自由呼吸對提高冠狀動脈CT圖像強化效果及均一性的研究

曹 樂，劉 翔，李雅楠，張向輝，樊鋼練，謝 芳，郭建新

(1. 西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西西安 710061；2. 中國飛機強度研究所職工醫(yī)院，陜西西安 710065)

冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography, CCTA)因其無創(chuàng)、操作簡便被廣泛應(yīng)用于臨床檢查，常規(guī)在64排CT上進行心臟CT造影檢查一般需要5 s以上的掃描時間。為了避免其受呼吸運動偽影的影響，檢查往往需要患者配合呼吸[1]，但對于年紀(jì)偏大、耳背、胸悶氣短、不能屏氣的患者，大大限制了檢查的可行性，降低了掃描的成功率。對于探測器寬度達16 cm的256排Revolution CT，可在1次機架旋轉(zhuǎn)中覆蓋整個心臟，在1個心動周期即可完成心臟檢查，掃描時間短，進而可忽略呼吸對冠狀動脈的影響，避免了因各種原因不能屏氣而導(dǎo)致圖像質(zhì)量差，甚至掃描失敗的情況。

以往文獻中也有報道自由呼吸在嬰幼兒中的應(yīng)用[2]，以及自由呼吸在低心率患者中的應(yīng)用[3]，也有學(xué)者認(rèn)為，屏氣可使部分患者在深吸氣時胸腔壓力增大，導(dǎo)致患者心功能及循環(huán)血量發(fā)生變化，影響圖像的強化效果。本研究旨在不控制心率的情況下，比較自由呼吸與屏氣在圖像強化效果、圖像均一性及圖像質(zhì)量的差異。

1 資料與方法

1.1研究對象前瞻性收集2017年3月-7月期間臨床申請冠脈CTA檢查患者60例，隨機分為兩組，A組，男17例，女13例，平均年齡(59.30±9.80)歲；B組，男15例，女15例，平均年齡(56.80±12.80)歲。兩組患者年齡、性別、BMI、心率范圍及高心率人數(shù)均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05，表1)。兩組患者均不控制心率、節(jié)律，檢查前無任何人為干預(yù)；排除標(biāo)準(zhǔn)：①已知碘過敏史；②心、肝、腎等臟器功能不全；③孕婦及輻射損傷高危人群；④冠脈搭橋患者及胸痛三聯(lián)患者。A組患者檢查前訓(xùn)練呼吸，囑檢查時吸氣后屏氣；B組囑患者檢查時平靜呼吸。

表1患者人口統(tǒng)計學(xué)資料

Tab.1 Basic demographic information of the patients

項目A組屏氣組(n=30)B組自由呼吸組(n=30) P年齡(歲)59.30±9.8056.80±12.800.809體重(kg)60.75±10.5058.75±12.710.607BMI(kg/m2)23.36±3.0821.87±4.590.513 男(n) 女(n)171315150.716心率范圍(次/min)57～11348～1240.632高心率人數(shù)(>75次/min)780.741

1.2掃描參數(shù)掃描設(shè)備選擇256-MDCT(revolution CT, GE Healthcare)。掃描范圍包括氣管隆突下1 cm至心底，探測器寬度依患者心臟大小選擇12、14、16 cm，管電壓120 kVp，智能管電流以獲得30 Hu的預(yù)設(shè)噪聲指數(shù)(noise index, NI)和0.28 s/rot的機架轉(zhuǎn)速，開啟冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術(shù)( snapshot freeze, SSF)，觸發(fā)期相和相應(yīng)曝光時間窗由系統(tǒng)自動門控技術(shù)(auto gating)選擇，相應(yīng)的曝光時間窗如表2。記錄A、B兩組患者掃描前后心率變化情況。

表2Auto-gating根據(jù)心率自動選擇掃描期相

Tab.2 Automatic scanning phase selection based on heart rates

心率(次/min)<5555～6565～8080～9090～110110～120掃描時間期相(R-R%)75～7570～8040～8040～5035～5535～55

1.3注射方案對比劑注射方案使用以患者體質(zhì)量為參考的對比劑劑量率：以碘劑量25 mg/(kg·s)，根據(jù)受檢者的體質(zhì)量，個性化的計算出注射速率及藥量，經(jīng)肘前靜脈注射非離子型碘對比劑碘比樂(370 mg/mL)；采用對比劑智能觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)(region of interest, ROI)位于氣管分叉層面的降主動脈。掃描包括正、側(cè)定位像，鈣化積分，CT血管檢查。A組患者吸氣后屏氣掃描，閾值(enhancement threshold)為80 Hu，延遲時間(diagnostic delay)8.4 s(8.4 s包含屏氣口令持續(xù)時間)；B組患者檢查時平靜呼吸，閾值與延遲時間與A組一致。

1.4圖像重建重建層厚、間隔均選擇0.625 mm，迭代重建權(quán)重Asir-V前置和后置均選擇50%，重建矩陣為512×512。重建類型選擇標(biāo)準(zhǔn)(standard)。掃描后進行SSF重建后，在AW4.6工作站后處理，綜合評價血管短軸位圖像、容積繪制( volume rendering, VR)及曲面重組(curved planar reformation, CPR)圖像。

1.5圖像評價

1.5.1 客觀評價 分別測量兩組數(shù)據(jù)左冠狀動脈發(fā)

出層面主動脈(ROI大小約0.5 cm2)及相同層面心包脂肪間隙脂肪的CT值及SD值(作為背景值)，評價圖像強化效果、強化均一性(CV=SD/M)、信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)。

1.5.2 主觀評價 由2名有3年以上工作經(jīng)驗的診斷醫(yī)師使用雙盲法根據(jù)美國心臟病學(xué)會15段分段法[4-5]對冠脈分段，采用LIKERT 5分法[6]進行評分(5分：無運動偽影，輪廓勾畫清楚；4分：輕微運動偽影，輕度模糊；3分：中度運動偽影，中度模糊，但血管連續(xù)；2分：嚴(yán)重運動偽影，節(jié)段錯層，不延續(xù)；1分：圖像不能評估，血管不能分辨)評價RCA(1～3段)、LAD(5～8段)、LCX(11、13段)共9段血管。排除標(biāo)準(zhǔn)：①對于管徑小于1.5 mm或血管閉塞的不予評價；②對于冠脈支架的患者，只評價原始血管，若全段都為支架，則予以排除。

2 結(jié) 果

2.1客觀評分A、B兩組主動脈根部CT 值分別是(337.60±72.70)Hu和(405.10±58.20)Hu；SNR分別是11.20±2.96和13.80±3.14，CNR分別為11.70±3.64和15.50±4.07，兩組之間有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。屏氣組的CT值低于自由呼吸組，A、B兩組主動脈根部的強化變化率分別為21.53%、14.37%，自由呼吸組的強化均一性明顯優(yōu)于屏氣組(表3)。

2.2主觀評分A組主觀平均得分4.49±0.41，B組平均得分4.33±0.36；兩組間圖像質(zhì)量無統(tǒng)計學(xué)差異(圖1、圖2)。兩組掃描前后心率差異分別為：(1.74±1.86)次/min、(1.30±1.25)次/min，兩組之間無統(tǒng)計學(xué)差異(表3)。

表3兩組間客觀、主觀評價的比較

Tab.3 Comparison of the objective and subjective evaluations in the two groups

參數(shù)屏氣組(n=30)自由呼吸組(n=30)P值CT值(Hu)337.60±72.70405.10±58.200.001?SD(Hu)11.20±2.9613.80±3.140.749SNR(CT值/SD)23.36±3.0821.87±4.590.005?CNR[(主動脈CT值-心包間隙脂肪CT值)/脂肪SD]11.70±3.6415.50±4.070.021?心率變化差異(次/min)1.74±1.861.30±1.250.360主觀得分4.49±0.414.33±0.360.457

與屏氣組比較，*P<0.05。

圖1自由呼吸條件下CCTA圖像(掃描時心率：83次/min，主觀評分：5分)

Fig.1 CCTA under free breathing (heart rate during scanning: 83 counts per minute; the subjective image quality score for coronary artery images was 5)

A：右冠狀動脈；B：左冠狀動脈；C：回旋支；D：左冠短軸位；E：四腔心；F：該患者掃描時心率及期相選擇。

圖2屏氣條件下CCTA圖像(掃描時心率：55次/min，主觀評分：5分)

Fig.2 CCTA under breath holding (heart rate during scanning: 55 counts per minute; the subjective image quality score for coronary artery images was 5)

A：右冠狀動脈；B：左冠狀動脈；C：回旋支；D：左冠短軸位；E：四腔心；F：該患者掃描時心率及期相選擇。

3 討 論

因呼吸運動偽影的存在，屏氣后掃描作為以往冠狀動脈CT造影檢查常用方法，從掃描定位像到血管造影加上鈣化積分，至少需要4次屏氣，對于因各種原因不能屏氣的患者大大降低了掃描的成功率。若成人的呼吸頻率為12～20次/min，橫隔移動的速度為6.4～29.3 mm/s，則吸氣與平靜呼吸橫隔移動的幅度是1.6～4.4 cm[7]。文獻報道，心臟搏動時冠狀動脈位移速度是22.4～108.6 mm/s[8]。因此，呼吸產(chǎn)生的移動速度小于心臟搏動的動脈移位速度。而16 cm寬體探測器的出現(xiàn)，則可忽略呼吸對冠脈的影響，使在自由呼吸下進行冠狀動脈造影檢查成為可能。

在以往的研究中，不能配合呼吸致掃描存在呼吸運動偽影是CCTA無法避免的問題，CCTA采集期間可能存在約8%的病例有呼吸運動偽影[9]。自由呼吸CCTA最早的應(yīng)用是在兒科病例[10-11]，因幼兒心臟縱軸較短，且不能配合呼吸，8 cm探測器寬度可覆蓋整個心臟，進而可忽略呼吸對圖像質(zhì)量的影響。2013年開始，自由呼吸開始應(yīng)用于成人病例中，KANG等[3]利用320多排螺旋CT比較自由呼吸與屏氣對CCTA圖像質(zhì)量的影響，結(jié)果表明自由呼吸與標(biāo)準(zhǔn)屏氣下CCTA圖像質(zhì)量沒有明顯差異，但研究對象不包括心率高于75次/min及心律不齊的病例。而本文研究對象既有低心率，也有高心率，同時包含心律不齊的病例，與之有所不同。

劉卓等[12]探討自由呼吸、不屏氣狀態(tài)下，利用256-MDCT行冠狀動脈造影的可行性，認(rèn)為自由呼吸狀態(tài)心率變化較小，且較屏氣圖像質(zhì)量好，與本研究結(jié)果有所差別。本研究結(jié)果表明，在自由呼吸和屏氣的患者之間心率變化基本相同，圖像質(zhì)量的主觀評分也沒有統(tǒng)計學(xué)差別；但是本研究結(jié)果顯示自由呼吸組在血管中的CT值是高于屏氣組的，且增強的均一性更好。

本研究測得自由呼吸組的CT值高于屏氣組，其原因可能是由于部分患者吸氣時胸腔壓力過大導(dǎo)致短暫性造影劑中斷(transient interruption of contrast, TIC)，使得屏氣組部分患者主動脈造影劑濃度降低，CT值低于自由呼吸組。TIC最早發(fā)現(xiàn)于肺動脈CT造影檢查(CT pulmonary angiography, CTPA)，深吸氣時，橫隔下降，胸腔內(nèi)壓力下降，而腹腔壓力升高，增加的腹腔壓力使血液回流入下腔，約50%的靜脈血回流入右心房，下腔靜脈(inferior vena cava, IVC)與上腔靜脈(superior vena cava, SVC)的流率比值約為2.4∶1，使得本無造影劑的IVC較SVC的造影劑多，右心造影劑聚集，而左心回心血量減少，造影劑濃度減低[13-14]。所以，自由呼吸可以避免因部分患者深吸氣導(dǎo)致的短暫性造影劑中斷，從而增加了圖像的強化效果及強化均一性。

本研究的不足之處在于樣本量較少，病例基礎(chǔ)條件相對簡單，且未對不同心率、不同年齡段的病例進行詳細(xì)分組，可能不能完全反映臨床應(yīng)用條件，有待大樣本臨床試驗驗證。

總之，在不控制心率的情況下，利用16 cm寬體探測器，使用自由呼吸進行CCTA檢查，可提高圖像的強化效果及強化的均一性，且可得到高質(zhì)量的圖像。