CT容积螺旋穿梭扫描定量评估冠状动脉循环时间的临床应用研究＊

王贵生 金 尧 赵经纬 刘 婷 陈晓霞,*

1.北京市解放军总医院第三医学中心放射诊断科 (北京 100039)

2.北京上地医院放射科 (北京 100084)

3.中国医学科学院北京协和医院肿瘤医院影像诊断科 (北京 100029)

4.首都医科大学附属北京佑安医院放射科 (北京 100069)

冠心病是当前威胁人类健康的重大疾病之一，在因冠心病相关症状而接受冠状动脉造影的患者中，20%～30%的患者并无明显的心外膜冠状动脉狭窄或闭塞[1]，这些症状被认为与冠状动脉微血管功能或结构异常有关，即冠状动脉微循环疾病(coronary microvascular disease，CMVD)[2]，现已成为当前心血管疾病防治领域的研究热点。冠状动脉造影(DSA)是诊断冠心病的“金标准”；心脏冠状动脉CT血管成像是诊断冠状动脉疾病的主要无创性检查工具[3]，但是以上两种方法均不能评估占冠脉循环95%的微小血管。虽然现阶段已有非侵入性成像技术[4]和侵入性检查技术，但均各有优缺点而在临床广泛应用于中受到限制，目前尚未有检查方法能够较为精确的显示具体的冠状动脉循环时间[5]。本研究拟采用GE64排CT容积螺旋穿梭扫描技术，精确采集心脏首过心肌灌注数据，精准测量对比剂在首过灌注周期内主动脉窦及冠状静脉窦完全充盈的达峰时间，继而两者相减计算出冠状动脉循环时间，为客观评价冠状动脉微循环功能，正确指导治疗、改善患者预后提供证据。

1 资料与方法

1.1 一般资料选取我院2018年1月至10月接受冠状动脉CT检查的冠状动脉循环时间测定招募者，设定病例组与正常组。病例组入组标准为明确糖尿病病史(糖尿病病史≥10年)且此前已经心脏冠状动脉CT检查确诊冠状动脉三支病变多发混合性斑块呈不同程度狭窄，存在冠状动脉微循环功能障碍可能性大，此次为行复查的招募者，最终入组50例；正常组入组标准为无冠心病症状、经检查冠状动脉无狭窄梗阻性病变的健康招募者，最终入组50例。分别收集性别、年龄、体重指数(BMI)、吸烟史、高血压病史、糖尿病史、血脂情况、心血管病家族史等，上述个人信息均采用问卷调查表的形式收集。剔除标准：冠状动脉支架植入术后；冠脉搭桥术后；冠状静脉引流畸形存在；CT增强检查禁忌症；碘对比剂禁忌症；房颤；重度心率不齐；心肾功能不全。本研究通过中心伦理委员会的审查并获得批准，所有受试者均签署了知情同意书。

1.2 应用设备及扫描方法采用GE Discovery CT750 HD进行冠状动脉扫描。检查前通过对患者的解释和疏导，缓解患者紧张情绪，并进行严格有效的屏气训练，心率控制在80次/分以下。患者取仰卧位双手上举，选取容积螺旋穿梭技术(volume helical shuttle)扫描模式进行扫描，采集静息状态下首过心肌灌注数据。扫描范围以能覆盖主动脉窦及冠状静脉窦的最小长度。使用双筒高压注射器经肘前静脉以5.0mL/s的流率注射非离子型对比剂(320mgI/mL 碘佛醇)20 mL，随后紧跟注射20mL生理盐水冲刷，注射后12秒开始扫描，根据动静脉循环时间经验值，volume helical shuttle扫描模式的扫描时间设定为30秒(实际扫描时间依据扫描范围大小，在29秒-31秒之间，为CT扫描机自动计算所得)。扫描参数：探测器宽度4cm，球管旋转时间为0.4秒/周，管电压80kV,管电流120mA。扫描结束后得到若干序列图像，每一序列称为一个pass，即CT扫描床一次单程穿梭扫描；volume helical shuttle扫描模式所得序列数目按照扫描范围大小自动计算得出。helical shuttle mode扫描结束后，患者不下检查床，根据患者心率、体重选择相应的冠状动脉扫描模式，进行常规冠脉CTA扫描。

1.3 图像处理和数据测量volume helical shuttle扫描数据进行薄层后重建，为保证密度分辨率，将图像重建为2.5mm层厚，重建后将图像传至GE AW4.7工作站。选择工作站中volume viewer功能，在每个pass的主动脉窦及冠状静脉窦分别画感兴趣区(ROI)并测量CT值。所有pass按照相同方式测量结束后，记录主动脉窦CT值(见图1A)最高的pass时间，记录冠状静脉窦CT值(见图1B)最高的pass时间，将二者相减，记录为冠状动脉微循环时间。

图1A 箭号所指为主动脉窦达峰ROI。图1B 箭号所指为冠状静脉窦达峰ROI。

1.4 辐射剂量记录每位患者的CT容积剂量指数(CT dose index volume，CTDI-VOL) 和剂量长度乘积(dose-length product，DLP)，计算有效剂量(ED) :ED(mSv)=DLP × 转换系数k,[k成人=0.014 mSv/(mGy·cm) ]。

1.5 统计学分析所有数据均采用SPSS 20.0统计软件进行处理。计量资料用均数±标准差表示，两组间比较采用t检验；计数资料用百分比表示，两组间比较使用卡方检验，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 扫描有效辐射剂量心脏冠状动脉CT成像联合容积螺旋穿梭扫描总辐射剂量为(9.08±2.25)mSv。

2.2 两组患者临床基线资料结果比较与正常组相比，病例组的高血压发病率(38%)、血脂异常发生率(46%)较高，二者差异具有统计学意义(P＜0.05)。正常组和病例组在年龄、性别、是否吸烟、体重指数、心血管病家族史发生率方面比较，其差异无统计学意义(P＞0.05)(见表1)。

2.3 两组患者冠状动脉循环时间定测比较统计结果分析显示，病例组的冠状动脉循环时间为(12.09±2.35)秒，正常组的冠状动脉循环时间为(11.18±1.95)秒，两组比较其差异具有统计学意义(P＜0.05)(见表1)。

表1 病例组与正常组临床基线资料及冠状动脉循环时间比较

3 讨论

3.1 冠状动脉微血管疾病的临床基础冠状动脉微循环微血管疾病(coronary microvascular disease,CMVD)是许多心脏疾病的重要病理生理机制，其是指在多种致病因素的作用下，冠状动脉前小动脉个小动脉结构和(或)功能异常所致的劳力性心绞痛或心肌缺血客观证据的临床综合症，1973年，Kemp HG 首次将此种疾病命名为X综合征[6]。

冠状动脉循环系统由外部的心外膜下冠状动脉、中间部分的前小动脉、位于远端部分的小动脉这三部分构成。心外膜下冠状动脉直径大于500μm，这部分血管几乎不对血流产生阻力；前小动脉直径约为100-500μm，对血流产生微小的阻力，小动脉血管内经小于100μm，根据心肌代谢的需求调节血管张力和血流量，是血流阻力的主要产生部位。前小动脉和小动脉共同构成了冠状动脉微循环。基于不同解剖结构的血管对于冠状动脉循环压力和时间作用的不同，冠状动脉循环时间的异常，主要来自于其微循环结构及功能异常，而心外膜下冠状动脉的异常对冠状动脉循环时间影响微乎其微，因此，冠状动脉循环时间也可被视为冠状动脉微循环时间，从而作为评价冠状动脉微循环异常的指标之一。

3.2 冠状动脉微循环评价技术概述正确、直观的评价冠状动脉微循环状态，是正确诊断冠状动脉微循环血管疾病的前提。目前临床各种检测冠状动脉微循环方法各有优劣，现阶段非侵入性冠状动脉微血管评价方法有：(1)经胸多普勒超声心动图(TTDE)间接测量冠状动脉血流速度[7]；(2)心肌声学造影(MCE)计算心肌血流量(MBF)，半定量评估CMVD[8]；(3)正电子发射计算机断层成像(PET)准确计算每克心肌单位时间的充血及静息状态下的MBF比值。(4)心脏磁共振(CMR)采集首过心肌灌注显像可以定量测量静息和充血状态的 MBF[9]。侵入性冠状动脉微血管评价方法有：(1)TIMI 心肌灌注帧数法(TIMI myocardial perfusion frame count，TMPFC)，其测定对比剂进入心肌至排空所需的帧数，进而换算成冠状静脉窦充盈时间，较为直接、快捷的评价冠状动脉循环时间[10]；(2)微循环阻力指数(index of microcirculatory resistance，IMR)；还有尚处于研究阶段的充血微循环阻力(hyperemic microvascular resistance，HMR)[11]和充血期绝对冠状动脉流量(absolute coronary blood flow，ABF)[12]。

3.3 CT容积螺旋穿梭扫描定量评估冠状动脉微循环时间的临床价值在上述评价方法中，TIMI 心肌灌注帧数法(TIMI myocardial perfusion frame count，TMPFC)由Haridasan等[13]在2013年首次论述。在冠状动脉造影患者术中，主动脉窦对比剂最大充盈时间至冠状静脉窦完全充盈的时间差可提示冠状动脉微循环充盈时间(CSFT)，从而提出CSFT定义为主动脉窦充分显影至冠状静脉窦充分显影的帧计数，并可作为一种简单有效的评估冠状动脉微循环功能的参数，这也是目前现有冠状动脉微循环评价方法中唯一使用具体时间作为评价结果的方法。其后我国学者巢胜吾[14]等将CSFT计数的最末帧数调整为冠状静脉窦开始显影的帧数，完善了这一评价方法并进行了初步验证。

CT容积螺旋穿梭扫描模式，其实质是收集静息态CT首过心肌灌注成像数据。心肌灌注指流经心肌组织内冠状动脉血管网的血流，即从小动脉流入经毛细血管至静脉流出的血流，是完整的冠状动脉循环过程，受TIMI 心肌灌注帧数法测量冠状动脉微循环充盈时间(CSFT)的提示，我们利用CT容积螺旋穿梭扫描技术收集静息态CT首过心肌灌注成像数据，测量单个冠状动脉循环过程时间，即：记录碘对比剂自主动脉窦达峰时间至冠状静脉窦完全充盈达峰时间的时间差，即可视为冠状动脉循环时间，进而对冠状动脉微血管循环状态进行评价。本研究中，在选择病例组方面，糖尿病是公认的心血管病危险因素之一，糖尿病患者常发生冠状动脉微循环功能障碍，其常与糖尿病冠状动脉狭窄同时存在或者先于其发生[15]，故选取有明确糖尿病病史、此前已经心脏冠状动脉CT检查确诊冠状动脉三支病变多发混合性斑块呈不同程度狭窄，存在冠状动脉微循环功能障碍可能性大的为病例组，该组冠状动脉循环时间为(12.09±2.35)秒，正常组的冠状动脉循环时间为(11.18±1.95)秒，两组比较其差异具有统计学意义(P＜0.05)，这也初步证实了这种方法的可行性。本研究还存在不足之处，由于样本量有限，测定的正常组冠状动脉循环时间尚不能认为具有普遍代表性；虽然本研究中病例组的冠状动脉循环时间虽较正常组为延长，但是在不同病因所致的冠状动脉微循环功能障碍疾病中，冠状动脉循环时间延长还是缩短，应在不同病因的基础上更大样本、更精确分类。这也将是今后研究的方向。在进行图像后处理时，感兴趣区ROI的选择也受人因可靠性的影响，即不同测量者可能勾画的区域有所偏差，在今后的研究中应加强对测量人员的培训，尽量保证测量的一致性及准确性，减少这方面误差。

国际公认的64 排CT 应用于心脏冠状动脉血管成像(coronary CT angiography，CCTA)已经超过10 年，目前已经成为诊断冠状动脉疾病的主要无创影像学工具。近年来CT 设备成像能力进一步提升，CCTA 图像质量进一步提高，而患者的辐射剂量大幅降低[16]。单纯冠状动脉形态学方面的诊断难以满足临床需求，随着影像技术的飞速发展，以256排160mm宽体探测器CT机为代表的后超高端CT提供的一站式心脏冠状动脉CT成像+心肌灌注的检查模式也已经应用临床，但受各种条件所限，后超高端CT机绝大多数装机在级别较高医院。本研究使用目前装机数量较多、使用较为普遍的GE64排CT机，选择其volume helical shuttle模式采集相应数据，为64排CT机实行一站式心脏冠状动脉CT成像+CT容积螺旋穿梭扫描检查模式以评价冠状动脉微循环功能提供了方法和思路。