第三代双源CT 大螺距扫描冠脉成像在低心率患者中的应用分析

丁 毅，宋 彬，孙熙临，王 浩，林继先，罗运贺，徐晶晶

（上海市闵行区中心医院，上海 201199）

最新研究报道[1]我国冠心病死亡率为105.6/10万，较之前1990 年调查相比增加近1 倍，并有年轻化的趋势。早期发现、诊断和治疗是降低冠心病死亡率的有效方法。 近年来随着CT 设备发展，心脏冠状动脉血管成像（CCTA）已经成为诊断冠心病的重要无创检查方法[2]。 前瞻性CCTA 具有低辐射剂量、低对比剂量的优势， 目前已取代回顾性CCTA 成为主要成像方式。前瞻性CCTA 有2 个主要成像模式：序列扫描和大螺距扫描， 其各自有不同的优缺点。2017 CCTA 技术规范化应用中国指南[3]认为低心率患者应使用前瞻性心电门控序列模式， 可以尝试大螺距螺旋扫描，并且辐射剂量会更低。本研究在第三代双源CT 平台上， 通过比较两种前瞻性CCTA 扫描模式在低心率患者中的图像质量、可诊断比率、辐射剂量和对比剂量，探讨使用大螺距螺旋扫描CCTA 的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

本研究获得复旦大学附属闵行医院伦理委员会同意，所有患者在CCTA 检查前均签署知情同意书。2018 年3—9 月临床疑诊为冠心病， 申请行CCTA检查的患者，纳入标准：①心率≤60 次/分，心律平稳；②无甲亢、无碘过敏样反应史；③无冠状动脉腔内成形术、旁路移植术史；④无严重肝肾功能不全。排除标准：①心律不齐；②拒绝签署知情同意书。 采用随机数字表法分为A、B 两组，所有患者均有同一名高年资CT 技师完成检查。 最终纳入69 例患者，排除5 例 （3 例心律不齐，2 例拒绝签署知情同意书）， 实际入组 64 例；A 组 30 例， 采用序列扫描模式，其中男 19 例，女 11 例；B 组 34 例，采用大螺距螺旋扫描模式，其中男22 例，女12 例。

1.2 检查方法

所有检查由西门子第三代双源CT（Siemens Somatom Definition Force）完成，所有受检者均未服用降心率药物，取仰卧位，扫描范围自隆突下方1 cm至膈下2 cm 水平。A 组扫描时相设在60%～70% RR 间期，B 组扫描开始时相设在65% R-R 间期，螺距为 3.2。 其他参数相同，采用 CARE kV 自动调节管电压， 管电流采用Care Dose 4D 进行实时mAs调制。探测器准直宽度 2×96×0.6 mm，转速 250 ms/r，时间分辨率66 ms。

使用双筒高压注射器 （MEDRAD STELLANT）经右肘前静脉注射非离子型对比剂（碘普罗胺370 mgI/mL）及生理盐水。扫描电压值由自动管电压调节技术进行智能选择， 根据不同管电压值选择对应的对比剂注射流速，即70 kV 的流速为3.5 mL/s，80 kV 的流速为 4.0 mL/s，管电压每增加 10 kV 流速提升0.5 mL/s。 对比剂总量根据公式：对比剂总量=（7+扫描时间）×注射流率，精确计算。 注射对比剂后两组均以相同流速注射0.9%的生理盐水30 mL。 采用Bolus Tracking 智能跟踪触发技术， 感兴趣区（ROI）设定在升主动脉，触发扫描阈值60 HU。

采用高级迭代技术（ADMIRE，Siemens）进行图像重建，层厚 0.75 mm，间隔 0.5 mm，卷积核 Bv40，strength 值4。 将重建后图像传输至Siemens 工作站（Syngo.via）进行容积再现（VR），最大密度法投影（MIP）和曲面重组（CPR）后处理。

1.3 图像质量评价

本研究由2 名具有10 年以上CCTA 诊断经验的放射科医师在不知晓图像分组的情况下， 对冠状动脉大血管及各主要节段的图像质量进行客观评价和主观评分。

1.3.1 客观评价指标

测量血管包括左冠状动脉开口层面的主动脉根部（AO）、左主干（LMA）、左前降支（LAD）近段、左回旋支（LCX）近段、右冠状动脉（RCA）近段及邻近管壁的脂肪组织（AT）CT 值。计算图像的信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）[4]，具体为：SNRlumen=CTlumen/SDAT，CNRlumen=（CTlumen－CTAT）/SDAT。 主 动 脉 ROI 面 积 为200 mm2，测量各冠状动脉节段时ROI 尽可能大，并且注意避开非钙化及钙化斑块， 以保证CT 值测量的准确性。

1.3.2 主观评价指标

采用美国心脏协会推荐的18 分段标准[5]，缺失血管、闭塞血管及远末段不纳入分析。 参考文献[6]的标准对冠状动脉图像评分，1 分： 图像质量优秀，血管边界清晰，无运动伪影和阶梯状伪影；2 分：图像质量良好，管壁稍模糊，有轻度运动伪影，无阶梯状伪影；3 分：图像质量一般，管壁明显模糊，有中度运动伪影，部分血管有阶梯状伪影，但错层直径范围＜25%；4 分：图像质量差，血管显示不清，血管有明显的阶梯状伪影，错层直径范围＞25%。 评分为1、2、3分的为可评价血管及分段；4 分的为不可评价血管及分段[6]。

1.4 辐射剂量

记录所有患者的容积CT 剂量指数（CTDI）和剂量长度乘积（DLP），并计算有效辐射剂量（ED）[7]，ED=K×DLP，K 值为常数，取 0.014 mSv·mGy－1.cm－1[7]。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 一般资料

两组患者性别、年龄、心率、心率变化率及体质量指数（BMI）的差异均无统计学意义（P>0.05）（表 1）。

2.2 图像质量客观评价

两组间目标血管强化CT 值、SNR 和CNR 的差异均无统计学意义（P>0.05）（表 2）。

表1 两组患者行冠状动脉CTA 的一般资料比较

表2 两组患者行冠状动脉CTA 各血管的客观评价指标比较

图1 女，61 岁，BMI 24.65 kg/m2，平均心率52 次/分。 在自由呼吸状态下采用大螺距螺旋扫描，图像质量优秀，血管边界清晰。 DLP 36.7 mGy·cm，ED 为 0.51 mSv。 图 1a：ECG 图；图 1b：VR 图像；图 1c：RCA CPR 图像；图 1d：LAD CPR 图像；图 1e：LCX CPR 图像；图 1f：辐射剂量图。Figure 1. Female, 61 years old, with a BMI of 24.65 kg/m2 and an average heart rate of 52 beats/min. The large pitch helical scan is used under free breathing, the image quality is good and the blood vessel boundary is clear. DLP 36.7 mGy·cm,and effective radiation dose 0.51 mSv.

2.3 图像质量主观评分

分别以患者、血管和分段不同层次进行比较（表3）。患者层次的两组可诊断比率差异无统计学意义，但平均得分及1 分的比率两组间差别有统计学意义，B 组的平均得分 （1.03±0.17） 低于 A 组 （1.27±0.58）（P=0.039），1 分的比率 B 组（97.1%）高于 A 组（80%）（P=0.044）；血管和分段层次的可诊断比率（B组 100%，A 组 91.7%；B 组 100%，A 组 97.6%）和平均得分 （B 组 1.07±0.25，A 组 1.43±0.95；B 组 1.02±0.143，A 组 1.13±0.545） 差别具有显著统计学意义（P＜0.001），1 分和 3、4 分的比率两组间差别有统计学意义，1 分血管层次 B 组 （93.4%） 高于 A 组（80.8%）（P=0.002），分段层次 B 组（97.9%）高于 A组 （94.3%）（P=0.005），3、4 分的频数合计 A 组 （n=19）明显高于 B 组（n=0）。 两组冠状动脉大分支的主观图像评分见图3。

图2 女，68 岁，BMI 24.03 kg/m2，平均心率48 次/分。 严格呼吸训练后采用前瞻性心电门控序列扫描图像出现阶梯状伪影，LAD 和 LCX 中断不能诊断；图 2f 箭头所示胸骨不连续，提示呼吸运动伪影。 图 2a：ECG 图；图 2b：VR 图像；图 2c：RCA CPR 图像；图 2d：LAD CPR 图像；图 2e：LCX CPR 图像；图 2f：胸部侧位图。Figure 2. Female, 68 years old, BMI 24.03 kg/m2, mean heart rate 48 beats/min. After rigorous breathing training, a stepwise artifact was observed using a prospective ECG-gated sequence scan image, and LAD and LCX interruptions could not be diagnosed. Analysis reasons: patients with low heart rate are not easy to hold their breath, causing respiratory motion artifacts,such as the sternum discontinuity shown by the arrow (Figure 2f). Figure 2a: ECG map. Figure 2b: VR image. Figure 2c: RCA CPR image. Figure 2d: LAD CPR image. Figure 2e: LCX CPR image. Figure 2f: chest side bitmap.

表3 患者、血管、分段三个层次冠脉CTA 图像质量主观评分

患者、 血管和分段不同层次主观评分观察者间一致性较好。 患者层次主观评分值两个观察者间的ICC 为 0.86 （95%CI，0.77～0.91）， 血管层次为 0.85（95%CI，0.80～0.88），分段层次为 0.83（95%CI，0.81～0.85）。Bland-Altman 图显示两个观察者之间患者层次的平均差异为-0.02×10-3mm2/s （LOA，-0.16 ～0.12）， 血管层次为-0.10×10-3mm2/s （LOA，-0.82～0.62）， 分段层次为-0.03×10-3mm2/s （LOA，-0.48～0.41）（图 4）。

图3 两组冠状动脉大分支图像质量主观评分的平均值。Figure 3. Subjective ratings of CCTA image quality on coronary artery basis.

2.4 辐射剂量和对比剂量

A 组平均 ED 和对比剂量分别为（1.66±0.91）mSv、（37.76±4.34） mL，B 组平均 ED 和对比剂量分别为（0.62±0.19） mSv、（50.90±9.51） mL，B 组较 A 组 ED降低62.65%，对比剂量降低25.82%（表4）。

表4 两组患者行冠状动脉CTA 检查的辐射剂量和对比剂量比较

图4 Bland-Altma 图示患者、血管和分段层次主观评分值观察者间一致性。 图4a：患者层次主观评分值观察者间一致性结果；图4b：血管层次主观评分值观察者间一致性结果；图4c：分段层次主观评分值观察者间一致性结果。 实线表示平均差异，虚线表示95%的一致性范围。Figure 4. Bland-Altma plots shows subjective score values for patients, blood vessels, and segmentation levels, as well as measurements of inter-observer compliance. Figure 4a shows the results of patient-level subjective scores between two observers, Figure 4b shows the results of subjective scores for vascular levels between two observers. Figure 4c shows the scores between two observers. The result of the subjective score of the segment level. The solid line indicates mean difference and the dash line indicates 95% limits of agreement.

3 讨论

对于冠状动脉CTA，前瞻性心电门控序列扫描已成为低心率患者的首选扫描模式[3]，具有辐射剂量低、适用心率范围宽等特点。前瞻性心电门控序列扫描采用“步进-点射”结合心电图触发技术，X 射线管仅在心动周期的预定（R-R 间期）期间扫描，下一个心动周期移床，再下一个心动周期采集。 在心率<60 次/分时，采集窗口在舒张中期，而在较高的心率时，采集窗口在收缩末期。由于在心动周期的剩余时间没有获取X 线数据， 因此与回顾性心电门控相比，辐射剂量显著降低，较回顾性心电门控扫描模式降低74.4%[8]，但前瞻性心电门控序列扫描易受呼吸和心脏运动的影响[9]。 本次研究有10 支节段的血管主观评分是4 分，不满足诊断要求，都是由于各类运动引起的严重阶梯状伪影导致血管不连续无法重建，其中5 例是因为呼吸运动引起，另5 例是心脏运动导致。 究其原因可能是在低心率中患者不易屏气或心律变化较大所致。

大螺距螺旋扫描速度非常快， 对儿童和合作能力有限的患者（无法屏气）具有潜在的益处，不易受屏气或心律变化的影响[10]。它是双源CT 独有的成像技术，通过交错从两个探测器系统获得的数据，实现螺距值为3.2 的无缝z 轴采样。第二代双源CT 已经实现大螺距冠脉CTA 的扫描，但第三代在硬件方面又做了进一步改进，床速达到737 mm/s，转速提升至0.25 s/r， 可以在0.26 s 内完成冠脉CTA 的扫描。Hagelstein 等[11]研究显示采用大螺距螺旋扫描可以在自由呼吸期间进行冠脉CTA 扫描。 另外，大螺距螺旋扫描不获取多余的扫描数据， 只需要图像重建的最少量数据， 是一种剂量高效的扫描模式[10]。Meyer 等[12]报道，大螺距螺旋扫描能够以0.44 mSv的辐射剂量完成冠状动脉CTA 扫描。 因此，大螺距螺旋扫描具有扫描速度快、 无需屏气和辐射剂量低的特点，但其要求心率低及节律稳定（<5 次）。Gordic等[13]报道，使用第三代双源CT 系统进行的大螺距CTA 可以在平均心率达70 次/分的患者中获得满意的冠状动脉诊断图像质量。 Morsbach 等[14]认为心率在73 次/分之内也能提供符合诊断要求的图像质量。本研究大螺距螺旋扫描在自由呼吸状态、心率≤60 次/分情况下， 获得的冠状动脉图像满足诊断率优于前瞻性心电门控序列扫描， 并且对比剂量和辐射剂量明显降低。因此，大螺距螺旋扫描在低心率冠状动脉成像中具有可行性，满足临床诊断要求。

辐射剂量方面， 本研究大螺距扫描冠脉成像有明显的降低，与 Morsbach 等[14]研究结果相符（0.6mSv）。主要基于两方面的原因：①扫描方式，大螺距螺旋扫描速度快，可以在一个心动周期内完成冠脉CTA 的扫描； ②第三代双源CT 平台，Vectron 球管提供11档的管电压选择， 可以提供最优化的管电压。 Stellar Infinity 探测器配备3D 准直滤线栅，提高准直并有效降低散射线，降噪可达40%，Duan 等[15]研究显示相同的图像噪声使用Stellar Infinity 探测器，辐射剂量可以降低50%。 ADMIRE 迭代重建是基于原始数据模型的高级迭代算法， 不仅有助于减少图像伪影，还能明显降低噪声。

本研究选择心率≤60 次/分， 大螺距螺旋扫描均在自由呼吸状态下进行， 采集窗口开始于舒张中期 （R-R 间期的65%）， 并在一个心动周期内完成。 平均 ED（（0.62±0.19）mSv）和前瞻性序列（（1.66±0.91）mSv）比较降低了 62.65%，对比剂量（（37.76±4.34）mL）相比前瞻性序列（（50.90±9.51） mL）减少了 25.82%用量。 两组 CT 值、SNR 和 CNR 没有统计学差异， 主观图像质量评分显示大螺距螺旋扫描要优于前瞻性序列扫描。

我们的研究有一些不足。首先，研究人群是限定的（心率≤60 次/分），同时大螺距螺旋扫描仅适用于窦性心律，本研究排除了心率不齐患者。 其次，仅评估了冠脉CTA 的客观及主观图像质量， 没有与DSA 进一步比较诊断正确性。 最后，本研究的样本量相对偏小。

综上所述，在心率≤60 次/分的患者中，第三代双源CT 采用大螺距螺旋扫描模式进行冠脉CTA 检查是可行的，相对于前瞻性心电门控序列扫描，可以提供较好的图像质量， 且较大幅度地降低辐射剂量及对比剂量。