改良單次短時(shí)屏氣法用于血管減影冠狀動(dòng)脈CT成像

孟 雪，邢 俊，許 楠，席 芊

(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，上海 200120)

冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary CT angiography,CCTA)可輔助臨床診斷冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(簡稱冠心病)，具有空間分辨率高、靈敏度高(95%～99%)和陰性預(yù)測值高(97%～99%)等優(yōu)勢[1-3]，但高密度偽影和線束硬化偽影常致高估冠狀動(dòng)脈鈣化或植入金屬支架患者局部管腔狹窄程度[4]；利用迭代重建和高管電壓掃描雖能降低鈣化CT值，但無法消除偽影的影響，導(dǎo)致對Agatston評分≥400的患者不建議行CCTA檢查[5]。近年來，血管減影CCTA(subtraction CCTA,S-CCTA)技術(shù)逐漸用于評估冠狀動(dòng)脈狹窄程度，通過減去CCTA圖像中的鈣化斑塊和金屬支架以顯示真實(shí)管腔而為臨床診斷及治療冠心病提供指導(dǎo)[6-9]，但多需采用單次屏氣法，屏氣時(shí)間為20～40 s，部分患者較難完成，進(jìn)而影響減影的準(zhǔn)確性[6]。本研究觀察在S-CCTA中采用改良單次短時(shí)屏氣法的應(yīng)用價(jià)值，旨在縮短屏氣時(shí)間、減少配準(zhǔn)偽影，以獲得良好的圖像質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2019年8月—2020年5月21例于同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院因冠狀動(dòng)脈鈣化復(fù)查(n=18)或冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后(n=3)患者，男16例，女5例，年齡43～87歲，平均(63.7±13.2)歲。18例復(fù)查患者中，男14例，女4例，年齡43～87歲，平均(63.6±12.2)歲，共檢出90個(gè)冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊；3例冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后患者，男2例，女1例，年齡分別為70歲、67歲和84歲，每例植入1～2枚支架，共植入5枚支架。納入標(biāo)準(zhǔn)：①心率低于70次/分；②可屏氣至少15 s。排除標(biāo)準(zhǔn)：①孕婦；②既往接受冠狀動(dòng)脈搭橋手術(shù)；③心律失常(心房顫動(dòng)、二度和三度房室傳導(dǎo)阻滯)及先天性心臟病等嚴(yán)重心功能不全、肺功能不全、腎功能不全(血肌酐>1.50 mg/dl)及未經(jīng)控制的甲狀腺功能亢進(jìn)；④碘過敏。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 掃描前對患者進(jìn)行15 s屏氣訓(xùn)練。采用Toshiba Aquilion第二代320層CT，自適應(yīng)迭代劑量減少3D技術(shù)。囑患者仰臥，屏氣約15 s，經(jīng)肘靜脈注入5 ml對比劑，獲得時(shí)間-密度曲線(圖1A)，以曲線開始上升時(shí)間為X，設(shè)(X-3)s為開始時(shí)間，行第一次延遲掃描，范圍為氣管隆嵴水平至心臟膈面下，并于降主動(dòng)脈段選擇半徑約2 mm的ROI。之后經(jīng)右肘靜脈以流率4.00～4.50 ml/s注射碘帕醇(370 mgI/ml)及30 ml生理鹽水，總量為50 kg以下40 ml、50～60 kg 45 ml、60～70 kg 50 ml、70～80 kg 55 ml、80～90 kg 60 ml、90 kg以上65 ml；采用前瞻性心電門控序列，設(shè)定閾值240 HU，于第一次掃描開始后6.50 s以降主動(dòng)脈ROI為監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到閾值后自動(dòng)觸發(fā)第二次掃描(圖1B)，范圍與第一次掃描相同。參數(shù)：第一次掃描管電壓80 kV，第二次100 kV，自動(dòng)mAs，F(xiàn)OV 160 mm，矩陣512×512，層厚0.50 mm，層間距0.25 mm。以上掃描均由2名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科技師完成。

圖1 CT掃描時(shí)間-密度曲線 A.選用小劑量對比劑進(jìn)行測試，將降主動(dòng)脈段增強(qiáng)曲線開始升起時(shí)間記為X，并設(shè)置第一次掃描開始時(shí)間為(X-3)s；B.設(shè)定閾值240 HU，于第一次掃描開始后6.50 s以降主動(dòng)脈為監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到閾值后自動(dòng)觸發(fā)第二次掃描

1.3 圖像處理 增強(qiáng)掃描后自動(dòng)重建出最佳時(shí)相，若其圖像質(zhì)量不佳，則手動(dòng)尋找第一次掃描最佳時(shí)相，并以之為中心，每隔1%重建其附近10%的圖像，于10個(gè)時(shí)相內(nèi)尋找與第二次掃描匹配度最佳的第一次掃描時(shí)相并進(jìn)行減影。應(yīng)用Toshiba最新后處理工作站和Sure Subtraction Coronary V7.0軟件將兩次掃描所獲CCTA數(shù)據(jù)進(jìn)行心臟及血管樹整體非剛性對位和胸廓?jiǎng)傂詫ξ唬菏紫然赼tlas-based knowledge像素網(wǎng)格圖模型對實(shí)質(zhì)臟器進(jìn)行分割及分層，使2組數(shù)據(jù)準(zhǔn)確對位，并以“容積CT數(shù)字減影血管造影”算法進(jìn)行減影[10]，獲得相減圖像(圖2、3)；若減影效果不理想，可重新調(diào)整局部鈣化斑塊及支架對位。采用曲面重建(curved planner reformation,CPR)、容積再現(xiàn)(volume rendering,VR)及最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)分別對重建CCTA(第二次掃描圖像)和S-CCTA(減影后圖像)2組圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理。

圖2 患者女，56歲，因冠狀動(dòng)脈鈣化接受CTA復(fù)查 A.第一次掃描圖像；B.第二次掃描圖像；C.減影后圖像；D.CCTA重建后圖像示左回旋支近端鈣化斑塊；E.S-CCTA重建圖像中上述位置未見鈣化斑塊

1.4 圖像評價(jià) 由2名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師采用4分制[11]評價(jià)冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊處和支架處的圖像質(zhì)量，并觀察以嚴(yán)重鈣化節(jié)段(圖4)評估管腔狹窄程度的能力：1 分，圖像偽影嚴(yán)重，完全遮蓋管腔，不能用于評估管腔狹窄；2 分，圖像偽影較明顯，大部分管腔被遮蓋，不能用于評估管腔狹窄；3 分，圖像偽影較輕，遮蓋部分管腔，可用于評估管腔狹窄；4 分，圖像質(zhì)量良好，無偽影，可用于評估管腔狹窄。意見不一致時(shí)協(xié)商決定，若分歧嚴(yán)重，則提交另一名具有10年以上經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師判定。

圖4 嚴(yán)重鈣化右冠狀動(dòng)脈節(jié)段 VR圖像(A)和MIP圖像(B、C)示右冠狀動(dòng)脈近端弧形鈣化斑塊圍繞管腔>180°

1.5 輻射劑量 有效輻射劑量(effective dose,ED)=劑量長度乘積(douse-length product,DLP)×胸部CT轉(zhuǎn)換因子k[0.014 mSv/(mGy·cm)]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用配對t檢驗(yàn)比較CCTA與S-CCTA圖像質(zhì)量評分；以頻數(shù)和百分率表示計(jì)數(shù)資料，采用χ2檢驗(yàn)進(jìn)行比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本組21例第一次掃描時(shí)心率50.51～68.52次/分，平均(59.38±6.83)次/分，第二次掃描心率51.64～69.69次/分，平均(57.30±8.02)次/分；屏氣時(shí)間8～12 s，平均(10.34±1.07)s；ED(兩次掃描輻射ED的總和)1.34～5.19 mSv，平均(3.43±1.04)mSv。于18例冠狀動(dòng)脈鈣化復(fù)查患者共檢出90個(gè)鈣化斑塊，其CCTA圖像質(zhì)量評分為1～4分，平均(2.48±0.70)分；S-CCTA圖像質(zhì)量2～4分，平均(3.47±0.69)分，明顯高于CCTA圖像質(zhì)量(t=-11.333，P<0.001)；且CCTA圖像所示可用于評估管腔狹窄程度的嚴(yán)重鈣化冠狀動(dòng)脈節(jié)段為66.67%(60/90)，而S-CCTA圖像為88.89%(80/90)，后者高于前者(χ2=12.857，P<0.001)。3例冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后患者共植入5枚支架，CCTA圖像質(zhì)量評分為1～2分，平均(1.84±0.23)分；S-CCTA圖像質(zhì)量1～3分，平均(2.75±0.29)分，明顯高于CCTA(t=-8.785，P<0.05)。

圖3 患者男，62歲，冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后CTA A.第一次掃描圖像；B.第二次掃描圖像；C.減影后圖像；D.CCTA重建后圖示左前降支近端支架及鈣化斑塊；E.S-CCTA重建圖像中示上述位置未見支架及鈣化斑塊

3 討論

CCTA評價(jià)冠狀動(dòng)脈鈣化節(jié)段及植入支架節(jié)段管腔狹窄的能力有限，主要原因在于鈣化及支架的硬化偽影[12]。S-CCTA可將兩次掃描圖像數(shù)據(jù)相減，以避免硬化偽影的影響，現(xiàn)已成熟應(yīng)用于頭頸部血管檢查，可減少顱骨和椎骨的影響，使后處理過程簡單、有效；而在心臟及大血管，受心臟搏動(dòng)的影響，其發(fā)展相對滯后。第二代320層CT支持采用Registration配準(zhǔn)軟件行S-CCTA，使病灶對位更精確，但需要較長的屏氣時(shí)間，部分患者難以完成，導(dǎo)致未能廣泛應(yīng)用于臨床。

S-CCTA可采用兩次屏氣法和單次屏氣法。兩次屏氣法指分別通過兩次屏氣掃描獲得2組圖像，其間無法完全匹配，可能出現(xiàn)配準(zhǔn)錯(cuò)誤[13-14]。單次屏氣法指通過一次屏氣獲得2組圖像，可減少配準(zhǔn)誤差，但傳統(tǒng)方法需屏氣20～40 s，部分患者無法完成。YOSHIOKA等[15-16]發(fā)現(xiàn)，采用單次屏氣法，S-CCTA的診斷準(zhǔn)確性較高；而采用改良單次屏氣法可改善冠狀動(dòng)脈鈣化段的圖像質(zhì)量，提高診斷準(zhǔn)確性。KIDOH等[17]對5 例冠狀動(dòng)脈鈣化患者注射小劑量對比劑，得到時(shí)間-密度曲線，并根據(jù)該曲線決定CT平掃及增強(qiáng)掃描開始時(shí)間，從而將屏氣時(shí)間縮短到(18.3±3.4)s；YAMAGUCHI等[18]則將屏氣時(shí)間縮短到為(13.2±0.6)s。YOSHIOKA等[15]嘗試對12例冠狀動(dòng)脈鈣化患者先行增強(qiáng)掃描，待對比劑自冠狀動(dòng)脈消退后再行平掃，將屏氣時(shí)間縮短至12～14 s。本研究采用改良單次短時(shí)屏氣法行S-CCTA掃描，以小劑量對比劑得到時(shí)間-密度曲線，并根據(jù)該曲線盡可能延遲第一次掃描開始時(shí)間，使兩次掃描間隔時(shí)間(即患者屏氣時(shí)間)縮短至(10.34±1.07)s，所獲S-CCTA圖像質(zhì)量明顯高于CCTA圖像質(zhì)量，且可用于評估狹窄程度的嚴(yán)重鈣化冠狀動(dòng)脈節(jié)段由66.67%提高到了88.89%，與既往報(bào)道[12]相符；ED為(3.43±1.04)mSv，低于AMANUMA等[8]和YOSHIOKA等[15]的結(jié)果。

本研究通過一次屏氣獲得2組圖像，雖已盡可能于冠狀動(dòng)脈強(qiáng)化前獲得第一次掃描圖像，但第一次掃描時(shí)對比劑已進(jìn)入右心，第二次掃描可見右心密度降低，使右心呈現(xiàn)“減去”效果，但對S-CCTA用于診斷基本無影響。但本研究未能觀察S-CCTA用于評估冠狀動(dòng)脈狹窄程度的效能，后續(xù)有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本深入觀察。

綜上所述，改良單次短時(shí)屏氣法用于S-CCTA掃描可在有效縮短屏氣時(shí)間的同時(shí)減少輻射劑量、提高圖像質(zhì)量，值得臨床推廣及應(yīng)用。