心率波动与头颈心血管CTA一站扫描患者图像质量、辐射剂量的关联性分析

张 伟， 刘鹏华

邯郸市第一医院 CT室， 河北 邯郸 056000

近年来，受饮食、环境改变等各种因素影响，心脑血管疾病已发展成严重危害人类健康的疾病之一[1]。CT血管成像(CT angiography，CTA)是心脑血管疾病常用检查技术，不仅可为临床诊断提供具较高准确性的参考依据，且具操作简便、无创、安全性高等多重优势[2]。但CTA图像质量是影响心脑血管疾病诊断准确性的主要因素，而图像质量影响因素主要来自金属移植物、钙化情况及心率波动等[3，4]。心率加快时，心脏各期对应缩短，其中以舒张期最为明显，可致扫描间期变化幅度不易控制，图像质量降低[5]。因此，临床应用中希望降低心率并尽量采取单扇区扫描采集数据，降低辐射剂量的同时提升CTA图像质量，但心率降低可能会增加机体组织供血不足的风险[6]，因此，为获取最佳头颈心血管CTA一站扫描图像质量及降低辐射剂量，需明确最佳心率范围。本研究探讨心率波动与头颈心血管CTA一站扫描患者图像质量、辐射剂量的关联性及最佳心率范围，旨在为临床完善CTA诊断机制提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月～2020年5月于我院行头颈心血管CTA一站扫描的患者708例，根据心率波动分为A组(120例，心率≤65次/min)、B组(165例，心率66～75次/min)、C组(131例，心率76～85次/min)、D组(105例，心率86～95次/min)、E组(106例，心率96～105次/min)、F组(81例，心率106～135次/min)。纳入标准：疑似心脑血管疾病者；行头颈心血管CTA检查；检查前均未应用降心率药物；患者、家属知情研究，签署同意书。排除标准：植入心脏起搏器者；心律不齐者；有支架植入史、瓣膜置换术、冠状动脉弥漫性钙化、硝酸甘油禁忌、碘过敏及严重肝肾肺功能缺陷者。

1.2 方法

采取东芝320排CT扫描系统，对比剂为碘海醇(碘含量350 ng/mL)，采取双筒高压注射器4～5 mL/s流速，自肘正中静脉0.8 mL/kg注射，完成后即刻同速注射等量生理盐水；对比剂示踪法，ROI设主动脉根部，同时监测CT值达阈值自动触发延迟扫描。扫描范围经心脏膈面至颅顶，螺距3.2，探测器准直192 mm×0.6 mm，旋转时间0.25 s/周，层厚0.75 mm，层间距0.5 mm，管电压100 kV，管电流320 mA；感兴趣区(ROI)阈值80 HU，触发延迟4 s施行第1期足头向扫描，间隔4 s后施行第2期头足向扫描。扫描完成所获数据自动传输至德国Siemens Syngo.via工作站完成后期处理，采用高级模拟迭代重建技术，迭代强度3；头颈CTA横断面图像采取神经血管程序处理；冠脉动脉横断面图像重建卷积核BV 36，遇钙化采取锐利卷积核BV 49，采取冠脉专用程序完成重组分析，包括最大密度投影、曲面重组、容积再现等，记录冠脉CTA回旋支(LCX)、左前降支(LAD)、右冠状动脉(RCA)CT值、对比噪声比(CNR)，以及头颈CTA两侧颈内动脉(ICA)、大脑中动脉(MCA)、两侧颈总动脉(ACC)CT值、CNR。操作均为相同资深影像科医师规范完成。

1.3 观察指标

(1)对比各组一般资料，包括性别、年龄、体质量指数、血压、糖化血红蛋白(HbA1c)。

(2)对比各组图像质量客观指标(冠脉CTA，LCX、LAD、RCA的CT值；头颈CTA，MCA、ICA、ACC的CT值)。

(3)对比各组图像质量主观评分。4分：分支血管管壁清晰，连续，无搏动伪影，可较好诊断；3分：分支血管管壁欠锐利，有轻微搏动伪影，可诊断；2分：分支血管管壁模糊，搏动伪影较大，不易诊断；1分：分支血管管壁不清，搏动伪影严重，无法诊断。由2名及以上，具有5年以上心脑血管疾病影像学诊断工作经验的影像学医师完成图像质量评分，若意见不同可协商最终达成一致。

(4)对比各组辐射剂量。检查中记录容积CT剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(DLP)，辐射剂量(ED)=k×DLP。

(5)分析心率与主观评分的关系。

(6)分析心率与辐射剂量的关系。

(7)对比D组不同图像质量患者心率。图像质量判断标准：按头颈心血管CTA主观评价总分/6(每人共检测6条血管)评价图像质量，4分为优，而≤3分为差。

(8)ROC曲线：分析最佳心率范围预测CTA图像质量的价值。

1.4 统计学处理

采用统计学软件SPSS 23.0处理数据，计数资料以例数描述，计量资料采取 Bartlett 方差齐性检验与 Kolmogorov-Smirnov 正态性检验，均确认具备方差齐性且近似服从正态布，以(平均数±标准差)描述，多组间比较采用单因素方差分析，进一步两两组间比较采用SNK-q检验，两组间比较采用独立样本t检验；双变量符合正态分布采用Pearson相关系数模型分析相关性；预测效能分析采用受试者工作特征(ROC)曲线，获取曲线下面积(AUC)、置信区间、敏感性、特异性及cut-off值，均采用双侧检验，α=0.05。

2 结果

2.1 各组一般资料比较

以不同心率波动分组的A～F组，各组间性别、年龄、体质量指数、血压、HbA1c比较，无统计学差异(P>0.05)。见表1。

表1 各组一般资料比较

2.2 各组图像质量客观指标比较

表2列出了各组的冠脉CTA LCX、LAD、RCA的CT值、CNR，以及头颈CTA MCA、 ICA、ACC的CT值、CNR数据，比较差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 各组图像质量客观指标比较

2.3 各组图像质量主观评分

A、B、C、D组冠脉CTA LCX、LAD、RCA 4分患者占比高于E、F组(P<0.05)；A、B、C、D组间冠脉CTA LCX、LAD、RCA 4分患者占比比较，差异无统计学意义(P>0.05)；E、F组冠脉CTA LCX、LAD、RCA 4分患者占比比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。

表3 各组冠脉CTA图像质量主观评分比较[n(%)]

A、B、C、D组头颈CTA MCA、ICA、ACC 4分患者占比高于E、F组(P<0.05)；A、B、C、D组间头颈CTA MCA、ICA、ACC 4分患者占比比较，差异无统计学意义(P>0.05)；E、F组头颈CTA MCA、ICA、ACC 4分患者占比比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表4。

表4 各组头颈CTA图像质量主观评分比较[n(%)]

2.4 各组辐射剂量比较

A、B、C组的ED、CTDIvol高于D、E、F组(P<0.05)；D、E、F组ED、CTDIvol比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表5。

表5 各组辐射剂量比较

2.5 心率与主观评分的关系

经Pearson 相关系数模型分析，心率与主观评分呈正相关(r=0.823，P<0.001)。见图1。

图1 心率与主观评分的关系

2.6 心率与辐射剂量的关系

各组ED、CTDIvol变化趋势见图2，A组至B组心率范围内，ED、CTDIvol呈增加趋势，B组～F组整体呈降低趋势，可知B组ED、CTDIvol为转折点。自B组心率范围起，心率与ED(r=-0.346，P<0.001)、CTDIvol(r=-0.542，P<0.001)均呈负相关。见图3。

图2 各组ED、CTDIvol变化趋势

图3 心率与辐射剂量的关系

2.7 D组不同图像质量患者心率比较

从图像质量与辐射剂量综合考虑，D组心率为最佳心率范围。D组105例患者中，图像质量优的患者共76例，较差患者共29例。图像质量优的患者心率高于图像质量较差患者(P<0.05)。见图4。

图4 D组不同图像质量患者心率比较

2.8 最佳心率范围的ROC分析

根据最佳心率范围绘制预测头颈心血管CTA一站扫描图像质量优的ROC曲线，得到AUC值为0.746(95% CI：0.637～0.855)，cut-off值≥90次/min，敏感性64.47%，特异性79.31%，见图5。

图5 最佳心率范围的ROC分析

3 讨论

心脑血管疾病严重危害人类健康，临床积极明确其病情特征是确保能有效制定治疗方案，改善患者预后的关键环节。

头颈心血管CTA一站扫描是当前脑血管疾病主要诊断技术，与常规CT诊断技术对比，可提升容积时间分辨率，同时消除图像扫描中Z轴方向阶梯状错层伪影，提升图像质量[7-9]。但临床实践应用中仍有部分患者头颈心血管CTA一站扫描图像存在分支血管管壁模糊不清，搏动伪影较大等问题，影响了临床诊断准确性[10-13]。有研究表明，体质量指数、血压及心率等均是影响CTA一站扫描图像质量的关键因素[14-16]。本研究在控制体质量指数、血压等自变量因素后，对不同心率患者CTA一站扫描患者图像质量进行对比，结果发现，各组冠脉CTA LCX、LAD、RCA的CT值、CNR，以及头颈CTA、MCA ICA、ACC的CT值、CNR比较无显著差异(P>0.05)，与学者刘军波等[17]研究结果近似，提示CTA一站扫描可确保不同心率状态下扫描成为现实，自由心率下此技术可满足临床诊断需求。此外，A、B、C、D组冠脉CTA LCX、LAD、RCA 4分患者占比高于E、F组，A、B、C、D组间冠脉CTA LCX、LAD、RCA 4分患者占比对比无显著差异，提示CTA一站扫描图像质量可能与心率有关，以D组心率范围86～95次/min为界，心率越高图像质量越低。分析主要是因CTA扫描单心动周期所采用前瞻性心电触发技术是按扫描前3个R-R期间时间平均值来确定采集时的单个R-R期间，并以此原则预设R-R期间最佳采集期[18-20]，心率波动时可直接影响单个R-R期间采集的准确性，继而造成实际采集期相偏离预设值，若采集期相落于R波则会生成心脏搏动伪影[21，22]。

本研究还发现，尽管头颈心血管CTA一站扫描患者图像质量随心率升高呈降低趋势，但从B组至F组辐射剂量逐渐降低，自B组心率范围起，心率与ED、CTDIvol呈负相关，故从图像质量、辐射剂量角度综合考虑，D组心率86～95次/min为头颈心血管CTA一站扫描的最优心率范围。进一步研究发现，D组图像质量为优的患者心率高于图像质量较差患者，且经ROC曲线分析可知，D组心率范围预测头颈心血管CTA一站扫描图像质量为优的AUC值为0.746，提示临床可通过检测患者心率范围提前预测CTA一站扫描患者图像质量，并予以对应干预。但是，本研究考虑到有创性及对比剂对机体功能的影响，未与“金标准”有创性血管内造影进行对比，结果可能存在一定偏移，需后期进一步验证。此外，头颈心血管CTA一站扫描图像质量、辐射剂量除受前文已提因素影响外，同时还受管电压、医生操作技术等因素影响[23-25]。

因此，头颈心血管CTA一站扫描图像质量、辐射剂量在心率86～95次/min范围时可获得最佳结合点。临床可通过早期检测心率预测图像质量，并可针对性完善干预策略，以确保获得最优图像。