冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)降低前瞻性心電門(mén)控CTA成像輻射劑量的方法研究

楊文兵，查云飛，陽(yáng)朝暉，謝寶君，邢棟，楊仁杰

武漢大學(xué)人民醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430060

引言

前期研究發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)（Snap Shot Freeze，SSF）采用回顧性心電門(mén)控對(duì)高心率患者冠脈CTA成像可提高圖像質(zhì)量，降低輻射劑量[1]。對(duì)低心率SSF采用前瞻性心電門(mén)控與同期DSA成像在顯示粥樣斑塊數(shù)目和管腔狹窄程度有較好的一致性[2]。前瞻性心電門(mén)控（簡(jiǎn)稱(chēng)前門(mén)控）為步進(jìn)式掃描，僅在預(yù)先設(shè)定的R-R間期曝光，幾乎沒(méi)有重疊掃描，從而使患者所受輻射劑量明顯降低。在相同掃描條件下較回顧性心電門(mén)控能降低約80%的輻射劑量，但因受到心率的嚴(yán)格控制（＜65 bpm）而較少在臨床實(shí)踐中采用[3]。結(jié)合SSF技術(shù)，能否針對(duì)心率＞65 bpm推廣前門(mén)控掃描的可行性具有極大的意義。張輝陽(yáng)等[4]研究指出，前門(mén)控掃描技術(shù)可明顯降低CTA檢查的輻射劑量，不降低圖像質(zhì)量。張計(jì)旺等[5]研究采用回顧性心電門(mén)控掃描比較了標(biāo)準(zhǔn)算法（Standard，STD）和SSF兩種重建方法，認(rèn)為SSF可進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，尤其對(duì)45%期相重建的右冠脈成像改善最明顯。周全紅等[6]研究證實(shí)，前門(mén)控結(jié)合SSF技術(shù)可明顯減少輻射劑量，滿(mǎn)足臨床診斷的圖像質(zhì)量。該研究將進(jìn)一步分析SSF較STD提高成像質(zhì)量，降低前門(mén)控CTA成像輻射劑量的應(yīng)用價(jià)值。

1 對(duì)象與方法

1.1 對(duì)象資料

連續(xù)選擇2017年1～6月入我院行冠脈CTA檢查患者共50例，納入標(biāo)準(zhǔn)：① 按要求完成CTA檢查，無(wú)造影劑過(guò)敏，影像結(jié)果可處理和分析；② 取得患者知情同意權(quán)。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 增強(qiáng)型心臟掃描序列主動(dòng)脈根部1 cm2感興趣區(qū)域（Region of Interest，ROI）平均CT值＜250 HU；② 冠脈管壁鈣化伴嚴(yán)重線束偽影；③ 右心房造影劑彌散不均引起右側(cè)冠脈嚴(yán)重偽影；④ 心胸外科術(shù)后胸骨柄金屬鋼絲、起搏器導(dǎo)線等引起右側(cè)冠脈嚴(yán)重放射狀或條紋狀偽影；⑤ 異位心率（室性早搏）及嚴(yán)重心律不齊（心率變異＞20次/min）。

所有患者均不服用降低心率藥物，但為使冠脈擴(kuò)張、顯影更清晰，受試者檢查前5 min舌下含服0.5 mg硝酸甘油。將其分為平均心率≤65次/min組18例，65～85次/min組22例，＞85次/min組10例；組間患者的基線資料具有可比性（P＞0.05）。具體見(jiàn)表1。

1.2 研究方法

設(shè)備采用美國(guó)GE 64排128層冠脈Optima CT680掃描機(jī)和GE AW4.6 Advantage workstation后處理工作站。增強(qiáng)心臟門(mén)控采集需要5～8 s才能覆蓋整個(gè)心臟，期間保持重復(fù)節(jié)奏的穩(wěn)定心率，減少呼吸運(yùn)動(dòng)造成的錯(cuò)層偽影。在X射線打開(kāi)前5～10 s讓患者屏氣，觀察心率穩(wěn)定時(shí)相，調(diào)整呼吸指令。對(duì)比劑注射使用高壓注射器（德國(guó)Ulrich公司）經(jīng)肘靜脈以0.9 mL/kg注射非離子型對(duì)比劑優(yōu)維顯（含碘370 mg/mL），速率4.5～5.0 mL/s，隨后注入20 mL生理鹽水，速率4.5 mL/s。采用智能追蹤 SmartPrep方法觸發(fā)掃描，選擇主動(dòng)脈根部（冠狀動(dòng)脈左主干）平面為監(jiān)測(cè)層面，設(shè)定大小約1 cm2ROI。SmartPrep參數(shù)為80 mA，監(jiān)視ISD 1 s，增強(qiáng)閾值150 HU，診斷延遲設(shè)定為默認(rèn)自動(dòng)最小值。從頭至足側(cè)掃描，掃描范圍從隆突下1.0 cm至膈頂。

前門(mén)控技術(shù)SnapShot Segment參數(shù)設(shè)置：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，螺距0.20～0.24（機(jī)器根據(jù)心率自動(dòng)調(diào)整）。設(shè)置最大管電流480 mA（智能毫安技術(shù)），根據(jù)受試者身體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）選擇不同的 管 電 壓 ：BMI＜22.0 kg/m2，100 kVp；BMI≥22.0 kg/m2，120 kVp。圖像后處理流程：① 主控制臺(tái)數(shù)據(jù)重建方案，選擇全部心臟層面最佳期相為中心分別進(jìn)行STD和SSF重建；② AW4.6工作站CardIQ Xpress 2.0心臟直通車(chē)軟件圖像重建方法，啟動(dòng)CardIQ Xpress Process生成應(yīng)用運(yùn)動(dòng)減弱的TE（Temporal Enhance）新系列，使用Auto Coronary Analysis軟件進(jìn)行后處理，方法包括容積再現(xiàn)（Volume Rendering，VR）、多平面重組（Multiplanar Reconstruction，MPR）、 曲 面 重 組（Curved Planar Reformation，CPR）、 最 大 密 度 投 影（Maximum Intensity Projection，MIP）及仿血管內(nèi)超聲（Intravascular Ultrasound，IVUS）等。觀察窗口窗寬800～900 HU，窗位200～300 HU。

1.3 觀察指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法

比較不同心率下兩種重建方法的圖像質(zhì)量、圖像噪聲、CT劑量指數(shù)（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、劑量長(zhǎng)度乘積（Dose-Length Product，DLP）和有效劑量（Effective Dose，ED）。

冠脈圖像評(píng)估采用隨機(jī)雙盲對(duì)照，由兩名具有7年以上冠脈CTA成像診斷經(jīng)驗(yàn)的高年資醫(yī)師獨(dú)立判讀圖像。圖像質(zhì)量評(píng)分分別基于冠脈節(jié)段血管CPR、整體VR及CPR水平（冠狀動(dòng)脈分段方法采用美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)15段法），每名醫(yī)師選擇每段血管顯示的最佳期相圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。自定義圖像5分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：1分為RCA管壁邊緣模糊、伴較嚴(yán)重的冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)偽影，圖像質(zhì)量不能達(dá)到診斷需求；2分為RCA管壁邊緣欠清晰、伴節(jié)段性或階梯狀錯(cuò)層偽影，但圖像質(zhì)量尚能滿(mǎn)足診斷需求；3分為RCA管壁邊緣清晰、伴明顯節(jié)段性或階梯狀錯(cuò)層（＞3）偽影，經(jīng)智能邊界校準(zhǔn)（IBR）軟件處理偽影不能完全消除；4分為RCA管壁邊緣清晰銳利、伴少許節(jié)段性或階梯狀錯(cuò)層偽影，經(jīng)IBR軟件處理相關(guān)偽影能夠消除；5分為RCA管壁邊緣光滑銳利，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)相關(guān)偽影。評(píng)分≥2分圖像為具有可讀性，≥3分圖像為優(yōu)良圖像。

圖像噪聲的測(cè)量：選擇主動(dòng)脈分出冠狀脈左主干上下3層，取像素100 mm2大小，以CT值的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲，取平均值。由計(jì)算機(jī)生成CTDIvol，CTDIvol與掃描長(zhǎng)度的乘積得出DLP，有效劑量（Effective Dose，ED）＝DLP×C，其中C為有效劑量權(quán)重因子，取值為0.017。

表1 組間患者的基線資料比較

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，多組間比較采用單因素ANOVA分析，兩兩比較采用LSD-t法檢驗(yàn)；重建前后組內(nèi)比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)或（%）表示，組間比較用（校正）χ2檢驗(yàn)；P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種重建方法的圖像質(zhì)量比較

SSF重建在≤65次/min組和65～85次/min組圖像冠脈節(jié)段CPR、整體VR及CPR水平均明顯高于STD，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；而在＞85次/min組兩種重建方法比較均無(wú)差異（P＞0.05）。見(jiàn)圖1、圖2及表2。

圖1 75%期相分別重建冠脈樹(shù)/右冠狀動(dòng)脈曲面重組及二維切面圖像

圖2 45%期相分別重建右冠狀動(dòng)脈二維圖像

2.2 兩種重建方法的圖像噪聲、CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積和有效劑量比較

SSF重建在≤65次/min組和65～85次/min組圖像噪聲、CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積和有效劑量均明顯低于STD，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；而在＞85次/min組兩種重建方法比較均無(wú)差異（P＞0.05）。見(jiàn)表3。

3 討論

通過(guò)該研究得出，SSF重建在≤65次/min組和65～85次/min組圖像冠脈節(jié)段CPR、整體VR及CPR水平均明顯高于STD，圖像噪聲、CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積和有效劑量均明顯低于STD，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而在＞85次/min組兩種重建方法比較均無(wú)差異。因此，我們認(rèn)為對(duì)于＜85次/min心率患者，SSF較STD可進(jìn)一步提高前門(mén)控CTA成像質(zhì)量，降低圖像噪聲和輻射劑量。

冠脈成像要求冠脈處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)靜止時(shí)掃描，以減少運(yùn)動(dòng)偽影。研究發(fā)現(xiàn)[7]，以5% R-R周期為標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間單位（Normalized Time Unit，NTU）、右冠狀動(dòng)脈（Right Coronary Artery，RCA）和左回旋支（Left Circum flex Branch，LCX）的運(yùn)動(dòng)速度在45% R-R延遲時(shí)間的收縮末期和75% R-R延遲時(shí)間的舒張中期運(yùn)動(dòng)速度小于3 mm/NTU；而左前降支（Left Anterior Descending Branch，LAD）在大多數(shù)心臟運(yùn)動(dòng)時(shí)相運(yùn)動(dòng)速度均小于3 mm/NTU。大量臨床實(shí)踐表明[8-10]，低心率（＜75 bpm）時(shí)冠脈運(yùn)動(dòng)速度低且大致處于相同時(shí)相，心臟舒張期漫長(zhǎng)，可供重建的時(shí)間窗較寬，即使單扇區(qū)成像亦能滿(mǎn)足大多數(shù)冠脈節(jié)段的評(píng)估。隨著心率加快，冠脈運(yùn)動(dòng)速度加快且三支冠脈運(yùn)動(dòng)速度明顯不一致，運(yùn)動(dòng)偽影加重，而且舒張期不斷變短，無(wú)法繼續(xù)滿(mǎn)意成像；而且收縮末期持續(xù)時(shí)間短暫，僅少部分病人可以得到滿(mǎn)意的圖像質(zhì)量，以往受試者均需服用控制心率藥物，以提高檢查成功率[11-13]。SSF重建通過(guò)高清采樣得到心臟運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的一系列圖像，對(duì)相鄰期相的圖像運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行迭代傅立葉變換，在頻域?qū)诿}運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析和建模，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行矯正，有效壓縮重建時(shí)間窗[14-15]，其有效單扇區(qū)掃描的時(shí)間分辨率可達(dá)29 ms，更能提高冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量[16-17]。

表2 兩種重建方法的圖像質(zhì)量比較（分）

表3 兩種重建方法的圖像噪聲、CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積和有效劑量比較

該研究創(chuàng)新點(diǎn)證實(shí)了SSF較STD對(duì)低心率患者可進(jìn)一步提高前門(mén)控CTA成像質(zhì)量，降低圖像噪聲和輻射劑量，但對(duì)于高心率（＞85次/min）患者仍需要藥物降低心率以提高成像質(zhì)量。

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