單個心動周期CT冠狀動脈成像在自由呼吸患者中應(yīng)用的可行性

莫緒凱，林銘霞，劉伊勇，張冬，梁建業(yè)，史長征

暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像中心，廣東廣州 510632；

冠狀動脈 CT成像（coronary CT angiography，CCTA）作為一種無創(chuàng)性成像方法已廣泛應(yīng)用于冠心病檢查[1]。傳統(tǒng)的CCTA檢查均在屏氣狀態(tài)下進(jìn)行掃描，一次檢查中需要受檢者多次屏氣，一次屏氣約持續(xù)12～15 s[2]。然而，部分患者不能控制呼吸（如耳聾或聽力缺陷、嚴(yán)重肺部疾病、缺乏良好的語言溝通）或屏氣時心跳加速，可能會導(dǎo)致獲得的圖像不能滿足診斷要求。320排CT掃描速度快、時間分辨率高，配合心電門控技術(shù)，在較短時間內(nèi)即可完成冠狀動脈檢查[3]。利用該設(shè)備讓患者在自由呼吸的狀態(tài)下進(jìn)行掃描是否仍有一定的圖像質(zhì)量和診斷價值尚需探討。本研究擬分析320排CT在低心率患者單個心動周期自由呼吸條件下行CCTA的可行性，并對其圖像質(zhì)量和輻射劑量進(jìn)行評價。

1 資料與方法

1.1 研究對象 搜集2016年12月－2017年8月在暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院行CCTA檢查的患者，檢查前對心率>75次/min的患者根據(jù)心率和體重給予β受體阻滯劑25～75 mg以降低心率。連續(xù)收集心率≤65次/min的140例患者，采用隨機(jī)平行對照的方法，將患者按隨機(jī)數(shù)字表法分為A組和B組，每組70例。兩組患者年齡、性別比、體重指數(shù)（body mass index，BMI）、曝光時心率和檢查前倍他樂克用量比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），兩組患者基本資料見表1。CCTA檢查前，囑A組受檢者在檢查過程中平靜呼吸并關(guān)閉掃描聲音提示；對 B組受檢者進(jìn)行嚴(yán)格呼吸配合訓(xùn)練。所有患者均無碘對比劑過敏史，無甲狀腺功能亢進(jìn)，無過敏高危因素，亦無嚴(yán)重心、腎、肝功能不全。所有受試者均簽署檢查知情同意書。

表1 兩組患者基本資料比較

1.2 檢查方法 所有患者冠狀動脈均行 320排 CT（Toshiba Aquilion ONE）前瞻性心電門控掃描。選用非離子型對比劑碘帕醇（含碘370 mg/ml），應(yīng)用雙筒高壓注射器以4.5～5.0 ml/s經(jīng)肘正中靜脈注入50～60 ml對比劑和30 ml生理鹽水。應(yīng)用對比劑示蹤法，在降主動脈層面選擇感興趣區(qū)（ROI）監(jiān)測CT值，當(dāng)ROI內(nèi)CT值達(dá)到300 HU時啟動曝光。管電壓100 kV，管電流400～550 mA。探測器為320×0.5 mm，球管旋轉(zhuǎn)時間350 ms/r，層厚和層間距均為0.5 mm。掃描范圍自氣管隆突下 1 cm至心臟膈面。曝光窗為70%～80%R-R間期。所有病例均采用單個心動周期掃描。

1.3 圖像后處理 將獲得的原始數(shù)據(jù)傳至Vitera FX工作站進(jìn)行圖像后處理，主要包括曲面重組、最大密度投影、多平面重組和容積再現(xiàn)。

1.4 圖像質(zhì)量評價 采用美國心臟病協(xié)會對于冠狀動脈的分段法[4]，將冠狀動脈分為15個節(jié)段。由2位診斷經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師采用雙盲法對以上15個血管節(jié)段進(jìn)行評價。評分標(biāo)準(zhǔn)[5-6]分為3級：1分（優(yōu)），血管連續(xù)、邊緣光滑，軸位圖像清晰顯示，無明顯偽影；2分（良），小部分血管節(jié)段邊緣稍模糊，但整體可見，偶有雙邊征；3分（差），血管節(jié)段出現(xiàn)明顯偽影或錯層，無法清晰顯示，整體模糊，難以對血管進(jìn)行分析，圖像質(zhì)量2分及以下滿足診斷要求。測量主動脈根部的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差，根據(jù)公式（1）計算信噪比（SNR）。測量右冠狀動脈近端（RCA1）和左主干（LM）CT值及心室壁CT值，根據(jù)公式（2）計算對比噪聲比（CNR）[7]。測量時避開鈣化、軟斑塊和狹窄，以避免影響相應(yīng)ROI的CT值測量。ROI的CT值測量3次取平均值，測量的血管直徑≥2 mm。

1.5 輻射劑量 掃描時定位像和觸發(fā)監(jiān)控產(chǎn)生的射線劑量不在本研究的統(tǒng)計范圍內(nèi)。通過相關(guān)軟件自動計算得到 CT容積劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose-length product，DLP）。根據(jù)公式（3）計算有效劑量（effective dose，ED）。

其中 k=0.014 mSv/（mGy·cm）[8]。

1.6 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件，計量資料以±s表示，兩組患者基本資料、輻射劑量、圖像質(zhì)量客觀評價比較采用成組資料t檢驗，圖像質(zhì)量主觀評價比較采用χ2檢驗，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量 所有患者均順利完成 CCTA檢查，且無任何并發(fā)癥。兩組患者掃描范圍、CTDIvol、DLP和有效劑量比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表2。

表2 兩組患者輻射劑量比較（±s）

表2 兩組患者輻射劑量比較（±s）

注：CTDIvol：CT容積劑量指數(shù)；DLP：劑量長度乘積；ED：有效劑量

?

2.2 圖像質(zhì)量客觀評價比較 兩組患者主動脈根部、RCA近段、LM的CT值比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；SNR、CNRRCA1和CNRLM顯示差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），見表3。

表3 兩組患者圖像質(zhì)量客觀評價比較（±s）

表3 兩組患者圖像質(zhì)量客觀評價比較（±s）

注：SNR：信噪比；RCA1：右冠狀動脈近端；LM：左主干；CNR：對比噪聲比

2.3 圖像質(zhì)量主觀評價比較 兩組評價的冠狀動脈血管節(jié)段分別為898個、893個，其中狹窄程度>50%的患者和血管節(jié)段分別為19人/38個、21人/32個。整體平均影像質(zhì)量得分為（1.11±0.32）分，共1791個冠狀動脈節(jié)段中，1722個（96.1%）能夠滿足診斷的圖像質(zhì)量要求。A組患者存在明顯的呼吸運(yùn)動偽影，肺紋理顯示不清，但冠狀動脈能清晰顯示（圖1）；B組患者無明顯呼吸運(yùn)動偽影，冠狀動脈能清晰顯示（圖2）。A、B兩組圖像質(zhì)量可診斷率分別為95.3%（856/898）、97.0%（866/893），差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。見表4。

圖1 女，74歲，BMI 22.3 kg/m2，檢查前心率為90次/min，服用倍他樂克75 mg，掃描心率為50次/min，有效輻射劑量為2.1 mSv。軸位重組示雙肺呼吸運(yùn)動偽影較重（A）；左冠狀動脈旋支曲面重組示左旋支遠(yuǎn)段管腔重度狹窄（箭，B）；左冠狀動脈前降支曲面重組示左前降支近中段管腔中-重度狹窄（箭，C）；右冠狀動脈曲面重組示管腔無明顯狹窄（D）；數(shù)字減影血管造影（DSA）示左旋支遠(yuǎn)段管腔80%狹窄（箭，E）；DSA示左前降支近中段管腔彌漫狹窄50%（箭，F(xiàn)）

圖2 男，60歲，BMI 30 kg/m2，檢查前心率為77次/min，服用倍他樂克25 mg，掃描心率為55次/min，有效劑量為3.4 mSv。軸位重組圖像示雙肺無明顯呼吸運(yùn)動偽影（A）；右冠狀動脈曲面重組圖像示右冠狀動脈近段管腔中度狹窄（箭，B）；左冠狀動脈旋支曲面重組示管腔無明顯狹窄（C）；左冠狀動脈前降支曲面重組示管腔無明顯狹窄（D）；DSA示右冠狀動脈近段管腔75%狹窄（箭，E）；DSA示左冠狀動脈旋支管腔無明顯狹窄（F）

表4 兩組患者圖像質(zhì)量主觀比較

3 討論

CCTA檢查是在增強(qiáng)前根據(jù)受檢者心電圖由操作者或計算機(jī)自動判斷心率情況，選擇相應(yīng)的掃描模式、曝光時間。為減輕掃描過程中呼吸運(yùn)動造成的偽影，CCTA檢查中常規(guī)需要受檢者配合屏氣[9]。盡管在CCTA檢查前會對受檢者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，但是在實際檢查過程中，部分受檢者由于自身原因不能控制呼吸，或由于情緒緊張不能像訓(xùn)練時一樣配合屏氣，同時由于屏氣的影響，部分受檢者掃描前測試心率與曝光時的實際心率有時會有較大的差異，從而導(dǎo)致實際掃描期相與預(yù)計相差較大，繼而導(dǎo)致檢查效果不佳甚至失敗，故在自由呼吸狀態(tài)下受檢者的心率更加穩(wěn)定。因此，讓受檢者在自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行CCTA檢查是否仍能獲得滿意的圖像質(zhì)量和診斷價值尚需探討。

本研究中，A、B兩組圖像質(zhì)量可診斷率分別為95.3%（856/898）、97.0%（866/893），差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）?；颊咴谧杂珊粑鼱顟B(tài)下行CCTA檢查仍能獲得滿意的可診斷圖像，在一個心動周期內(nèi)完成CCTA檢查，呼吸產(chǎn)生的運(yùn)動偽影對圖像質(zhì)量的影響可以接受。既往研究表明，在正常呼吸條件下，即每分鐘呼吸 12～20次左右，橫膈的運(yùn)動速度約為6.4～29.3 mm/s[10]，由于心臟搏動引起的冠狀動脈運(yùn)動速度約為 22.4～108.6 mm/s[11]，由橫膈運(yùn)動引起的冠狀動脈運(yùn)動速度遠(yuǎn)低于由心臟跳動引起的冠狀動脈運(yùn)動速度，呼吸運(yùn)動相對較輕。隨著設(shè)備性能尤其是硬件水平的提高，CT的時間分辨率不斷提高。320排CT具有16 cm寬的探測器，轉(zhuǎn)速能達(dá)到0.35 s，在低心率患者CCTA檢查中，僅需要球管旋轉(zhuǎn)1圈即可以完成冠狀動脈成像，心跳和呼吸運(yùn)動所致偽影受到極大的抑制。

多扇區(qū)重建能顯著提高時間分辨率，尤其在患者中有快速或不規(guī)則的心跳[12-13]。320排CT在掃描心率>65次/min的患者時，機(jī)器會默認(rèn)使用多扇區(qū)掃描。然而，在自由呼吸狀態(tài)期間掃描時心臟的位置在2個或多個心動周期之間可能會存在差異，重建后可能出現(xiàn)運(yùn)動偽影[14]，因此本研究排除了采用多扇區(qū)重建的患者，未將自由呼吸CCTA方法應(yīng)用于高心率（>65次/min）患者。兩組患者心率均≤65次/min，主要血管節(jié)段的CT值、SNR、CNR均無顯著差異，結(jié)果顯示自由呼吸與嚴(yán)格屏氣均能獲得同等滿意的圖像質(zhì)量。

本研究預(yù)計自由呼吸檢查時相對于嚴(yán)格屏氣可能需要更大的掃描范圍來適應(yīng)檢查時心臟由于呼吸運(yùn)動產(chǎn)生的位移。然而研究結(jié)果顯示，兩組的掃描范圍分別為（148.4±11.3）mm、（150.4±10.9）mm，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），可能是由于在320排CT中檢測器寬度僅能選擇120 mm、140 mm或160 mm，掃描范圍改變較小，故解剖覆蓋范圍無法改變。A、B兩組患者BMI差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），有效劑量分別為（2.1±0.9）mSv、（1.9±0.7）mSv，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。然而，由于自由呼吸CCTA時心臟運(yùn)動幅度大于屏氣CCTA，增加了暴露于射線輻射中的可能性，應(yīng)用時應(yīng)嚴(yán)格控制適應(yīng)證。

本研究中，全部檢查均采用320排CT進(jìn)行掃描，其轉(zhuǎn)速較雙源CT掃描速度慢，僅覆蓋長度長[15]，因此，對于自由呼吸冠狀動脈CTA成像，雙源CT可能更有優(yōu)勢。Bischoff等[16]利用第二代雙源CT進(jìn)行自由呼吸CCTA研究，圖像質(zhì)量無顯著差異，但患者心率要求控制在60次/min以下，而且僅納入40例患者。本研究僅納入心率≤65次/min的患者，對于高心率的患者未進(jìn)行研究，后續(xù)研究可進(jìn)一步探討高心率對自由呼吸CCTA效果的影響。

總之，使用320排CT對低心率自由呼吸患者行CCTA檢查與嚴(yán)格屏氣患者相比，圖像質(zhì)量無顯著差異。對于不能配合屏氣患者或不可忽視的屏氣性心率變異，可以在自由呼吸狀態(tài)下行CCTA檢查。