128层螺旋CT冠状动脉血管成像最佳重建时相与心率关系的研究

李彬，汤素琼，杨建林，刘敬辉，刘家明，王汉生

1.孝感市中心医院　CT室，湖北　孝感　432000　；2.孝感市中医院　CT室，湖北　孝感　432000　3.清华大学　医学部基础医学院　，北京　100084

128层螺旋CT冠状动脉血管成像最佳重建时相与心率关系的研究

李彬1，汤素琼1，杨建林1，刘敬辉2，刘家明3，王汉生3

1.孝感市中心医院CT室，湖北孝感432000；2.孝感市中医院CT室，湖北孝感4320003.清华大学医学部基础医学院，北京100084

[摘要]目的评价患者不同心率、心率波动及不同重建时相的选择，对GE宝石能谱（Discovery CT750 HD）128层螺旋CT冠状动脉血管成像（CTA）图像质量的影响。方法收集我院150例临床疑诊冠心病或冠状动脉粥样硬化的患者，于2012年5月～2013年6月在我院行冠状动脉血管CTA成像检查的影像资料并进行影像后处理，对心动周期的R-R相位30%～95%期间，每间隔5%进行重建。分别进行多平面重组、容积再现、曲面重组、最大密度投影等处理；按扫描时平均心率及心率波动幅度分组，获得最佳重建时相进而评价不同心率及心率波动幅度中的图像质量。结果心率＜70次/min，冠状动脉最佳重建时相为70%～75% R-R间期；心率在75～80次/min，冠状动脉最佳重建时相为75%～85% R-R间期；心率＞85次/min，冠状动脉最佳重建时相为80%～95% R-R间期。图像质量随心率的增加及心率波动幅度的变大而降低，即心率及心率波动幅度与图像质量呈负相关（P＜0.001）。结论合理控制心率、减小心率波动以及选择最佳重建时相可提高图像质量，明显减轻心脏运动伪影，显示较细节段的冠状动脉，对准确诊断冠状动脉病变，具有较高的临床应用价值。

[关键词]螺旋CT； 冠状动脉造影；心率；R-R相位

0　前言

多层螺旋CT冠状动脉血管造影（CTA）检查，是近年来开展起来检测冠状动脉病变的新技术[1]， 随着CT技术的飞速发展，尤其是128层螺旋CT的问世，使球管转速加快、热容量加大，探测器宽度增加，扫描速度得到很大提高，再加上强大的影像工作站后处能力，使128层螺旋CT在冠状动脉血管成像方面的应用更趋成熟。128层螺旋CT冠状动脉血管成像图像连续性好，密度分辨率高，能充分显示血管壁的解剖结构和病理表现及相邻血管与组织结构的情况[2]。本研究旨在探讨GE宝石能谱（Discovery CT750 HD）128层螺旋CT在冠状动脉血管造影成像中，针对患者不同心率波动合理选择最佳重建时相，最大限度地提高检查成功率及影像图像质量。

1　资料

本文收集我院150例临床疑诊冠心病或冠状动脉粥样硬化的患者，其中可疑冠心病110例、临床确诊冠心病患者40例，于2012年5月～2013年6月在我院行冠状动脉血管CTA成像检查的影像资料。其中男64例、女 86例、年龄在42～76岁，平均年龄60.7岁。

冠状动脉血管CTA检查前按常规训练患者呼吸及闭气，并向患者说明造影对比剂注射时的全身反应，所有患者于检查前口服β受体阻滞剂倍他乐克25～50 mg以减慢心率，待心率进入平稳期15～30 min后进行冠状动脉血管CTA扫描检查。

排除标准：对含碘造影剂过敏，严重心律不齐，严重肝肾功能不全和失代偿性心功能不全者。

2　方法

2.1扫描采集技术

80例患者准备行冠状动脉血管CTA扫描检查前告知患者，按照CT机器附带的自动语音提示呼吸指令进行呼吸、闭气适应性练习；阐明在检查过程中可能发生注射造影剂导致的不良反应。

2.2扫描采集程序选择

（1）定位像扫描。使用我院最新引进的宝石能谱（Discovery CT750 HD）128层螺旋CT扫描仪（GE美国通用电气公司生产）。患者行仰卧位脚先进，扫描过程中深呼吸屏气，分别在0°和90°采集胸部扫描定位像。

（2）静脉团注造影剂扫描数据采集。首先进行对比剂峰值时间选择测定，选择主动脉根部左冠状动脉起始部进行同层连续动态扫描，连续采集20层，采集间隔为2 s，使用高压注射器（德国Ulrich公司生产），经肘静脉以4.0～5.0mL/s的速率，注射非离子型对比剂碘含量为370的碘海醇造影剂20 mL。注射造影剂后延迟10 s,开始在所选层面进行同层动态扫描，获得主动脉根部的时间密度曲线，找到主动脉根部左冠状动脉起始部造影剂峰值时间，再根据此时间密度曲线计算出冠状动脉CT扫描的最佳的采集延迟时间。

（3）全心脏螺旋扫描采集范围。扫描范围为主支气管气管分叉处隆突下1cm处至膈肌下2cm心尖处；造影剂注射总量为100 mL以上，且保证造影剂的注射速率与小剂量团注试验的推注流速一致，并随后跟注射30 mL生理盐水以消除造影剂残留导致的伪影。扫描采集参数选择心脏采集模式，同时加回顾性心电门控，并启动心率覆盖技术，进行全心高清采集，准直器宽度为0.625 mm，进床速度为0.984，重建间隔为0.625 mm，机架旋转速度0.35 s,矩阵512×512，管电压为140 kV，管电流为600～700 mA。扫描采集过程中患者随机器附带的自动语音提示闭气，整个扫描数据采集时间控制在10 s以内。

2.3图像数据后处理

扫描数据采集结束后，将采集到的原始数据利用回顾性心电门控技术进行多相位后重建处理，从患者的心脏周期时相获30%～95%、间隔为5%重建不同的相位窗图像[3]。重建的数据传送入GE ADW4.5后处理工作站进行图像重建分析。图像后处理方法包括：图像容积再现（volume rendering，VR）、多平面重建（multi-planar reconstruction，MPR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及曲面重建（curved planar reconstruction，CPR）的相位重建。

2.4图像最佳相位窗的评价优选方法

从原始数据相位30%～95%、并以5%的间隔，进行不同的最佳重建阶段的冠状动脉重建；利用VR、MPR、MIP及CPR等影像后处理技术，对冠状动脉的CTA影像进行评价分析，评价不同相位窗重建影像显示冠状动脉的能力[4]。将冠状动脉分为左主干冠状动脉（LMD）、左前降支（LAD）、左回旋支（LCA）、右冠状动脉（RCA）和后降支（PDA）[5]5个节段，通过对冠状动脉边缘轮郭及其细分支走形显示情况进行综合评估比较观察，分别优选出患者在不同心率情况下显示的各冠状动脉及细小分支节段最佳的相位窗[6]。

2.5后处理图像质量的评价

由6位医师独立完成冠状动脉图像质量评价，如出现意见分歧，需取得意见一致为准。将冠状动脉的图像质量分为4个图像等级：冠状动脉图像清晰、显影连续，无阶梯型错层状心脏搏动伪影，评3分；冠状动脉图像清晰，但血管走形连续性欠佳，可出现部分截断性错层伪影，但不影响临床诊断分析，评2分；冠状动脉走形出现多个截断性错层伪影，血管连续性欠佳欠清晰，但不影响临床诊断，评1分；冠状动脉成像质量较差，运动截断性错层伪影分布较多，血管轮郭清晰度较差，不能进行诊断分析，评0分。通过分析各对照组的影像图像质量变化，探讨冠状动脉CTA检查清晰显示冠状动脉的最佳心率水平，以及选择最佳重建时相位对图像质量的影响[7]。

2.6统计学处理

采用SPSS11.0统计分析软件对数据进行分析。各组计量结果数据均采用±s进行统计，组间均数用t检验和方差分析。

3　结果

心率＜70次/min，冠状动脉最佳重建时相为70%～75% R-R间期；心率在75～80次/min，冠状动脉最佳重建时相为75%～85% R-R间期、心率＞85次/min，冠状动脉最佳重建时相为80%～90% R-R间期，见表1。扫描采集过程中，图像质量会随心率的增加及心率波动幅度的变大而降低，心率及心率波动幅度与图像质量呈负相关；心率＜80次/min冠状动脉成像质量组与＞80次/min冠状动脉成像质量组比P＜ 0.001。各冠状动脉分支的最佳成像时相图，见图1。

表1　各冠状动脉分支的最佳成像时相

图1　不同心率的冠状动脉重建时相图像

4　讨论

4.1患者心率与图像重建的相位关系

对GE 128层宝石能谱（Discovery CT750 HD）螺旋CT，通过采用回顾性心电门控技术，进行冠状动脉血管造影成像处理所获得的数据的是连续的，可以是任何心脏周期的任何时相位重建图像。所以操作者选择合适的时相位重建，是得到高品质图像的保证[8]。有相关学者[9]研究表明，冠状动脉的各个分支都有不同的运动模式，特别是右冠状动脉，由于冠状动脉走形在房室沟内，比较容易受到心房收缩的影响，各冠状动脉分支处于相对静止期的时相位会完全不相同。因此，在做图像后处理时，合理的选择心脏动度最小的时相位进行影像后处理重建尤为重要[10]。本研究显示，心率＜70次/min，冠状动脉最佳重建时相为70%～75% R-R间期；心率在75～80次/min冠状动脉最佳重建时相为75%～85% R-R间期；心率＞85次/min冠状动脉最佳重建时相为80%～90% R-R间期。心轴方向、血管走行方向的不同、心脏的大小等原因，对不同的患者在不同的心率及各冠状动脉分支间图像最佳重建时相均不相同。使用一个固定的重建阶段时相位，不能同时显示满足各个分支的冠状动脉，因此，分别选定为各个冠状动脉分支的相对静止期进行图像重建是能够获得最佳的图像质量[11]。所以，我们在实际工作中，患者心率＜70次/min，基本上就不需重建阶段时相位；患者的心率＞75次/min，一般为30%～95%的重建阶段时相位、每间隔5%时相位重建一个新序列，就可以获得高质量的图像，虽然多时相位重建的缺点是费力、费时，但为了提高诊断图像质量是值得的。

4.2患者心率对冠状动脉血管CTA图像质量的影响

GE 128层宝石能谱（Discovery CT750 HD）螺旋CT具有很高的时间分辨率和密度分辨率，可以实现在1个单一的屏气周期内完成全心脏的高清扫描采集。但是，受检者在扫描采集过程中心律失常、心率变化过大会让数据采集不能完整的在舒张期内完成，会严重影响冠状动脉的血管成像质量，直接导致采集到的数据图像不能在同1个心动周期的同一时相位重建，且重建后的冠状动脉血管影像容易发生血管轮郭模糊、阶梯型错层中断伪影[12]。这项研究表明，扫描采集＜心率70次/ min组的患者影像质量，明显优于＞75次/ min组和85次/ min组的患者影像质量。冠状动脉血管成像的运动伪影与心率波动的频率有着直接的关系,所产生运动阶梯型错层中断伪影的原因，是患者心率过快、心动周期时间短，心脏舒张期相对会缩短，CT机在相对较短的舒张期采集数据信息，由于受到设备有限的时间分辨率限制，数据信息采集过程中，心脏运动幅度处于相对较大的状态下，出现阶梯型错层中断伪影的几率会更明显[13]。当患者心率相对缓慢时，心动周期长，心脏的舒张期相对也会延长，这时候CT机在采集数据信息，心脏的运动范围的状态相对较弱，出现的运动伪影要少得多[14]。右冠状动脉受运动伪影的影响较大，可能是右冠状动脉更接近右心房，当设备在心脏舒张晚期采集数据信息时，心房正处于收缩期，会造成大范围的运动，对其影响明显。因此，适当控制患者的心率会更有利于减少或消除冠状动脉血管成像的运动伪影，可很大程度地改善冠状动脉血管CTA图像质量[15]。

通过回顾性心电门控GE 128层宝石能谱（Discovery CT750 HD）螺旋CT扫描采集薄层容积数据，选择一个不同的R—R间隔相触发一段扫描数据单独进行冠状动脉血管重建处理，这样不仅可以提高时间分辨率，还可以选择最佳的冠状动脉各分支最佳时相位分别进行容积重建后处理，可最大限度地减少心脏运动伪影，提高图像质量，并更好地满足影像学诊断评价，为冠心病的临床诊断和指导临床治疗提供有效信息[16]。

4.3临床应用价值展望

冠脉CTA检查一定程度上能提供与冠脉造影相似的冠状动脉狭窄的解剖结构信息，并且由于其无创伤、风险低、费用较低，操作简单，不仅提供了冠脉血管狭窄的程度，管腔病变是向心性或偏心性狭窄，冠脉斑块的特点，尤其钙化病变诊断有较高的准确率，而且还提供了血管壁的影像特点，有助于评价血管功能。研究结果表明，冠脉CTA有较高阴性预测值，对于低、中危冠心病患者，进行冠脉CTA检查对于这些患者排除冠状动脉狭窄具有较大的临床意义。冠脉CTA对CABG患者术后的复查具有较大价值，与自身冠脉相比，搭桥移植的血管管腔较粗，活动度小，运动速度较慢，多数研究报道冠脉CTA对桥血管的诊断具有较高的准确度。

当前冠脉CTA在诊断冠脉血管方面具有较高的阴性预测值，在冠状动脉病变的诊断应用中具有较大的意义，尤其在筛选闭塞血管病变方面。随着CT技术的不断进步，冠脉CTA将应用得越来越广泛，但是冠脉CTA在评价病人血管重建方面无法取代有创的冠脉造影，尤其在血管造影术和血管成形术同时需要的时候，不过，病人临床上或经济上不适合行有创血管造影检查时，冠脉CTA不失是良好的的选择。冠状动脉CTA的今后发展需进一步提高其时间分辨力和空间分辨力，CT球管旋转速度和重建技术也会逐步提高，冠状动脉CTA将来完全可能替代诊断性的冠状动脉造影，其无疑仍是今后的研究热点[17]。

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作者邮箱：hubeixiaogan@126.com

[中图分类号]R445.3

[文献标志码]A

doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2014.04.012

[文章编号]1674-1633(2014)04-0036-04

收稿日期：2013-06-27修回日期：2013-09-16

Research on the Relationship between Heart Rate and Optimal Reconstruction Phase during 128-Slice CT Coronary Angiography

LI Bin1，TANG Su-qiong1，YANG Jian-lin1，LIU Jing-hui2，LIU Jia-ming3, WANG Han-sheng3
1.CT Room, Xiaogan Central Hospital, Xiaogan Hubei 432000, China 2.CT Room, Xiaogan Hospital of Chinese Medicine, Xiaogan Hubei 432000, China 3.Basic Medical College, Tsinghua University, Beijing 100084,China

Abstract：ObjectiveTo evaluate the impact of different heart rate, heart rate fluctuations and the reconstruction phase on the image quality of coronary CT with GE Gem Spectroscopy ( Discovery CT750 HD ) 128-slice CT.MethodsCTA imaging data of 150 suspected patients with coronary heart disease or coronary atherosclerosis were collected. All of the patients received CTA imaging from May 2012 to June 2013 in our hospital, and the image post-processing was conducted: during the R-R cardiac cycle phase of 30% to 95%, at intervals of 5%, the image reconstruction was conducted. MPR, volume rendering, surface restructuring, maximum intensity projection were conducted retrospectively. The grouping was based on the average heart rate and heart rate fuctuations. The optimal reconstruction phase was aquired in order to evaluate the images quality under different heart rate and different heart rate fuctuations.ResultsWhen heart rate ＜70 beats / min, the best phase of coronary reconstruction was 70% ～ 75% RR interval; and that of 70%～75% RR interval when heart rate was at 75～ 85 beats / min, 80%～95% RR interval when heart rate＞85 beats / min. The image quality degraded when the heart rate increases and the heart rate fuctuations become bigger, namely, the heart rate and heart rate fuctuations were negatively correlated with the image quality (P＜0.001).ConclusionReasonable control of the heart rate, reduced heart rate fluctuations and selection of optimal reconstruction phase can improve the image quality, signifcantly reduce cardiac motion artifacts, and show a more detailed section of the coronary arteries, which has a high clinical value in accurate diagnosis of coronary artery disease.

Key words：spiral CT; coronary CTA; heart rate; R-R phase