冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)對(duì)高心率兒童冠狀動(dòng)脈成像質(zhì)量的改善

李昊巖，孫記航，彭蕓，李海云

1.首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京100069；2.國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院影像中心，北京100045

前言

冠狀動(dòng)脈 CT血管成像（Coronary CT Angiography, CCTA）已成為篩查兒童冠狀動(dòng)脈疾病如冠狀動(dòng)脈起源異常、冠狀動(dòng)脈瘤等疾病的常用影像學(xué)檢查手段［1-2］。兒童心率快，心臟搏動(dòng)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)偽影增加，使圖像質(zhì)量下降，部分圖像會(huì)產(chǎn)生冠狀動(dòng)脈走行的模糊甚至血管的截?cái)?，無法滿足臨床診斷［3］。在高心率的條件下，12%冠狀動(dòng)脈節(jié)段達(dá)不到可診斷水平［4］，如何減少高心率患兒CCTA 的運(yùn)動(dòng)偽影一直是研究熱點(diǎn)，最常用的方法包括增加探測(cè)器寬度、提高管球轉(zhuǎn)速以縮短掃描時(shí)間、應(yīng)用先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)校正后處理算法等。第一代冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)（Snapshot Freeze I, SSF1）技術(shù)作為一種圖像后處理算法，可去除成人高心率及心率不齊CCTA 的運(yùn)動(dòng)偽影，這種技術(shù)通過對(duì)3 個(gè)時(shí)相的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到搏動(dòng)偽影校正后的中央時(shí)相圖像，圖像質(zhì)量評(píng)分及可診斷率均有提升［5-6］，文獻(xiàn)證實(shí)該算法對(duì)高心率患兒CCTA 也有效果，不過對(duì)部分細(xì)小分支或高心率病例效果有限［7］。第二代冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)（Snapshot Freeze II, SSF2）技術(shù)被證實(shí)在成人CCTA中有效，并可改進(jìn)SSF1算法的不足，進(jìn)一步提升可診斷率［8］。成人SSF2 相關(guān)研究較多，但是國(guó)內(nèi)沒有兒童SSF2 對(duì)圖像質(zhì)量的改進(jìn)研究，故本研究主要探討SSF2 技術(shù)對(duì)高心率患兒CCTA 圖像質(zhì)量的改善能力。

1 材料與方法

應(yīng)用圖像處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析建立一種SSF 技術(shù)的影像質(zhì)量評(píng)估方法。對(duì)同一受試者的常規(guī)圖像、SSF1 重建圖像和SSF2 重建圖像的影像質(zhì)量及可診斷率進(jìn)行評(píng)估。

1.1 一般資料

本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審查通過，監(jiān)護(hù)人均簽署知情同意書。連續(xù)收集2018年6月～12月于國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院影像中心接受CCTA 的患兒資料，納入心率≥75 次/min患兒，排除有嚴(yán)重心、腎功能損害者。共53例符合入組要求，男28 例，女25 例，月齡1～72 個(gè)月，平均（17.5±18.7）個(gè)月；體質(zhì)量2.7～22.0 kg，平均體質(zhì)量（10.68±5.13）kg，平均體質(zhì)量指數(shù)（16.03±2.23）kg/m2；心率75～163次/min，平均心率（116.30±21.78）次/min，心率 波 動(dòng)0～39 次/min，平均心率波動(dòng)（10.53±8.85）次/min，Smart Phase 自動(dòng)最佳重建時(shí)相為6%～82%。入組患兒因心肌炎、心律不齊等原因就診，需行CT進(jìn)一步篩查是否存在冠狀動(dòng)脈發(fā)育畸形或有無冠狀動(dòng)脈擴(kuò)張。

1.2 儀器與方法

采用GE Revolution 256 排寬體CT 掃描機(jī)（GE Healthcare,美國(guó)）?；純貉雠P，雙臂上舉過頭，自由呼吸；對(duì)不能配合檢查的患兒給予口服鎮(zhèn)靜藥，待其安靜入睡后掃描。采用前瞻性心電門控軸位掃描，曝光時(shí)不移動(dòng)掃描床，在1個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成采集。根據(jù)患兒體型，探測(cè)器寬度可選擇100、120、140 或160 mm，掃描范圍從氣管杈至心尖，包括冠狀動(dòng)脈起源及走行。管電壓、管電流均采用自動(dòng)調(diào)制技術(shù)，管電壓的調(diào)節(jié)范圍包括80、100 kV，管電流的調(diào)節(jié)范圍為200～500 mA。預(yù)計(jì)噪聲指數(shù)為22，機(jī)架掃描轉(zhuǎn)速為0.28 s/rot。根據(jù)患兒體質(zhì)量來確定對(duì)比劑種類及用量［9］，體質(zhì)量2～20 kg 使用非離子型對(duì)比劑碘克沙醇（320 mgI/mL），體質(zhì)量>20 kg使用非離子對(duì)比劑碘海醇（350 mgI/mL）；體質(zhì)量≤5.0 kg 時(shí)對(duì)比劑用量=體質(zhì)量×1.3，5.1～10.0 kg 時(shí)對(duì)比劑用量=體質(zhì)量×1.2，10.1～20.0 kg時(shí)對(duì)比劑用量=體質(zhì)量×1.1，20.1～30.0 kg時(shí)對(duì)比劑用量=體質(zhì)量×1.0。采用雙筒高壓注射器經(jīng)靜脈團(tuán)注對(duì)比劑，流率0.5～2.8 mL/s，于8 s 內(nèi)注射完畢，隨后注射8～20 mL生理鹽水，4 s內(nèi)注射完畢［10-11］。采用智能觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)域位于氣管杈下一個(gè)椎體層面的降主動(dòng)脈，CT 值達(dá)220 HU 后，延時(shí)3.5 s啟動(dòng)掃描。

采用智能心電門控技術(shù)（Auto-ECG-gating）判斷患兒心率及心率變動(dòng)，自動(dòng)選擇曝光期相。對(duì)于心率<79 次/min 患兒，曝光時(shí)間窗為40%～80%的R-R間期；心率為79～120 次/min 患兒，曝光時(shí)間窗為35%～55%的R-R 間期；心率為121～200 次/min 患兒，曝光時(shí)間窗為65%～80%的R-R 間期；對(duì)于心律不齊的患兒，為保證檢查成功率適當(dāng)加寬曝光時(shí)間窗。以標(biāo)準(zhǔn)算法重建圖像，重建層厚、層間距均為0.625 mm，迭代重建組織權(quán)重ASiR-V為50%。

1.3 輻射劑量

記錄患兒容積CT 劑量指數(shù)（Volume Computed Tomography Dose Index, CTDIvol）、劑量長(zhǎng)度乘積（Dose Length Product, DLP），并計(jì)算有效劑量（Effective Dose, ED）。ED=k×DLP，其中<1 歲患兒，k=0.049 mSv/（mGy?cm）；1～2歲，k=0.030 mSv/（mGy?cm）；3～6歲，k=0.020 mSv/（mGy?cm）。

1.4 圖像后處理

采用GE AW 4.7 工作站的自動(dòng)冠狀動(dòng)脈分析軟件，所有重建期相采用Smart Phase 技術(shù)自動(dòng)選擇最佳期相，重建3 組圖像［12］：A 組為不采用SSF 技術(shù)的常規(guī)圖像；B 組為SSF1 重建圖像；C 組為SSF2 重建圖像。

1.5 圖像評(píng)價(jià)

由2 位分別具有12年和14年工作經(jīng)驗(yàn)的CT 心血管專業(yè)影像學(xué)醫(yī)師，應(yīng)用盲法對(duì)冠狀動(dòng)脈的圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。根據(jù)美國(guó)心臟協(xié)會(huì)的冠狀動(dòng)脈分段方法，將冠狀動(dòng)脈分為18 個(gè)節(jié)段［13］，以Likert 分級(jí)4 分法［14］對(duì)CCTA 可顯示節(jié)段進(jìn)行評(píng)價(jià)，直徑大于1 mm且連續(xù)走行超過1 mm的作為可評(píng)價(jià)節(jié)段，否則為不可評(píng)價(jià)節(jié)段［13］。4 分，圖像質(zhì)量良好，血管壁邊緣清晰，沒有運(yùn)動(dòng)偽影；3 分，圖像質(zhì)量較好，冠狀動(dòng)脈血管壁邊緣欠光整，或有輕度運(yùn)動(dòng)偽影，但不影響血管評(píng)價(jià)與管徑測(cè)量；2 分，圖像質(zhì)量較差，冠狀動(dòng)脈血管壁邊緣模糊，或有中度運(yùn)動(dòng)偽影，但能滿足診斷；1 分，冠狀動(dòng)脈管腔無法辨認(rèn)，運(yùn)動(dòng)偽影重，不能用于診斷。冠狀動(dòng)脈評(píng)分為所有可顯示節(jié)段評(píng)分的平均值，右冠狀動(dòng)脈（Right Coronary Artery,RCA）評(píng)分為其近、中、遠(yuǎn)3 個(gè)節(jié)段評(píng)分的平均值，左前降支（Left Anterior Descending, LAD）為左主干、近段、中段、遠(yuǎn)段4 個(gè)節(jié)段評(píng)分的平均值，左回旋支（Left Circumflex Artery, LCX）為近段、中遠(yuǎn)段2 個(gè)節(jié)段評(píng)分的平均值。冠狀動(dòng)脈起源評(píng)價(jià)左冠及右冠起源是否有模糊、截?cái)?。主觀評(píng)分≥2 分為可診斷圖像，計(jì)算可診斷率，可診斷率=可診斷的節(jié)段數(shù)/總節(jié)段數(shù)×100%。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。3組圖像質(zhì)量評(píng)分以中位數(shù)（上下四分位數(shù)）表示，采用多獨(dú)立樣本Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)，兩兩比較采用Bonferroni 方法校正的Mann-Wallis U 檢驗(yàn)。以χ2檢驗(yàn)比較3 組圖像間可診斷率的差異，采用行×列表資料的多重比較并進(jìn)行多次經(jīng)Bonferroni 校正2×C 表的χ2檢驗(yàn)。采用Kappa 檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2 名醫(yī)師主觀評(píng)分的一致性，Kappa 值≤0.4 為一致性差；0.4～0.6 為一致性中等；0.6～0.8為一致性較好；≥0.8為一致性好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量評(píng)分

2名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性好（Kappa=0.80），取2 名醫(yī)師協(xié)商后的評(píng)分。3 組圖像比較顯示RCA、LAD、LCX、冠狀動(dòng)脈起源、冠狀動(dòng)脈評(píng)分總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.05），詳見表1。圖1為病例1的圖像質(zhì)量改進(jìn)效果。

圖1 病例1改進(jìn)效果Fig.1 Improvements in case 1

表1 冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較Tab.1 Comparison of subjective scores of coronary artery image quality

A組與B組圖像間RCA（χ2=45.07,P<0.01）、冠狀動(dòng)脈（χ2=126.42,P<0.01）差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B組優(yōu)于A 組；而LAD（χ2=34.51,P=0.07）、LCX（χ2=20.91,P=0.14）和冠狀動(dòng)脈起源（χ2=17.75,P=0.43）評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A組與C組圖像間RCA（χ2=146.35,P<0.01）、LAD（χ2=134.30,P<0.01）、LCX（χ2=77.56,P<0.01）、冠狀動(dòng)脈起源（χ2=95.66,P<0.01）和冠狀動(dòng)脈（χ2=453.09,P<0.01）差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C組優(yōu)于A組。B組與C組圖像間RCA（χ2=101.27,P<0.01）、LAD（χ2=99.79,P<0.01）、LCX（χ2=56.65,P<0.01）、冠狀動(dòng)脈起源（χ2=77.92,P<0.01）和冠狀動(dòng)脈（χ2=326.68,P<0.01）差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C組優(yōu)于B組。

2.2 可診斷率

3組圖像比較顯示RCA、LAD、LCX、冠狀動(dòng)脈起源及冠狀動(dòng)脈可診斷率總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均<0.01），詳見表2。圖2為病例2 的圖像質(zhì)量改進(jìn)效果。

圖2 病例2改進(jìn)效果Fig.2 Improvements in case 2

表2 可診斷率比較［%（個(gè)）］Tab.2 Comparison of diagnosable rates[%(number of branches)]

A 組與B 組圖像間RCA（χ2=7.80,P<0.01）、LCX（χ2=5.26,P=0.02）、冠狀動(dòng)脈（χ2=17.39,P<0.01）可診斷率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，B 組優(yōu)于A 組；而LAD（χ2=3.38,P=0.05）、冠狀動(dòng)脈起源（χ2=3.53,P=0.06）可診斷率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A 組與C 組圖像間RCA（χ2=38.41,P<0.01）、LAD（χ2=13.92,P<0.01）、LCX（χ2=14.79,P<0.01）、冠狀動(dòng)脈起源（χ2=27.82,P<0.01）和冠狀動(dòng)脈（χ2=76.48,P<0.01）可診斷率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C 組優(yōu)于A 組。B 組與C 組圖像間RCA（χ2=16.91,P<0.01）、LAD（χ2=4.61,P=0.03）、冠狀動(dòng)脈起源（χ2=14.39,P<0.01）和冠狀動(dòng)脈（χ2=27.21,P<0.01）可診斷率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C 組優(yōu)于B組；而LCX（χ2=3.73,P=0.05）可診斷率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

對(duì)于兒童先天冠狀動(dòng)脈起源異常、川崎病導(dǎo)致的冠狀動(dòng)脈瘤等冠狀動(dòng)脈疾病，256 排寬體CT 的16 cm 探測(cè)器結(jié)合SSF1 技術(shù)對(duì)大多數(shù)的高心率患兒的圖像質(zhì)量有顯著的提升。有研究報(bào)道結(jié)合SSF 技術(shù)，Revolution CT 的有效時(shí)間分辨率達(dá)29 ms，可消除高心率患者的運(yùn)動(dòng)偽影［5］。經(jīng)臨床實(shí)踐，依然有部分患兒的圖像由于心率過快、Smart Phase 采集時(shí)相不佳導(dǎo)致最終重建圖像運(yùn)動(dòng)偽影重，尤其是冠狀動(dòng)脈起源經(jīng)常出現(xiàn)，影響對(duì)患兒冠狀動(dòng)脈起源的觀察，不能滿足臨床診斷。冠狀動(dòng)脈掃描常存在心臟搏動(dòng)偽影、呼吸運(yùn)動(dòng)偽影、時(shí)相選擇偽影、板狀偽影、量子噪聲偽影等［15］。兒童冠狀動(dòng)脈輻射劑量為CTDI（3.54±1.76）mGy，DLP（45.03±27.36）mGy?cm，有 效劑量（1.66±0.96）mSv，較之前研究輻射劑量有所降低［9,16］。目前對(duì)比劑注射方案及指南所用放射劑量及對(duì)比劑均較高（SCCT指南），根據(jù)ALARA 原則，目前國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院使用的均為低對(duì)比劑、低輻射劑量CCTA 檢查，相關(guān)方案已經(jīng)得到認(rèn)可［17］。

SSF2技術(shù)在SSF1技術(shù)的基礎(chǔ)上，不僅對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)也對(duì)全心的運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行識(shí)別、處理。冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)偽影不僅因?yàn)楣跔顒?dòng)脈運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，也會(huì)受到全心的運(yùn)動(dòng)偽影影響，所以，SSF2技術(shù)在校正全心的運(yùn)動(dòng)偽影后會(huì)進(jìn)一步改善冠狀動(dòng)脈的運(yùn)動(dòng)偽影。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)推薦的成人冠狀動(dòng)脈評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)為直徑大于1.5 mm且連續(xù)走行超過1.5 mm，兒童冠狀動(dòng)脈血管纖細(xì)，經(jīng)過長(zhǎng)期臨床實(shí)踐，兒童冠狀動(dòng)脈評(píng)價(jià)節(jié)段標(biāo)準(zhǔn)降低為直徑大于1 mm 且連續(xù)走行超過1 mm 比較適宜［13］。共534個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段納入統(tǒng)計(jì)，有420節(jié)段由于過于纖細(xì)未被納入。

使用SSF2技術(shù)后，C組圖像較B組圖像RCA、LAD、冠狀動(dòng)脈起源和冠狀動(dòng)脈評(píng)分及可診斷率差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，LCX評(píng)分差異也有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C組優(yōu)于B組。與B組相比，C組的RCA、LAD、LCX的主觀評(píng)分分別從2.66±0.90、2.90±0.87、2.49±0.76 提升至3.44±0.63、3.51±0.64、3.21±0.67，總冠狀動(dòng)脈評(píng)分從2.65±0.88提升至3.32±0.72；RCA、LAD、LCX的可診斷率從89.19%、95.93%、92.59%提升至100.00%、99.42%、98.77%，總可診斷率從91.20%提升至98.31%。提示SSF2技術(shù)可進(jìn)一步提高冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量和可診斷率。使用SSF2技術(shù)后，一些纖細(xì)的血管顯示得到了改善。相比SSF1的RCA、LAD、LCX分別有16、7、6冠狀動(dòng)脈遠(yuǎn)段的節(jié)段不能滿足診斷要求，SSF2僅分別有0、1、1支血管不能滿足診斷要求（評(píng)分≤2分），總冠狀動(dòng)脈血管共有38個(gè)遠(yuǎn)段節(jié)段滿足診斷要求。冠狀動(dòng)脈起源也得到了較大的改善，冠狀動(dòng)脈起源評(píng)分從2.60±1.00提升至3.51±0.69，有15個(gè)冠狀動(dòng)脈起源處從不能滿足診斷要求到滿足診斷要求。

本研究中，A組與B組LAD、LCX和冠狀動(dòng)脈起源評(píng)分差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.07、0.14、0.43），這是因?yàn)樵O(shè)備的硬件的更新及Smart Phase選取到了較合適的期相，圖像質(zhì)量尚可，這也表明了SSF1技術(shù)對(duì)于超高心率患兒效果的局限性［18］，對(duì)于冠狀動(dòng)脈起源的效果也比較有限，常有和模糊。本研究與之前SSF1結(jié)果稍有不同，是因?yàn)楸狙芯康幕純盒穆矢?，年齡更低，血管更細(xì)小，對(duì)診斷要求更高。B組與C組LCX可診斷率無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.05），表明其對(duì)LCX圖像質(zhì)量提示效果很弱，可能由于LCX細(xì)小，且本研究LCX節(jié)段納入較少（n=81），可能影響統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果。

本研究的不足：（1）病例數(shù)較少，由于SSF2數(shù)據(jù)處理量存在限制，尚不能開展大規(guī)模研究；（2）采用的是單中心的數(shù)據(jù)，病種范圍不夠全面；（3）沒有冠狀動(dòng)脈造影作為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行診斷評(píng)價(jià)。

總之，應(yīng)用SSF2技術(shù)可以進(jìn)一步改善兒童CCTA圖像質(zhì)量，尤其對(duì)冠狀動(dòng)脈起源圖像質(zhì)量提高明顯，提高了冠狀動(dòng)脈起源異常等先天畸形的診斷率。