第二代全心运动校正算法改善高心率儿童心脏CTA瓣膜图像质量

李昊岩，孙记航，田宏伟，段晓岷，彭 芸

(国家儿童医学中心 首都医科大学附属北京儿童医院影像中心，北京 100045)

心脏CT血管造影(CT angiography， CTA)是常用于诊断儿童复杂先天性心脏疾病的影像学方法，可清晰显示主动脉、肺动脉、瓣膜及心腔等结构，为制订手术方案提供重要参考。婴幼儿瓣膜体积小、运动速度快，心率亦较快，即使采用全心动周期，常规CTA也多因运动伪影而致显示瓣膜效果欠佳，进而影响诊断及选择手术方式。为观察瓣膜情况，常需要提高辐射剂量[1]；如何利用尽可能低的辐射剂量清晰显示心脏瓣膜极为重要[2]。通过提高CT探测器覆盖范围及管球转速，可降低搏动伪影对图像质量的影响[3]。全心运动校正算法(whole-heart motion correction algorithm)是新一代冠状动脉追踪冻结(new-generation snapshot freeze， NG SSF)图像后处理算法，为追踪冻结(snapshot freeze， SSF)技术的升级版本。SSF的应用范围较局限，仅能改善冠状动脉搏动伪影[4-6]；而NG SSF可进一步改善图像显示心脏大血管、瓣膜及心肌的效果，弥补SSF算法的不足，进一步提升诊断率[7-8]。本研究评价NG SSF技术改善高心率患儿心脏CTA瓣膜图像质量的效果。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2018年9月—12月42例于首都医科大学附属北京儿童医院接受心脏CTA检查的患儿，男20例，女22例；月龄5天～74个月，中位月龄8个月；心率78～151次/分，平均(122.6±18.8)次/分。纳入标准：①因筛查心脏大血管发育畸形或先天性心脏病而接受检查；②心率≥75次/分；③无严重心、肾功能损伤。根据心率分为2组，其中24例心率≥75次/分且<120次/分(<120组)，18例心率≥120次/分(≥120组)[9]。检查前监护人均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution 256排探测器CT扫描仪。使患儿仰卧，自由呼吸，双臂上举伸直过头；对不能配合者予口服10%水合氯醛(0.5 ml/kg体质量)镇静，待其安静入睡后进行检查。采用前瞻性心电门控轴位扫描模式，于1个心动周期内采集全部图像。根据患儿体质量选择对比剂种类及用量[10-11]：对体质量≤20 kg者采用非离子型对比剂碘克沙醇(威视派克，320 mgI/ml)，体质量>20 kg者采用非离子对比剂碘海醇(欧乃派克，350 mgI/ml)；体质量≤5 kg时对比剂用量=体质量×1.3，5 kg<体质量≤10 kg对比剂用量=体质量×1.2，10 kg<体质量≤20 kg对比剂用量=体质量×1.1，20 kg<体质量≤30 kg对比剂用量=体质量×1.0。采用双筒高压注射器以0.5～3.0 ml/s流率经静脉团注对比剂，注射时间固定为10 s，随后跟注生理盐水4 s，用量为对比剂用量之半。根据患儿身高及体质量选择探测器z轴长度(80～160 mm)；管电压80 kV，管电流范围10～500 mA(自动管电流调制技术)，预设噪声指数22，矩阵512×512，体素0.625 mm，球管转速0.28 s/rot，扫描范围为主动脉弓至心尖。采用智能触发技术，于四腔心水平降主动脉内设置ROI，发现CT值>110 HU后延时2 s启动扫描，扫描曝光时间窗为35%～85% R-R间期；以标准算法重建图像，层厚、层间距均为0.625 mm，并采用50%加权自适应统计迭代重建。记录扫描容积CT剂量指数(volume CT dose index， CTDIvol)及剂量长度乘积(dose-length product， DLP)。

1.3 图像后处理 采用AW 4.7 CT工作站重建图像，由1名具有14年工作经验的影像科医师重建运动伪影最少的时相。对每组图像均以SSF及NG SSF进行重建，即SSF亚组及NG SSF亚组，采用最佳时相相邻60 ms 数据进行搏动伪影校正，并以未采用SSF技术的图像作为对照组进行比较。

1.4 图像评价 由2名分别具有12年和14年工作经验的影像科医师采用双盲法，根据Likert分级4分法[12]对显示主动脉瓣、肺动脉瓣、二尖瓣及三尖瓣情况进行评分：图像质量优秀、无运动伪影为4分；图像质量较良好、瓣膜边缘稍有模糊，或有轻度运动伪影、但不影响评价及测量瓣膜为3分；图像质量较差，边缘模糊、欠光整，或有中度运动伪影但可满足诊断需求为2分；无法辨识瓣膜边缘、运动伪影重、无法诊断为1分。以2名医师协商后的评分作为结果。

1.5 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以Kappa检验评价观察者间评分的一致性，Kappa<0.4为一致性差，0.4≤Kappa<0.6为一致性中等；0.6≤Kappa≤0.8为一致性较好；Kappa>0.8为一致性好。以频数表示等级资料，以Kruskal-WallisH检验比较组间各瓣膜图像质量，以Bonferroni法校正的Mann-WallisU检验行两两比较。以Kruskal-WallisH检验分别比较<120组及≥120组中SSF亚组和NG SSF亚组图像显示各瓣膜质量评分的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

42例CTA平均CTDIvol为(4.47±0.85)mGy，平均DLP为(57.93±20.81)mGy·cm。

2.1 一致性分析 因对比剂硬化伪影，排除<120组及≥120组各3例患儿的三尖瓣，最终共纳入主动脉瓣、肺动脉瓣和二尖瓣各42个及三尖瓣36个。观察者间图像质量评分的一致性好(Kappa=0.89，P<0.05)。

2.2 图像评分 SSF亚组、NG SSF亚组与对照组间各瓣膜图像质量整体评分差异均有统计学意义 (P均<0.05)。SSF亚组与对照组各瓣膜图像质量评分差异均无统计学意义(P均>0.05)；NG SSF亚组各瓣膜图像质量评分明显高于SSF亚组及对照组(P均<0.05)，见表1及图1、2。

图1 女性患儿，1岁，心率108次/分，右冠状动脉起源于右冠状窦与升主动脉交界区，冠状动脉瘤样扩张 A～C.分别为对照组(A)、SSF亚组(B)及NG SSF亚组(C)重建后主动脉瓣(红圈)轴位CTA图像，图像质量评分分别为1分、2分及4分

表1 心脏CTA显示瓣膜图像质量评分比较(n=42，例)

<120组中，NG SSF<120亚组三尖瓣图像质量评分改善优于SSF<120亚组(P<0.05)；≥120组中，NG SSF≥120亚组对全部瓣膜图像质量评分改善均优于SSF≥120亚组(P均<0.05)，见表2、3。

表2 心脏CTA显示心率<120次/分患儿瓣膜图像质量评分比较(n=24，例)

表3 心脏CTA显示心率≥120次/分患儿瓣膜图像质量评分比较(n=18，例)

3 讨论

心脏CTA具有快速、简单及安全的特点，已成为诊断儿童心脏疾病的必不可少的影像学方法，可清晰显示心内结构；通过丰富的后处理技术，如曲面重建、容积再现等可多平面重组，以任意角度观察组织结构。近年宽体探测器、管球高转速及低管电压等技术的普及大幅降低了心脏CTA检查的辐射剂量及对比剂用量，图像质量更佳，安全性更高[12-13]。

第一代SSF技术及NG SSF技术均根据中央时相及2个相邻相位的数据计算冠状动脉运动方向及位置；NG SSF技术还可将校正运动伪影范围由冠状动脉扩展至整个心脏，通过全自动技术计算局部运动路径。算法基于运动路径根据相应投影射线时间将数据分解为一系列数据集；在空间上使每个图像体积变形，将运动状态从相应的时间映射至由规定的心脏相位的给定中心参考时间。全心校正需沿3个方向进行运动表征，可为校正冠状动脉运动提供更高的鲁棒性，特别适用于极端运动场景和主要沿z轴的运动路径[8]。

本研究中NG SSF亚组各瓣膜图像质量评分明显高于SSF亚组及对照组。观察NG SSF技术对不同范围心率患儿瓣膜图像质量的影响，发现采用NG SSF技术可使≥120组各瓣膜图像质量得到明显改善，而对<120组仅明显改善了三尖瓣图像质量；分析原因，可能在于评价三尖瓣时剔除6例数据，对样本量有所影响而造成统计学差异，有待进一步观察。

总之，采用第二代NG SSF技术可明显改善高心率儿童心脏CTA瓣膜图像质量，尤其心率≥120次/分者。由于NG SSF技术为算法原型，数据均须离线处理，较为耗时，目前尚未能开展大样本研究，有待完善。