前瞻性心电门控单心动周期256排CT成像图像质量影响因素

李 远，解学乾*，张 皓，王 毅，李念云，孟 捷，张贵祥

(1.上海交通大学附属第一人民医院放射科，2.心内科，上海 200080)

冠状动脉CT血管成像(coronary CTA, CCTA)常用于诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病(以下简称冠心病)[1-2]。前瞻性心电门控CCTA可在R-R间期中的特定相位触发扫描，有效降低幅射剂量，但对于高心率和心律不齐患者则降低了扫描成功率和图像质量，而前瞻性心电门控单心动周期扫描有望减少对心率的依赖。传统CT技术可实现对心率≤70次/分患者的单心动周期扫描[3-4]，也可用于部分高心率患者[5]。本研究采用256排宽探测器CT对低心率、高心率和心律不齐患者行单心动周期前瞻性心电门控CCTA扫描，比较其图像质量，并初步分析影响图像质量的因素。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2016年8月—10月在本院接受CCTA的208例患者，男57例、女151例，年龄34～85岁，平均(62.8±11.4)岁。纳入标准：有胸痛症状、体征且疑为冠心病，不限年龄、性别和心率；扫描前未服用β受体阻滞剂等控制心率的药物。排除标准：肾功能不全、冠状动脉阻塞、支架或旁路移植术后。208例患者分为低心率组(≤70次/分，n=87)，高心率组(>70次/分；n=38)和心律不齐组(扫描前5个心动周期内的心率变化>10次/分[6]，n=83)。患者一般资料见表1。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution 256排CT行前瞻性心电门控扫描。参数：准直器宽度256×0.625 mm，单次扫描宽度根据心脏大小设为12～16 cm，球管旋转时间280 ms，自动曝光控制技术根据年龄、体质量指数、定位图和图像噪声指数(noise index，NI；NI=25)等自动计算管电压和管电流(表1)。采用SnapShot Freeze (SSF)技术，于1个心动周期内完成扫描。以高压注射器经肘静脉以4.0～5.0 ml/s流率注射40～50 ml对比剂(碘必乐，370 mgI/ml)，之后以相同流率注射30 ml生理盐水，在升主动脉近端CT值达120 HU后8 s开始扫描。心率≤70次/分时采集R-R间期的70%～80%相位数据；>70～85次/分时采集R-R间期的40%～55%和70%～80%相位数据；>85次/分时采集R-R间期的40%～55%相位数据。

1.3 图像重建 常规相位：采用迭代重建模式(ASiR-V)，参数为50%；心率≤70次/分时重建75%相位，心率为>70～85次/分时重建45%和75%相位，心率>85次/分时重建45%相位。于常规相位两侧以2%步长共重建4～6组图像，层厚和间隔均为0.625 mm。

1.4 图像分析 由2名分别具有5和15年心血管诊断经验的医师对图像进行评分，并评估图像质量受损原因，意见不一时经协商决定。评价常规相位和邻近相位图像质量，选出冠状动脉运动伪影最小图像作为最优重建图像，并测量SNR、CNR及冠状动脉狭窄程度。

根据美国心脏协会心血管CT指南[7]，将冠状动脉分成18个节段，采用Likert评分系统评估每个冠状动脉节段的图像质量[8]：4分，优秀，无伪影，完全满足诊断；3分，良好，有很少伪影，可满足诊断；2分，尚可，适度伪影，可接受诊断；1分，差，不能诊断。将图像质量受损原因分为硬化线束伪影和冠状动脉运动伪影。SNR和CNR计算方法：测量直径>2 mm冠状动脉和邻近脂肪组织的平均CT值和标准差；SNR=冠状动脉平均CT值/冠状动脉标准差；CNR=(冠状动脉平均CT值-脂肪组织平均CT值)/脂肪组织标准差。冠状动脉狭窄程度计算方法：冠状动脉狭窄程度=冠状动脉最狭窄处/相邻两端正常横径均值×100%。

表1 3组患者一般资料

图1 患者男，56岁，心律不齐，平均心率102次/分 A.CCTA常规重建45%相位，右冠状动脉中段图像质量1分； B.CCTA最优重建49%相位，图像质量4分； C.心电门控图像示扫描前5个心动周期的心率为77～155次/分，最大心率变化为78次/分

1.5 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。以配对t检验比较常规相位与最优重建相位图像间SNR、CNR值，以χ2检验比较图像质量评分。采用单因素方差分析比较3组间客观测量值，以Kruskal-WalisH检验比较图像质量评分。使用单变量线性回归评估图像质量的影响因素，因变量分别为图像质量评分(1～4分)、SNR、CNR；自变量分别为体质量指数、平均心率、心率变异性、伪影类型(硬化线束为1和运动伪影为2)、心脏相位(常规为1和最优为2)和冠状动脉狭窄程度。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

208例中，105例(105/208，50.48%)最优重建相位与常规相位不同(图1)；103例(103/208，49.52%)最优重建相位与常规相位相同。

2.1 图像质量评分 共评估1 869个冠状动脉节段。常规相位1 869个冠状动脉节段，低心率组479个节段(479/599，79.97%)、高心率组301个节段(301/425，70.82%)、心律不齐组555个节段(555/845，65.68%)图像质量4分。最优重建相位1 869个冠状动脉节段，低心率组509个节段(509/599，84.97%)、高心率组353个节段(353/425，83.06%)、心律不齐组693个节段(693/845，82.01%)图像质量4分。常规相位中，高心率组2.59%(11/425)、心律不齐组5.44%(46/845)节段的图像质量1分，；最优重建相位中，3组均无图像质量为1分的图像(表2)。

最优重建相位图像质量评分3组间差异无统计学意义(H=2.688，P=0.261)。常规相位图像质量评分3组间差异有统计学意义(H=56.398，P<0.001)，低心率组图像质量评分高于高心率组、心律不齐组(P均<0.05)，见表3。

2.2 客观测量 测量208例患者中直径>2 mm的冠状动脉1 530个节段。3组中，常规相位与最优重建相位间CT值、SNR和CNR差异无统计学意义(P均>0.05)。常规相位及最优重建相位3组间的CT值、SNR和CNR差异无统计学意义(P均>0.05)。见表4。

表2 3组常规和最优重建相位不同图像质量评分的冠状动脉节段(个)

注：LAD：左前降支，包括第6～10节段；LCx：左回旋支，包括第11～15和18节段；RCA：右冠状动脉，包括1～4和16节段

表3 3组常规相位和最优重建相位冠状动脉节段图像质量评分(分)

表4 常规和最优重建相位冠状动脉图像质量测值

2.3 图像质量的影响因素 线性回归显示心脏相位和伪影类型为显著影响图像质量评分的因素(P均<0.001)，表5。

3 讨论

传统观点认为高心率和心律不齐均可降低CCTA图像质量，而既往指南不建议对此类患者进行检查[1]。虽然有学者发现使用传统宽探测器CT对心率≤69次/分和≥91次/分患者进行扫描时，图像质量差异无统计学意义[5]，但对心律不齐者进行扫描仍是挑战。使用传统宽探测器CT对心律不齐者进行CCTA时，对73%患者需采集2～4个心动周期的数据，才能重建出具备诊断质量的图像，而辐射剂量则平均升高1.8倍[9]。

前瞻性心电门控CCTA可有效降低辐射剂量。一项Meta分析[10]结果显示，前瞻性心电门控扫描的有效剂量可降至3.5 mSv，而使用回顾性扫描有效剂量为12.1 mSv[2]。前瞻性心电门控单次心动周期CCTA可进一步减少辐射剂量，低剂量扫描可用于心率<70次/分的患者[3-4]，但不控制心率的单次心动周期CCTA难度较高。Oda等[11]用传统宽探测器CT进行图像采集，需2个和3个心动周期才能完成对心率为75～90次/分和>90次/分患者的扫描。

前瞻性心电门控触发扫描需在冠状动脉运动相对较慢的相位曝光，但采集之前确定的曝光相位会受心律不齐的影响。本研究采用前瞻性心电门控多相位图像扫描和重建，可回顾性重建多相位图像，有助于识别较少运动伪影的图像，大幅度提高了高心率和心律不齐者的图像质量，为实现一次心动周期CCTA扫描技术构筑了基础。

表5 图像质量相关因素的线性回归分析

β受体阻滞剂等药物可用于降低心率、降低冠状动脉运动速度，但对一些患者属于禁忌或无明显效果[12]。虽然目前指南建议使用药物来控制心率[13]，但不依赖于药物的稳定、快速扫描对于改善患者临床体验和加快检查流程更为重要。

本研究的局限性：①为单中心研究，需增加多中心和大样本研究，以确认前瞻性心电门控单心动周期CCTA对于高心率和心律不齐者的临床应用价值；②本研究仅针对成人，在儿童和肥胖人群中还需进一步验证。

[参考文献]

[1] 心脏冠状动脉多排CT临床应用协作组.心脏冠状动脉多排CT临床应用专家共识.中华放射学杂志,2011,45(1):9-17.

[2] Hausleiter J, Meyer T, Hermann F, et al. Estimated radiation dose associated with cardiac CT angiography. JAMA, 2009,301(5):500-507.

[3] Chen MY, Shanbhag SM, Arai AE. Submillisievert median radiation dose for coronaryangiography with a second-generation 320-detector row CT scanner in 107 consecutive patients. Radiology, 2013,267(1):76-85.

[4] Fuchs TA, Stehli J, Bull S, et al. Coronary computed tomography angiography with model-based iterative reconstruction using a radiation exposure similar to chest X-ray examination. Eur Heart J， 2014,35(17):1131-1136.

[5] 汪芳,郝万庆,杨利莉,等.256排宽体探测器CT智能心电门控技术在不控制心率患者冠状动脉CTA中的应用.中国医学影像技术，2017，33(7):1080-1084.

[6] Andreini D, Pontone G, Mushtaq S, et al. Low-dose CT coronary angiography with a novel IntraCycle motion-correction algorithm in patients with high heart rate or heart rate variability.Eur Heart J Cardiovasc Imaging, 2015,16(10):1093-1100.

[7] Raff GL, Abidov A, Achenbach S, et al. SCCT guidelines for the interpretation and reporting of coronary computed tomographic angiography. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2009,3(2):122-136.

[8] 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 Cardiovasc Comput Tomogr, 2012,6(3):164-171.

[9] Kondo T, Kumamaru KK, Fujimoto S, et al. Prospective ECG-gated coronary 320-MDCT angiography with absolute acquisition delay strategy for patients with persistent atrial fibrillation. AJR Am J Roentgenol, 2013,201(6):1197-1203.

[10] Menke J, Unterberg-Buchwald C, Staab W, et al. Head-to-head comparison of prospectively triggered vs retrospectively gated coronary computed tomography angiography: Meta-analysis of diagnostic accuracy, image quality, and radiation dose.Am Heart J, 2013,165(2):154-163,e153.

[11] Oda S, Utsunomiya D, Yuki H, et al. Low contrast and radiation dose coronary CT angiography using a 320-row system and a refined contrast injection and timing method. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2015,9(1):19-27.

[12] Aggarwal A, Smith JL, Chinnaiyan KM, et al. β-Blocker premedication does not increase the frequency of allergic reactions from coronary CT angiography: Results from the Advanced Cardiovascular Imaging Consortium.J Cardiovasc Comput Tomogr, 2015,9(4):270-277.

[13] Rich ME, Utsunomiya D, Simprini LA, et al. Prospective evaluation of the updated 2010 ACCF Cardiac CT Appropriate Use Criteria. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2012,6(2):108-112.