馬海婷 MA Haiting
古麗娜·阿扎提 GULINA·Azhati
劉文亞 LIU Wenya
邢 艷 XING Yan
肖 虎 XIAO Hu
冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)與不同扇區(qū)重建對(duì)改善冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量效果的對(duì)比研究
馬海婷 MA Haiting
古麗娜·阿扎提 GULINA·Azhati
劉文亞 LIU Wenya
邢 艷 XING Yan
肖 虎 XIAO Hu
作者單位
新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心 新疆烏魯木齊 830011
目的 比較寶石CT冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)(SSF)與不同扇區(qū)重建對(duì)CT冠狀動(dòng)脈造影(CCTA)圖像質(zhì)量及可判讀性的改善。資料與方法 60例可疑冠心病患者根據(jù)心率進(jìn)行分組,25例心率≤65次/分患者行寶石CT前瞻性心電門(mén)控掃描,比較75%期相時(shí)SSF算法和標(biāo)準(zhǔn)算法(STD)重建的CCTA圖像質(zhì)量及其可判讀性;35例心率>65次/分者行寶石CT回顧性心電門(mén)控掃描,比較45%及75%期相時(shí)SSF算法和STD算法重建的CCTA圖像質(zhì)量及其可判讀性;分別基于冠狀動(dòng)脈節(jié)段、冠狀動(dòng)脈分支及冠狀動(dòng)脈整體水平進(jìn)行評(píng)分。結(jié)果 ①25例前瞻性心電門(mén)控掃描患者SSF算法重建圖像的可判讀性在每支血管的每個(gè)段水平高于STD算法重建圖像[96.3%(341/354)與90.7%(321/354),P<0.01];每位受試者及前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈每支血管評(píng)分,SSF評(píng)分高于STD評(píng)分(P<0.01、P<0.001);左主干兩種算法圖像質(zhì)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。②35例回顧性心電門(mén)控掃描患者,45%期相時(shí)SSF重建圖像的可判讀性在整體水平、分支水平及節(jié)段水平均高于單扇區(qū)及雙扇區(qū)重建圖像(P<0.01、P<0.001);而在75%期相時(shí)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在整體水平,SSF重建圖像在45%及75%期相時(shí)的圖像質(zhì)量評(píng)分均高于單扇區(qū)及雙扇區(qū)重建圖像,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001);在分支水平,左主干在45%期相時(shí)評(píng)分在3種重建方法間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001);而在75%期相時(shí)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈45%及75%期相時(shí)的圖像質(zhì)量評(píng)分在3種重建方法間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001)。結(jié)論 SSF可以在一定程度上提高前瞻性和回顧性心電門(mén)控下CCTA圖像質(zhì)量及其可判讀性,尤其對(duì)圖像質(zhì)量的提高更為明顯。
冠心??;體層攝影術(shù),X線計(jì)算機(jī);冠狀血管造影術(shù);圖像處理,計(jì)算機(jī)輔助
心源性猝死約50%在發(fā)生前均無(wú)明顯臨床癥狀,目前在治療和減少心血管事件方面已有有效治療方案,早期發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈疾病是關(guān)鍵。CT冠狀動(dòng)脈造影(coronary CT angiography,CCTA)作為冠狀動(dòng)脈疾病的無(wú)創(chuàng)診斷方法,在檢出和排除冠狀動(dòng)脈狹窄性病變中的價(jià)值已得到廣泛認(rèn)可[1-3]。然而由于運(yùn)動(dòng)偽影的影響,CCTA中12%的冠狀動(dòng)脈節(jié)段不能診斷[4]。冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)(snapshot freeze,SSF)較好地解決了由于心臟搏動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽影而導(dǎo)致圖像成像質(zhì)量不佳這一問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)60例受試者分別行前瞻性和回顧性心電門(mén)控掃描,比較SSF算法和標(biāo)準(zhǔn)算法(standard,STD)重建對(duì)CCTA圖像質(zhì)量及可判讀性,評(píng)價(jià)SSF算法在改善冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量中的作用。
1.1 研究對(duì)象 連續(xù)收集2014年2-4月在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院擬診為冠心病并進(jìn)行CCTA檢查的60例患者,其中25例心率≤65次/分者行前瞻性心電門(mén)控掃描,心率變化(2.6±2.5)次/分;35例心率>65次/分者行回顧性心電門(mén)控掃描,心率變化(5.8±4.7)次/分。排除標(biāo)準(zhǔn):①有嚴(yán)重呼吸系統(tǒng)疾病或不能遵循屏氣指令等不能配合掃描者;②碘對(duì)比劑過(guò)敏、心律不齊、心腎功能不全者;③甲狀腺功能亢進(jìn)(促甲狀腺素<0.3 mU/L);④有心肌梗死病史,有冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù)、冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)及冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)史;⑤冠狀動(dòng)脈鈣化積分≥400分。兩組患者一般資料比較見(jiàn)表1。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有受檢者均簽署知情同意書(shū)。
表1 25例前瞻性心電門(mén)控掃描與35例回顧性心電門(mén)控掃描患者的一般資料
1.2 CCTA檢查 采用GE 64層Discovery HD 750 High Definition掃描機(jī)。心率>80次/分者口服倍他洛克25~50 mg,以保證圖像掃描質(zhì)量。造影劑采用歐乃派克(350 mgI/ml),用量(ml)=體重(kg)×0.8 ml/kg,流速(ml/s)=對(duì)比劑用量(ml)/12 s,兩組注射時(shí)間均為12 s。從頭側(cè)至足側(cè)掃描,掃描范圍從氣管隆突下方至膈頂。心率≤65次/分者采用前瞻性心電門(mén)控掃描,心率>65次/分者采用回顧性心電門(mén)控掃描。準(zhǔn)直器寬度0.625 mm,探測(cè)器寬度40 mm,重建層厚0.625 mm,層間距0.625 mm。機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.35 s/周。根據(jù)受試者體重指數(shù)(BMI)采用不同的掃描條件,最大管電流200~670 mA,BMI≤22.5 kg/m2、管電壓80 kV,22.5 kg/m2<BMI≤28 kg/m2、管電壓100 kV,28 kg/m2<BMI≤33 kg/m2、管電壓120 kV,BMI>33 kg/m2、管電壓140 kV。
1.3 圖像后處理 所有圖像在AW 4.6工作站進(jìn)行圖像后處理。執(zhí)行前瞻性心電門(mén)控掃描時(shí),以75%期相為中心重建;而采用回顧性心電門(mén)控掃描時(shí),重建期相以45%及75%期相為中心。
1.4 冠狀動(dòng)脈圖像判讀 由2名具有5年以上CCTA診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師以上診斷醫(yī)師采用隨機(jī)雙盲法對(duì)圖像進(jìn)行獨(dú)立判讀。每名醫(yī)師先對(duì)一種重建算法的圖像進(jìn)行判讀,2周以后再對(duì)另一種重建算法的圖像進(jìn)行判讀,以減少主觀偏倚。采用Likert評(píng)分法[5]作為評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):1分,圖像質(zhì)量差,無(wú)法診斷,嚴(yán)重的冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)或其他偽影影響使圖像不能正確評(píng)估;2分,圖像質(zhì)量較差,但可以診斷,由于繼發(fā)于冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)或其他偽影影響,降低了圖像質(zhì)量;3分,圖像質(zhì)量好,輕微的運(yùn)動(dòng)相關(guān)偽影或其他偽影;4分,圖像質(zhì)量?jī)?yōu),極少或無(wú)運(yùn)動(dòng)相關(guān)偽影,極好的解剖細(xì)節(jié)用來(lái)進(jìn)行狹窄和斑塊的評(píng)估。并分別基于冠狀動(dòng)脈節(jié)段、冠狀動(dòng)脈分支及冠狀動(dòng)脈整體水平進(jìn)行評(píng)分,冠狀動(dòng)脈分段采用美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)16段分法[1]。
1.5 輻射劑量 記錄掃描長(zhǎng)度、CT容積劑量指數(shù)(CT dose index of volume,CTDIvol)及劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product,DLP),按照公式(1)[6]計(jì)算有效輻射劑量(effective dose,ED)。
其中k為轉(zhuǎn)換因子,取值為0.014 Sv/mGy[1]。
1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 10.0軟件,對(duì)SSF與扇區(qū)重建幾種重建模式下的圖像質(zhì)量進(jìn)行比較,幾個(gè)水平的圖像質(zhì)量評(píng)分比較采用秩和檢驗(yàn),可判讀性比較采用χ2檢驗(yàn),P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 前瞻性心電門(mén)控組圖像質(zhì)量評(píng)分與判讀 SSF算法重建圖像質(zhì)量在每位受試者及前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈每支血管水平評(píng)分均高于STD,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001);左主干兩種算法圖像質(zhì)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表2及圖1。SSF算法重建圖像可判讀性在每支血管的每個(gè)段水平高于STD重建圖像,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);SSF算法重建圖像可判讀性在每支血管的每個(gè)段水平高于STD重建圖像,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);在每位受試者水平、每位受試者的每支血管水平兩種算法差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表3。
表2 SSF重建算法和STD重建算法圖像質(zhì)量評(píng)分比較(分)
表3 SSF重建算法和STD重建算法圖像質(zhì)量可判讀性比較[n(%)]
2.2 回顧性心電門(mén)控組圖像質(zhì)量評(píng)分與判讀 在整體水平,SSF重建圖像在45%及75%期相時(shí)的圖像質(zhì)量評(píng)分均高于單扇區(qū)及雙扇區(qū)重建圖像,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001);在分支水平,左主干在45%期相時(shí)3種重建方法間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001),而在75%期相時(shí)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈在45%及75%期相時(shí)的圖像質(zhì)量評(píng)分3種重建方法間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001),見(jiàn)表4、圖2。45%期相時(shí)SSF重建圖像的可判讀性在整體水平、分支水平及節(jié)段水平均高于單扇區(qū)及雙扇區(qū)重建圖像,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01、P<0.001),見(jiàn)表5;而在75%期相時(shí)3種重建算法間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
圖1 女,56歲。前瞻性心電門(mén)控掃描,心率64次/分,A、B、C為STD重建算法圖像,分別為VR圖像、曲面重組圖像、軸位圖像,圖像存在明顯運(yùn)動(dòng)偽影,質(zhì)量較差;D、E、F為SSF重建算法圖像,分別為VR圖像、曲面重組圖像、軸位圖像,圖像偽影基本消失,血管邊緣光滑,滿足診斷
圖2 男,62歲?;仡櫺孕碾婇T(mén)控掃描,心率71次/分,A、B、C分別為45%期相單扇區(qū)重建、雙扇區(qū)重建及SSF算法重建的曲面重組圖像,A、B圖像存在明顯運(yùn)動(dòng)偽影,圖像質(zhì)量差;C圖像偽影基本消失,滿足診斷
從早期的螺旋CT到多層螺旋CT,冠狀動(dòng)脈CT成像已經(jīng)取得了跨越式的發(fā)展,但是心率與心臟搏動(dòng)仍是影響CCTA圖像質(zhì)量的一個(gè)重要因素[7]。寶石能譜CT創(chuàng)新性地應(yīng)用了SSF冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)追蹤凍結(jié)平臺(tái),是近期64層螺旋CT消除CCTA運(yùn)動(dòng)偽影的新技術(shù),本研究擬評(píng)估SSF重建算法對(duì)圖像質(zhì)量的影響。
患者行冠狀動(dòng)脈CT檢查時(shí),圖像處理多采用單扇區(qū)或多扇區(qū)重建。傳統(tǒng)的單扇區(qū)重建是利用X線球管連續(xù)旋轉(zhuǎn)180°采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建的算法,故重建算法的時(shí)間分辨率大致相當(dāng)于機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間的50%,用于重建的圖像數(shù)據(jù)均采集于一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)。如果機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度不夠快,就必須使用多扇區(qū)重建。多扇區(qū)重建是利用整合來(lái)自不同心跳的心動(dòng)周期中不同期相的數(shù)據(jù)來(lái)提高時(shí)間分辨率[8]。然而,不同心動(dòng)周期內(nèi)的心跳會(huì)有所不同,造成不同心動(dòng)周期的數(shù)據(jù)整合后不能完全匹配,圖像出現(xiàn)偽影。即使采用多期相重建,高心率患者的成像難度也較大,尤其是右冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)速率大,最易產(chǎn)生偽影[9]。SSF算法是利用單個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)相鄰時(shí)相的圖像信息來(lái)描繪血管運(yùn)動(dòng),有效地縮短了重建時(shí)間窗,補(bǔ)償了因?yàn)楣跔顒?dòng)脈運(yùn)動(dòng)造成的偽影,從而改善了圖像質(zhì)量[10-11]。因此,影響多扇區(qū)重建的各種常見(jiàn)因素,如心跳不一致、機(jī)架每周的共振點(diǎn)不一致、心動(dòng)周期不同等因素,對(duì)該算法的影響相對(duì)較小[12]。與STD算法相比,該算法明顯提高了圖像質(zhì)量及其可判讀性。本研究前瞻性掃描病例中,在整體水平及前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈每支血管水平,SSF重建算法使圖像質(zhì)量得到明顯提高;在回顧性掃描病例中,在45%及75%期相時(shí)的整體水平、前降支、回旋支、右冠狀動(dòng)脈及45%期相時(shí)的左主干每支血管水平,SSF重建算法使圖像質(zhì)量得到明顯提高。本研究前瞻性掃描病例中,SSF算法在每位受試者水平、每支血管水平及每個(gè)節(jié)段水平的可判讀性分別為96.0%、96.0%和96.3%,而STD算法在3個(gè)評(píng)估水平的可判讀性分別為80.0%、90.0%和90.7%,SSF算法分別提高了16.0%、6.0%和5.6%。在回顧性掃描病例中,在45%期相,SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每個(gè)段水平的可判讀性分別為65.7%、73.6%和62.3%,較單扇區(qū)重建分別提高了40.0%、24.3%和14.3%,較雙扇區(qū)重建分別提高了31.4%、16.5%和13.3%,在75%期相時(shí),SSF、單扇區(qū)及雙扇區(qū)重建圖像的可判讀性在各水平差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
本研究的局限性為:①本研究?jī)H為對(duì)SSF重建技術(shù)的初步研究,患者未與冠狀動(dòng)脈血管造影這一“金標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行對(duì)比,診斷準(zhǔn)確性和精確度尚需證實(shí);②在整體水平、分支水平及節(jié)段水平均存在評(píng)分為1分的病例,在經(jīng)過(guò)SSF算法重建后,圖像質(zhì)量未得到明顯改善,具體原因有待進(jìn)一步研究;③本研究樣本量小,SSF重建算法較常規(guī)重建算法的優(yōu)勢(shì)及其對(duì)幾種掃描模式的作用仍需進(jìn)一步探討;④本研究應(yīng)用于評(píng)價(jià)SSF重建算法的寶石能譜CT為單源CT,盡管該重建技術(shù)不需要硬件支持,但該算法是否能運(yùn)用于雙源CT或其他大范圍探測(cè)器尚不確定,仍需要進(jìn)一步探討。
總之,寶石能譜CT的SSF技術(shù)可以在一定程度上提高前瞻性和回顧性心電門(mén)控下CCTA的圖像質(zhì)量及其可判讀性,尤其對(duì)圖像質(zhì)量的提高更為明顯,提高了檢查的成功率,避免了患者重復(fù)檢查,對(duì)提高臨床醫(yī)療質(zhì)量起到了重要作用。
表4 45%期相及75%期相3種重建算法圖像質(zhì)量評(píng)分比較(分)
表5 45%期相3種重建算法圖像質(zhì)量可判讀性比較[n(%)]
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(本文編輯張春輝)
Snapshot Freeze Technique and Multi-sector Reconstruction on Improving Image Quality of Coronary CT Angiography
Purpose To evaluate the motion correction algorithm (snapshot freeze, SSF) and multi-cycle reconstruction on the imaging quality and interpretation of coronary CT angiography (CCTA). Materials and Methods Sixty patients with suspected coronary heart disease were divided into two groups according to the heart rate. Twenty-five patients with heart rate ≤65 beats per minute underwent prospectively ECG-gated CCTA on gemstone CT. Image quality and interpretability of standard (STD) and SSF reconstructions at 75% R-R interval were compared. Thirty-five patients with heart rate>65 beats per minute underwent retrospective ECG-gated CCTA. Image quality and interpretability of STD and SSF reconstructions at 45% and 75% R-R interval were compared. The image qualities and interpretability were assessed based on coronary artery segment, coronary artery bifurcation and overall coronary artery. Results For 25 patients with prospectively ECG gated CCTA, SSF reconstructions showed higher interpretability than STD reconstructions on per-segment level [96.3% (341/354) vs 90.7% (321/354), P<0.01]. Image qualities with SSF were higher than that with STD reconstructions for left anterior descending (LAD), left circumflex (LCX) and right coronary artery (RCA). There was no statistic significance for left main coronary artery (P>0.05). For 35 patients with retrospective ECG-gate CCTA, SSF reconstructions at 45% R-R interval showed higher interpretability (P<0.01, P<0.001). But there were no significant difference for 75% R-R interval images (P>0.05). Image qualities with SSF were higher than that with single and double sector STD reconstructions (P<0.001). The image qualities were significant different among SSF, single and double sector STD reconstructions for 45% R-R interval images of LM (P<0.01), but it was similar for 75% R-R interval images (P>0.05). There were significant different for LAD, LCX and RCA on both 45% and 75% R-R interval images (P<0.01, P<0.001). Conclusion SSF may improve the image quality and interpretability of CCTA images using prospectively and retrospective ECG-gated techniques, especially for improving the image quality.
Coronary disease; Tomography, X-ray computed; Coronary angiography; Image processing, computer-assisted
10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.007
劉文亞
Department of CT Room, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China
Address Correspondence to: LIU Wenya
E-mail: 13999202977@163.com
烏魯木齊市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目(Y121320019)。
R541.4;R445.3
2015-02-05
2015-05-21
中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志
2015年 第23卷 7期:501-505
Chinese Journal of Medical Imaging
2015 Volume 23(7): 501-505