劉卓, 王征, 洪楠, 張卓璐

隨著CT技術(shù)的發(fā)展，冠狀動脈CT血管成像(coronary computed tomography angiography， CCTA)已成為診斷冠狀動脈疾病(coronary artery disease，CAD)的重要影像學(xué)檢查方法[1]；然而，CCTA圖像中的偽影特別是冠脈運(yùn)動偽影成為影響圖像質(zhì)量的重要原因。提高成像時間分辨率是抑制運(yùn)動偽影的首要途徑，但由于硬件條件的制約，時間分辨率的提高受到限制。在時間分辨率一定的條件下，選擇最佳采集時間窗即在冠脈運(yùn)動最緩慢的時刻采集數(shù)據(jù)成為抑制運(yùn)動偽影的有效方法。另一方面，在最佳采集時間窗以外的時間減少曝光劑量甚至不曝光可以大幅降低受檢者所接受的輻射劑量[2-4]。因此，確定冠脈最佳成像期相隨心率分布的規(guī)律成為優(yōu)化采集時間窗、抑制冠脈運(yùn)動偽影、降低輻射劑量的關(guān)鍵[5-7]。本研究旨在探討CCTA的最佳重建期相，優(yōu)化采集時間窗，比較優(yōu)化采集時間窗掃描模式與全心動周期全劑量掃描模式的圖像質(zhì)量及輻射劑量。

材料與方法

1.病例資料

搜集以心功能分析為檢查目的而行全心動周期曝光模式的CCTA檢查者400例(A組)，確定最佳重建期相。以最佳重建期相的95%置信區(qū)間作為優(yōu)化的采集時間窗，即最佳重建期相平均值±標(biāo)準(zhǔn)差×2。400例受檢者(B組)應(yīng)用優(yōu)化的采集時間窗完成CCTA檢查。

2.檢查方法

CT檢查采用256排探測器CT (Revolution CT，GE Healthcare)，掃描范圍包括氣管分叉至心底。探測器Z軸掃描范圍可選擇12、14或16 cm，全部數(shù)據(jù)可在一個心動周期內(nèi)采集完成。掃描參數(shù)：球管旋轉(zhuǎn)速度為0.28 s/r，重建層厚、層間隔均為0.625 mm，管電壓、管電流由自動曝光控制系統(tǒng)決定，管電壓選擇100 kV或120 kV，管電流范圍為200～740 mA。噪聲指數(shù)(noise index，NI)選擇25 HU。

A、B兩組均采用以下對比劑注射方案：以5 mL/s的流率經(jīng)肘正中靜脈注射非離子型碘對比劑碘普羅胺( 370 mg I/mL) 50 mL。對比劑注射完成后以相同流率追加注射30 mL生理鹽水。采用對比劑智能觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)( region of interest，ROI) 位于氣管分叉層面的降主動脈，ROI內(nèi)CT值增加超過80HU后6s啟動掃描。A組采集時間窗為0～100%RR間期，即全心動周期全劑量曝光模式；根據(jù)A組最佳重建期相的統(tǒng)計結(jié)果優(yōu)化曝光時間窗，應(yīng)用于B組。

3.最佳重建期相的確定方法

最佳(冠脈運(yùn)動偽影最小)重建期相的確定包括兩個步驟：第一步，以5%的間隔重建0%～95%心動周期的20套圖像，并以主觀評價的方法從中挑選出最佳的一套；第二步，以第一步選出的最佳期相為中心，以1%的間隔重建其前后的各4個期相圖像(共8套圖像)。從這8套圖像及第一步選出的一套圖像共計9套圖像中挑選出一套最佳圖像，以此套圖像對應(yīng)的期相作為該病例冠脈成像的最佳重建期相。

4.圖像質(zhì)量評價

圖像質(zhì)量主觀評價：按照美國心臟協(xié)會15段分段標(biāo)準(zhǔn)，評價直徑超過2 mm的冠脈節(jié)段。圖像由兩位具備5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)師采用盲法進(jìn)行評價。閱片者對圖像質(zhì)量進(jìn)行獨(dú)立評分，采用4分制進(jìn)行評價: 1分，圖像質(zhì)量優(yōu)，冠脈無偽影；2分，圖像質(zhì)量良，冠脈輕度偽影，不影響診斷；3分，圖像質(zhì)量中，冠脈偽影明顯，但不影響診斷；4分，圖像質(zhì)量差，偽影嚴(yán)重，無法診斷。1～3分的圖像可用于診斷。各節(jié)段評分取最低值，記為該病例的最終得分。

圖像質(zhì)量客觀評價：于升主動脈根部設(shè)置ROI,記錄ROI內(nèi)CT值平均值及標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)。以標(biāo)準(zhǔn)差作為評價圖像噪聲水平的指標(biāo)，以信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)作為評價圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)，SNR=CT值平均值/SD。

5.輻射劑量

本研究討論的輻射劑量僅針對CCTA，不包括定位像、鈣化積分掃描等造成的輻射劑量。由于采集時間窗的寬窄僅影響容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)，不影響掃描范圍，因此討論輻射劑量時僅涉及CTDIvol，無需考慮劑量長度乘積(dose length product，DLP)和有效劑量(effective dose，ED)。

圖1 A組400例受檢者冠脈CT最佳重建期相按心率分布散點(diǎn)圖。

表2 圖像質(zhì)量主觀評分及CTDIvol (mGy)

6.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

A、B兩組的受檢者年齡、性別、體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P值均>0.05)。兩位觀察者間的一致性較好，K值=0.87。

A組400例受檢者的平均心率為(70.54±13.06) bpm(43～137 bpm)。最佳重建期相按心率的分布情況見圖1～4。心率<61 bpm的受檢者，最佳重建期相位于60%～90% RR間期；心率>75 bpm的受檢者，最佳重建期相位于30%～70% RR間期(圖1)。因此，選擇61 bpm、75 bpm作為分界點(diǎn)，將心率<61 bpm的受檢者納入低心率組(A1組)，心率介于61～75 bpm的受檢者納入中心率組(A2組)，心率>75 bpm的受檢者納入高心率組(A3組)。

低心率組最佳重建期相為(76±3)% RR間期(95%置信區(qū)間：70%～82% RR間期)；中心率組以60% RR間期為界，最佳重建期相位于(44±3)%及(76±3)% RR間期(95%置信區(qū)間38%～50%、70%～82% RR間期)；高心率組最佳重建期相為(48±5)% RR間期(95%置信區(qū)間38%～58%RR間期)。根據(jù)上述結(jié)果，取最佳重建期相的95%置信區(qū)間作為優(yōu)化的采集時間窗(圖2，表1)，應(yīng)用于B組檢查。

B組400例受檢者的平均心率為(70.38±13.05) bpm(42～149 bpm)，心率<61 bpm的受檢者納入B1組，心率介于61～75 bpm的受檢者納入B2組，心率>75 bpm的受檢者納入B3組。

A組的圖像質(zhì)量主觀評分為(1.52±0.65)分，B組為(1.51±0.63)分，兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-0.025，P=0.980)；A1組的圖像質(zhì)量主觀評分為(1.11±0.32)分，B1組的主觀評分為(1.08±0.27)分，兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-0.811，P=0.418)；A2組的圖像質(zhì)量主觀評分為(1.50±0.54)分，B2組為(1.57±0.55)分，兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-1.191，P=0.234)；A3組的圖像質(zhì)量主觀評分為(1.84±0.80)分，B3組為(1.74±0.76)分，兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-0.917，P=0.359，表2)。A組SNR值為15.76±3.70，B組為15.66±4.59，兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.333，P=0.739)。CTDIvol方面，B1組較A1組降低81%；B2組較A2組降低56%；B3組較A3組降低70%(表2)。

表1 最佳重建期相及最佳采集時間窗(% RR間期)

討 論

CCTA已經(jīng)成為診斷冠狀動脈疾病重要的影像學(xué)手段。隨著CT技術(shù)的提升，圖像質(zhì)量得到明顯改善，輻射劑量大幅降低[8,9]。然而電離輻射危害、高心率等因素的制約仍然是CCTA技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。抑制冠脈運(yùn)動偽影、降低輻射劑量始終是研究的重要方向。管電流心電門控技術(shù)是降低CCTA輻射劑量的有效手段[10-13]。在心動周期的某段時間內(nèi)，受檢者接受較高的管電流；在其它時間，受檢者接受較低的管電流(通常設(shè)置為最高劑量的20%)甚至完全不接受曝光。應(yīng)用管電流心電門控技術(shù)的前提是根據(jù)心率等情況設(shè)置合理的采集時間窗：在冠狀動脈運(yùn)動相對較慢的時間全劑量曝光，在冠狀動脈運(yùn)動相對較快的時間低劑量曝光或者不曝光。

圖2 低、中、高心率組最佳重建期相分布。a) 低心率組最佳重建期相； b) 中心率組最佳重建期相； c) 高心率組最佳重建期相。

圖3 高心率受檢者(77bpm)45%RR間期圖像優(yōu)于75%RR間期圖像。a)45%RR間期圖像；b)75%RR間期圖像。 圖4 低心率受檢者(59bpm)75%RR間期圖像優(yōu)于45%RR間期圖像。a)45%RR間期圖像；b)75%RR間期圖像。

掌握冠狀動脈的運(yùn)動規(guī)律是優(yōu)化采集時間窗、抑制冠脈運(yùn)動偽影、降低輻射劑量的關(guān)鍵。一個心動周期(RR間期)內(nèi)，有兩段冠脈運(yùn)動較慢的時間即相對靜止期，分別出現(xiàn)在舒張中末期及收縮末期。通常，慢心率者的冠脈運(yùn)動速度在舒張中末期低于收縮末期，因此舒張中末期冠脈運(yùn)動偽影相對較?。欢咝穆收吖诿}運(yùn)動速度在收縮末期低于舒張中末期，因此收縮末期冠脈運(yùn)動偽影相對較小。簡單來說，對于慢心率受檢者最佳成像時間通常位于舒張中末期，對于快心率受檢者最佳成像時間通常位于收縮末期[14-19]。

受成像時間分辨率的制約，既往研究中受檢者心率受到一定限制，多不超過100 bpm。本研究納入的受檢者，掃描時心率最高達(dá)到149 bpm，心率超過100 bpm者達(dá)23例。因此，通過分析上述病例計算出的最佳成像時間窗適用范圍更廣、說服力更強(qiáng)。本研究中最佳重建時相的選擇方法簡單有效，具有較大的適用范圍和較高的推廣價值。本研究結(jié)果顯示，低心率(<61 bpm)受檢者最佳成像時間位于舒張中末期(70%～82%)；中心率(61～75 bpm)受檢者最佳成像時間位于舒張中末期(70%～82%)或收縮末期(38%～50%)；高心率(>75 bpm)受檢者最佳成像時間位于收縮末期(38%～58%)。本研究的局限性：本研究為單中心研究，結(jié)論是否適用于其它類型的CT設(shè)備尚未可知，有待進(jìn)一步研究觀察；另外，本研究未涉及心率變化的情況，心率波動對最佳成像時間窗的影響有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，合理優(yōu)化采集時間窗，縮短曝光時間可大幅降低CCTA檢查的輻射劑量且不影響圖像質(zhì)量。