自動(dòng)選擇最佳期相在高心率患者冠狀動(dòng)脈CTA成像中的應(yīng)用

張棟青， 史樸軍，蔡顯圣，郭文濤，吳志東

聊城市人民醫(yī)院 設(shè)備科，山東 聊城 252000

引言

冠心病是心血管病常見病之一，又是心血管病的主要死因，因此早期診斷冠心病具有重要意義。心臟冠脈CTA檢查因其無創(chuàng)性和高敏感性，成為冠心病患者檢查的首要選擇。CT探測(cè)器技術(shù)和機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度的快速發(fā)展，都為CTA檢查提供了便利。但是心臟作為一個(gè)實(shí)時(shí)跳動(dòng)器官，心率和心律的變化成為制約CTA檢查成功與否的重要因素，特別是高心率患者。GE Revolution CT中SmartPhase功能直接根據(jù)圖像質(zhì)量選擇最佳時(shí)相重建血管，能否重建出具有較高圖像質(zhì)量的圖像滿足臨床診斷的要求、避免多期相重建圖像是本研究的重點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇我院2016年11月至2017年4月臨床擬診冠心病、接受CT冠狀動(dòng)脈血管成像檢查且高心率（心率＞80次/分）的患者48名，其中男19例，女29例；年齡最小33歲，最大年齡79歲，平均（58±12.5）歲；心率最慢80次/分，最快114次/分，平均（91.5±9.1）次/分，心律齊整，心率變化在7次/分以內(nèi)。臨床表現(xiàn)為不同程度的胸痛、胸悶、心悸等癥狀。排除標(biāo)準(zhǔn)為碘對(duì)比劑過敏、腎功能不全（血肌酐＞120 mg/L）、心功能Ⅲ級(jí)、嚴(yán)重鈣化、屏氣不佳等患者。對(duì)所有患者行CTA檢查，全期相重建篩選出的最佳圖像作為對(duì)照組，SmartPhase選擇的期相圖像作為試驗(yàn)組。

1.2 儀器與方法

使用GE Revolution CT進(jìn)行檢查掃描，Revolution CT具有16 cm寬的寶石探測(cè)器和0.28 s/r的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度，可以在任意心率和心律條件下，只需一個(gè)心跳周期就可以完成精準(zhǔn)的心臟CTA檢查，且病人接受的輻射劑量很低，平均有效劑量低于2 mSv[1]。

檢查前介紹檢查流程及注意事項(xiàng)，取得患者的密切配合。訓(xùn)練患者平靜狀態(tài)下吸氣、屏氣。患者仰臥于掃描床上，腳先進(jìn)，雙臂置于頭部，安置電極連通心電導(dǎo)線，選擇最佳導(dǎo)聯(lián)。

經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈穿刺放置18 G套管針，Ulrich雙筒高壓注射器。采用個(gè)性化的注射方案，生理鹽水試注射正常后，推注碘對(duì)比劑（碘帕醇，370 mgI/mL），注射劑量按體質(zhì)量（kg）×0.85 mL/kg計(jì)算。為保證造影劑在冠脈血管中的峰值和持續(xù)時(shí)間，注射時(shí)間設(shè)定為固定的12 s，注射速率（mL/s）=注射劑量/12，繼之注射生理鹽水30 mL[2-5]。應(yīng)用對(duì)比劑智能示蹤法，觸發(fā)點(diǎn)位于胸主動(dòng)脈，觸發(fā)閾值110 HU，延時(shí)6.5 s掃描。掃描范圍自氣管隆突下1 cm至心臟膈面，包括左右冠狀動(dòng)脈開口及所有分支。

采用前瞻性心電門控掃描模式，根據(jù)患者心臟的大小選擇探測(cè)器打開寬度（Detector Coverage 120 mm、140 mm、160 mm）。掃描參數(shù)：電壓模式：KV Assist（Min 100、Max 120），電流模式 ：SmartmA（Min 400、Max 700），噪聲指數(shù)NI設(shè)置為25，前置迭代ASIR-V設(shè)為50%[6]，管電壓和管電流根據(jù)NI和ASIR-V自動(dòng)調(diào)節(jié)。旋轉(zhuǎn)速度：0.28 s/r，Auto Gating選擇on模式（當(dāng)心率高于80次/分時(shí)，Acquisition Window推薦40%～55%）。

1.3 圖像后處理

獲取掃描數(shù)據(jù)后自動(dòng)重建SmartPhase期相圖像和40%～55%間隔1%的全期相圖像，重建層厚設(shè)置為0.625 mm，重建模型采用Standard標(biāo)準(zhǔn)重建。使用Advance Workstation工作站行容積再現(xiàn)VR、多平面重組MPR、曲面重現(xiàn)CPR等后處理。

1.4 圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

根據(jù)美國心臟協(xié)會(huì)（American Heart Association，AHA）的冠狀動(dòng)脈15段標(biāo)準(zhǔn)分段法進(jìn)行分段評(píng)價(jià)。由兩名多年從事心臟冠脈成像診斷工作的CT室醫(yī)師采用雙盲法對(duì)冠狀動(dòng)脈節(jié)段圖像進(jìn)行分析，選出在40%～55%期相段內(nèi)具有最佳圖像質(zhì)量的圖像，出現(xiàn)分歧時(shí)經(jīng)相互討論后統(tǒng)一意見。根據(jù)血管腔的連續(xù)程度、邊緣銳利情況及有無運(yùn)動(dòng)偽影等對(duì)篩選出的最佳圖像和SmartPhase期相的圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用5分制。5分：圖像質(zhì)量優(yōu)，冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，邊緣銳利無運(yùn)動(dòng)偽影；4分：冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，局部邊緣略模糊，無明顯運(yùn)動(dòng)偽影；3分：冠狀動(dòng)脈管壁欠銳利或輕度運(yùn)動(dòng)偽影，不影響診斷；2分：冠狀動(dòng)脈管壁中度運(yùn)動(dòng)偽影或血管中斷；1分：圖像質(zhì)量差，重組圖像上冠狀動(dòng)脈錯(cuò)位、管壁嚴(yán)重偽影，不能作出診斷。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)秩和檢驗(yàn)分析。以P＞0.05為不拒絕無效假設(shè)Md=0，試驗(yàn)組和對(duì)照組圖像無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，即SmartPhase期相的圖像和全期相重建篩選出的最佳圖像的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 全期相圖像和SmartPhase圖像

對(duì)掃描期相區(qū)間40%～55%進(jìn)行間隔1%的全期相重建和SmartPhase期相圖像重建，右冠狀動(dòng)脈的一個(gè)層面全期相圖像，見圖1。

圖1 右冠狀動(dòng)脈S2段軸位全期相圖像

對(duì)最佳圖像期相選擇和SmartPhase期相選擇的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 期相選擇差異統(tǒng)計(jì)

對(duì)本次48例患者的進(jìn)行40%～55%區(qū)間間隔1%的全期相重建和SmartPhase期相重建，其中有10例患者的SmartPhase圖像和最佳圖像選擇了相同的期相，占總樣本數(shù)的20.83%；17例期相選擇相差1%，占總樣本數(shù)的35.42%；9例期相選擇相差2%，占總樣本數(shù)的18.75%；6例期相相差在3%～5%，占總樣本數(shù)的12.5%；剩余5例期相選擇相差超過5%，占總樣本數(shù)的12.5%。

2.2 冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量

兩位醫(yī)師采用雙盲法，根據(jù)血管腔的連續(xù)程度、邊緣銳利情況及有無運(yùn)動(dòng)偽影等對(duì)最佳質(zhì)量圖像和SmartPhase期相圖像進(jìn)行了右冠狀動(dòng)脈（Riqht Coronary Artery，RCA）、左前降支（Left Anterior Descending，LAD）、左回旋支（Left Circum flex Artery，LCA）的評(píng)分。對(duì)48例患者144條血管的評(píng)分統(tǒng)計(jì)，見表2。

表2 血管評(píng)分統(tǒng)計(jì)（例）

在SmartPhase圖像中，有108例評(píng)分≥4分，冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，局部邊緣略模糊，無明顯運(yùn)動(dòng)偽影；32例評(píng)分為3，冠狀動(dòng)脈管壁欠銳利或輕度運(yùn)動(dòng)偽影，不影響診斷；只有4例評(píng)分為2，冠狀動(dòng)脈管壁中度運(yùn)動(dòng)偽影，難以作出診斷。

在最佳圖像中，有108例評(píng)分≥4分，冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，局部邊緣略模糊，無明顯運(yùn)動(dòng)偽影；34例評(píng)分為3，冠狀動(dòng)脈管壁欠銳利或輕度運(yùn)動(dòng)偽影，不影響診斷；2例評(píng)分為2或者1。

應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)兩種期相選擇方法重建的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。首先對(duì)所有48例患者血管進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)，然后分別對(duì)期相選擇差不超過2%和超過3%的兩種情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果，見表3～5。

表3 整體樣本各主血管和整體評(píng)分的非參數(shù)秩和檢驗(yàn)（分）

表4 期相選擇差不超過2%的評(píng)分的非參數(shù)秩和檢驗(yàn)（分）

表5 期相選擇差在3%及以上的評(píng)分的非參數(shù)秩和檢驗(yàn)（分）

在整體樣本中，圖像質(zhì)量評(píng)分：SmartPhase圖像中 RCA（3.54±0.71） 分，LAD（4.00±0.51） 分，LCX（3.92±0.54）分；最佳圖像中RCA（3.52±0.65）分，LAD（4.02±0.48）分，LCX（3.94±0.52）分。對(duì)兩種期相選擇方法重建的圖像進(jìn)行非參數(shù)秩和檢驗(yàn)，RCA的P值為0.705；LAD的P值為0.655；LCX的P值為0.564，P值均大于顯著性水平0.05，SmartPhase圖像和最佳圖像在各段血管及整體上沒有顯著性差異。

在期相選擇差距不超過2%的21例圖像中，各血管和圖像整體的質(zhì)量評(píng)分差距都很微小，P值均大于0.05，SmartPhase圖像和最佳圖像沒有顯著性差異。

當(dāng)SmartPhase和最佳圖像期相選擇差異較大（3%及以上）時(shí)，兩不同期相的心臟冠脈血管成像質(zhì)量產(chǎn)生了一定的差異。SmartPhase的右冠狀動(dòng)脈RCA的質(zhì)量評(píng)分3.42±0.90低于人工選擇的最佳期相的3.50±0.67，在整體質(zhì)量評(píng)分上也低于最佳期相，但是RCA的P值0.564和整體Overall的P值0.102均大于0.05，期相選擇的大差異對(duì)圖像質(zhì)量不產(chǎn)生顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。各血管的質(zhì)量評(píng)分大于3分，基本滿足臨床診斷的要求。

綜合上述分析，SmartPhase選擇期相重建的圖像與人工選擇的最佳期相圖像沒有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。兩組圖像的整體質(zhì)量評(píng)分都大于3分，冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，局部邊緣略模糊，無明顯運(yùn)動(dòng)偽影，能夠基本滿足臨床診斷的需求。

3 討論

冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)速度在心動(dòng)周期中呈周期性變化，收縮末期和舒張末期相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較低。走行于前室間溝的左主干和前降支相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢且變化平緩，右冠和回旋支分別走行于前、后房室溝，受心房和心室運(yùn)動(dòng)的雙重影響相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較快且變化幅度較大，心房、心室運(yùn)動(dòng)不一致使其出現(xiàn)不規(guī)則擺動(dòng)[7]。

冠脈CTA檢查，需根據(jù)冠脈運(yùn)動(dòng)速度周期性變化及運(yùn)動(dòng)模式與心率相關(guān)的特點(diǎn)，選擇不同心率和心律情況下相對(duì)低速的心電時(shí)相進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或/和圖像重建。

心率較慢（＜65 bpm）時(shí)，應(yīng)充分利用冠狀動(dòng)脈舒張末期的低速平臺(tái)期，重建時(shí)相選擇在R-R間期的70%～80%；心率較快（＞75 bpm）時(shí)，重建時(shí)相選擇在收縮末期，R-R間期40%～50%；心率在65～75 bpm時(shí)，選擇R-R間期的40%～50%和70%～80%雙期相重建；心律不齊，回顧性選擇以R波后300 ms為中心重建[8-10]。

作為一種全新的期相選擇重建算法，SmartPhase與以往的期相選擇方法不同，SmartPhase直接對(duì)掃描后各期相各層面的血管圖像進(jìn)行單獨(dú)評(píng)價(jià)選擇最佳圖像，而不是根據(jù)心電圖的變化去評(píng)估心臟的運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇相對(duì)低速的心電時(shí)相獲取掃描數(shù)據(jù)或者選擇相對(duì)低速的心電時(shí)相重建圖像。當(dāng)血管垂直穿過心臟軸面時(shí)，血管在各層面的截面是近圓形的。但是由于心臟的波動(dòng)，血管在每層成像的形狀將發(fā)生改變，血管腔壁的連續(xù)性和銳利度都會(huì)受到影響。SmartPhase正是根據(jù)各層血管成像近似圓形的程度和血管腔壁的銳利度來選擇血管相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度最低的期相，血管運(yùn)動(dòng)速度低的期相具有更近似圓形的血管成像和更銳利的血管腔壁，也將具有更高的質(zhì)量評(píng)分。SmartPhase首先對(duì)二維圖像結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割處理，識(shí)別出右冠狀動(dòng)脈RCA、左前降支LAD和左回旋支LCX；對(duì)各期相各層面中的RCA、LAD、LCX血管進(jìn)行獨(dú)立評(píng)分，排除沒有血管穿過的層面；通過各層面中血管的評(píng)分計(jì)算出各期相中整條血管RCA、LAD、LCX的圖像質(zhì)量評(píng)分；綜合考慮RCA、LAD和LCX，對(duì)各期相圖像進(jìn)行整體圖像質(zhì)量評(píng)分，選出最佳整體質(zhì)量評(píng)分的期相，就是SmartPhase期相[11-13]。

在本次30例患者的期相選擇中，其中有10例患者的SmartPhase圖像和最佳圖像選擇了相同的期相；19例患者的期相相差1%；7例相差2%；剩余12例期相差距在3%及以上。當(dāng)兩種方法選擇的期相差異較大（＞3%）時(shí)，兩組圖像的質(zhì)量評(píng)分為：（3.72±0.58）分和（3.83±0.54）分，SmartPhase圖像的質(zhì)量評(píng)分略低于最佳圖像，但P=0.102＞0.05，在統(tǒng)計(jì)學(xué)上無顯著性差異。在SmartPhase圖像中，有140例血管評(píng)分≥3分，冠狀動(dòng)脈管腔連續(xù)完整，無明顯或輕度運(yùn)動(dòng)偽影，能夠滿足診斷的要求；只有4例右冠狀動(dòng)脈評(píng)分為2，管壁中度運(yùn)動(dòng)偽影，難以作出診斷。分析原因可能是心率超過100次/分，三支血管不能同時(shí)處于相對(duì)靜止的狀態(tài)，左前降支和左回旋支相對(duì)靜止而右冠運(yùn)動(dòng)幅度較大，造成右冠圖像模糊和較低的質(zhì)量評(píng)分。

SmartPhase對(duì)各層圖像進(jìn)行獨(dú)立的質(zhì)量評(píng)分，選出具有最佳質(zhì)量評(píng)分的期相進(jìn)行重建，只重建一期圖像。重建后篩選出最佳圖像需要重建出全部的16期圖像，然后由影像科大夫?yàn)g覽全部圖像后選出最佳圖像，相較于SmartPhase要花費(fèi)數(shù)倍的重建時(shí)間和存儲(chǔ)圖像的空間；影像科醫(yī)師也要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去查看全部圖像并篩選出最佳的圖像。

SmartPhase能夠提供與最佳圖像沒有顯著性差異的圖像，滿足臨床診斷的要求，在日常掃描工作中可以優(yōu)先選擇SmartPhase期相重建圖像，并應(yīng)用于后處理及疾病診斷。當(dāng)SmartPhase圖像因?yàn)樾穆蔬^高運(yùn)動(dòng)偽影較大不能滿足臨床診斷要求時(shí)，可以對(duì)SmartPhase圖像進(jìn)行凍結(jié)處理來提高圖像質(zhì)量[14-16]。當(dāng)凍結(jié)圖像也不能滿足需要時(shí)，再選擇進(jìn)行全期相重建來篩選最佳圖像或凍結(jié)。

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