張計旺，范麗娟，徐冬生，董 智，李 旭，張立仁，于鐵鏈

（1.泰達國際心血管病醫(yī)院放射科，天津 300457；2.天津醫(yī)科大學總醫(yī)院放射科，天津 300052）

?心臟、血管影像學?

冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術在前瞻性和回顧性心電門控下改善CTCA圖像質(zhì)量

張計旺1，范麗娟1，徐冬生1，董 智1，李 旭1，張立仁1，于鐵鏈2

（1.泰達國際心血管病醫(yī)院放射科，天津 300457；2.天津醫(yī)科大學總醫(yī)院放射科，天津 300052）

目的：評估冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術（Snapshot freeze，SSF）在改善CT冠狀動脈成像（CTCA）圖像質(zhì)量中的作用。方法：30例進行前瞻性心電門控掃描，30例進行回顧性心電門控掃描，比較標準算法（Standard，STD）重建和SSF重建兩種方法的圖像質(zhì)量和可判讀性。所獲圖像由2位醫(yī)師按Likert 5分制標準對每一冠狀動脈節(jié)段、每支冠狀動脈及每例冠狀動脈進行評分。結(jié)果：前門控掃描30例，SSF算法重建圖像的可判讀性按每支（97.8%（88/90）vs 87.8%（79/90），P=0.004）及每段（99.1% （427/431）vs 96.1%（414/431），P=0.000）比較高于STD算法重建圖像；圖像質(zhì)量按例數(shù)（3.5±0.9 vs 2.9±1.2，P=0.004）、每支（3.5±0.8 vs 3.1±1.0，P=0.000）和每段（3.7±0.8 vs 3.4±1.0，P=0.000）比較，SSF算法均高于STD算法重建圖像。后門控掃描30例，45%期相SSF算法重建圖像可判讀性按例（80.0%（24/30）vs 53.3%（16/30），P=0.039）、分支（90.0%（81/90）vs 71.1%（64/ 90），P=0.000）、節(jié)段（98.1%（413/421）vs 90.7%（382/421），P=0.000）均高于STD算法重建圖像；75%期相SSF算法重建圖像可判讀性按分支（70.0%（63/90）vs 55.6%（50/90），P=0.02）和節(jié)段（82.7%（348/421）vs 78.4%（330/421），P=0.018）比較高于STD算法重建圖像，SSF算法45%和75%期相圖像質(zhì)量按例數(shù) （2.8±1.0 vs 2.1±1.2，P=0.012）（2.1±1.2 vs 1.6±1.0，P=0.026）、分支（3.0±0.9 vs 2.4±1.0，P=0.000）（2.6±1.2 vs 2.2±1.2，P=0.000）和節(jié)段（3.3±0.9 vs 2.9±1.0，P=0.000）（2.9±1.2 vs 2.7±1.1，P=0.000）比較均明顯高于STD算法重建圖像。結(jié)論：冠狀動脈SSF技術能明顯提高前門控和后門控冠狀動脈CT圖像質(zhì)量及可判讀性，其中對后門控45%期相重建的右冠狀動脈圖像質(zhì)量改善作用最為明顯。

體層攝影術，螺旋計算機；冠狀血管造影術

目前，CT冠狀動脈成像 （Computed tomography cornorary angiography，CTCA)）已成為冠狀動脈疾病的常用的無創(chuàng)診斷方法，該技術在檢出和排除冠狀動脈狹窄性病變中得到廣泛應用[1-3]。雖然設備的時間分辨率和空間分辨率不斷提高，但是CT冠狀動脈偽影仍使12%的冠狀動脈節(jié)段不能診斷[4]。冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術 （Snapshot freeze，SSF）是由GE醫(yī)療開發(fā)的新的運動偽影校正算法，其使用相鄰心動周期的圖像信息來補償冠狀動脈運動造成的偽影，以改善圖像質(zhì)量。本部分研究的目的是通過比較SSF算法和標準算法（Standard，STD）的圖像質(zhì)量，評價SSF在改善MSCT冠狀動脈圖像質(zhì)量中的作用。

1 資料與方法

1.1 一般資料

對2012年 12月—2013年 2月在我院擬行CTCA檢查的患者進行篩選。選擇掃描前患者心率在70次/min以下的患者30例（男15例，女15例），平均年齡（56.1±1.1）歲。掃描前心率在70次/min以上（含70次/min）的患者30例（男10例，女20例），平均年齡（55.4±10.1）歲。

1.2 CT冠狀動脈成像檢查方法

采用美國 GE 64-slice Discovery HD 750 High Definition掃描機。所有檢查者都不服降心率藥物，檢查前均服用1片（0.5mg）硝酸甘油。對比劑注射方案：按0.8mL/kg體質(zhì)量注射碘海醇（350mgI/mL），流率4.5～5.0mL/s，隨后注入20mL鹽水，4.5mL/s。從頭至足側(cè)掃描，掃描范圍從隆突下1～2 cm至膈頂。心率＜70次/min，采用前置性心電門控技術，曝光補償（padding）85ms；心率≥70次/min，采用回顧性心電門控技術。準直器寬度0.625mm，探測器寬度40mm，重建層厚0.625mm，層間距0.625mm。機架旋轉(zhuǎn)時間0.35 s，螺距0.16～0.20（機器根據(jù)心率自動調(diào)整）。根據(jù)受試者體質(zhì)量指數(shù)（BMI）的不同采用不同的掃描條件，最大管電流為200～670mA。管電壓：BMI≤22.5 kg/m2，80 kVp；BMI＞22.5～28.0 kg/ m2，100 kVp；BMI＞28.0～33.0 kg/m2，120 kVp；BMI＞33.0 kg/m2，140 kVp。

1.3 圖像后處理

前瞻性心電門控軸位掃描圖像采用75%中心期相的STD算法和SSF算法重建，回顧性心電門控螺旋掃描圖像選擇45%和75%中心期相分別采用STD算法和SSF算法重建，將圖像數(shù)據(jù)傳輸至AW 4.6工作站，應用AUTO conoryanalysis軟件進行后處理，包括容積再現(xiàn)（VR）、多平面重組（MPR）、曲面重組（CPR）及最大密度投影（MIP）等。觀察窗口設定：窗寬700～1 000HU，窗位150～350HU。

1.4 圖像質(zhì)量評分及分析

采用美國心臟學會 （American heart association，AHA）冠狀動脈16分段方法[5-6]。2位有經(jīng)驗的主治以上診斷醫(yī)師采用雙盲法獨立判讀所有圖像，分別基于冠狀動脈節(jié)段（冠脈節(jié)段）、冠狀動脈分支（冠脈分支）及冠狀動脈整體（冠脈整體）水平進行評分。冠狀動脈圖像質(zhì)量采用5分制評分[7]：1分，血管不連續(xù)，有階梯偽影，錯層嚴重；血管周圍模糊較重，不能區(qū)別血管與周圍成分，不能診斷；2分，血管周圍有明顯的模糊，有階梯偽影，勉強診斷；3分，血管周圍有明顯的模糊，有階梯偽影，但不影響診斷；4分，血管走行連續(xù)，少量階梯偽影，血管周圍輕微模糊；5分，血管走行連續(xù)，無階梯偽影，血管邊緣顯示銳利。

1.5 輻射劑量測定

CT冠狀動脈成像輻射劑量根據(jù)劑量報告產(chǎn)生，轉(zhuǎn)換因子0.014 Sv·mGy-1[8]。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行分析。對STD與SSF兩種重建模式下的圖像質(zhì)量進行比較。每個水平的兩組評分間比較使用基于配對的秩和檢驗。可判讀性的比較使用卡方檢驗。P＜0.05為具有統(tǒng)計學差異。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

進行前瞻性掃描患者30例，其中男15例，女15例，平均年齡（56.1±1.1）歲，BMI平均為（25.2± 3.6）kg/m2，放射劑量為（2.8±1.4）mSv，掃描平均心率為（63.8±5.9）次/min，心率變化為（2.3±2.4）次/min?；仡櫺孕碾婇T控掃描患者30例，其中男10例，女20例，平均年齡（55.4±10.1）歲，BMI平均為（24.8± 4.2）kg/m2，放射劑量為（8.2±4.3）mSv，掃描平均心率為（80.5±9.8）次/min，心率變化為（6.2±7.3）次/min。

2.2 圖像的可判讀性

前瞻性掃描的30例圖像的冠脈整體水平可判讀性，SSF算法與STD算法比較無統(tǒng)計學差異；在冠脈分支水平、冠脈節(jié)段水平可判讀性，SSF算法與STD算法比較有統(tǒng)計學差異（表1）?；仡櫺話呙璧?0例在45%期相，冠脈整體水平、冠脈分支水平、冠脈節(jié)段水平可判讀性，SSF算法與STD算法比較有統(tǒng)計學差異。在75%期相，冠脈整體水平可判讀性，SSF算法與STD算法比較無統(tǒng)計學差異；冠脈分支水平、每個節(jié)段水平可判讀性，SSF算法與STD算法比較有統(tǒng)計學差異（表2）。

表1 前瞻性掃描兩種重建算法圖像可判讀性比較

表2 回顧性心電門控掃描患者兩種重建算法圖像可判讀性比較

2.3 圖像質(zhì)量的評分

前瞻性掃描的30例圖像評分在冠脈整體水平、冠脈分支水平、血管每個節(jié)段水平以及3支主要血管水平，SSF算法與STD算法比較均有統(tǒng)計學差異（表3）。右冠狀動脈（RCA）評分SSF算法明顯高于STD算法（圖1a～1d）。回顧性掃描30例評分在45%期相及75%期相，冠脈整體水平、每支血管水平、血管每個節(jié)段水平及3大分支水平，SSF算法與STD算法比較差異均有統(tǒng)計學意義（表4）。SSF算法的應用使前降支（LAD）、回旋支（LCX）及右冠狀動脈的評分得到明顯提高（圖2a～2f）。

表3 前瞻性心電門控掃描患者兩種重建算法圖像評分比較

表4 回顧性心電門控掃描患者兩種重建算法圖像質(zhì)量評分比較

應用SSF算法，45%期相與75%期相比較，在每例患者水平、每支血管水平、血管每個節(jié)段水平評分差異均有統(tǒng)計學意義；在LAD水平、RCA水平評分差異有統(tǒng)計學意義，在LCX水平評分差異無統(tǒng)計學意義。

3 討論

圖1 女，61歲，前瞻性掃描，平均心率69次/min，心率變化5次。圖1a，1b （STD，重建算法圖像）分別為RCA的CPR圖像及軸位圖像，圖像存在明顯運動偽影，質(zhì)量差。圖1c，1d分別為SSF算法CPR重建圖像及軸位圖像，圖像偽影基本消失。

Figure 1. 61-year-old woman,prospective ECG-triggered scan,mean heart rate of 69 beats per minute,heart rate variability of 5 beats per minute.Figure 1a,1b(STD)are CPR and axial image of RCA,and show obviously motion artifact with poor quality.Figure 1c,1d(STD)are CPR and axial image of RCA,and show no obviously motion artifact with good quality.

影響冠狀動脈多排螺旋CT成像質(zhì)量的原因很多，其中研究最多的是心率對成像質(zhì)量的影響。早期的4排螺旋CT，Nieman等[9]、Kopp等[10]和Knez等[11]均認為至少要保持在65 bPm以下。要保證成像質(zhì)量和提高診斷的可靠性，一般是通過服用藥物來降低和穩(wěn)定心率，然而有一部分人群服用藥物后仍不能達到檢查要求，或者在檢查過程中出現(xiàn)心率升高及心律不齊等情況，造成冠狀動脈圖像偽影的出現(xiàn)。以往多采用多期相及多節(jié)段重建方法，通過綜合來自不同心跳的心動周期不同期相的數(shù)據(jù)來提高時間分辨率，對于心臟這樣一個周期性搏動的器官，良好的凍結(jié)其運動，對于成像具有極為重要的作用。

圖2 男，52歲，回顧性掃描，平均心率83次/min，心率變化8次。圖2a為RCA的45%期相SSF算法圖像，圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于SSF算法75%期相圖像（圖2d）。圖2b，2c分別為75%期相SSF算法的LAD和LCX圖像，圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于45%期相SSF算法LAD圖像（圖2e）和LCX圖像（圖2f）。

Figure 2.52-year-old man,retrospective ECG-gating scan,mean heart rate of 83 beats per minute,heart rate variability of 8 beats perminute.This shows multiplanar reformats of the RCA,LAD,and LCX with SSF reconstruction.The image quality is higher on RCA of 45%of the R-R interval image(Figure 2a)than 75%of the R-R interval image(Figure 2d),and the image quality is higher on LAD and LCX of 75%of the R-R interval images(Figure 2b,2c)than 45%of the R-R interval images(Figure 2e,2f).

SSF是使用一個心動周期內(nèi)相鄰期相的圖像信息來描繪血管運動，包括其運動路徑和方向，直接靶向作用于冠狀動脈特異運動。該技術是通過綜合一個心動周期相鄰期相的信息來確定和補償冠狀動脈的運動。SSF可以對左LAD、LCX及RCA的運動軌跡分別進行獨立跟蹤，通過對一個心動周期內(nèi)相鄰3個心動相位所獲取的信息來決定各個分支獨特的運動特征（包括運動軌跡和運動速度），確定各分支在感興趣心動相位的準確位置，將冠狀動脈的運動信息和圖像信息進行整合，從而實現(xiàn)對每個分支獨立的運動校正[6]。SSF重建與傳統(tǒng)的多扇區(qū)重建技術不同，后者依賴于2個或2個以上心動周期的數(shù)據(jù)信息，它的有效性不僅嚴重依賴心率和心律的穩(wěn)定性，其使用也會增加掃描時間和輻射劑量。而SSF僅采集一個心動周期的數(shù)據(jù)，通過直接追蹤分析冠狀動脈運動，自適應地壓縮那些最需要的局部區(qū)域內(nèi)的時間窗口，分別分析和描述單個心動周期內(nèi)不同血管分支的運動特征。因此，心跳不一致以及心動周期、機架每周的共振點等這些影響多扇區(qū)重建的因素對其影響相對小[12]。此外，SSF的應用可拓寬前門控掃描的適用范圍，進一步降低CTCA輻射劑量。

在CTCA中應用SSF重建算法對不同心率病人進行檢查，與STD算法相比明顯提高了圖像質(zhì)量和可判讀性。尤其是在每支冠狀動脈水平及每個節(jié)段水平，SSF重建算法使每支冠狀動脈圖像質(zhì)量明顯提高，在每支冠狀動脈和每個節(jié)段水平提高了可判讀性。本研究中前瞻性掃描病例中SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每個節(jié)段水平的可判讀性比STD算法在3個評估水平的可判讀性分別提高了16.6%、10.0%和3.0%。在回顧性掃描病例中，45%期相SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每個節(jié)段水平的可判讀性比STD算法分別提高了26.7%、18.9%和7.4%，75%期相SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每個節(jié)段水平的可判讀性分別提高了20.0%、14.4%和4.3%，結(jié)果與范麗娟等[13]研究結(jié)果基本一致。

在本研究中，后門控掃描患者45%期相的SSF算法的圖像質(zhì)量在RCA水平高于75%期相的SSF算法重建圖像質(zhì)量，75%期相的SSF算法的圖像質(zhì)量在LAD水平高于45%期相的SSF算法的圖像質(zhì)量，LCX水平兩種期相無統(tǒng)計學差異。而在每例患者水平、每支血管水平、血管每個節(jié)段水平應用SSF算法，45%期相圖像質(zhì)量和可判讀性均高于75%期相。之所以出現(xiàn)上述結(jié)果，分析原因，可能是因為SSF算法對于RCA運動偽影的作用較LAD、LCX更為明顯。另外，無論是前門控還是后門控75%期相的圖像可判讀性，在患者評估水平STD算法和SSF算法均無統(tǒng)計學差異，在后門控45%期相兩者卻有統(tǒng)計學差異。分析這一結(jié)果的原因為在75%期相SSF的優(yōu)勢是提高LAD和LCX圖像質(zhì)量，而在45%期相SSF的優(yōu)勢是提高RCA的圖像質(zhì)量，同樣說明SSF對RCA的作用最明顯。

SSF算法是用來減少運動偽影或未對準偽影的新的方法，需要依賴于鄰近的心動周期數(shù)據(jù)來考察冠脈運動。在這方面，SSF重建CTCA需要類似于回顧性心電門控掃描，采集相鄰期相數(shù)據(jù)用于SSF重建。該算法直接靶向冠狀動脈特異運動，通過調(diào)節(jié)更需要調(diào)節(jié)區(qū)域的時間窗。因為這個方法特異于一個心動周期的運動，對于點對點的一致性、心率周期或者機架周期共振點限制多扇區(qū)（多心動周期）重建方面更有優(yōu)勢[14]。SSF可糾正高心率和（或）心率波動導致的冠狀動脈運動偽影，提高了高心率下CTCA的成功率和優(yōu)質(zhì)圖像率。在臨床實踐中，雖然大部分患者可通過使用β-受體阻滯劑對心率進行干預和控制，但部分個體對β-受體阻滯劑不敏感，少數(shù)患者可能存在用藥禁忌，掃描時對比劑的快速注入和機架旋轉(zhuǎn)的噪聲可能造成患者情緒波動以致心率變化，這些都可能導致檢查失敗或圖像質(zhì)量下降，而SSF可以解決這一部分患者的精準診斷問題[15]。

本研究存在一定的局限性：①本研究中的病例未進行X線冠狀動脈造影的金標準對照，診斷的準確性方面仍需進一步研究證實；②部分冠脈整體水平評為1分的病例 （前門控2例，后門控2例）經(jīng)SSF算法重建后圖像質(zhì)量未得到改善，均為LCX得分為1分所致，原因有待于進一步研究。

綜上所述，冠狀動脈SSF技術能夠明顯提高前瞻性心電門控和回顧性心電門控CTCA圖像質(zhì)量及可判讀性，其中對回顧性心電門控45%期相中RCA圖像質(zhì)量的改善作用最為明顯。

[1]Achenbach S.Computed tomography coronary angiography[J].J Am Coll Cardiol,2006,48(10):1919-1928.

[2]Leschka S,Wildermuth S,Boehm T,et al.Noninvasive coronary angiography with 64-section CT:effect of average heart rate and heart rate variability on image quality[J].Radiology,2006,241(2): 378-385.

[3]Hoffmann MH,Shi H,Manzke R,et al.Noninvasive coronary angiography with 16-detector row CT:effect of heart rate[J].Radiology,2005,234(1):86-97.

[4]Hirai N,Horiguchi J,Fujioka C,et al.Prospective versus retrospective ECG-gated 64-detector coronary CT angiography: assessment of image quality,stenosis,and radiation dose[J].Radiology,2008,248(2):424-430.

[5]中華放射學雜志心臟冠狀動脈多排CT臨床應用協(xié)作組.心臟冠狀動脈多排CT臨床應用專家共識 [J].中華放射學雜志，2011，45 （1）：9-17.

[6]Leipsic J,Labounty TM,Hague CJ,et al.Effect of a novel vendor-specific motion-correction algorithm on image quality and diagnostic accuracy in persons undergoing coronary CT angiography without rate-control medications[J].J Cardiovasc Comput Tomogr,2012,6(3):164-171.

[7]Wykrzykowska JJ,Arbab-Zadeh A,Godoy G,et al.Assessment of in-stent restenosis using 64-MDCT:analysis of the CORE-64 Multicenter International Trial[J].AJR,2010,194(1):85-92.

[8]Bongartz G,Golding SJ,Jurik AG,et al.Appendix C:European guidelines for multislice computed tomography.Report no.EUR 16262 EN.Contract no.FIGM-CT2000-20078-CT-TIP[M].Luxembourg:Office for Official Publications of the European Communities,2004:14.

[9]Nieman K,Rensing BJ,van Geuns RJ,et al.Non-invasive coronary angiography with multislice spiral computed tomography: impact of heart rate[J].Heart,2002,88(5):470-474.

[10]Kopp AF.Angio-CT:heart and coronary arteries[J].Eur J Radiol,2003,45(Suppl 1):S32-S36.

[11]Knez A,Becker CR,Leber A,et al.Usefulness of multislice spiral computed tomography angiography for determination of coronary artery stenoses[J].Am J Cardiol,2001,88(10):1191-1194.

[12]Brodoefel H,Reimann A,Burgstahler C,et al.Noninvasive coronary angiography using 64-slice spiral computed tomography in an unselected patient collective:effect of heart rate,heart rate variability and coronary calcifications on image quality and diagnostic accuracy[J].Eur J Radiol,2008,66(1):134-141.

[13]范麗娟，孫鳳偉.冠狀動脈追蹤凍結(jié)技術對不控制心率受試者CT冠狀動脈成像質(zhì)量的影響 [J].中華放射學雜志，2014，48（2）：105-108.

[14]Shreibati JB,Baker LC,Hlatky MA.Association of coronary CT angiography or stress testing with subsequent utilization and spending among Medicare beneficiaries[J].JAMA,2011,306(19): 2128-2136.

[15]高建華，陳曉霞.智能冠狀動脈運動追蹤平臺Snapshot Freeze在冠狀動脈CT血管成像中的應用[J].中國醫(yī)學影像技術，2014，30 （12）：1822-1826.

Improving CTCA image quality by using snapshot freeze technique under prospective and retrospective ECG-gating

ZHANG Ji-wang1,FAN Li-juan1,XU Dong-sheng1,DONG Zhi1,LI Xu1,ZHANG Li-ren1,YU Tie-lian2
(1.Department of Radiology,TEDA International Cardiovascular Hospital,Tianjin 300457,China; 2.Department of Radiology,Tianjin Medical University General Hospital,Tianjin 300052,China)

Objective:To assess snapshot freeze(SSF)motion correction algorithm for its value on image quality of computed tomography cornorary angiography(CTCA).Methods:Thirty patients underwent CTCA with prospective ECG-gating and 30 patients underwent CTCA with retrospective ECG-gating.Image quality and interpretability were compared between standard (STD)and SSF reconstructions algorithms.According to Likert 5-points score,score of every segment,branch and cases of patient were interpreted by two experienced radiologists.Results:Thirty patients underwent prospective ECG-gating CTCA and 30 patients underwent retrospective ECG-gating.In prospective ECG-gating group:SSF showed higher interpretability than STD on per-artery(97.8%(88/90)vs 87.8%(79/90),P=0.004)and per-segment level(99.1%(427/431)vs 96.1%(414/431),P=0.000).Image quality was higher with SSF than STD on per-patient(3.5±0.9 vs 2.9±1.2,P=0.004),per-artery(3.5±0.8 vs 3.1±1.0,P= 0.000)and per-segment levels(3.7±0.8 vs 3.4±1.0,P=0.000).In retrospective ECG-gating group:SSF showed higher interpretability than STD on per-patient(80.0%(24/30)vs 53.3%(16/30),P=0.039),per-artery(90.0%(81/90)vs 71.1%(64/90),P= 0.000),and per-segment levels(98.1%(413/421)vs 90.7%(382/421),P=0.000)of 45%R-R interval images.SSF showed higher interpretability than STD on per-artery(70.0%(63/90)vs 55.6%(50/90),P=0.02)and per-segment levels(82.7%(348/421)vs 78.4%(330/421),P=0.018).Image quality were higher with SSF than STD on per-patient(2.8±1.0 vs 2.1±1.2,P=0.013)(2.1±1.2 vs 1.6±1.0,P=0.026),per-artery(3.0±0.9 vs 2.4±1.0,P=0.000)(2.6±1.2 vs 2.2±1.2,P=0.000)and per-segment levels(3.3±0.9 vs 2.9±1.0,P=0.000)(2.9±1.2 vs 2.7±1.1,P=0.000)of 45%and 75%R-R interval images.Conclusion:SSF could improve the image quality and interpretability of CTCA with prospective and retrospective ECG-gating.Especially,SSF could improve the image quality on RCA by using the 45%R-R interval as the central phase with retrospective ECG-gating.

Tomography,spiral computed;Coronary angiography

R814.42；R814.43

A

1008-1062（2016）04-0252-05

2015-08-11；

2015-11-24

張計旺（1979-），男，河北人，主治醫(yī)師。E-mail：zhangjiwang80＠163.com

范麗娟，泰達國際心血管病醫(yī)院放射科，300457。E-mail：lijuanfan111＠163.com

濱海新區(qū)衛(wèi)生局重點支持科技項目（2013BWKZ008）。