基于256层CT的老年患者自由呼吸状态下冠状动脉成像质量的研究

张禹生，姜安琪，汤欢，齐琳，孙英丽，李骋

复旦大学附属华东医院放射科，上海200040

由于多层螺旋CT 技术的发展,冠状动脉CT 血管造影(Coronary CT Angiography,CCTA) 检查在临床上取得了很好的应用[1]。然而心率过快、屏气配合不佳仍然是影响多层螺旋CT 行CCTA 图像质量的主要因素。随着CT 设备性能的提高，在一个心动周期内，用轴扫的方式成像，自由呼吸的CCTA 检查得以应用[2]，听力障碍、屏气配合不佳所致的图像的运动伪影得到了极大的改善，受检者在进行CCTA 检查时,屏气和心率往往成为影响图像质量的关键因素，从而影响冠状动脉疾病的诊断和分析。本研究通过研究自由呼吸与屏气后的冠状动脉CTA 检查的，评估不同扫描方式在冠状动脉CT 血管造影中的图像质量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2020年6月-2020年12月间在复旦大学附属华东医院临床就诊怀疑冠心病行冠状动脉CT 检查的患者200 例。纳入标准：(1) 临床诊断标准符合《临床冠心病诊断与治疗指南》[4]。排除标准：(1)患者既往行冠状动脉搭桥术；(2) 心律失常的患者；(3) 检查前服用美托洛尔或硝酸甘油；(4) 患者碘过敏，肾功能不全（血肌酐水平>1.5 rag/dL）。最终入组患者为106 例，随机将受检者分为试验组和对照组，试验组(n=53）行自由呼吸下CCTA，对照组(n=53）行屏气后CCTA，记录下各组受检者的年龄、性别，身体质量指数（BMI）[BMI ＝体重（kg）/身高（m2）]、心率、图像CT 值平均数、噪声(SD)，并将75 次/min作为快心率组和慢心率组的指标进行分组，检查前未进行心率控制，要求试验组在检查期间自由呼吸。经医院伦理委员会审批，所有患者均签署知情同意书。

1.2 方法所有患者均采用256 排探测器的CT 扫描仪(Revolution CT,GE Healthcare,Milwaukee,USA)。扫描范围包含整个心脏及冠状动脉，触发层面选择气管分叉下2 cm 处的升主动脉水平，试验组在扫描时保持自由呼吸状态，对照组播放屏气指令，触发阈值设定为100 HU，采用kV Assistant 自动管电压和自动管电流调制技术，层厚及间隔为0.625 mm.采用60%自适应性统计迭代重建算法(ASIR-V)，机架旋转速度0.28 s/rot。采用智能心电门控(Auto ECG Gating)技术,根据患者的心率自动选取曝光期相，所有患者均使用冠状动脉跟踪冻结(snapshot freeze,SSF)[5]技术。

对比剂注射方案为对比剂用量=(体质量×280 mg/kg) /对比剂碘含量，注射流率=对比剂用量/12 s，对比剂采用碘帕醇(370 mg I/mL).注入对比剂后以相同的流率注射生理盐水30 mL[6]。

1.3 图像质量分析

1.3.1 图像后处理工作站所有图像均传入GE 公司生产的AW4.7 后处理工作站进行数据测量及观察。

1.3.2 图像客观质量评价 由10年以上胸部放射诊断工作经验的医师在工作站进行图像的测量，在升主动脉内放置一个圆形感兴趣区(ROI) (5 cm2)，距离主动脉血管边缘0.5～1 cm，在冠状动脉左主干放置圆形ROI (0.02 cm2)，避开钙化、斑块和狭窄。在主动脉和冠状动脉血管周围脂肪组织内放置ROI (0.02 cm2)[7]。分别记录ROI 内的CT 值[以Hounsfield 单位（HU）表示]和相应标准差（SD）作为图像噪声。计算升主动脉SNR=Hu (Ao) /SD 和CNR=Hu (Ao) -HU (FAT) /图像噪声(Ao)，冠状动脉主干SNR=Hu(C) /SD 和CNR=Hu (C) -Hu (FAT) /图像噪声(C)[8]。见图1 和表2。

图1 在升主动脉、冠状动脉、冠周脂肪上放置ROI，测量时避免部分容积效应和钙化、斑块及狭窄

表2 各组的SNR 和CNR（±s）

表2 各组的SNR 和CNR（±s）

注：根据公式计算的主动脉SNR=Hu (Ao) /SD，CNR=Hu (Ao) -HU (FAT) /SD (Ao)，冠状动脉SNR=Hu (C) /SD，CNR=Hu (C) -Hu(FAT) /SD (C)

组别主动脉SNR冠状动脉SNR主动脉CNR冠状动脉CNR试验组对照组images/BZ_105_242_2991_265_3015.png17.78±3.08 18.12±3.17 0.743 29.89±5.68 28.98±4.92 0.320 14.40±2.71 14.47±2.88 0.809 24.28±4.90 22.94±4.06 0.208

由两位10年以上CCTA 诊断经验的影像医师根据国际心血管CT 协会(society of cardiovascular computed tomography，SCCT) 推荐的18 节段分段法[9]，对重建图像进行主观评价，评价采用LIKERT 评分[10]，具体评分为1 分：由于严重的冠状动脉运动或其他伪影，图像质量受损，无法对冠状动脉进行适当的评估和诊断；2 分：由于冠状动脉运动或其他伪影所产生的伪影，使图像质量下降；3 分：良好的，轻微的运动伪影或其他伪影；4 分：非常好：极小或无运动相关伪影和极好的解剖细节。用于狭窄评估和斑块评估所有节段评分的均值作为最终的主观评分。见表4。

表4 不同观察者评分及一致性评估（±s，分）

表4 不同观察者评分及一致性评估（±s，分）

组别/观察者评分A 评分B 评分试验组对照组images/BZ_106_1333_626_1355_650.pngKappa 3.42±0.75 3.47±0.67 0.287 0.64 3.42±0.69 3.40±0.72 0.738

1.4 辐射剂量评估记录每个患者容积CT 剂量指数(CT dose index of volume，CTDIvol)[11]值及剂量长度乘积(dose length product，DLP)[12]，CTDIvol 反映整个扫描容积的平均剂量；DLP 用来评价受检者1 次完整CT 扫描总的辐射剂量[13]。有效辐射剂量(effective dose，ED) 计算公式:ED=DLP×K，K 为换算因子，采用欧洲CT 质量标准指南[14]，K 值为0.014 mSv·m Gy-1·cm-1。见表3。

表3 不同心率和扫描方式下的辐射剂量（±s）

表3 不同心率和扫描方式下的辐射剂量（±s）

注：CT 剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积(DLP) 及有效剂量(ED)

组别/剂量指标例数BMI（kg/m2）CTDI（mGy）DLP（mGy·cm）ED（mSv）试验组对照组images/BZ_106_274_2890_296_2914.png试验组对照组images/BZ_106_274_3040_296_3064.png（心率<75 次/min）（心率<75 次/min）（心率≥75 次/min）（心率≥75 次/mim）24 20 29 33 22.85±5.06 22.26±4.22 0.162 22.04±4.12 21.98±3.69 0.835 18.10±5.70 18.49±4.45 0.062 18.65±4.30 19.52±5.66 0.04 251.17±99.15 262.59±77.27 0.051 254.95±70.63 259.82±87.04 0.086 3.52±1.38 3.68±1.08 0.051 3.57±0.99 3.94±1.22 0.086

1.5 统计学分析 使用SPSS 22.0 进行统计学分析,对2 组患者的年龄、BMI、心率、信噪比、对比信噪比进行比较，所有计量资料用均数标±准差（X±s）表示，并进行独立 检验。通过Mann Whitney U 检验对主观评价成绩进行比较，<0.05 为差异有统计学意义。用Kappa 检验分析观察者间一致性（k<0.40：较差的一致性；0.40 ≤k<0.60：普通的一致性；0.60≤k<0.80：较好的一致性；k≥0.80：非常好的一致性）。

2 结果

共收集 106 例入组，年龄 60～92 岁，平均（68.9±6.3）岁，其中男性54 例，女性52 例，试验组年龄60～92 岁，平均（67.9±6.1）岁，其中男性23例，女性30 例；对照组年龄60～87 岁，平均（68.1±6.5）岁，其中男性29 例，女性24 例，2 组间年龄及BMI差异无统计学意义，具有可比性。见表1。

表1 2 组患者一般资料（±s）

表1 2 组患者一般资料（±s）

组别性别例数男女年龄（岁）BMI（kg/m2）试验组对照组images/BZ_105_242_2635_265_2658.png53 53 30 24 23 29 67.9±6.1 68.1±6.5 0.678 22.54±4.35 21.96±3.84 0.249

3 讨论

在对CCTA 检查呼吸指导训练的干预性研究显示，试验组与对照组在冠脉检查的平均时间，2 组患者检查时的紧张度比较，一次性显影成功率和不良反应比较上差异有统计学意义[15]。说明在行冠状动脉CT 检查时训练屏气是非常重要的一个过程，然而，一些患者的反应力下降、严重的肺部疾病导致呼吸指令配合能力下降，很有可能导致检查的失败，即使检查前完成呼吸指导训练，也有可能由于对比剂注射后的热反应和屏气后心率的变化，使CCTA 检查的不确定因素增加，产生运动伪影,从而导致图像质量下降,造成假阳性，影响冠心病的诊断[16]。

虽然随着CT 设备性能的提升提高了时间分辨率和探测器宽度,降低了高心率,心律不齐等因素对图像质量的影响,但呼吸伪影仍然是影响图像质量的主要因素，有研究显示在正常呼吸状态下,每分钟呼吸12～20 次左右,横膈的运动速度大约是6.4～29.3 mm/s[17],由于心脏搏动引起的冠状动脉运动速度大约是22.4～108.6 mm/s[18]。由横膈运动引起的冠状动脉运动速度远低于由心脏跳动引起的冠状动脉运动速度,随着CT 扫描仪时间分辨率的提高，从而可以抑制呼吸造成的运动伪影。因此，在CCTA 检查中，相较于冠状动脉运动速度，呼吸运动速度造成的伪影变得忽略不计，许多研究表明Z 轴方向覆盖16 cm 的宽体探测器，可在一个R-R 间隔期间检查心脏而不移动检查床，没有数据拼接的伪影，这些都为自由呼吸检查创造了条件[19]。见图4、图5 和图6。

图4 身体质量指数（BMI）与DLP 的关系

图5 试验组心率与DLP 的关系

图6 对照组心率与DLP 的关系

所有入组的患者均未行检查前的心率控制，采用的扫描方案会在冠状动脉正式扫描前先行自动记录患者心电图从而判断心率情况,选择最合适的扫描期相和参数，而在实际扫描时，如果采用屏气后扫描的方式，由于屏气会对心率产生影响,有可能出现扫描前与扫描时心率明显不同,从而导致实际扫描期相与预计扫描期相不符,继而影响图像质量[21]。本研究通过对106 例受检者总计1 676 个冠脉分支进行评价，采用的图像质量评价方法表明试验组和对照组的图像客观SNR、CNR 比较均无统计学意义（>0.05），2 组在冠状动脉血管的钙化、混合斑块、狭窄，心肌桥等方面的显示均能满足诊断需求。见表5、图2 和图3。

表5 冠脉分支显示情况的对比（例）

图2 屏气后扫描

图3 自由呼吸状态下扫描

本研究存在一些局限性，没有对同一患者进行自由呼吸和屏气后扫描，因此无法直接比较两种方法，没有进行血管造影术验证阳性结果，未对异常心率的受检者进行研究，将在以后的工作中增加数据量进一步研究。

256 层CT机型的自由呼吸状态与屏气后的CCTA检查，其图像质量的客观评价和主观评分中差异无统计学意义，可根据具体情况选择合适的扫描方式得到最佳的图像质量。