Revolution CT SSF聯(lián)合ASiR-V算法在高心率CCTA中的應(yīng)用價值-體模實驗

李如剛 王冬青 趙志偉 張禮榮 朱海濤

冠狀動脈CT成像（coronary artery CT angiography，CCTA）作為一種無創(chuàng)性的檢查方法被臨床廣泛應(yīng)用[1]。然而由于時間分辨率的不足，其圖像質(zhì)量仍然依賴于對心率的控制[2]。有文獻指出，需要把心率控制在60次/min以下才可以在不犧牲輻射劑量的情況下保證圖像的質(zhì)量[3]。臨床常用多扇區(qū)重組法來提高CCTA掃描的時間分辨率，然而多個心動周期的采集增加了輻射的劑量。GE公司推出的256層Revolution CT采用寬體探測器（160mm），0．28s轉(zhuǎn)速及冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術(shù)（SSF），單個心動周期的時間分辨率達29ms，理論上可以進行任意心率的CCTA檢查。目前關(guān)于CCTA圖像質(zhì)量的研究多局限與100次/min以下的心率[4-5]，大于100次/min的研究卻罕見報道。本研究通過對心臟動態(tài)體模的掃描，對大于100次/min的高心率CCTA行初步探討。

方 法

1．模型描述

心臟動態(tài)體模( GE公司開發(fā)研制 )由3個部分組成(圖1)：①動力部分：可以模擬人體左心室各種心率的搏動，能夠真實地模擬心臟的運動。②解剖結(jié)構(gòu)模擬部分：彈性硅膠材料做成的空腔結(jié)構(gòu)（壁厚18mm）模擬左心室，分支狀的管狀結(jié)構(gòu)（內(nèi)徑1～7mm，管壁厚0．5～1mm）模擬冠狀動脈的管徑、分支及走行。所選材料的CT值均接近生理狀態(tài)的CT值。模擬心臟整體浸沒于水箱中模擬心臟搏動時的生理環(huán)境。③控制部分：通過計算機編程分別模擬100次/min、110次/min及120次/min三組心率。

2．掃描方法

采 用256層CT掃 描儀（Revolution CT，GE healthcare， Waukesha， WI 美國）。掃描參數(shù)：管電壓分別設(shè)為120kV，100kV及80kV，噪聲指數(shù)（NI）分別選擇30HU，35HU及40HU，采用smart mA技術(shù)，管電壓120kV或80kV時，管電流范圍50～600mA。探測器寬度160mm。ASiR-V權(quán)重分別選擇0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%及100%，曝光時間窗均為5%～95%R-R間期，X線管轉(zhuǎn)速：0．28s/r，開啟SSF技術(shù)，對心臟動態(tài)體模行預(yù)定心率的冠狀動脈造影掃描，層厚和層間距均為0．625mm。另行心臟體模的靜態(tài)掃描作為圖像質(zhì)量評價的參照。

3．圖像后處理

標準算法組以智能相位（smart phase，SP）技術(shù)選擇最佳期相，以STD算法重組圖像； SSF組采用SP + SSF算法，對原始掃描數(shù)據(jù)進行目標相位（SP選擇）及其前后約80ms（主機自動選擇）的3期重組。重組后的數(shù)據(jù)均傳至AW4．6工作站后處理圖像。后處理方法包括容積再現(xiàn)（VR）、曲面重組（CPR）和最大密度投影（MIP）。

4．圖像質(zhì)量的評價

將模擬冠狀動脈樹的主干及分支分為14段：段1～3相當于主干的近段、中段及遠段，主干的第一個分支為段4。段4的三支分支分別為段5～7，其余主干的分支依次為段8～14。直徑1．5mm以下的模擬血管段不做評價。由2名有經(jīng)驗的CT醫(yī)師在不知分組的情況下共同觀察評分，段血管的評分采用Liker4分法：4分，無運動偽影，形態(tài)及面積與參照段一致；3分，輕度運動偽影，形態(tài)及面積與參照段血管相仿；2分，運動偽影較重，形態(tài)及面積與參照段相差較大；1分，運動偽影重，形態(tài)及面積無法評價（圖2）。段血管可判讀性評價：合格（3～4分）；不合格（1～2分）。冠脈樹的評分利用公式：冠脈平均分=（段1評分+段2評分+…+段14評分）/14?？膳凶x性標準：合格（3．00～4分）；不合格（1．00～2．99分）。圖像塑膠感的評價：2名醫(yī)師在未知迭代權(quán)重的情況下讀片。

5．有效劑量的計算

記錄每次掃描的劑量長度乘積（DLP），計算出有效劑量（ED）。計算公式：ED=DLP×0．014 mSv/（cmGy?cm）。本研究統(tǒng)計的輻射劑量，不包括定位像產(chǎn)生的輻射劑量。

6．統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22．0軟件對所得數(shù)據(jù)進行分析。各段血管及冠脈樹可判讀性的差異使用McNemar檢驗；冠脈樹評分的差異Wilcoxon符號秩檢驗，相關(guān)性使用τb等級相關(guān)檢驗。心率、管電壓、NI指數(shù)及ASiR-V對冠脈樹可判讀性及圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響使用Logistics回歸與多元線性回歸方程分析。兩位醫(yī)師圖像塑膠感的評價使用kappa檢驗，kappa≥ 0．75為一致性較好，0．75＞kappa≥ 0．4為一致性一般，kappa＜0．4為一致性較差。所有統(tǒng)計結(jié)果以P﹤0．05有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1．標準算法組與運動偽影抑制組圖像質(zhì)量的比較

當ASiR-V權(quán)重為90%和100%時，圖像的塑膠感較明顯，心室壁及血管壁粗糙，圖像細節(jié)顯示模糊，影響圖像質(zhì)量（圖3）。兩位醫(yī)師讀片的一致性較好，Kappa值為0．77 。因此，90%及100%ASiR-V權(quán)重數(shù)據(jù)未納入運動偽影圖像質(zhì)量的比較。本研究共229例掃描納入運動偽影圖像質(zhì)量比較，標準算法組可診斷例數(shù)為70例，合格率30．6%；運動偽影抑制組可診斷例數(shù)為218例，合格率95．2%。兩組圖像各評價3206段血管，常規(guī)算法組共186個（58．1%）節(jié)段滿足診斷要求，運動偽影抑制組共3033個（94．6%）節(jié)段滿足診斷要求（圖4）。運動偽影抑制組冠脈樹可判讀性優(yōu)于A組有統(tǒng)計學意義（OR值為45．02，P﹤0．001）（表1）。兩組圖像冠脈樹評分的比較為 2．65 ±0．55vs．3．56±0．32，運動偽影抑制組優(yōu)與標準算法組有統(tǒng)計學意義（Z值為12．99，P＜0．01），SSF對運動偽影的校正作用隨心率的增快而增強（表2）。

圖1 模擬心臟裝置：黑箭頭示模擬心臟及模擬冠脈；紅箭頭示心臟搏動的機械裝置；黑三角示模擬胸腔。

圖2 段血管評分標準。A．4分； B．3分；C．2分；D．1分。

圖3 心臟體模的靜態(tài)掃描。A、C．ASiR-V權(quán)重為100%，圖像顆粒較粗糙，塑膠感增強，模擬血管壁的細節(jié)顯示差；B、D．ASiR-V權(quán)重30%，圖像顆粒細膩，血管壁及心室壁解剖細節(jié)顯示清晰。

圖4 心率110次/min，管電壓100kV，ASiR-V30%，噪聲指數(shù)30HU。A左側(cè)及B為單純SP標準算法重組圖像，運動偽影重，冠狀動脈的可判讀性差；A右側(cè)及C為SSF算法重組后圖像，運動偽影基本矯正，圖像可判讀性良好。

圖5 各參數(shù)與有效劑量劑量的關(guān)系，ASiR-V對有效劑量的影響最大，可調(diào)節(jié)幅度為2msV。

表1 SSF算法和各參數(shù)對冠脈可判讀性的Logistics回歸分析結(jié)果

表2 不同心率冠脈樹評分的wilcoxon秩檢驗

表3 影響有效劑量的多元線性回歸分析

2．圖像質(zhì)量與相關(guān)因素的關(guān)系

Logistics回歸分析顯示標準算法組冠脈的可判讀性與心率的關(guān)系有統(tǒng)計學意義，隨心率的增加可判讀性降低（OR值0．091，P＜0．01）；SSF算法顯著改善冠脈的可判讀性（OR值為45．02，P＜0．01），并且可判讀性不受管電壓、噪聲指數(shù)及迭代權(quán)重的影響，P值均大于0．05。

3．輻射劑量與相關(guān)因素的關(guān)系

多元線性回歸分析顯示心率、管電壓、NI及ASiR-V對有效劑量的影響均有統(tǒng)計學意義（P＜0．01）。線性回歸方程為 ED 變化 =3．778 -0．008 ×心率變化 + 0．008 × 管電壓變化 - 0．067×NI變化 - 0．025 ×ASiR-V變化。ASiR-V、管電壓、NI及心率對有效劑量的可調(diào)整幅度分別為：2、0．032、0．67 和 0．16mSv（圖 5）； 標準化回歸系數(shù)分別為 -0．852、-0．369 和 0．184、-0．091（表 3）。由此可得ASiR-V是影響有效劑量的主要因素，改變ASiR-V的權(quán)重可以顯著降低輻射劑量（圖5）。

討 論

CCTA冠狀動脈的運動偽影隨心率的增高而增強，冠狀動脈的可判讀性隨之下降[6]。臨床常采用口服倍他洛克降低患者心率，然而部分患者β受體阻滯劑禁忌或者效果不明顯，用藥的劑量也沒有規(guī)范的標準[7]。另外，多扇區(qū)重組技術(shù)雖然可以抑制圖像的運動偽影，然而多個心動周期的數(shù)據(jù)采集，增加了輻射劑量。GE公司開發(fā)的SSF技術(shù)，可以分析單個心動周期目標時相前后約80ms冠狀動脈的運動軌跡，計算運動的幅度及速度，并由此確定冠狀動脈的準確位置[8]。運動偽影抑制技術(shù)提高冠狀動脈的可判讀性已多有報道[9]。然而，尚無心率大于100次/min的相關(guān)研究，本研究證實256層Revolution CT的SSF技術(shù)可以顯著改善高心率（100～120次/min）冠狀動脈的圖像質(zhì)量，ASiR-V重建算法可以顯著降低輻射劑量。智能相位（SP）技術(shù)是GE公司推出的選擇最佳時相的技術(shù)，該技術(shù)可以快速的選出掃描周期中運動偽影最小的時相[10]。SP+SSF技術(shù)可以在短時間內(nèi)選擇最佳時相并且進行目標相位的三期重組。

傳統(tǒng)上降低管電壓和管電流為降低輻射劑量的主要方法，管電壓或管電流的降低引起圖像噪聲值增加。本研究的掃描方案采用固定NI及管電壓聯(lián)合智能管電流的技術(shù)，利用ASiR-V的降低噪聲的作用，管電流隨ASiR-V權(quán)重的增加而降低，從而降低輻射劑量。當設(shè)定NI增加或管電壓降低時，圖像潛在的的噪聲值就會增加，迭代重建的降噪效能增加，降電流的能力增強，輻射劑量的下降就越明顯，反之亦然。

在傳統(tǒng)的CCTA檢查中，當心率增加時，心動周期縮短，等容舒張期明顯縮短，心臟相對靜止的時間窗變窄。為了采集到清晰的圖像，往往需要增加曝光時間，輻射劑量就會隨之增大。SSF算法僅需要單個心動周期的采集數(shù)據(jù)，本研究的曝光時間窗選擇單個心動周期的5%～95% R-R間期，當心率增大時，曝光時間縮短，輻射劑量也隨之減小。

盡管本次實驗采用的動態(tài)體?？梢院芎玫啬M心臟的搏動及冠狀動脈樹的管徑和走形，但與臨床實際的CCTA檢查仍有差別：①未考慮心率的變異；②未考慮對比劑在血管內(nèi)的循環(huán)情況；③未考慮呼吸運動及血管自身搏動對圖像質(zhì)量的影響；④未考慮斑塊存在情況。隨著能譜CT及FFRCT的逐步進入臨床，心臟CT檢查的前景廣闊。CCTA突破心率和輻射劑量的限制具有很大的臨床意義。

綜上所述，SSF技術(shù)可以顯著改善高心率CCTA冠脈的可判讀性。SSF技術(shù)聯(lián)合高迭代權(quán)重技術(shù)（ASiR-V80%）可以在改善圖像質(zhì)量的基礎(chǔ)上顯著降低輻射劑量。以上結(jié)論可以為臨床冠狀動脈CTA檢查和研究提供幫助。