乘積（dose-length product，DLP），胸部轉換系數K 采用0.014mSv·mGy-1·cm-1計算有效劑量（effective dose，ED）.

1.3 圖像后處理及評價

后處理工作站（ADW4.6，美國GE 公司）對CCTA 軸位原始薄層數據可自動選擇重建最佳時相，即標準算法圖像。巡診醫師也根據心率情況手動選擇最佳單期時相并結合SSF 技術獲取單時相圖像（下稱SSF 算法圖像）。本研究中入組CCTA 數據均行上述2 種方式重建圖像，并比較圖像質量，圖像質量評價包括主觀及客觀指標。

主觀評價：由2 名放射科醫師采用盲法根據軸位圖像及重建圖像分別對圖像質量進行評分（左主干LM，左前降支LAD，左旋支LCX，右冠脈RCA）。采用4分制[7]，1分：由于嚴重運動偽影、廣泛冠脈鈣化，嚴重圖像噪聲或血管強化不佳無法診斷；4 分：不存在運動偽影，血管明顯強化且管壁清晰，能夠判定管腔狹窄程度及斑塊性質?！?分圖像認為成像質量合格，最后計算每個患者平均的圖像質量得分[Score平均=（LM得分+LAD得分+LCX得分+RCA得分）/4]。

客觀評價指標[8，9]：（1）圖像噪聲（SD主動脈），為主動脈根部感興趣區（ROI）CT 測量值的標準差（SD），選擇層面為緊鄰左冠狀竇頭側層面，ROI沿血管內壁盡可能大范圍勾畫；（2）冠脈血管密度值（CT冠脈），為RCA 近段及LM 管腔密度平均值，感興趣勾畫方法同上；（3）冠脈血管鄰近組織密度值（CT組織），定義為RCA 近段及LM 管腔鄰近脂肪組織密度，其ROI大小及勾畫方法同（2）；（4）信噪比（SNR），為CT冠脈/SD主動脈；（5）對比噪聲比（CNR），定義為（CT冠脈-CT組織）/SD主動脈。

1.4 統計學方法

所獲得數據應用SPSS 17.0 統計軟件處理，連續變量檢驗數據是否符合正態分布，正態資料采用均數±標準差（±s）表示，非正態分布資料以中位數±四分位間距（median± IQR）表示。組內2種算法的主觀性評分比較采用Wilcoxon 秩和檢驗，組間比較采用Mann-Whitney U 檢驗或獨立樣本T 檢驗。采用Cohen’s Kappa 系數值（κ）或組內相關系數（ICC）進行組間一致性分析。

2 結果

2.1 患者基線情況及組間一致性分析

入組患者共134例（表1），其中常規屏氣組73例，自由呼吸組61例，基線情況見表1。134例中3例冠脈開口異常，28例肌橋血管（LAD 26根，鈍緣支1根，LCX 1根，RCA 1根）。

表1 入組患者基線情況

選取常規屏氣組SSF 算法圖像進行組間一致性評估。左主干LM、左前降支LAD、左旋支LCX及右冠脈RCA 圖像質量評分采用Cohen’s Kappa系數分析組間一致性，κ 值分別為0.824、0.882、0.832、0.901（P＜0.01），說明不同觀察者之間具有很好的一致性。

圖像噪聲（SD主動脈）、冠脈血管密度值（CT冠脈）及冠脈血管鄰近組織密度值（CT組織）采用ICC 進行組間一致性分析，ICC 值分別為0.824、0.896、0.856（P＜0.01），可重復性較好。

2.2 常規屏氣組與自由呼吸組組內標準算法圖像與SSF算法圖像對比

常規屏氣組標準算法圖像中含冠脈血管評分1 分，即不可評估者15 例（20.55%；包含RCA 15根、LM 2 根、LAD 1 根、LCX 12 根），而自由呼吸組標準算法圖像中含冠脈血管不可評估者20 例（32.79%；包含RCA 20 根、LM 11 根、LAD 9 根、LCX 18 根）。2 組SSF 算法圖像獲得冠脈血管評分均≥2分，能夠進行臨床診斷。

常規屏氣組標準算法圖像、SSF 算法圖像之間主觀性評分存在統計學差異（P＜0.01）。標準算法圖像與SSF 算法圖像之間冠脈血管密度值（CT冠脈）不存在統計學差異（P=0.531），而其他客觀性評價指標（圖像噪聲、信噪比、對比噪聲比）之間均存在統計學差異（P＜0.01）。自由呼吸組標準算法圖像與SSF 算法圖像之間亦觀察到相同的統計學差異（詳見表2）。即各組SSF 算法圖像的圖像質量均優于標準算法圖像（圖1，見封2）。

圖1 標準算法圖像與SSF算法圖像對比

2.3 常規屏氣組與自由呼吸組組間SSF 算法圖像對比

表2示，2 組間平均的圖像質量得分（Score平均）、圖像噪聲、冠脈血管密度值（CT冠脈）、信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR）之間均不存在統計學差異（P＞0.05）。

表2 不同掃描方式、不同算法冠脈圖像質量比較

2組SSF算法圖像與標準算法圖像間圖像質量評分差值分別為0.25±1.25、1.00±2.00，自由呼吸組中評分差值更大（P=0.015），即與常規屏氣組相比，SSF算法在自由呼吸組中對圖像質量改善更顯著。

常規屏氣組患者心率≥75 次/min 者為22 例（30.14%），自由呼吸組中≥75 次/min 者為16 例（26.23%），2組高心率者SSF算法較標準算法圖像質量評分差值（即改善情況），分別為1.00±1.31、1.00±1.37，不存在統計學差異（P=0.413）

2.4 掃描輻射劑量

常規屏氣組掃描CTDI、ED 分別為（11.19±5.08）mGy、（2.80±1.24）mSv；自由呼吸組掃描CTDI、ED分別為（10.27±4.76）mGy、（2.60±1.23）mSv。2組間均不存在統計學差異（P=0.285；P=0.367）。

3 討論

常規CCTA 檢查過程中屏氣常會導致心率波動，從而影響圖像質量[10]，尤其是容易情緒波動的患者。而老年患者、兒童、聽力障礙或是肺心病患者，往往難以配合檢查過程中的吸氣、屏氣等語音指令，圖像易出現呼吸運動偽影從而影響血管評估[8]。本研究結果顯示在不進行運動校正的標準算法情況下，自由呼吸組不可評價率明顯高于常規屏氣組冠脈組（32.79% vs 20.55%）。在加入運動校正即SSF 算法情況下，2 組SSF 算法圖像獲得冠脈血管評分均≥2 分，能夠進行臨床診斷，且組間主觀性評分與客觀性評分不存在明顯統計學差異。即SSF算法可有助于提高CCTA圖像質量，尤其是對自由呼吸掃描模式的CCTA；且常規屏氣組與自由呼吸組間圖像質量不存在統計學差異。

SSF 是一種運動校正重建技術，從單個心動周期內相鄰的心動時相內檢測血管的運動路徑、流速以確定靶時相的實際血管位置。這種重建技術以單個根血管、單個血管節段為基礎，校正血管每個體素的不同運動程度，能夠補償靶時相內的血管運動，有效壓縮受影響的局部區域的時間窗口。這種算法是基于單個心動周期血管運動變化，故不易受到心律不齊、心臟與機架周期共振點等因素影響[2～5]。CCTA 掃描過程中屏氣會造成心率波動[10]，此外患者屏氣配合不佳也會導致圖像質量不佳。本次入組患者采用SSF算法后，2種掃描模式下冠脈血管可評估率均得到了顯著改善（P=0.015）。既往研究報道冠脈運動偽影最常出現在RCA，其次是LCX、LAD，即對RCA 圖像質量改善最顯著[11]，本次研究中亦觀察到該現象。RCA 為常規屏氣組與自由呼吸組標準算法中最多的不可評估血管，經SSF 算法重建，偽影明顯減少，血管可評估率明顯提高。

心率高或不規則導致的運動偽影是CCTA 檢查受限的常見因素。Sheta HM 等對檢查前有或無服用倍他樂克的患者進行臨床隨機對照試驗結果顯示，SSF算法均可有效降低兩類患者CCTA 圖像運動偽影，改善圖像質量[2]。Sun J 等在高心率兒童患者中發現SSF 運動校正算法不僅可以有效提高冠脈血管的可診斷率，還能夠提高掃描范圍內心血管結構的圖像質量，如瓣膜、冠脈起源等[4]。本次研究中患者均未在檢查前服用倍他樂克等控制心率藥物。常規屏氣組患者心率≥75次/min者為30.14%，自由呼吸組為26.23%，組間SSF 算法較標準算法圖像質量評分差值不存在統計學差異，考慮可能的原因：（1）高心率者病例數不足；（2）在不進行運動校正情況下，高心率患者在屏氣或自由呼吸掃描模式下圖像質量均不佳，間接佐證了SSF算法的重要性。

本次研究不足之處：（1）為單中心研究，樣本量較小，尤其是高心率患者（≥75 次/min），相關研究結果尚需大樣本量數據進一步驗證；（2）入組患者均為冠脈粥樣硬化性程度相對較輕且BMI＜30kg/m2的常規體重患者，有一定選擇性偏倚。BMI＞30kg/m2的大體重患者掃描方案（如電壓、管電流設置）不同于常規BMI患者，而掃描參數對于圖像噪聲以及圖像對比度又密切相關，考慮到受試者掃描基線一致性，故未納入本次研究；（3）入排標準中雖然排除了冠脈三大主干廣泛鈣化斑或冠脈鈣化積分＞800 患者，但冠脈近段可能會存在非鈣化斑塊或輕度狹窄者并未進行分類統計；（4）所有入組患者掃描前均未服用倍他樂克等藥物控制心率，所獲取CCTA 檢查結果并未與血管造影檢查做對比。

綜上所述，SSF 算法有助于改善CCTA 圖像質量，尤其是對自由呼吸掃描模式的CCTA。對于屏氣配合不佳患者，自由呼吸掃描模式結合圖像SSF算法可有效提高冠脈血管可診斷率。