改良单次短时屏气法用于血管减影冠状动脉CT成像

孟 雪，邢 俊，许 楠，席 芊

(同济大学附属东方医院医学影像科，上海 200120)

冠状动脉CT血管成像(coronary CT angiography,CCTA)可辅助临床诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)，具有空间分辨率高、灵敏度高(95%～99%)和阴性预测值高(97%～99%)等优势[1-3]，但高密度伪影和线束硬化伪影常致高估冠状动脉钙化或植入金属支架患者局部管腔狭窄程度[4]；利用迭代重建和高管电压扫描虽能降低钙化CT值，但无法消除伪影的影响，导致对Agatston评分≥400的患者不建议行CCTA检查[5]。近年来，血管减影CCTA(subtraction CCTA,S-CCTA)技术逐渐用于评估冠状动脉狭窄程度，通过减去CCTA图像中的钙化斑块和金属支架以显示真实管腔而为临床诊断及治疗冠心病提供指导[6-9]，但多需采用单次屏气法，屏气时间为20～40 s，部分患者较难完成，进而影响减影的准确性[6]。本研究观察在S-CCTA中采用改良单次短时屏气法的应用价值，旨在缩短屏气时间、减少配准伪影，以获得良好的图像质量。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2019年8月—2020年5月21例于同济大学附属东方医院因冠状动脉钙化复查(n=18)或冠状动脉支架植入术后(n=3)患者，男16例，女5例，年龄43～87岁，平均(63.7±13.2)岁。18例复查患者中，男14例，女4例，年龄43～87岁，平均(63.6±12.2)岁，共检出90个冠状动脉钙化斑块；3例冠状动脉支架植入术后患者，男2例，女1例，年龄分别为70岁、67岁和84岁，每例植入1～2枚支架，共植入5枚支架。纳入标准：①心率低于70次/分；②可屏气至少15 s。排除标准：①孕妇；②既往接受冠状动脉搭桥手术；③心律失常(心房颤动、二度和三度房室传导阻滞)及先天性心脏病等严重心功能不全、肺功能不全、肾功能不全(血肌酐>1.50 mg/dl)及未经控制的甲状腺功能亢进；④碘过敏。检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 扫描前对患者进行15 s屏气训练。采用Toshiba Aquilion第二代320层CT，自适应迭代剂量减少3D技术。嘱患者仰卧，屏气约15 s，经肘静脉注入5 ml对比剂，获得时间-密度曲线(图1A)，以曲线开始上升时间为X，设(X-3)s为开始时间，行第一次延迟扫描，范围为气管隆嵴水平至心脏膈面下，并于降主动脉段选择半径约2 mm的ROI。之后经右肘静脉以流率4.00～4.50 ml/s注射碘帕醇(370 mgI/ml)及30 ml生理盐水，总量为50 kg以下40 ml、50～60 kg 45 ml、60～70 kg 50 ml、70～80 kg 55 ml、80～90 kg 60 ml、90 kg以上65 ml；采用前瞻性心电门控序列，设定阈值240 HU，于第一次扫描开始后6.50 s以降主动脉ROI为监测点进行监测，达到阈值后自动触发第二次扫描(图1B)，范围与第一次扫描相同。参数：第一次扫描管电压80 kV，第二次100 kV，自动mAs，FOV 160 mm，矩阵512×512，层厚0.50 mm，层间距0.25 mm。以上扫描均由2名具有5年以上工作经验的影像科技师完成。

图1 CT扫描时间-密度曲线 A.选用小剂量对比剂进行测试，将降主动脉段增强曲线开始升起时间记为X，并设置第一次扫描开始时间为(X-3)s；B.设定阈值240 HU，于第一次扫描开始后6.50 s以降主动脉为监测点进行监测，达到阈值后自动触发第二次扫描

1.3 图像处理 增强扫描后自动重建出最佳时相，若其图像质量不佳，则手动寻找第一次扫描最佳时相，并以之为中心，每隔1%重建其附近10%的图像，于10个时相内寻找与第二次扫描匹配度最佳的第一次扫描时相并进行减影。应用Toshiba最新后处理工作站和Sure Subtraction Coronary V7.0软件将两次扫描所获CCTA数据进行心脏及血管树整体非刚性对位和胸廓刚性对位：首先基于atlas-based knowledge像素网格图模型对实质脏器进行分割及分层，使2组数据准确对位，并以“容积CT数字减影血管造影”算法进行减影[10]，获得相减图像(图2、3)；若减影效果不理想，可重新调整局部钙化斑块及支架对位。采用曲面重建(curved planner reformation,CPR)、容积再现(volume rendering,VR)及最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)分别对重建CCTA(第二次扫描图像)和S-CCTA(减影后图像)2组图像数据进行后处理。

图2 患者女，56岁，因冠状动脉钙化接受CTA复查 A.第一次扫描图像；B.第二次扫描图像；C.减影后图像；D.CCTA重建后图像示左回旋支近端钙化斑块；E.S-CCTA重建图像中上述位置未见钙化斑块

1.4 图像评价 由2名具有5年以上工作经验的放射科医师采用4分制[11]评价冠状动脉钙化斑块处和支架处的图像质量，并观察以严重钙化节段(图4)评估管腔狭窄程度的能力：1 分，图像伪影严重，完全遮盖管腔，不能用于评估管腔狭窄；2 分，图像伪影较明显，大部分管腔被遮盖，不能用于评估管腔狭窄；3 分，图像伪影较轻，遮盖部分管腔，可用于评估管腔狭窄；4 分，图像质量良好，无伪影，可用于评估管腔狭窄。意见不一致时协商决定，若分歧严重，则提交另一名具有10年以上经验的放射科医师判定。

图4 严重钙化右冠状动脉节段 VR图像(A)和MIP图像(B、C)示右冠状动脉近端弧形钙化斑块围绕管腔>180°

1.5 辐射剂量 有效辐射剂量(effective dose,ED)=剂量长度乘积(douse-length product,DLP)×胸部CT转换因子k[0.014 mSv/(mGy·cm)]。

1.6 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，采用配对t检验比较CCTA与S-CCTA图像质量评分；以频数和百分率表示计数资料，采用χ2检验进行比较。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本组21例第一次扫描时心率50.51～68.52次/分，平均(59.38±6.83)次/分，第二次扫描心率51.64～69.69次/分，平均(57.30±8.02)次/分；屏气时间8～12 s，平均(10.34±1.07)s；ED(两次扫描辐射ED的总和)1.34～5.19 mSv，平均(3.43±1.04)mSv。于18例冠状动脉钙化复查患者共检出90个钙化斑块，其CCTA图像质量评分为1～4分，平均(2.48±0.70)分；S-CCTA图像质量2～4分，平均(3.47±0.69)分，明显高于CCTA图像质量(t=-11.333，P<0.001)；且CCTA图像所示可用于评估管腔狭窄程度的严重钙化冠状动脉节段为66.67%(60/90)，而S-CCTA图像为88.89%(80/90)，后者高于前者(χ2=12.857，P<0.001)。3例冠状动脉支架植入术后患者共植入5枚支架，CCTA图像质量评分为1～2分，平均(1.84±0.23)分；S-CCTA图像质量1～3分，平均(2.75±0.29)分，明显高于CCTA(t=-8.785，P<0.05)。

图3 患者男，62岁，冠状动脉支架植入术后CTA A.第一次扫描图像；B.第二次扫描图像；C.减影后图像；D.CCTA重建后图示左前降支近端支架及钙化斑块；E.S-CCTA重建图像中示上述位置未见支架及钙化斑块

3 讨论

CCTA评价冠状动脉钙化节段及植入支架节段管腔狭窄的能力有限，主要原因在于钙化及支架的硬化伪影[12]。S-CCTA可将两次扫描图像数据相减，以避免硬化伪影的影响，现已成熟应用于头颈部血管检查，可减少颅骨和椎骨的影响，使后处理过程简单、有效；而在心脏及大血管，受心脏搏动的影响，其发展相对滞后。第二代320层CT支持采用Registration配准软件行S-CCTA，使病灶对位更精确，但需要较长的屏气时间，部分患者难以完成，导致未能广泛应用于临床。

S-CCTA可采用两次屏气法和单次屏气法。两次屏气法指分别通过两次屏气扫描获得2组图像，其间无法完全匹配，可能出现配准错误[13-14]。单次屏气法指通过一次屏气获得2组图像，可减少配准误差，但传统方法需屏气20～40 s，部分患者无法完成。YOSHIOKA等[15-16]发现，采用单次屏气法，S-CCTA的诊断准确性较高；而采用改良单次屏气法可改善冠状动脉钙化段的图像质量，提高诊断准确性。KIDOH等[17]对5 例冠状动脉钙化患者注射小剂量对比剂，得到时间-密度曲线，并根据该曲线决定CT平扫及增强扫描开始时间，从而将屏气时间缩短到(18.3±3.4)s；YAMAGUCHI等[18]则将屏气时间缩短到为(13.2±0.6)s。YOSHIOKA等[15]尝试对12例冠状动脉钙化患者先行增强扫描，待对比剂自冠状动脉消退后再行平扫，将屏气时间缩短至12～14 s。本研究采用改良单次短时屏气法行S-CCTA扫描，以小剂量对比剂得到时间-密度曲线，并根据该曲线尽可能延迟第一次扫描开始时间，使两次扫描间隔时间(即患者屏气时间)缩短至(10.34±1.07)s，所获S-CCTA图像质量明显高于CCTA图像质量，且可用于评估狭窄程度的严重钙化冠状动脉节段由66.67%提高到了88.89%，与既往报道[12]相符；ED为(3.43±1.04)mSv，低于AMANUMA等[8]和YOSHIOKA等[15]的结果。

本研究通过一次屏气获得2组图像，虽已尽可能于冠状动脉强化前获得第一次扫描图像，但第一次扫描时对比剂已进入右心，第二次扫描可见右心密度降低，使右心呈现“减去”效果，但对S-CCTA用于诊断基本无影响。但本研究未能观察S-CCTA用于评估冠状动脉狭窄程度的效能，后续有待进一步扩大样本深入观察。

综上所述，改良单次短时屏气法用于S-CCTA扫描可在有效缩短屏气时间的同时减少辐射剂量、提高图像质量，值得临床推广及应用。