冠状动脉追踪冻结技术降低前瞻性心电门控CTA成像辐射剂量的方法研究

杨文兵，查云飞，阳朝晖，谢宝君，邢栋，杨仁杰

武汉大学人民医院 放射科，湖北 武汉 430060

引言

前期研究发现，冠状动脉追踪冻结技术（Snap Shot Freeze，SSF）采用回顾性心电门控对高心率患者冠脉CTA成像可提高图像质量，降低辐射剂量[1]。对低心率SSF采用前瞻性心电门控与同期DSA成像在显示粥样斑块数目和管腔狭窄程度有较好的一致性[2]。前瞻性心电门控（简称前门控）为步进式扫描，仅在预先设定的R-R间期曝光，几乎没有重叠扫描，从而使患者所受辐射剂量明显降低。在相同扫描条件下较回顾性心电门控能降低约80%的辐射剂量，但因受到心率的严格控制（＜65 bpm）而较少在临床实践中采用[3]。结合SSF技术，能否针对心率＞65 bpm推广前门控扫描的可行性具有极大的意义。张辉阳等[4]研究指出，前门控扫描技术可明显降低CTA检查的辐射剂量，不降低图像质量。张计旺等[5]研究采用回顾性心电门控扫描比较了标准算法（Standard，STD）和SSF两种重建方法，认为SSF可进一步提高图像质量，尤其对45%期相重建的右冠脉成像改善最明显。周全红等[6]研究证实，前门控结合SSF技术可明显减少辐射剂量，满足临床诊断的图像质量。该研究将进一步分析SSF较STD提高成像质量，降低前门控CTA成像辐射剂量的应用价值。

1 对象与方法

1.1 对象资料

连续选择2017年1～6月入我院行冠脉CTA检查患者共50例，纳入标准：① 按要求完成CTA检查，无造影剂过敏，影像结果可处理和分析；② 取得患者知情同意权。排除标准：① 增强型心脏扫描序列主动脉根部1 cm2感兴趣区域（Region of Interest，ROI）平均CT值＜250 HU；② 冠脉管壁钙化伴严重线束伪影；③ 右心房造影剂弥散不均引起右侧冠脉严重伪影；④ 心胸外科术后胸骨柄金属钢丝、起搏器导线等引起右侧冠脉严重放射状或条纹状伪影；⑤ 异位心率（室性早搏）及严重心律不齐（心率变异＞20次/min）。

所有患者均不服用降低心率药物，但为使冠脉扩张、显影更清晰，受试者检查前5 min舌下含服0.5 mg硝酸甘油。将其分为平均心率≤65次/min组18例，65～85次/min组22例，＞85次/min组10例；组间患者的基线资料具有可比性（P＞0.05）。具体见表1。

1.2 研究方法

设备采用美国GE 64排128层冠脉Optima CT680扫描机和GE AW4.6 Advantage workstation后处理工作站。增强心脏门控采集需要5～8 s才能覆盖整个心脏，期间保持重复节奏的稳定心率，减少呼吸运动造成的错层伪影。在X射线打开前5～10 s让患者屏气，观察心率稳定时相，调整呼吸指令。对比剂注射使用高压注射器（德国Ulrich公司）经肘静脉以0.9 mL/kg注射非离子型对比剂优维显（含碘370 mg/mL），速率4.5～5.0 mL/s，随后注入20 mL生理盐水，速率4.5 mL/s。采用智能追踪 SmartPrep方法触发扫描，选择主动脉根部（冠状动脉左主干）平面为监测层面，设定大小约1 cm2ROI。SmartPrep参数为80 mA，监视ISD 1 s，增强阈值150 HU，诊断延迟设定为默认自动最小值。从头至足侧扫描，扫描范围从隆突下1.0 cm至膈顶。

前门控技术SnapShot Segment参数设置：准直器宽度0.625 mm，探测器宽度40 mm，重建层厚0.625 mm，层间距0.625 mm，机架旋转时间0.35 s，螺距0.20～0.24（机器根据心率自动调整）。设置最大管电流480 mA（智能毫安技术），根据受试者身体质量指数（Body Mass Index，BMI）选择不同的 管 电 压 ：BMI＜22.0 kg/m2，100 kVp；BMI≥22.0 kg/m2，120 kVp。图像后处理流程：① 主控制台数据重建方案，选择全部心脏层面最佳期相为中心分别进行STD和SSF重建；② AW4.6工作站CardIQ Xpress 2.0心脏直通车软件图像重建方法，启动CardIQ Xpress Process生成应用运动减弱的TE（Temporal Enhance）新系列，使用Auto Coronary Analysis软件进行后处理，方法包括容积再现（Volume Rendering，VR）、多平面重组（Multiplanar Reconstruction，MPR）、 曲 面 重 组（Curved Planar Reformation，CPR）、 最 大 密 度 投 影（Maximum Intensity Projection，MIP）及仿血管内超声（Intravascular Ultrasound，IVUS）等。观察窗口窗宽800～900 HU，窗位200～300 HU。

1.3 观察指标和评价方法

比较不同心率下两种重建方法的图像质量、图像噪声、CT剂量指数（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP）和有效剂量（Effective Dose，ED）。

冠脉图像评估采用随机双盲对照，由两名具有7年以上冠脉CTA成像诊断经验的高年资医师独立判读图像。图像质量评分分别基于冠脉节段血管CPR、整体VR及CPR水平（冠状动脉分段方法采用美国心脏病学会的标准15段法），每名医师选择每段血管显示的最佳期相图像质量进行评分。自定义图像5分评分标准：1分为RCA管壁边缘模糊、伴较严重的冠状动脉运动伪影，图像质量不能达到诊断需求；2分为RCA管壁边缘欠清晰、伴节段性或阶梯状错层伪影，但图像质量尚能满足诊断需求；3分为RCA管壁边缘清晰、伴明显节段性或阶梯状错层（＞3）伪影，经智能边界校准（IBR）软件处理伪影不能完全消除；4分为RCA管壁边缘清晰锐利、伴少许节段性或阶梯状错层伪影，经IBR软件处理相关伪影能够消除；5分为RCA管壁边缘光滑锐利，没有运动相关伪影。评分≥2分图像为具有可读性，≥3分图像为优良图像。

图像噪声的测量：选择主动脉分出冠状脉左主干上下3层，取像素100 mm2大小，以CT值的标准差作为图像噪声，取平均值。由计算机生成CTDIvol，CTDIvol与扫描长度的乘积得出DLP，有效剂量（Effective Dose，ED）＝DLP×C，其中C为有效剂量权重因子，取值为0.017。

表1 组间患者的基线资料比较

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计分析，计量资料以均数±标准差表示，多组间比较采用单因素ANOVA分析，两两比较采用LSD-t法检验；重建前后组内比较采用配对t检验；计数资料以例数或（%）表示，组间比较用（校正）χ2检验；P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种重建方法的图像质量比较

SSF重建在≤65次/min组和65～85次/min组图像冠脉节段CPR、整体VR及CPR水平均明显高于STD，差异有统计学意义（P＜0.05）；而在＞85次/min组两种重建方法比较均无差异（P＞0.05）。见图1、图2及表2。

图1 75%期相分别重建冠脉树/右冠状动脉曲面重组及二维切面图像

图2 45%期相分别重建右冠状动脉二维图像

2.2 两种重建方法的图像噪声、CT剂量指数、剂量长度乘积和有效剂量比较

SSF重建在≤65次/min组和65～85次/min组图像噪声、CT剂量指数、剂量长度乘积和有效剂量均明显低于STD，差异有统计学意义（P＜0.05）；而在＞85次/min组两种重建方法比较均无差异（P＞0.05）。见表3。

3 讨论

通过该研究得出，SSF重建在≤65次/min组和65～85次/min组图像冠脉节段CPR、整体VR及CPR水平均明显高于STD，图像噪声、CT剂量指数、剂量长度乘积和有效剂量均明显低于STD，差异有统计学意义；而在＞85次/min组两种重建方法比较均无差异。因此，我们认为对于＜85次/min心率患者，SSF较STD可进一步提高前门控CTA成像质量，降低图像噪声和辐射剂量。

冠脉成像要求冠脉处于相对运动静止时扫描，以减少运动伪影。研究发现[7]，以5% R-R周期为标准化的时间单位（Normalized Time Unit，NTU）、右冠状动脉（Right Coronary Artery，RCA）和左回旋支（Left Circum flex Branch，LCX）的运动速度在45% R-R延迟时间的收缩末期和75% R-R延迟时间的舒张中期运动速度小于3 mm/NTU；而左前降支（Left Anterior Descending Branch，LAD）在大多数心脏运动时相运动速度均小于3 mm/NTU。大量临床实践表明[8-10]，低心率（＜75 bpm）时冠脉运动速度低且大致处于相同时相，心脏舒张期漫长，可供重建的时间窗较宽，即使单扇区成像亦能满足大多数冠脉节段的评估。随着心率加快，冠脉运动速度加快且三支冠脉运动速度明显不一致，运动伪影加重，而且舒张期不断变短，无法继续满意成像；而且收缩末期持续时间短暂，仅少部分病人可以得到满意的图像质量，以往受试者均需服用控制心率药物，以提高检查成功率[11-13]。SSF重建通过高清采样得到心脏运动过程中的一系列图像，对相邻期相的图像运动信息进行迭代傅立叶变换，在频域对冠脉运动进行分析和建模，从而对运动伪影进行矫正，有效压缩重建时间窗[14-15]，其有效单扇区扫描的时间分辨率可达29 ms，更能提高冠状动脉图像质量[16-17]。

表2 两种重建方法的图像质量比较（分）

表3 两种重建方法的图像噪声、CT剂量指数、剂量长度乘积和有效剂量比较

该研究创新点证实了SSF较STD对低心率患者可进一步提高前门控CTA成像质量，降低图像噪声和辐射剂量，但对于高心率（＞85次/min）患者仍需要药物降低心率以提高成像质量。

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