酒石酸美托洛尔联合人工智能重建实现自由呼吸冠状动脉CTA研究

倪晨峰 裴磊 熊俊峰 徐亮

[摘要] 目的 探究酒石酸美托洛爾主动控制患者心率联合人工智能重建软件实现患者在自由呼吸状态下进行的冠状动脉计算机体层血管成像（computed tomography angiography，CTA）技术研究。方法 选取2021年1月至2021年12月在温州医科大学附属衢州医院接受冠状动脉CTA检查的患者100例，按照检查方法分为对照组（n=50）和观察组（n=50）。对照组采用传统屏气检查方法结合后期人工重建诊断；观察组患者在自由呼吸的情况下进行冠状动脉CTA检查，通过人工智能重建软件对观察组作出诊断分析，对比两组的CTA图像质量差异。结果 观察组对比对照组检查时的心率显著下降，差异均有统计学意义（P<0.05）；比较两组图像的噪声、信噪比及评分，差异均无统计学意义（P>0.05）。结论 利用酒石酸美托洛尔片控制心率，结合人工智能重建的冠状动脉CTA检查方法，能为高心率且不能配合屏气的患者提供有效的冠状动脉诊断影像。

[关键词] 自由呼吸；冠状动脉计算机体层血管成像；酒石酸美托洛尔片；人工智能

[中图分类号] R81      [文献标识码] A      [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.08.022

Study of metoprolol tartrate combined with artificial intelligence reconstruction for free-breathing coronary CTA

NI Chenfeng， PEI Lei， XIONG Junfeng， XU Liang

Department of Radiology， Quzhou Hospital Affiliated to Wenzhou Medical University （Quzhou People’s Hospital） ， Quzhou 324000， Zhejiang， China

[Abstract] Objective To investigate the use of metoprolol tartrate to actively control the patient’s heart rate in combination with artificial intelligence reconstruction software to enable the patient to perform coronary computed tomography angiography （CTA） in a free-breathing state. Methods A total of 100 patients who underwent coronary CTA examination at Quzhou Hospital Affiliated to Wenzhou Medical University from January 2021 to December 2021 were selected and divided into the control group （n=50） and the observation group （n=50） according to the examination method. In the control group， the traditional breath-holding examination method combined with late manual reconstruction was used for diagnosis; in the observation group，&nbsp;patients underwent coronary CTA examination with free breathing， and diagnostic analysis was made by artificial intelligence reconstruction software for the observation group to compare the difference in CTA image quality between the two groups. Results The heart rate of the observation group was significantly lower than that of the control group （P<0.05）. Compared the noise， signal-to-noise ratio and scores of the two groups， the differences were not statistically significant （P>0.05）. Conclusion The coronary CTA technique using metoprolol tartrate tablets to control heart rate combined with artificial intelligence reconstruction can provide convenient and effective coronary artery diagnostic images for patients with respiratory failure.

[Key words] Free breathing; Coronary computed tomographic arteriography; Metoprolol tartrate; Artificial intelligence

冠心病是指冠狀动脉（下称冠脉）血管内发生动脉管壁硬化或斑块病变引起血管腔内狭窄甚至阻塞，造成病变血管供血区局部心肌缺血、缺氧的一类心脏病。伴随技术飞速发展，无创、快速的心脏冠脉动脉计算机体层血管成像（computed tomographic arteriography，CTA）目前已非常成熟，对指导临床治疗十分重要，是诊断冠心病的“金标准”。冠脉CTA通常需要患者配合在屏气状态下进行，以减少肺部的呼吸运动伪影。因此只有医患双方密切配合，才能顺利完成。对于心率较高（≥80次/min）且不能配合屏气的患者，冠脉CTA检查获取的图像质量较差甚至无法获取[1]，这会导致临床诊断和后续治疗都更加困难。先前已有自由呼吸状态下将患者心率设置为≤65次/min行冠脉CTA的相关研究，但一些基础心率较高且无法配合屏气的患者无法适用该技术[2]。本研究分析应用酒石酸美托洛尔控制心率配合人工智能重建软件实现自由呼吸下的冠脉CTA检查技术，具体报道如下。

1  资料与方法

1.1  一般资料

选取2021年1月至2021年12月在温州医科大学附属衢州医院接受冠状动脉CTA检查的患者100例，按照检查方法将其分为对照组（n=50）和观察组（n=50）。纳入标准：①伴有胸痛、胸闷、心悸等符合冠心病的临床症状；②心电图提示冠心病。排除标准：①β1受体阻滞剂禁忌证；②对比剂过敏；③哮喘、甲状腺功能亢进或肾功能不良；④心动过速、心房颤动；⑤无法配合屏气检查。其中，男68例，女32例，年龄44～88岁，平均（66.1±21.3）岁，体质量指数19～28kg/m2，平均（22.7±4.2）kg/m2，基础心率72～98次/min，平均（85.1±13.6）次/min。两组患者一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表1。本研究经温州医科大学附属衢州医院医学伦理委员会批准（伦理审批号：2019-070），两组患者均签署知情同意书。

1.2  方法

1.2.1  用药方法  为加快药物吸收效率，缩短检查前准备时间，观察组患者舌下含服酒石酸美托洛尔片（生产单位：阿斯利康制药有限公司；批准文号：国药准字H32025391，规格：25mg），由基础心率确定服用剂量：①心率70～79次/min，含服25mg；②心率80～89次/min，含服50mg；③心率90～99次/min，含服75mg[3-4]。

1.2.2  检查前宣教  两组患者在检查当天，少量进食水，检查前在安静环境下休息至少30min，对照组进行检查相关的呼吸指令练习。宣教重点为告知两组患者详细的检查说明，包括检查目的及对心率的要求，当高压枪快速推注对比剂时全身可能产生的不良反应和过敏反应，以及极端情况下可能发生的血管破裂、对比剂外渗等风险。要求两组患者对整个检查过程有全面了解，知晓和理解对可能出现的意外情况，疏导患者情绪，避免由于紧张、恐惧等心理原因而导致心率上升或心律不稳定，继而影响检查顺利进行[5]。

1.2.3  扫描方案  应用日本东芝640层CT配合心电门控进行前瞻性全心扫描[6]，探测器准直320×0.5mm；转速：0.275～0.320s；心率<80次/min采用2次心跳采集；心率≥80次/min则采用3次心跳采集；期相采集范围为20%～80%的RR间期；管电压和管电流按体质量指数结合体型进行自动调节，管电压为100kVp或120kVp，管电流为200～600mA。经右侧肘静脉以5.0ml/s流速推注50ml对比剂，注射完毕后再以相同流速注射0.9%氯化钠溶液50ml进行脉管和右心室冲洗。启动CTSureStart功能触发扫描，触发检测圈定于扫描野中央层面降主动脉，当触发圈平均阈值上升至>100HU时，对照组通知患者开始吸气并屏住呼吸，当触发阈值上升至>300HU时开始冠脉CTA扫描；观察组触发阈值达到300HU时则直接进行冠脉CTA扫描。

1.2.4  重建图像  将获得的原始数据进行单扇区重建处理，选择呼吸运动伪影相对较少的一次心跳进行薄层数据重建[7]。层厚0.50mm，层间隔0.25mm，重建算法选择函数FC43。得出冠脉期相数据后，将观察组数据传送至人工智能分析软件Coronary Doc2.2（北京数坤网络科技股份有限公司研发）；对照组数据传输至东芝图像后处理工作站Vitrea FX6.7.3，应用血管分析软件重建出容积再现（volume rendering，VR）、最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、多平面重建（multiple planer reconstruction，MPR）及曲面重建（curve planer reconstruction，CPR）的冠脉CTA诊断影像。

1.2.5  图像质量分析  由两位多年从事冠心病诊断的放射科医生采用双盲法查看、比较两组患者图像噪声和信噪比，分析每支冠脉血管图像质量，将直径>1mm的冠脉血管列入评价范围，比较两组患者图像质量评分。图像质量评分设定为：冠脉图像清晰无伪影3分（优秀）；冠脉图像一般伴有少许伪影2分（良好），但基本能满足诊断；图像模糊且有严重呼吸运动伪影，不能满足诊断1分（差）。

1.3  统计学方法

采用SPSS 21.0统计学软件对数据进行处理分析，计量资料以均数±标准差（）表示，组间比较采用t检验，计数资料采用例数（百分比）[n（%）]表示，组间比较采用χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1  基础心率和检查心率比较

观察组患者按需含服酒石酸美托洛尔片后心率显著下降，3种用药方案的检查心率均低于基础心率，差异均有统计学意义（P<0.05）。对照组的基础心率和检查心率比较，差异无统计学意义（P>0.05），见表2。

2.2  重建图像比较

观察组典型患者冠状动脉CTA重建效果，见图1。对照组典型患者的冠状动脉CTA重建效果，见图2。两组图像比较，观察组重建图像细节及对远端细小血管的显示较为丰富。

2.3  图像质量比较

两组图像的噪声、信噪比和图像质量评分比较，差异均无统计学意义（P>0.05），见表3。

3  讨论

传统的冠脉CTA需要屏气检查，是为了有效减少扫描过程中因呼吸运动造成的伪影，然而很多患者容易受到外界各种因素干扰，心率往往不能控制至理想状态。尤其对于急性心肌梗死或年迈失能的患者，更难配合屏气检查。在心率高、屏气不佳及情绪恐惧紧张等不良因素综合影响下，冠脉CTA检查常无法获取有效的诊断图像数据。Bischoff等[8]为此做出探索，尝试利用双源CT进行自由呼吸的冠脉CTA，要求心率控制在<60次/min。Kang等[9]利用320排宽体探测器CT对患者行自由呼吸下冠脉CTA检查，但由于时间分辨率等因素的限制，心率仍要求<75次/min。由此可见，对于基础心率较低的患者，可尝试在不屏气情况下行冠脉CTA检查，但对于基础心率较高（≥80次/min）且无法屏气配合的患者，仍缺乏有效的冠脉CTA检查方法。因此降低患者心率是最直接有效提高检查成功率的办法[10]。

图像质量和图像处理软件的功能也严重影响后期诊断效果。以往冠脉CTA的重建均依靠医生手工重建，需分析判断每一支血管，并制作二维、三维图像，不仅速度慢、效率低，而且精度较差，人为因素导致误差较大。多名医生重建质量难以有统一标准，对临床诊断也会带来一定的疑虑。本研究运用人工智能心血管分析软件，能在10min内自动重建冠脉VR、MIP、MPR、CPR等诊断所需图像并自动标示血管名称、分析出病灶位置、狭窄程度，同时生成诊断报告供医生参考，重建诊断完成时间不超过10min，大大缩短了冠心病患者的检查时间，在介入窗口期内为手术医生提供详细诊断报告和影像资料，为患者救治赢得宝贵的时间。

本研究结果显示，观察组患者在自由呼吸情况下的冠脉CTA图像与对照组患者冠脉CTA图像质量相似。究其原因，①正常呼吸状态（12～20次/min）下，横膈呼吸上下运动引起的冠脉移动速度（6.4～29.3mm/s）遠低于心跳引起的冠脉移动速度（22.4～108.6mm/s），所以呼吸运动带来的移动伪影不再是主要干扰；②CT未来的发展方向是更高的转速和更宽的探测器，不断提高时间分辨率可以有效地减少各种运动伪影；③现在人工智能重建软件不断成熟，在后期图像重建分析上的效率和质量已不逊于传统的医生手动重建分析。本研究中，观察组有37例受检者心率达80次/min以上，最高心率达到98次/min，且图像主观评分均在2.0分以上，达到诊断要求。同时，一些心率较低的患者只需采集单次心跳或更少的期相范围就能获得符合诊断要求的图像，进一步减少了患者的辐射剂量[11]。因此新的检查方法可以代替传统检查方法进行冠脉CTA检查。

综上，利用酒石酸美托洛尔片控制心率，结合人工智能重建的冠状动脉CTA检查方法，能为高心率且不能配合屏气的患者提供有效的冠状动脉诊断影像。但本研究的不足之处在于，必须使用256排及以上高速宽体探测器CT，但部分医院并不具备如此高性能CT；同时，人工智能分析软件的全面推广应用，还需要时间和进一步完善，目前该技术的应用依然受限；此外，部分人群对选择性β1受体阻滞剂不敏感或者长期口服酒石酸美托洛尔片，产生一定耐药性[12]，以至于达到目标心率的过程非常缓慢或根本无法达到，最终无法适用可自由呼吸的冠脉CTA检查。

[参考文献]

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[3] 沈虹， 秦远章， 梁秀梅. 酒石酸美托洛尔不同给药途径对冠状动脉CT血管成像图像质量和检查耗时的影响[J]. 中国医药导报， 2016， 13（34）： 122–125.

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（收稿日期：2022–08–31）

（修回日期：2023–02–06）