酒石酸美托洛爾聯合人工智能重建實現自由呼吸冠狀動脈CTA研究

倪晨峰 裴磊 熊俊峰 徐亮

[摘要]?目的?探究酒石酸美托洛爾主動控制患者心率聯合人工智能重建軟件實現患者在自由呼吸狀態下進行的冠狀動脈計算機體層血管成像（computed?tomography?angiography，CTA）技術研究。方法?選取2021年1月至2021年12月在溫州醫科大學附屬衢州醫院接受冠狀動脈CTA檢查的患者100例，按照檢查方法分為對照組（n=50）和觀察組（n=50）。對照組采用傳統屏氣檢查方法結合后期人工重建診斷；觀察組患者在自由呼吸的情況下進行冠狀動脈CTA檢查，通過人工智能重建軟件對觀察組作出診斷分析，對比兩組的CTA圖像質量差異。結果?觀察組對比對照組檢查時的心率顯著下降，差異均有統計學意義（P<0.05）；比較兩組圖像的噪聲、信噪比及評分，差異均無統計學意義（P>0.05）。結論?利用酒石酸美托洛爾片控制心率，結合人工智能重建的冠狀動脈CTA檢查方法，能為高心率且不能配合屏氣的患者提供有效的冠狀動脈診斷影像。

[關鍵詞]?自由呼吸；冠狀動脈計算機體層血管成像；酒石酸美托洛爾片；人工智能

[中圖分類號]?R81??????[文獻標識碼]?A??????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2023.08.022

Study?of?metoprolol?tartrate?combined?with?artificial?intelligence?reconstruction?for?free-breathing?coronary?CTA

NI?Chenfeng，?PEI?Lei，?XIONG?Junfeng，?XU?Liang

Department?of?Radiology，?Quzhou?Hospital?Affiliated?to?Wenzhou?Medical?University?（Quzhou?People’s?Hospital）?，?Quzhou?324000，?Zhejiang，?China

[Abstract]?Objective?To?investigate?the?use?of?metoprolol?tartrate?to?actively?control?the?patient’s?heart?rate?in?combination?with?artificial?intelligence?reconstruction?software?to?enable?the?patient?to?perform?coronary?computed?tomography?angiography?（CTA）?in?a?free-breathing?state.?Methods?A?total?of?100?patients?who?underwent?coronary?CTA?examination?at?Quzhou?Hospital?Affiliated?to?Wenzhou?Medical?University?from?January?2021?to?December?2021?were?selected?and?divided?into?the?control?group?（n=50）?and?the?observation?group?（n=50）?according?to?the?examination?method.?In?the?control?group，?the?traditional?breath-holding?examination?method?combined?with?late?manual?reconstruction?was?used?for?diagnosis;?in?the?observation?group，&nbsp;patients?underwent?coronary?CTA?examination?with?free?breathing，?and?diagnostic?analysis?was?made?by?artificial?intelligence?reconstruction?software?for?the?observation?group?to?compare?the?difference?in?CTA?image?quality?between?the?two?groups.?Results?The?heart?rate?of?the?observation?group?was?significantly?lower?than?that?of?the?control?group?（P<0.05）.?Compared?the?noise，?signal-to-noise?ratio?and?scores?of?the?two?groups，?the?differences?were?not?statistically?significant?（P>0.05）.?Conclusion?The?coronary?CTA?technique?using?metoprolol?tartrate?tablets?to?control?heart?rate?combined?with?artificial?intelligence?reconstruction?can?provide?convenient?and?effective?coronary?artery?diagnostic?images?for?patients?with?respiratory?failure.

[Key?words]?Free?breathing;?Coronary?computed?tomographic?arteriography;?Metoprolol?tartrate;?Artificial?intelligence

冠心病是指冠狀動脈（下稱冠脈）血管內發生動脈管壁硬化或斑塊病變引起血管腔內狹窄甚至阻塞，造成病變血管供血區局部心肌缺血、缺氧的一類心臟病。伴隨技術飛速發展，無創、快速的心臟冠脈動脈計算機體層血管成像（computed?tomographic?arteriography，CTA）目前已非常成熟，對指導臨床治療十分重要，是診斷冠心病的“金標準”。冠脈CTA通常需要患者配合在屏氣狀態下進行，以減少肺部的呼吸運動偽影。因此只有醫患雙方密切配合，才能順利完成。對于心率較高（≥80次/min）且不能配合屏氣的患者，冠脈CTA檢查獲取的圖像質量較差甚至無法獲取[1]，這會導致臨床診斷和后續治療都更加困難。先前已有自由呼吸狀態下將患者心率設置為≤65次/min行冠脈CTA的相關研究，但一些基礎心率較高且無法配合屏氣的患者無法適用該技術[2]。本研究分析應用酒石酸美托洛爾控制心率配合人工智能重建軟件實現自由呼吸下的冠脈CTA檢查技術，具體報道如下。

1??資料與方法

1.1??一般資料

選取2021年1月至2021年12月在溫州醫科大學附屬衢州醫院接受冠狀動脈CTA檢查的患者100例，按照檢查方法將其分為對照組（n=50）和觀察組（n=50）。納入標準：①伴有胸痛、胸悶、心悸等符合冠心病的臨床癥狀；②心電圖提示冠心病。排除標準：①β1受體阻滯劑禁忌證；②對比劑過敏；③哮喘、甲狀腺功能亢進或腎功能不良；④心動過速、心房顫動；⑤無法配合屏氣檢查。其中，男68例，女32例，年齡44～88歲，平均（66.1±21.3）歲，體質量指數19～28kg/m2，平均（22.7±4.2）kg/m2，基礎心率72～98次/min，平均（85.1±13.6）次/min。兩組患者一般資料比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表1。本研究經溫州醫科大學附屬衢州醫院醫學倫理委員會批準（倫理審批號：2019-070），兩組患者均簽署知情同意書。

1.2??方法

1.2.1??用藥方法??為加快藥物吸收效率，縮短檢查前準備時間，觀察組患者舌下含服酒石酸美托洛爾片（生產單位：阿斯利康制藥有限公司；批準文號：國藥準字H32025391，規格：25mg），由基礎心率確定服用劑量：①心率70～79次/min，含服25mg；②心率80～89次/min，含服50mg；③心率90～99次/min，含服75mg[3-4]。

1.2.2??檢查前宣教??兩組患者在檢查當天，少量進食水，檢查前在安靜環境下休息至少30min，對照組進行檢查相關的呼吸指令練習。宣教重點為告知兩組患者詳細的檢查說明，包括檢查目的及對心率的要求，當高壓槍快速推注對比劑時全身可能產生的不良反應和過敏反應，以及極端情況下可能發生的血管破裂、對比劑外滲等風險。要求兩組患者對整個檢查過程有全面了解，知曉和理解對可能出現的意外情況，疏導患者情緒，避免由于緊張、恐懼等心理原因而導致心率上升或心律不穩定，繼而影響檢查順利進行[5]。

1.2.3??掃描方案??應用日本東芝640層CT配合心電門控進行前瞻性全心掃描[6]，探測器準直320×0.5mm；轉速：0.275～0.320s；心率<80次/min采用2次心跳采集；心率≥80次/min則采用3次心跳采集；期相采集范圍為20%～80%的RR間期；管電壓和管電流按體質量指數結合體型進行自動調節，管電壓為100kVp或120kVp，管電流為200～600mA。經右側肘靜脈以5.0ml/s流速推注50ml對比劑，注射完畢后再以相同流速注射0.9%氯化鈉溶液50ml進行脈管和右心室沖洗。啟動CTSureStart功能觸發掃描，觸發檢測圈定于掃描野中央層面降主動脈，當觸發圈平均閾值上升至>100HU時，對照組通知患者開始吸氣并屏住呼吸，當觸發閾值上升至>300HU時開始冠脈CTA掃描；觀察組觸發閾值達到300HU時則直接進行冠脈CTA掃描。

1.2.4??重建圖像??將獲得的原始數據進行單扇區重建處理，選擇呼吸運動偽影相對較少的一次心跳進行薄層數據重建[7]。層厚0.50mm，層間隔0.25mm，重建算法選擇函數FC43。得出冠脈期相數據后，將觀察組數據傳送至人工智能分析軟件Coronary?Doc2.2（北京數坤網絡科技股份有限公司研發）；對照組數據傳輸至東芝圖像后處理工作站Vitrea?FX6.7.3，應用血管分析軟件重建出容積再現（volume?rendering，VR）、最大密度投影（maximum?intensity?projection，MIP）、多平面重建（multiple?planer?reconstruction，MPR）及曲面重建（curve?planer?reconstruction，CPR）的冠脈CTA診斷影像。

1.2.5??圖像質量分析??由兩位多年從事冠心病診斷的放射科醫生采用雙盲法查看、比較兩組患者圖像噪聲和信噪比，分析每支冠脈血管圖像質量，將直徑>1mm的冠脈血管列入評價范圍，比較兩組患者圖像質量評分。圖像質量評分設定為：冠脈圖像清晰無偽影3分（優秀）；冠脈圖像一般伴有少許偽影2分（良好），但基本能滿足診斷；圖像模糊且有嚴重呼吸運動偽影，不能滿足診斷1分（差）。

1.3??統計學方法

采用SPSS?21.0統計學軟件對數據進行處理分析，計量資料以均數±標準差（）表示，組間比較采用t檢驗，計數資料采用例數（百分比）[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2??結果

2.1??基礎心率和檢查心率比較

觀察組患者按需含服酒石酸美托洛爾片后心率顯著下降，3種用藥方案的檢查心率均低于基礎心率，差異均有統計學意義（P<0.05）。對照組的基礎心率和檢查心率比較，差異無統計學意義（P>0.05），見表2。

2.2??重建圖像比較

觀察組典型患者冠狀動脈CTA重建效果，見圖1。對照組典型患者的冠狀動脈CTA重建效果，見圖2。兩組圖像比較，觀察組重建圖像細節及對遠端細小血管的顯示較為豐富。

2.3??圖像質量比較

兩組圖像的噪聲、信噪比和圖像質量評分比較，差異均無統計學意義（P>0.05），見表3。

3??討論

傳統的冠脈CTA需要屏氣檢查，是為了有效減少掃描過程中因呼吸運動造成的偽影，然而很多患者容易受到外界各種因素干擾，心率往往不能控制至理想狀態。尤其對于急性心肌梗死或年邁失能的患者，更難配合屏氣檢查。在心率高、屏氣不佳及情緒恐懼緊張等不良因素綜合影響下，冠脈CTA檢查常無法獲取有效的診斷圖像數據。Bischoff等[8]為此做出探索，嘗試利用雙源CT進行自由呼吸的冠脈CTA，要求心率控制在<60次/min。Kang等[9]利用320排寬體探測器CT對患者行自由呼吸下冠脈CTA檢查，但由于時間分辨率等因素的限制，心率仍要求<75次/min。由此可見，對于基礎心率較低的患者，可嘗試在不屏氣情況下行冠脈CTA檢查，但對于基礎心率較高（≥80次/min）且無法屏氣配合的患者，仍缺乏有效的冠脈CTA檢查方法。因此降低患者心率是最直接有效提高檢查成功率的辦法[10]。

圖像質量和圖像處理軟件的功能也嚴重影響后期診斷效果。以往冠脈CTA的重建均依靠醫生手工重建，需分析判斷每一支血管，并制作二維、三維圖像，不僅速度慢、效率低，而且精度較差，人為因素導致誤差較大。多名醫生重建質量難以有統一標準，對臨床診斷也會帶來一定的疑慮。本研究運用人工智能心血管分析軟件，能在10min內自動重建冠脈VR、MIP、MPR、CPR等診斷所需圖像并自動標示血管名稱、分析出病灶位置、狹窄程度，同時生成診斷報告供醫生參考，重建診斷完成時間不超過10min，大大縮短了冠心病患者的檢查時間，在介入窗口期內為手術醫生提供詳細診斷報告和影像資料，為患者救治贏得寶貴的時間。

本研究結果顯示，觀察組患者在自由呼吸情況下的冠脈CTA圖像與對照組患者冠脈CTA圖像質量相似。究其原因，①正常呼吸狀態（12～20次/min）下，橫膈呼吸上下運動引起的冠脈移動速度（6.4～29.3mm/s）遠低于心跳引起的冠脈移動速度（22.4～108.6mm/s），所以呼吸運動帶來的移動偽影不再是主要干擾；②CT未來的發展方向是更高的轉速和更寬的探測器，不斷提高時間分辨率可以有效地減少各種運動偽影；③現在人工智能重建軟件不斷成熟，在后期圖像重建分析上的效率和質量已不遜于傳統的醫生手動重建分析。本研究中，觀察組有37例受檢者心率達80次/min以上，最高心率達到98次/min，且圖像主觀評分均在2.0分以上，達到診斷要求。同時，一些心率較低的患者只需采集單次心跳或更少的期相范圍就能獲得符合診斷要求的圖像，進一步減少了患者的輻射劑量[11]。因此新的檢查方法可以代替傳統檢查方法進行冠脈CTA檢查。

綜上，利用酒石酸美托洛爾片控制心率，結合人工智能重建的冠狀動脈CTA檢查方法，能為高心率且不能配合屏氣的患者提供有效的冠狀動脈診斷影像。但本研究的不足之處在于，必須使用256排及以上高速寬體探測器CT，但部分醫院并不具備如此高性能CT；同時，人工智能分析軟件的全面推廣應用，還需要時間和進一步完善，目前該技術的應用依然受限；此外，部分人群對選擇性β1受體阻滯劑不敏感或者長期口服酒石酸美托洛爾片，產生一定耐藥性[12]，以至于達到目標心率的過程非常緩慢或根本無法達到，最終無法適用可自由呼吸的冠脈CTA檢查。

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（收稿日期：2022–08–31）

（修回日期：2023–02–06）