自動測量法評估冠狀動脈管腔內密度衰減梯度準確性的研究

李嬌嬌,張 斌,劉 迪,李傳貴,李曉東,郎穎濤

(河北北方學院附屬第一醫(yī)院影像科,張家口 075000;*通訊作者,E-mail:dr_lijiaojiao@163.com)

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自動測量法評估冠狀動脈管腔內密度衰減梯度準確性的研究

李嬌嬌*,張 斌,劉 迪,李傳貴,李曉東,郎穎濤

(河北北方學院附屬第一醫(yī)院影像科,張家口 075000;*通訊作者,E-mail:dr_lijiaojiao@163.com)

目的 評估自動測量法測量管腔內密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient,TAG)值的準確性,并評估年齡、性別及不同冠狀動脈分支對TAG值的影響。 方法 收集我院采用320排CT對進行冠狀動脈CTA檢查的連續(xù)受檢者50例。分別采用自動測量法和手動測量法測量冠狀動脈三大主干(LAD、LCx、RCA)的TAG值。同時測量不同年齡、性別及不同冠狀動脈分支TAG值的差異性。采用Bland-Altman分析和線性回歸分析自動測量法的準確性、觀察者間一致性。 結果 女性受檢者的TAG值低于男性受檢者;老年組受檢者的TAG值低于中年組;RCA的TAG值稍高于LAD、LCx。自動測量法測量一支冠狀動脈的時間比手動測量法減少64%。Bland-Altman分析顯示自動測量法和手動測量法差值的均數較小(-1 HU/cm)。自動測量法和手動測量法均有較高的觀察者間一致性。 結論 本研究證實自動測量法對TAG值的測量時間較短,且準確性較高,重復性較好。

320排CT; CT冠狀動脈造影; 管腔內密度衰減梯度; CT值

冠狀動脈性心臟病(coronary artery heart disease,CHD)簡稱冠心病,由于其發(fā)病率、死亡率高,嚴重危害著人類的身體健康,早期診斷和治療對患者至關重要。冠脈CTA作為一種非侵入性檢查能夠較為準確地評估冠狀動脈的解剖學狹窄,且與侵入性冠狀動脈造影檢查具有很好的相關性,但對于冠狀動脈血流動力學意義的評估具有局限性[1]。近年來,由CT冠狀動脈造影是獲得的管腔內密度衰減梯度(transluminal attenuation gradient,TAG),可以增強冠脈CTA探測功能學信息的能力,從而對冠心病的評估和危險度分層提供了“一站式”的檢查[2-4]。TAG定義為冠狀動脈管腔內密度衰減和距冠狀動脈開口長度之間的線性回歸系數[5]。TAG的測量變異較大,受CT掃描參數、對比劑濃度、個體差異等多種因素影響[6]。本研究探究不同年齡、性別、冠狀動脈分支對TAG值的影響,為臨床預測冠狀動脈血流動力學情況提供參考價值,并評估采用自動測量法測量TAG值的準確性。

1 材料和方法

1.1 研究對象

納入2016-08～2016-12我院進行冠脈CTA檢查的連續(xù)受檢者50例。掃描時心率為(52±4.0)次/min,其中男性26例,女性24例,年齡36-72歲。排除標準:心律失常、呼吸配合不佳。

1.2 CT冠狀動脈造影

50例受檢者冠脈CTA均由320排CT(Aquilion ONE,Toshiba Medical Systems Corporation,Tochigi,Japan)完成。受檢者取仰臥位,屏氣掃描。掃描范圍:氣管分叉下方10-15 mm至膈肌水平。對于心率高于65次/min的患者,在檢查前1h舌下給予倍他樂克25-75 mg控制心率≤65次/min。采用雙筒高壓注射器,經肘前靜脈以4.5-5.0 ml/s速度注射對比劑(優(yōu)維顯 270 mgI/ml,1.5 ml/kg),注射完畢后立即以相同速率注射生理鹽水40 ml。采用Bolus Tracking 技術,于主動脈根部放置感興趣區(qū)(region of interest,ROI),設定閾值為200 HU,當ROI內監(jiān)測的CT值突破閾值后觸發(fā)掃描,采用前瞻性掃描,R-R間期為65%-85%。掃描參數如下:準直器寬度 0.5 m,探測器總寬度16 cm,重建層厚0.5 mm。機架旋轉時間 0.275s,DFOV為200 mm×200 mm,矩陣512 mm×512 mm。管電壓120 kVp。放射劑量以劑量長度乘積乘以轉換系數求得,k為0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.3 TAG的測量

采取AIDR3D進行圖像重建,并將所有圖像數據傳輸至Vitrea 6.4(Vital Images,A Toshiba Medical Systems Group,Minnetonka,MN)工作站進行測量。分別評估冠狀動脈三大主干前降支(left anterior descending,LAD)、左旋支(left circumflex,LCx)及右冠狀動脈(right coronary artery,RCA),其中從左主干到LAD歸為LAD,從RCA到后降支歸為RCA。由4名放射科醫(yī)師對數據進行測量,2名采用自動測量法對TAG值進行測量,另外2名采用手動法對TAG值進行測量。

1.3.1 手動法TAG測量 重建冠狀動脈三大主干的軸位圖像,在軸位圖像上,大小約為1.0 mm2ROI人工放置于冠狀動脈的管腔中央;以5 mm為間隔從冠狀動脈開口到其管腔截面積小于2.0 mm2為止,分別測量ROI內的CT值。TAG定義為管腔內CT值(HU)和距冠狀動脈開口的血管長度(mm)之間的線性回歸系數。

1.3.2 自動法TAG測量 操作者于CPR圖像上根據需要放置數個關鍵點(seed points)用于自動生成冠狀動脈管腔中心線的檢測和手動糾正的執(zhí)行。進而自動梯度軟件包將每隔1 mm自動生成垂直于冠狀動脈管腔中心線的橫軸位圖像。操作者于CPR圖像于冠狀動脈近端(竇口)及遠端(至管腔截面積<2 mm2)放置兩個“l(fā)andmarks”,軟件計算兩個“l(fā)andmarks”之間冠狀動脈管腔內密度衰減的變化,即其CT值(HU)的變化,最后TAG值自動生成。ROI大小約為1 mm2。

1.4 統(tǒng)計學測量

2 結果

2.1 受檢者基本資料

50例受檢者的基本資料見表1。女性的身高、體質量明顯低于男性,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01);老年組身高明顯低于中年組,差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01),但老年組和中年組的體質量無統(tǒng)計學差異(P=0.516)。

分組 n年齡(歲)身高(m)體質量(kg)男性 中年組 14432±22175±012703±65 老年組 12647±17162±008751±47 P<0001<00010516女性 中年組 11416±14162±010561±54 老年組 13651±23157±007553±61 P0642<0001<0001

2.2 年齡、性別、冠狀動脈分支對TAG值的影響

采用手動測量法分析顯示,50例受檢者中全部女性受檢者的TAG值低于全部男性受檢者,但差異無統(tǒng)計學意義(P=0.73);50例受檢者中老年組受檢者的TAG值低于中年組,差異無統(tǒng)計學意義(P=0.28);RCA的TAG值稍高于LAD、LCx,但其差異無統(tǒng)計學意義(P=0.32,見表2)。

表2 年齡、性別、冠狀動脈分支對TAG的影響

Table 2 Effect of the age,sex,and different branch of coronary artery on the TAG value

臨床特征nTAG值(HU/cm)t/FP性別043073 男性26-262±24 女性24-281±31年齡114028 老年25-284±29 中年25-258±19冠狀動脈分支058032 LAD50-258±57 LCx50-288±59 RCA50-234±48

2.3 自動測量法和手動測量法的比較

選取20例受檢者,對60支冠狀動脈用手動測量法和自動測量法進行測量,自動測量法測量一支冠狀動脈的時間比手動測量法少64%[(4.5±0.4)minvs(15.7±0.9)min,P<0.01]。自動測量法的TAG平均值為-29.1 HU/cm,手動測量法的TAG值為-28.2 HU/cm,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。Bland-Altman分析顯示自動測量法和手動測量法的差值均數-1.0 HU/cm,95%的一致性界限的上下界為(-19.5)-17.6 HU/cm(見圖1)。線性回歸分析得線性回歸方程為y=1.0x-0.9 HU/cm,顯示斜率為1.0,截距較小為0.9,相關系數較高(r=0.93,P<0.001，見圖2),進一步說明自動測量法和手動測量法間的一致性高。

圖1 自動測量法VS手動測量法的Bland-Altman分析Figure 1 Bland-Altman plot of automated method versus manual method

圖2 自動測量法VS手動測量法的線性回歸分析Figure 2 Linear regression analysis plot of automated method versus manual method

2.4 觀察者間一致性比較

選取20例受檢者,對60支冠狀動脈采用手動測量法和自動測量法進行測量,無論自動測量法還是手動測量法其相關系數均較高,因此觀察者間的一致性較好(y自動法=1.1x+3.8 HU/cm,r=0.89,P<0.001;y手動法=1.1x+2.2 HU/cm,r=0.88,P<0.001，見圖3B和4B)。同時Bland-Altman分析顯示,與手動測量法相比,自動測量法差值均數小(-0.4 HU/cm),95%的一致性界限窄(-17.5，16.8 HU/cm)(見圖3A和4A)。

表3 兩種測量方法觀察者間一致性比較

Table 3 Inter-observer agreement of automated and manual method

分組TAG值(HU/cm)相關系數P自動測量法089<0001 測量者1-289±244 測量者2-293±291手動測量法088<0001 測量者1-275±239 測量者2-289±275

3 討論

臨床上,對于一個未能確定是否引起心肌缺血的冠狀動脈病灶進行支架植入或冠狀動脈搭橋手術的血運重建是存在爭議的。因此為了避免進行不必要的支架植入或冠狀動脈搭橋手術,對于冠狀動脈病變進行功能學評估是明智且必要的[7,8]。TAG由CT冠狀動脈造影時獲得,其反映造影劑通過管腔的下降率,有潛力評估冠狀動脈的血流動力學即生理學情況[9,10]。TAG依賴于管腔內衰減的CT值的變化,其準確性受多種因素影響。本研究采用320排CT,其時間分辨率高,在一次心動周期內即可完成全心容積掃描成像,使得各個位置的掃描數據均處于同一時相,相較于回顧性心電門控螺旋掃描和前瞻性心電門控步進(step-and-shoot)掃描,在一定程度上降低了造影劑濃度、注射速率及注射量等因素的影響[11,12]。在此基礎上,本研究進一步評估了年齡、性別及不同冠狀動脈分支對TAG值的影響。同時,TAG值的測量是一項較為繁瑣的工作,所需時間較長,因此本研究進一步評估自動測量軟件包測量TAG的準確性,為TAG進一步應用于臨床提供依據。

A．Bland?Altman分析B．線性回歸分析圖3 自動測量法測量者間一致性分析Figure3 Inter?observeragreementofautomatedmethod

A．Bland?Altman分析B．線性回歸分析圖4 手動測量法測量者間一致性分析Figure4 Inter?observeragreementofmanualmethod

本研究發(fā)現女性受檢者的TAG值低于男性受檢者,老年組受檢者的TAG值低于中年組,這可能是由于一般健康成年男性在安靜狀態(tài)下的心輸出量為4.5-6.0 L/min,女性則比男性低10%左右,且研究發(fā)現心輸出量是影響TAG值的一個重要因素[6];同樣老年組受檢者的TAG值低于中年組,這可能與老年人心功能下降,心輸出量、射血分數降低有關。RCA的TAG值稍高于LAD、LCx,可能是由于RCA較長,走行比LAD,LCx平緩,LAD多出現心肌橋,LCx走行多迂曲造成的。

本研究證實自動測量法比手動測量法節(jié)省時間,且觀察者間一致性較高。TAG值的測量從理論上講簡單,但是人工法測量時需要放置30-80個ROI,是項較為繁瑣的工作。自動測量法僅需簡單的手動進行矯正,TAG值測量所需時間短,且測量值的變異小。此外自動測量法采用每隔1 mm放置ROI(手動測量法每隔5 mm),這減少了狹窄處對TAG值測量的影響,尤其是ROI內存在斑塊成分的時候。觀察者間一致性高,這也證實了測量者的偏倚不是影響TAG值測量的因素。因此自動測量法可能為測量TAG值的較好方法。

本研究局限性在于,本研究采用320排CT,因此64或256排CT掃描儀、造影劑注射速率等因素對TAG值重復性的影響有待進一步驗證。

綜上所述,本研究證實自動測量法對TAG值的測量是準確的,可重復的。

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Accuracy of automated method in computed tomography coronary angiography in the evaluation of transluminal attenuation gradient

LI Jiaojiao*,ZHANG Bin,LIU Di,LI Chuangui,LI Xiaodong,LANG Yingtao

(DepartmentofRadiology,FirstAffiliatedHospitalofHebeiNorthUniversity,Zhangjiakou075000,China;*Correspondingauthor,E-mail:dr_lijiaojiao@163.com)

ObjectiveTo evaluate the accuracy of the automated method for measuring the transluminal attenuation gradient(TAG) value,and to assess the influence of age,sex,and different branch of coronary artery on the TAG value.MethodsTotally 50 patients underwent CT coronary angiography with 320 row CT scanner.The automated method and manual method were applied to measure the TAG value of anterior descending branch(LAD),left circumflex(LCx) and right coronary artery(RCA).The difference of TAG was compared in patients with different age,sex,and branch of coronary artery.The accuracy of the automated method and the inter-observer agreement were assessed by Bland-Altman and linear regression analysis.ResultsTAG was lower in female than in male.TAG was lower in elderly group than in middle-age group.The TAG in RCA was slightly higher than that in LAD and LCx.The analysis time per artery of the automated method was shortened by 64% compared to the manual method.Bland-Altman analysis showed low mean diffe-rence(-1.0 HU/cm) between the automated method and the manual method.Automated method and manual method had high inter-observer agreement.ConclusionAutomated method could reduce the computation time with high accuracy and reproducibility.

320 row CT; CT coronary angiography; transluminal attenuation gradient; Hounsfield units

張家口市科技攻關計劃資助項目(1521094D)

李嬌嬌,女,1988-06生,碩士,住院醫(yī)師,E-mail:dr_lijiaojiao@163.com

2017-02-21

R541.4

A

1007-6611(2017)06-0566-05

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.06.012