何拓，姚悅，王少彤，向穎，丁墩，李曉會

西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，陜西 西安 710004

[關(guān)鍵字] 計算機(jī)斷層掃描；冠狀動脈CT血管成像；智能追蹤觸發(fā)法；透視觸發(fā)；圖像質(zhì)量

引言

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病的發(fā)病率和致死率逐年增高[1]，且呈現(xiàn)低齡化趨勢[2]，早期診斷對改善冠心病預(yù)后有著非常重要的意義[3-4]。冠狀動脈CT血管成像（Coronary Computed Tomography Angiography，CCTA）因其無創(chuàng)、簡便易行、能夠良好顯示冠狀動脈等特點已經(jīng)成為診斷冠心病的主要檢查手段。在CCTA檢查中，由于患者的心率和心輸出量存在個體差異，對比劑的注入時間對圖像質(zhì)量有很大影響，因此研究者們通過調(diào)整對比劑注射開始和數(shù)據(jù)采集之間的時間間隔，實現(xiàn)最佳的對比劑峰值捕捉效果和最佳的圖像質(zhì)量，常用的如通過經(jīng)驗值法、小劑量測試法以及智能追蹤觸發(fā)等方法進(jìn)行對比劑的峰值捕捉[5]。在CCTA檢查中，經(jīng)驗值法因其主觀性較強(qiáng)且具有較大誤差目前很少采用，小劑量測試法雖然對比劑峰值捕捉效果最準(zhǔn)確，但其增加了對比劑用量及輻射劑量、延長了檢查時間，因此臨床工作中也較少采用。目前臨床中最為常用的是智能追蹤觸發(fā)法，但也存在一定的局限性。智能追蹤觸發(fā)法依賴固定的觸發(fā)閾值及固定的觸發(fā)后延遲時間，因此不能避免因患者血液循環(huán)差異帶來的峰值捕捉不確定性問題，尤其是智能追蹤觸發(fā)法并不能消除根據(jù)年齡、心率、體重等制定的個體化對比劑注射方案對峰值捕捉效果的影響，從而出現(xiàn)掃描失敗或者圖像質(zhì)量不能滿足診斷要求等情況[6]。因此，如何實現(xiàn)對比劑峰值的精準(zhǔn)捕捉、最大化提高CCTA圖像質(zhì)量是臨床工作中面臨的重要問題。本研究旨在探索應(yīng)用雙感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）透視觸發(fā)掃描實現(xiàn)對比劑峰值的精準(zhǔn)捕捉進(jìn)而提高CCTA圖像質(zhì)量的可行性。

1 材料與方法

1.1 研究對象

前瞻性連續(xù)納入2020年12月至2021年3月在西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院影像科行CCTA成像患者共100例。使用隨機(jī)數(shù)字表法分成實驗組（雙ROI透視觸發(fā)組）和對照組（智能追蹤觸發(fā)組），每組50例。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準(zhǔn)且所有患者均獲得知情同意告知。

納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床擬診冠心??；體檢患者；年齡≥18周歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：對比劑過敏者；心臟解剖結(jié)構(gòu)異常者（房間隔缺損、室間隔缺損等）；有起搏器、封堵器、人工瓣膜植入物者；掃描過程中發(fā)生對比劑外滲者；掃描過程中對比劑及生理鹽水注射速率未達(dá)到設(shè)定值者。

1.2 檢查方法

1.2.1 檢查設(shè)備

采用256排CT（Revolution CT，GE Healthcare）前門控掃描進(jìn)行CCTA掃描。掃描條件：100 kVp，Smart mA（450～720 mA），探測器寬度16 cm，轉(zhuǎn)速0.35 s/r（心率≤80 次/min）或0.28 s/r（心率＞80 次/min），軸掃模式，掃描范圍為氣管分叉下1 cm至膈頂。

1.2.2 對比劑注射方案

采用碘海醇350 mgI/mL× 100 mL注射液（通用電氣藥業(yè)〔上海〕有限公司），根據(jù)患者的BMI不同采用個性化對比劑注射方案[7]，見表1。

表1 對比劑注射方案

1.2.3 掃描方法

所有患者檢查前均進(jìn)行呼吸訓(xùn)練。對照組采用智能追蹤觸發(fā)掃描，觸發(fā)閾值設(shè)為75 HU，ROI置于胸主動脈，達(dá)到閾值后延遲5.5 s同時囑患者屏氣后掃描（圖1a）。實驗組患者采用雙ROI透視觸發(fā)掃描的方法手動啟動掃描，將動態(tài)透視層面置于右肺動脈干水平，ROI-1置于右肺動脈干，ROI-2置于降主動脈，ROI的面積均≥10 mm2，關(guān)閉自動觸發(fā)。對比劑注射后延遲5 s開始動態(tài)監(jiān)測，并在同一層面繪制ROI-1和ROI-2的時間-密度曲線。ROI-1時間-密度曲線呈現(xiàn)先升后降的趨勢，ROI-2的時間密度曲線呈現(xiàn)平臺-升高的趨勢，待兩支曲線相交時手動啟動掃描，延遲3.1 s同時囑患者屏氣后曝光（圖1b）。

圖1 2組患者的掃描方法示意圖

1.3 圖像重建

所有圖像數(shù)據(jù)均使用Detail算法重建時間增強(qiáng)序列，ASiR-V混合權(quán)重選擇30%，重建矩陣為512×512、層厚0.625 mm；將重建后圖像傳輸至后處理工作站（AW4.7 Advantage Workstation，GE Healthcare）， 進(jìn) 行 容 積 再現(xiàn)（Volume Rendering，VR）、 曲 面 重 建（Curved Planar Reformation，CPR）、最大密度投影（Maximal Intensity Projection，MIP）等處理。

1.4 圖像質(zhì)量評價

1.4.1 主觀評價

所有圖像由兩位高年資影像科醫(yī)師按照國際心血管CT協(xié)會2014年發(fā)布的冠狀動脈分段體系進(jìn)行分段[8]，將存在線束硬化偽影無法評估圖像質(zhì)量的冠狀動脈節(jié)段剔除，將剩余的冠狀動脈節(jié)段采用雙盲法進(jìn)行Likert 5分制評價，對兩位醫(yī)師的評分結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗，若評分一致性良好則將兩位醫(yī)師的評分結(jié)果取平均值作為最終評分，若主觀評分一致性不佳則由第三名高年資醫(yī)師對圖像進(jìn)行評分。Likert 5分，冠狀動脈各節(jié)段顯示清晰，管腔充盈良好，無運動偽影；Likert 4分，冠狀動脈各段基本顯示清晰，管腔充盈較好，僅主要冠狀動脈部分節(jié)段有輕微運動偽影；Likert 3分，冠狀動脈各節(jié)段顯示尚可，管腔充盈情況一般，主要冠狀動脈有一半以上的節(jié)段有偽影；Likert 2分，冠狀動脈節(jié)段勉強(qiáng)可以顯示，管腔充盈不良，主要冠狀動脈全段都具有不同程度的運動偽影；Likert 1分，冠狀動脈未充盈或不能顯示，主要冠狀動脈模糊且無法辨認(rèn)。圖像質(zhì)量小于3分者判定為掃描失敗，不能滿足診斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.4.2 客觀評價

實驗組及對照組均在左冠狀動脈開口層面的主動脈根部、右冠狀動脈主干、左冠狀動脈主干管腔內(nèi)放置ROI，避開鈣化、斑塊、冠狀動脈支架及血管邊緣，ROI面積均不小于10 mm2，測量其CT值、噪聲值（Standard Deviation，SD）；并測量同層面脂肪及肌肉的CT值、SD值，ROI面積約100 mm2，所有ROI均測量3次，取3次測量的平均值作為最終結(jié)果；分別計算血管信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。SNR=管 腔 內(nèi) CT值 /脂 肪 噪 聲 值 ；CNR=（管腔內(nèi)CT值-肌肉CT值）/脂肪噪聲值。同時記錄每例掃描的劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）及CT劑量指數(shù)（CT Dose Index Volume，CTDIvol），并計算有效輻射劑量（Effective Does，ED）：ED (mSv)=DLP (mGy·cm)×0.014 mSv/(mSv·cm)[9]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

本研究所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計。所有計量資料數(shù)據(jù)均使用Shapiro-Wilk檢驗方法進(jìn)行正態(tài)性驗證，對于符合正態(tài)性分布的計量資料數(shù)據(jù)使用兩獨立樣本t檢驗進(jìn)行比較，對于不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)使用非參數(shù)秩和檢驗進(jìn)行比較，檢驗水準(zhǔn)α取0.05，雙側(cè)檢驗。兩名高年資醫(yī)師對圖像的主觀評分首先使用Kappa系數(shù)進(jìn)行一致性檢驗，然后采用非參數(shù)秩和檢驗對其主觀評分的平均值進(jìn)行比較。Kappa值為0～0.20表示一致性極低，0.21～0.40表示一致性一般，0.41～0.60表示中等一致性，0.61～0.80表示高度的一致性，0.81～1.0表示幾乎完全一致。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

本研究最終共納入88例患者，其中實驗組43例，對照組45例。有4例患者出現(xiàn)對比劑外滲被排除，3例患者因心臟內(nèi)有金屬植入物被排除，2例患者因存在房間隔缺損被排除，1例患者因存在對比劑過敏被排除，2例患者因?qū)Ρ葎┳⑸鋾r未達(dá)到設(shè)定的流速被排除。兩組患者的臨床資料及ED的比較如表2所示，ED因不服從正態(tài)分布使用Mann-Whitney U檢驗分析。除實驗組與對照組的生理鹽水注射量差異有統(tǒng)計學(xué)意義外（P=0.018，t=2.416），其余基本資料均無統(tǒng)計學(xué)差異。實驗組和對照組的ED無顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。

表2 兩組患者的基本資料及ED對比（±s）

表2 兩組患者的基本資料及ED對比（±s）

注：a使用獨立樣本t檢驗，b使用非參數(shù)秩和檢驗。

參數(shù) 對照組 (n=45)實驗組 (n=43)P值 t/Z值年齡/歲 54.60±11.70 58.63±12.78 0.127 -1.54a性別/ (男/女) 28/17 23/20 - -體質(zhì)指數(shù)/ (kg/m2) 25.57±3.83 25.40±3.08 0.821 0.227a心率/ (次/min) 74.62±13.19 72.00±14.29 0.374 0.893a對比劑用量/mL 42.20±5.53 41.49±4.68 0.518 0.650a生理鹽水量/mL 41.16±6.06 38.40±4.60 0.018 2.416a注射速率/(mL/s) 4.21±0.55 4.12±0.44 0.408 0.831a DLP/ (mGy·cm) 302.30±116.77 282.94±66.33 0.121 0.414a CTDIvol 32.53±8.24 34.04±4.53 0.882 0.366a ED/mSv 4.23±1.63 3.96±0.93 0.754 0.314b

2.2 主觀評價

兩名影像診斷醫(yī)師對所有圖像的評分高度一致（Kappa=0.761）。Mann-Whitney U檢驗結(jié)果顯示兩組圖像主觀評分[對照組（3.89±0.86）分，實驗組（4.26±0.78）分]存在統(tǒng)計學(xué)差異（Z=2.092，P=0.036），見表3。

表3 兩位影像診斷醫(yī)師的主觀評分

2.3 客觀評價

對所有計量資料使用Shapiro-Wilk檢驗方法進(jìn)行正態(tài)性驗證，除主動脈根部CT值、左冠狀動脈CT值因不服從正態(tài)分布使用Mann-Whitney U檢驗外，其余數(shù)據(jù)均服從正態(tài)分布，使用獨立樣本t檢驗進(jìn)行比較。實驗組主動脈根部、左冠狀動脈主干的CT值、SNR及CNR均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），實驗組圖像的客觀評分更高。但二者右冠狀動脈主干的CT值、SNR及CNR無明顯統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），見表4。

表4 兩組圖像質(zhì)量客觀評價比較

3 討論

CCTA對于冠心病的早期發(fā)現(xiàn)和診斷有重要意義[10]。研究表明，冠狀動脈血管內(nèi)具有足夠高且均一穩(wěn)定的CT值對于病變具有更好的診斷敏感度及特異度[8,11-15]。傳統(tǒng)CCTA采用智能追蹤的方法僅在主動脈內(nèi)放置單個ROI且采用恒定閾值自動觸發(fā)，難以適應(yīng)不同循環(huán)狀態(tài)的患者，通常需要采取增加對比劑劑量的辦法來延長峰值時間以保證圖像質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示采用雙ROI透視觸發(fā)進(jìn)行CCTA掃描獲得的圖像客觀評分均高于對照組，該方法提高了冠狀動脈的成像質(zhì)量。

雙ROI透視觸發(fā)不設(shè)置固定的觸發(fā)閾值，對比劑進(jìn)入和退出時間與患者的個體循環(huán)狀態(tài)是相關(guān)聯(lián)的，因而不同患者從開始注射對比劑到啟動掃描的延遲時間也是一個隨著患者個體循環(huán)狀態(tài)改變而變化的值[16]。Tatsugami等[17]的研究也證實了這一點，在肺動脈和升主動脈中各放置一個ROI可以減少不同個體間強(qiáng)化程度的變異性。與本文采取的實驗方法不同，Kai等[18]的雙ROI觸發(fā)方案是在肺動脈干和升主動脈內(nèi)分別放置ROI，當(dāng)肺動脈內(nèi)ROI的CT值達(dá)到閾值時囑患者屏氣，當(dāng)主動脈內(nèi)CT值達(dá)到所設(shè)定的閾值時啟動掃描。與本研究相同的是都通過減少達(dá)到閾值后的延遲時間起到對血管強(qiáng)化程度的“錨定”作用，從而提高圖像質(zhì)量、縮小不同患者之間的強(qiáng)化差異度。但Kai等[18]的方法延長了患者的屏氣時間，對于肺功能較差的患者成像存在一定的局限性。

本研究中雙ROI觸發(fā)法經(jīng)比較可以顯著提高主動脈根部、左冠狀動脈主干的CT值、SNR、CNR及右冠狀動脈的CT值，但對右冠狀動脈的圖像質(zhì)量提高效果并不顯著，這可能與以下兩個因素有關(guān)：首先實驗組的SNR、CNR雖略高于對照組，但差異不顯著，這可能與樣本量較小有關(guān)；其次，由于超過70%的人冠狀動脈為右優(yōu)勢型[19]，導(dǎo)致右冠狀動脈的灌注要好于左冠狀動脈，這一點也會縮小實驗組與對照組右冠狀動脈之間的差異。實驗組的生理鹽水注射量要略微小于對照組，這可能是由于實驗組的患者BMI稍小于對照組的患者，在實際的實驗過程中實驗組及對照組均是按照統(tǒng)一的注射方案進(jìn)行注射，不會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響。本研究中實驗組及對照組均存在因掃描技術(shù)原因?qū)е聶z查失敗的案例。經(jīng)過回顧分析發(fā)現(xiàn)，對照組掃描失敗的案例大多發(fā)生在心功能不全的患者中，掃描失敗的原因主要與觸發(fā)時相有關(guān)。對于心功能較差的患者，其動態(tài)監(jiān)測ROI內(nèi)的時間-密度曲線呈現(xiàn)緩慢爬升的狀態(tài)且對比劑峰值常低于一般患者，導(dǎo)致在時間-密度曲線達(dá)到所設(shè)定的掃描啟動閾值并經(jīng)過已設(shè)定的延遲時間后，目標(biāo)血管內(nèi)的CT值還處于上升階段或是已經(jīng)開始回落，最終導(dǎo)致檢查失敗[20]。其次，本研究所使用的16 cm寬體探測器對冠狀動脈的掃描速度非?？欤^大多數(shù)患者在0.5～0.7 s內(nèi)即可完成全心范圍掃描，相較于其他需要數(shù)秒時間來采集多個心動周期進(jìn)行冠狀動脈成像的機(jī)型而言，極短的掃描時間也限制了對比劑在掃描過程中繼續(xù)充盈血管從而共同導(dǎo)致血管內(nèi)CT衰減值達(dá)不到臨床診斷要求。實驗組因其同時監(jiān)測冠狀動脈的流入及流出端，很好地避開了心功能異?；颊叩难h(huán)問題。但是由于血管搏動的影響，肺動脈內(nèi)的ROI并非隨時都能處于血管腔內(nèi)，因此在實際的動態(tài)監(jiān)測過程中觀察到的時間-密度曲線常呈現(xiàn)小范圍的波動，而不是一條走向平滑的曲線。實驗組中不能滿足臨床診斷的病例則是操作者在實驗初期對時間-密度曲線判讀不準(zhǔn)確導(dǎo)致提前或延后觸發(fā)掃描導(dǎo)致的。

本研究中存在的主要不足在于雙ROI觸發(fā)的掃描方法中肺動脈干層面的選擇、動態(tài)監(jiān)測過程中時間-密度曲線的判讀以及啟動掃描時機(jī)的選擇均需由人工完成，具有一定的主觀性，但本研究中并未將該因素納入考慮。本研究采用的雙ROI觸發(fā)方法也存在一定的局限性：① 樣本量較小，后期需要擴(kuò)大樣本量繼續(xù)研究；② 入組病例中，高齡、大體重、心律失常的特殊類型的個案較少，雙ROI觸發(fā)掃描法是否能在特殊患者CCTA中推廣有待進(jìn)一步驗證；③ 雙ROI透視的方法對掃描設(shè)備有一定的要求，部分設(shè)備的操作軟件可能不支持在動態(tài)監(jiān)測層面內(nèi)繪制1個以上的ROI，這或許對本研究的推廣有一定的限制。由于對噪聲指數(shù)有所要求，本研究所采用的Smart mA范圍較高，導(dǎo)致未能有效降低ED，后續(xù)研究可以進(jìn)一步探討雙ROI透視觸發(fā)的方法在降低ED方面的應(yīng)用。另外還可以在后續(xù)研究中繼續(xù)對流入端和流出端ROI的放置位置進(jìn)行探索和比較，以期發(fā)現(xiàn)更加便于尋找、增強(qiáng)效果更穩(wěn)定的動態(tài)監(jiān)測區(qū)域。

4 結(jié)論

雙ROI透視觸發(fā)掃描在CCTA檢查中能夠?qū)崿F(xiàn)可視化觸發(fā)掃描，并可有效提高冠狀動脈成像質(zhì)量，在臨床中具有潛在應(yīng)用價值。