前瞻性心電門控單心動(dòng)周期256排CT成像圖像質(zhì)量影響因素

李 遠(yuǎn)，解學(xué)乾*，張 皓，王 毅，李念云，孟 捷，張貴祥

(1.上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院放射科，2.心內(nèi)科，上海 200080)

冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary CTA, CCTA)常用于診斷冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(以下簡(jiǎn)稱冠心病)[1-2]。前瞻性心電門控CCTA可在R-R間期中的特定相位觸發(fā)掃描，有效降低幅射劑量，但對(duì)于高心率和心律不齊患者則降低了掃描成功率和圖像質(zhì)量，而前瞻性心電門控單心動(dòng)周期掃描有望減少對(duì)心率的依賴。傳統(tǒng)CT技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)心率≤70次/分患者的單心動(dòng)周期掃描[3-4]，也可用于部分高心率患者[5]。本研究采用256排寬探測(cè)器CT對(duì)低心率、高心率和心律不齊患者行單心動(dòng)周期前瞻性心電門控CCTA掃描，比較其圖像質(zhì)量，并初步分析影響圖像質(zhì)量的因素。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2016年8月—10月在本院接受CCTA的208例患者，男57例、女151例，年齡34～85歲，平均(62.8±11.4)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：有胸痛癥狀、體征且疑為冠心病，不限年齡、性別和心率；掃描前未服用β受體阻滯劑等控制心率的藥物。排除標(biāo)準(zhǔn)：腎功能不全、冠狀動(dòng)脈阻塞、支架或旁路移植術(shù)后。208例患者分為低心率組(≤70次/分，n=87)，高心率組(>70次/分；n=38)和心律不齊組(掃描前5個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)的心率變化>10次/分[6]，n=83)。患者一般資料見(jiàn)表1。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution 256排CT行前瞻性心電門控掃描。參數(shù)：準(zhǔn)直器寬度256×0.625 mm，單次掃描寬度根據(jù)心臟大小設(shè)為12～16 cm，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間280 ms，自動(dòng)曝光控制技術(shù)根據(jù)年齡、體質(zhì)量指數(shù)、定位圖和圖像噪聲指數(shù)(noise index，NI；NI=25)等自動(dòng)計(jì)算管電壓和管電流(表1)。采用SnapShot Freeze (SSF)技術(shù)，于1個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成掃描。以高壓注射器經(jīng)肘靜脈以4.0～5.0 ml/s流率注射40～50 ml對(duì)比劑(碘必樂(lè)，370 mgI/ml)，之后以相同流率注射30 ml生理鹽水，在升主動(dòng)脈近端CT值達(dá)120 HU后8 s開(kāi)始掃描。心率≤70次/分時(shí)采集R-R間期的70%～80%相位數(shù)據(jù)；>70～85次/分時(shí)采集R-R間期的40%～55%和70%～80%相位數(shù)據(jù)；>85次/分時(shí)采集R-R間期的40%～55%相位數(shù)據(jù)。

1.3 圖像重建 常規(guī)相位：采用迭代重建模式(ASiR-V)，參數(shù)為50%；心率≤70次/分時(shí)重建75%相位，心率為>70～85次/分時(shí)重建45%和75%相位，心率>85次/分時(shí)重建45%相位。于常規(guī)相位兩側(cè)以2%步長(zhǎng)共重建4～6組圖像，層厚和間隔均為0.625 mm。

1.4 圖像分析 由2名分別具有5和15年心血管診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)分，并評(píng)估圖像質(zhì)量受損原因，意見(jiàn)不一時(shí)經(jīng)協(xié)商決定。評(píng)價(jià)常規(guī)相位和鄰近相位圖像質(zhì)量，選出冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)偽影最小圖像作為最優(yōu)重建圖像，并測(cè)量SNR、CNR及冠狀動(dòng)脈狹窄程度。

根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)心血管CT指南[7]，將冠狀動(dòng)脈分成18個(gè)節(jié)段，采用Likert評(píng)分系統(tǒng)評(píng)估每個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段的圖像質(zhì)量[8]：4分，優(yōu)秀，無(wú)偽影，完全滿足診斷；3分，良好，有很少偽影，可滿足診斷；2分，尚可，適度偽影，可接受診斷；1分，差，不能診斷。將圖像質(zhì)量受損原因分為硬化線束偽影和冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)偽影。SNR和CNR計(jì)算方法：測(cè)量直徑>2 mm冠狀動(dòng)脈和鄰近脂肪組織的平均CT值和標(biāo)準(zhǔn)差；SNR=冠狀動(dòng)脈平均CT值/冠狀動(dòng)脈標(biāo)準(zhǔn)差；CNR=(冠狀動(dòng)脈平均CT值-脂肪組織平均CT值)/脂肪組織標(biāo)準(zhǔn)差。冠狀動(dòng)脈狹窄程度計(jì)算方法：冠狀動(dòng)脈狹窄程度=冠狀動(dòng)脈最狹窄處/相鄰兩端正常橫徑均值×100%。

表1 3組患者一般資料

圖1 患者男，56歲，心律不齊，平均心率102次/分 A.CCTA常規(guī)重建45%相位，右冠狀動(dòng)脈中段圖像質(zhì)量1分； B.CCTA最優(yōu)重建49%相位，圖像質(zhì)量4分； C.心電門控圖像示掃描前5個(gè)心動(dòng)周期的心率為77～155次/分，最大心率變化為78次/分

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以配對(duì)t檢驗(yàn)比較常規(guī)相位與最優(yōu)重建相位圖像間SNR、CNR值，以χ2檢驗(yàn)比較圖像質(zhì)量評(píng)分。采用單因素方差分析比較3組間客觀測(cè)量值，以Kruskal-WalisH檢驗(yàn)比較圖像質(zhì)量評(píng)分。使用單變量線性回歸評(píng)估圖像質(zhì)量的影響因素，因變量分別為圖像質(zhì)量評(píng)分(1～4分)、SNR、CNR；自變量分別為體質(zhì)量指數(shù)、平均心率、心率變異性、偽影類型(硬化線束為1和運(yùn)動(dòng)偽影為2)、心臟相位(常規(guī)為1和最優(yōu)為2)和冠狀動(dòng)脈狹窄程度。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

208例中，105例(105/208，50.48%)最優(yōu)重建相位與常規(guī)相位不同(圖1)；103例(103/208，49.52%)最優(yōu)重建相位與常規(guī)相位相同。

2.1 圖像質(zhì)量評(píng)分 共評(píng)估1 869個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段。常規(guī)相位1 869個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段，低心率組479個(gè)節(jié)段(479/599，79.97%)、高心率組301個(gè)節(jié)段(301/425，70.82%)、心律不齊組555個(gè)節(jié)段(555/845，65.68%)圖像質(zhì)量4分。最優(yōu)重建相位1 869個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段，低心率組509個(gè)節(jié)段(509/599，84.97%)、高心率組353個(gè)節(jié)段(353/425，83.06%)、心律不齊組693個(gè)節(jié)段(693/845，82.01%)圖像質(zhì)量4分。常規(guī)相位中，高心率組2.59%(11/425)、心律不齊組5.44%(46/845)節(jié)段的圖像質(zhì)量1分，；最優(yōu)重建相位中，3組均無(wú)圖像質(zhì)量為1分的圖像(表2)。

最優(yōu)重建相位圖像質(zhì)量評(píng)分3組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(H=2.688，P=0.261)。常規(guī)相位圖像質(zhì)量評(píng)分3組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(H=56.398，P<0.001)，低心率組圖像質(zhì)量評(píng)分高于高心率組、心律不齊組(P均<0.05)，見(jiàn)表3。

2.2 客觀測(cè)量 測(cè)量208例患者中直徑>2 mm的冠狀動(dòng)脈1 530個(gè)節(jié)段。3組中，常規(guī)相位與最優(yōu)重建相位間CT值、SNR和CNR差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。常規(guī)相位及最優(yōu)重建相位3組間的CT值、SNR和CNR差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表4。

表2 3組常規(guī)和最優(yōu)重建相位不同圖像質(zhì)量評(píng)分的冠狀動(dòng)脈節(jié)段(個(gè))

注：LAD：左前降支，包括第6～10節(jié)段；LCx：左回旋支，包括第11～15和18節(jié)段；RCA：右冠狀動(dòng)脈，包括1～4和16節(jié)段

表3 3組常規(guī)相位和最優(yōu)重建相位冠狀動(dòng)脈節(jié)段圖像質(zhì)量評(píng)分(分)

表4 常規(guī)和最優(yōu)重建相位冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量測(cè)值

2.3 圖像質(zhì)量的影響因素 線性回歸顯示心臟相位和偽影類型為顯著影響圖像質(zhì)量評(píng)分的因素(P均<0.001)，表5。

3 討論

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為高心率和心律不齊均可降低CCTA圖像質(zhì)量，而既往指南不建議對(duì)此類患者進(jìn)行檢查[1]。雖然有學(xué)者發(fā)現(xiàn)使用傳統(tǒng)寬探測(cè)器CT對(duì)心率≤69次/分和≥91次/分患者進(jìn)行掃描時(shí)，圖像質(zhì)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[5]，但對(duì)心律不齊者進(jìn)行掃描仍是挑戰(zhàn)。使用傳統(tǒng)寬探測(cè)器CT對(duì)心律不齊者進(jìn)行CCTA時(shí)，對(duì)73%患者需采集2～4個(gè)心動(dòng)周期的數(shù)據(jù)，才能重建出具備診斷質(zhì)量的圖像，而輻射劑量則平均升高1.8倍[9]。

前瞻性心電門控CCTA可有效降低輻射劑量。一項(xiàng)Meta分析[10]結(jié)果顯示，前瞻性心電門控掃描的有效劑量可降至3.5 mSv，而使用回顧性掃描有效劑量為12.1 mSv[2]。前瞻性心電門控單次心動(dòng)周期CCTA可進(jìn)一步減少輻射劑量，低劑量掃描可用于心率<70次/分的患者[3-4]，但不控制心率的單次心動(dòng)周期CCTA難度較高。Oda等[11]用傳統(tǒng)寬探測(cè)器CT進(jìn)行圖像采集，需2個(gè)和3個(gè)心動(dòng)周期才能完成對(duì)心率為75～90次/分和>90次/分患者的掃描。

前瞻性心電門控觸發(fā)掃描需在冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)相對(duì)較慢的相位曝光，但采集之前確定的曝光相位會(huì)受心律不齊的影響。本研究采用前瞻性心電門控多相位圖像掃描和重建，可回顧性重建多相位圖像，有助于識(shí)別較少運(yùn)動(dòng)偽影的圖像，大幅度提高了高心率和心律不齊者的圖像質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)一次心動(dòng)周期CCTA掃描技術(shù)構(gòu)筑了基礎(chǔ)。

表5 圖像質(zhì)量相關(guān)因素的線性回歸分析

β受體阻滯劑等藥物可用于降低心率、降低冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)速度，但對(duì)一些患者屬于禁忌或無(wú)明顯效果[12]。雖然目前指南建議使用藥物來(lái)控制心率[13]，但不依賴于藥物的穩(wěn)定、快速掃描對(duì)于改善患者臨床體驗(yàn)和加快檢查流程更為重要。

本研究的局限性：①為單中心研究，需增加多中心和大樣本研究，以確認(rèn)前瞻性心電門控單心動(dòng)周期CCTA對(duì)于高心率和心律不齊者的臨床應(yīng)用價(jià)值；②本研究?jī)H針對(duì)成人，在兒童和肥胖人群中還需進(jìn)一步驗(yàn)證。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 心臟冠狀動(dòng)脈多排CT臨床應(yīng)用協(xié)作組.心臟冠狀動(dòng)脈多排CT臨床應(yīng)用專家共識(shí).中華放射學(xué)雜志,2011,45(1):9-17.

[2] Hausleiter J, Meyer T, Hermann F, et al. Estimated radiation dose associated with cardiac CT angiography. JAMA, 2009,301(5):500-507.

[3] Chen MY, Shanbhag SM, Arai AE. Submillisievert median radiation dose for coronaryangiography with a second-generation 320-detector row CT scanner in 107 consecutive patients. Radiology, 2013,267(1):76-85.

[4] Fuchs TA, Stehli J, Bull S, et al. Coronary computed tomography angiography with model-based iterative reconstruction using a radiation exposure similar to chest X-ray examination. Eur Heart J， 2014,35(17):1131-1136.

[5] 汪芳,郝萬(wàn)慶,楊利莉,等.256排寬體探測(cè)器CT智能心電門控技術(shù)在不控制心率患者冠狀動(dòng)脈CTA中的應(yīng)用.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2017，33(7):1080-1084.

[6] Andreini D, Pontone G, Mushtaq S, et al. Low-dose CT coronary angiography with a novel IntraCycle motion-correction algorithm in patients with high heart rate or heart rate variability.Eur Heart J Cardiovasc Imaging, 2015,16(10):1093-1100.

[7] Raff GL, Abidov A, Achenbach S, et al. SCCT guidelines for the interpretation and reporting of coronary computed tomographic angiography. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2009,3(2):122-136.

[8] Leipsic J, Labounty TM, Hague CJ, et al. Effect of a novel vendor-specific motion-correction algorithm on image quality and diagnostic accuracy in persons undergoing coronary CT angiography without rate-control medications. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2012,6(3):164-171.

[9] Kondo T, Kumamaru KK, Fujimoto S, et al. Prospective ECG-gated coronary 320-MDCT angiography with absolute acquisition delay strategy for patients with persistent atrial fibrillation. AJR Am J Roentgenol, 2013,201(6):1197-1203.

[10] Menke J, Unterberg-Buchwald C, Staab W, et al. Head-to-head comparison of prospectively triggered vs retrospectively gated coronary computed tomography angiography: Meta-analysis of diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose.Am Heart J, 2013,165(2):154-163,e153.

[11] Oda S, Utsunomiya D, Yuki H, et al. Low contrast and radiation dose coronary CT angiography using a 320-row system and a refined contrast injection and timing method. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2015,9(1):19-27.

[12] Aggarwal A, Smith JL, Chinnaiyan KM, et al. β-Blocker premedication does not increase the frequency of allergic reactions from coronary CT angiography: Results from the Advanced Cardiovascular Imaging Consortium.J Cardiovasc Comput Tomogr, 2015,9(4):270-277.

[13] Rich ME, Utsunomiya D, Simprini LA, et al. Prospective evaluation of the updated 2010 ACCF Cardiac CT Appropriate Use Criteria. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2012,6(2):108-112.