宽体探测器非门控心脑联合CT血管成像的可行性

张怡梦，刘佳宾，沈翀，汪爱丹，杜祥颖，卢洁

首都医科大学宣武医院放射科，北京 100053；*通信作者 杜祥颖 duxying_xw@163.com

卒中是严重威胁人类生命的重大疾病，其中70%为缺血性卒中[1]。依据Org 10172治疗急性卒中（trial of Org 10172 in acute stroke treatment，TOAST）分型，缺血性脑卒中包括大动脉粥样硬化、心源性栓塞、小动脉闭塞、其他原因及原因不明5种类型[2]，其中心源性卒中通常较其他病因所致的卒中病情更重，病死率更高[3]。其快速诊断和治疗的迫切性不断提升。因此，在缺血性卒中的急诊评估中，若能够快速、可靠地评估心脏情况，将对其病因判断、临床处理和预后评估具有重要意义。

针对大血管性卒中，联合CT灌注成像（CT perfusion imaging，CTP）与CTA检查对于急诊患者评估具有重要价值。心脑联合CTA可同时评估心脑血管整体动脉粥样硬化负荷，指导临床诊治。但对于急性缺血性卒中而言，需重点考虑成像时间。常规心电门控心脑联合扫描中的心电连接和确认是检查中主要的限速步骤，从而影响了心脑联合CTA在急诊卒中的应用。宽体探测器CT可在单个心动周期完成心脏成像，使自由呼吸、无心电连接的高质量心脏CT成像成为可能。本研究拟通过比较自由呼吸状态下无心电门控心脑联合CTA与心电门控冠状动脉CTA心脏成像质量，验证自由呼吸、非门控心脑联合CTA在缺血性卒中急诊应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性招募2019年3月—2019年5月具有心脑血管疾病危险因素的志愿者行自由呼吸、非门控心脑联合CTA（研究组）。心脑血管疾病危险因素包括高血压、高血脂与高胆固醇血症、糖尿病及肥胖等。收集同期行心电门控冠状动脉CTA患者作为对照（对照组）。排除标准：①肝肾功能不全者；②对碘对比剂过敏者；③心肌梗死急性期及一般情况较差不能耐受增强检查者。本研究通过医院伦理委员会批注[临研审（2018）065号]。所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 方法 采用256排宽体探测器revolution CT扫描机（GE）。研究组扫描方案包括：定位扫描，心脑联合平扫及团注示踪触发CTA扫描。扫描范围自膈面至颅顶。采用非离子型对比剂碘普罗胺370（Ultravist，370 mgI/ml），应用双筒高压注射器经右肘静脉团注，总量60 ml，速度5 ml/s。追加生理盐水40 ml，速度5 ml/s。选择升主动脉为监测点，达到预设阈值100 Hu后延迟7.9 s行CTA采集。心脑联合CTA扫描包括心脏轴位扫描和胸主动脉至颅顶螺旋扫描两段。扫描间延迟2.3 s、管电压100 kV、Smart mA管电流450～720 mA。心脏轴扫覆盖宽度14 cm（224×0.625 mm）或16 cm（256×0.625 mm），管球旋转速度0.28 s/圈，采集模式为单次心动周期扫描。心脏扫描采用无心电门控连接的方式进行，通过CT设备生成模拟心电信号完成检查。检查前测定心率，并设定为模拟心电的心率。螺旋扫描准直为128×0.625 mm，旋转速度0.28 s/圈，螺距0.992。对照组扫描方案包括：定位扫描，钙化积分扫描，小剂量测试（testbolus）及冠状动脉CTA扫描。对比剂注射方案与研究组相同。小剂量测试采用20 ml对比剂及20 ml生理盐水，注射速度相同。CTA扫描延迟时间为小剂量测试达峰时间加4 s。CTA扫描采用心脏轴位扫描，球管旋转速度0.28 s/圈，管电压100 kV、Smart mA管电流450～720 mA、采集时相30%～80%。

1.3 图像重建及处理 所有图像均由2名具有5年以上工作经验的放射科主治医师分析。心脏部分CTA图像重建采用Smart Phase技术自动寻找最佳图像。常规应用冠状动脉运动伪影校正技术（SSF技术）行运动伪影校正，生成0.625 mm层厚的校正后图像。应用GE AW 4.7工作站进行后处理。

1.4 观察指标 所有观察指标均在0.625 mm层厚轴位图像上测量。感兴趣区（ROI）选取主动脉根部左主干起源层面，面积约100 mm2。冠状动脉客观显影强度评价：测量升主动脉根部（左冠状窦水平）CT值，图像噪声值取图像CT值的标准差；对比噪声比（CNR）：于主动脉根部（左主干起源层面）选取ROI，CNR=增强后−增强前CT值/图像噪声值[4]。冠状动脉主观图像质量：2名放射科主治医师对冠状动脉图像质量进行主观评估，0.625 mm层厚轴位图像结合CPR重建图像进行冠状动脉节段评分，主观评价采用美国心脏协会的15分段法[5]。以Likert 4分制评分标准对各血管节段进行评分，将图像质量分为4级，即1～4分。4级：血管无伪影或中断；3级：血管有轻度伪影；2级：血管有中度伪影；1级：血管有严重伪影。2～4级为可满足诊断的图像质量。当2名医师意见存在分歧时，应一同重新阅片，达成一致。心腔成像图像质量：测量各心腔平均CT值，选择心脏成像最佳时相。记录每名患者检查时CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP），计算其有效剂量（ED）：ED=DLP×k，其中心脏k系数为0.0140、颅脑k系数为0.0021、腹部及盆腔k系数为0.015，多部位取其平均值[6]。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0统计分析软件。年龄、BMI、心率、血管显影强度、图像噪声、CNR、ED等计量资料以±s表示，组间比较采用两独立样本t检验。计数资料组间比较采用χ2检验。采用Mann-WhitneyU检验比较组间冠状动脉平均图像质量评分。采用Kappa检验分析2名医师对冠状动脉图像质量主观评分的一致性。P<0.05表示有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 两组研究对象性别、年龄、体质量指数（BMI）差异无统计学意义（P>0.05）。研究组平均心率大于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

表1 两组研究对象一般资料比较

2.2 冠状动脉图像质量 2名医师对冠状动脉图像质量主观评分一致性较强（Kappa=0.82，P<0.001）。两组升主动脉根部CT值、CNR差异无统计学意义（P>0.05）。研究组升主动脉噪声大于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）。可评价冠状动脉节段共544段，其中研究组281段、对照组263段。研究组冠状动脉平均图像质量评分为3.10±0.79，图像质量1分14段（5.0%），2分33段（11.7%），3分144段（51.3%），4分90段（32.0%）；对照组冠状动脉平均图像质量评分为3.28±0.71，图像质量1分8段（3.0%），2分24段（9.1%），3分117段（44.5%），4分114段（43.4%）。研究组与对照组冠状动脉图像质量评分比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表2。典型病例见图1、2。

表2 两组冠状动脉图像质量比较（±s）

表2 两组冠状动脉图像质量比较（±s）

项目研究组对照组（n=24）（n=21）t/U值P值升主动脉CT值（Hu）0.241噪声 23.71±3.21 19.62±4.73 3.438 <0.05 502.25±115.02 464.68±93.86 1.19 CNR 21.68±6.14 24.81±6.86 1.613 0.114平均图像质量评分（分） 3.10±0.79 3.28±0.71 1.366 0.172

图1 男，57岁，冠状动脉单支病变。A、B.行非门控心脑联合CTA，容积再现及最大密度投影示头颈血管图像质量佳；C～E.容积再现及曲面重组示右冠状动脉、前降支及回旋支图像质量佳，满足诊断需求；箭示前降支近段重度狭窄

图2 男，50岁，冠状动脉硬化改变。A～C.行常规冠状动脉CTA，曲面重组及容积再现示冠状动脉图像质量佳

2.3 心腔图像质量 研究组左心房、右心房及右心室平均CT值均大于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），见表3。

表3 两组心腔图像质量比较（Hu，±s）

表3 两组心腔图像质量比较（Hu，±s）

注：LA为左心房，LV为左心室，RA为右心房，RV为右心室，LAA为左心耳

心腔结构研究组对照组（n=24）（n=21）t值P值LA 515.06±105.31 429.98±108.00 2.672 <0.05 LV 495.30±102.71 0.174 RA 397.39±229.50 137.55±33.67 5.480 <0.05 454.18±95.59 1.384<0.05 LAA 449.90±132.34 435.11±95.58 0.431 0.669 RV 436.10±200.36 152.52±49.11 6.707

2.4 冠状动脉辐射剂量 两组冠状动脉ED差异无统计学意义（P>0.05），见表4。

表4 两组冠状动脉辐射剂量比较（±s）

表4 两组冠状动脉辐射剂量比较（±s）

注：CTDIvol为CT容积剂量指数，DLP为剂量长度乘积，ED为有效剂量

项目研究组对照组（n=24）（n=21）t值P值CTDIvol（mGy）13.41±4.91 12.68±4.65 0.492 0.625 DLP 187.71±68.71 202.09±69.03 0.659 0.514（mGy·cm）ED（mSv) 2.63±0.96 2.83±0.97 0.916 0.366

3 讨论

心源性栓塞型卒中是缺血性卒中的重要类型。某些隐源性卒中的病因也可能为潜在的心脏及大血管栓塞。此外，缺血性卒中引起的心血管并发症是卒中后死亡的第二大原因[7]。及时发现心脏病变对全面评估卒中具有重要价值。因此，临床上需要一种无创性成像方法同步评价急性缺血性卒中患者的心脏情况。

经食管超声心动图是目前检测脑栓塞潜在来源的参考标准方式[8]，但其为有创性检查，临床应用受限。心脏MRI是卒中后心脏评估的重要方法，是测量心力衰竭患者心室容量、质量和射血分数的金标准[9]；但其急诊应用明显受限。CTA具有无创、简单易行、特异度较高的优点，是缺血性卒中患者心脏评估的合理替代方案。

然而，将常规心脏加入急诊评估需要与头颈血管CTA分2次扫描，检查时间长、对比剂用量大、操作复杂。Sun等[10]采用双源CT、大螺距扫描模式行心脑血管联合心脏成像为前瞻性门控螺旋扫描，患者需要呼吸训练及心电连接；而急诊患者通常病情较重，依从性差，容易出现不能配合屏气、心律不齐和心率过快等情况。该方案为确保心率较低和节律稳定，检查前准备复杂耗时，仅用于非急诊患者。宽体探测器CT的应用使单次心跳的冠状动脉CTA成为常规，并提供了自由呼吸和无心电门控心脏成像的可能。已有研究显示，采用宽体探测器CT可行自由呼吸冠状动脉CTA，提供良好的图像质量，并减少心率变化的影响[11]。也有研究采用宽体探测器CT行心脑血管CTA“一站式”扫描，图像质量符合诊断要求，同时不受屏气不佳、心率过快或心律不齐等因素的限制[12]。

除呼吸训练以外，心电连接也可延长急诊患者的检查时间。在急性缺血性卒中救治中，如何在确保检查成功的基础上缩短检查时间是需要考虑的关键因素。已有研究采用64排CT扫描仪（Philips Brilliance）行非门控心脏CTA有助于检测急性缺血性卒中患者的心脏栓塞来源；但对观察房间隔、冠状动脉等细微结构异常存在不足[13]。而采用256排宽体探测器CT行自由呼吸、非门控心脑联合CTA则因无心电连接、不实时监测心电图的设计实现了简单、快速操作，适用于急诊缺血性卒中患者。

本研究的扫描方案与原有急性缺血性卒中的多模态CT成像方案在头颈部CTA部分并无显著差异，因此图像质量不应受到明显影响。研究结果显示：自由呼吸、非门控心脑联合CTA不影响头颈部血管成像图像质量，成像图像质量佳，能满足诊断需求。

相对而言，心脏图像质量所面临的挑战更大。本研究结果显示：自由呼吸下无门控的CTA扫描提供了良好的冠状动脉图像质量。由于宽体探测器CT的心脏成像采用单个心动周期采集的方式，不再有不同心动周期间的空间配准的需求，心电图信号对于成像而言的主要作用是获得心动周期长度的信息、定义图像采集的时相和辅助定位心脏运动较弱的时相。但如果在扫描前获取心率的粗略信息，并设计大致足够长的采集时间，即可以保证在采集中包括所需的心脏运动较弱的时相数据。在数据已经获取的基础上，即使缺少心电图信号也可通过按一定间隔重建所有时相数据的方法找到所需的时相。本研究结果显示：研究组所有病例的成像均获取到所需的时相。相对于人为寻找，CT扫描系统提供了计算机自动寻找的功能。本研究中采用Smart Phase技术，研究组病例的图像质量均足够好。

心腔对时间分辨率的要求比冠状动脉更低，图像质量更能够保障。客观评价也显示各心腔平均CT值均能满足诊断需求，有助于及时发现心腔血栓等异常病变。同时，宽体探测器CT非门控心脑联合CTA冠状动脉有效辐射剂量与门控冠状动脉CTA相比并无增加。

本研究的局限性：①样本量较小，且并非用于真正的急诊患者，该技术的临床价值有待进一步研究；②由于采用先进行心脏扫描的心脑联合扫描模式，为保证头颈部CTA的图像质量，无法在心脏扫描时洗出右心内的对比剂，可能影响部分较小分流性疾病的诊断，有待进一步设计更好的扫描方案同时满足分流性病变的检测。

总之，宽体探测器CT可行自由呼吸、非门控心脑联合CTA扫描，在快速完成成像的同时可提供良好的图像质量以评价心脏和血管病变。