高心率兒童冠狀動脈成像追蹤凍結(jié)技術(shù)的臨床應(yīng)用

李昊巖，孫記航，段曉岷，劉 勇，劉道永，胡 迪，曹永麗，于 彤，彭 蕓

(國家兒童醫(yī)學(xué)中心 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京兒童醫(yī)院影像中心，北京 100045)

冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography， CCTA)已成為篩查兒童冠狀動脈先天畸形等冠狀動脈疾病的常用影像學(xué)手段[1-2]。兒童心率快，導(dǎo)致運動偽影增加，使圖像質(zhì)量下降，甚至無法滿足診斷[3]。高心率條件下，12%冠狀動脈節(jié)段達(dá)不到可診斷水平[4]，如何在較低輻射劑量條件下減少高心率時CCTA的運動偽影一直是研究熱點。作為一種圖像后處理算法，冠狀動脈追蹤凍結(jié)(snapshot freeze， SSF)技術(shù)在成人64排CT中可去除運動偽影[5]。本研究探討寬體探測器和冠狀動脈SSF技術(shù)對高心率患兒CCTA圖像質(zhì)量的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 連續(xù)收集2018年4月—7月于本院接受CCTA的50例高心率患兒，男25例，女25例，月齡1～192個月，平均(76.8±56.1)個月；體質(zhì)量指數(shù)13.44～28.04 kg/m2，平均(18.16±3.73)kg/m2。患兒因心肌炎、心律不齊、運動后乏力等原因就診，需行CT進(jìn)一步篩查是否存在冠狀動脈發(fā)育畸形或明確川崎病診斷。納入心率≥75次/分患兒，排除心率≥140次/分及有嚴(yán)重心、腎功能損害患兒。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審查通過，監(jiān)護(hù)人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution 256寬體CT掃描機。使患兒仰臥，雙臂上舉過頭，自由呼吸；對不能配合掃描者給予口服鎮(zhèn)靜藥，待其安靜入睡后掃描。采用前瞻性心電門控軸位掃描，曝光時不移動掃描床，在1個心動周期內(nèi)完成采集。根據(jù)患兒體型，探測器寬度可選擇100、120、140或160 mm。管電壓、管電流均采用自動調(diào)制技術(shù)，管電壓調(diào)節(jié)范圍包括80、100 kV，管電流調(diào)節(jié)范圍為200～500 mA。預(yù)計噪聲指數(shù)22，機架掃描轉(zhuǎn)速0.28 s/rot。根據(jù)患兒體質(zhì)量確定對比劑種類及用量[6]，3～20 kg使用非離子型對比劑碘克沙醇(320 mgI/ml)，>20 kg使用非離子對比劑碘海醇(350 mgI/ml)；體質(zhì)量<5 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×1.3，5～10 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×1.2，>10～20 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×1.1，>20～30 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×1.0，>30～40 kg對比劑用量=體質(zhì)量×0.9，>40～50 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×0.7，>50 kg時對比劑用量=體質(zhì)量×0.6。采用雙筒高壓注射器經(jīng)靜脈團(tuán)注對比劑，流率0.5～5.5 ml/s，于8 s內(nèi)注射完畢，隨后注射8～20 ml生理鹽水，4 s內(nèi)注射完畢。采用智能觸發(fā)技術(shù)，ROI位于氣管杈下一個椎體層面的降主動脈，CT值達(dá)220 HU后延時3.5 s啟動掃描。

采用智能心電門控技術(shù)(Auto-ECG-gating)判斷患兒心率及心率變動，自動選擇曝光期相。對于心率<79次/分患兒，曝光時間窗為40%～80%的R-R間期；心率為79～120次/分患兒曝光時間窗為35%～55%的R-R間期；心率為121～200次/分患兒曝光時間窗為150～300 ms的R-R間期。以標(biāo)準(zhǔn)算法重建圖像，重建層厚、層間距均為0.625 mm，迭代重建組織權(quán)重ASiR-V為50%。

1.3 輻射劑量 記錄患兒容積CT劑量指數(shù)(volume computed tomography dose index， CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product， DLP)，并計算有效劑量(effective dose, ED)。ED=k×DLP，其中<1歲患兒k=0.049 mSv/(mGy·cm)，1～2歲k=0.030 mSv/(mGy·cm)，3～6歲k=0.020 mSv/(mGy·cm)，≥7歲k=0.015 mSv/(mGy·cm)。

1.4 圖像后處理 采用GE AW 4.7工作站的自動冠狀動脈分析軟件，重建4組圖像：A組為手動選擇最佳期相，不采用SSF技術(shù)重建；B組為手動選擇最佳期相，采用SSF技術(shù)重建；C組為采用Smart Phase技術(shù)自動選擇最佳期相，不采用SSF技術(shù)重建；D組為采用Smart Phase技術(shù)自動選擇最佳期相，采用SSF技術(shù)重建。手動選擇最佳期相時，由1名高年資心臟專業(yè)醫(yī)師瀏覽所有期相軸位薄層圖像后，選擇1個運動偽影最小的期相。

1.5 圖像評價 由2名分別具有11年和13年工作經(jīng)驗的心血管專業(yè)影像學(xué)醫(yī)師以盲法對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價。根據(jù)美國心臟協(xié)會冠狀動脈分段方法，將冠狀動脈分為18個節(jié)段[7]，前降支以Likert分級4分法[8]，對CCTA可顯示節(jié)段進(jìn)行評價：4分，圖像質(zhì)量良好，血管壁邊緣清晰，無運動偽影；3分，圖像質(zhì)量較好，血管壁邊緣欠光整，或有輕度運動偽影，但不影響血管評價與管徑測量；2分，圖像質(zhì)量較差，血管壁邊緣模糊，或有中度運動偽影，但能滿足診斷；1分，冠狀動脈管腔不能辨認(rèn)，不能用于診斷。冠狀動脈評分為所有可顯示節(jié)段評分的平均值，右冠狀動脈(right coronary artery， RCA)評分為其近、中、遠(yuǎn)3個節(jié)段評分的平均值，左前降支(left anterior descending， LAD)為左主干、LAD近段、LAD中段、LAD遠(yuǎn)段4個節(jié)段評分的平均值，左回旋支(left circumflex artery， LCX)為近段、中遠(yuǎn)段2個節(jié)段評分的平均值。主觀評分≥2分為可診斷圖像，計算可診斷率，可診斷率=可診斷的節(jié)段數(shù)/總節(jié)段數(shù)×100%。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。4組圖像質(zhì)量評分以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示，采用多獨立樣本Kruskal-WallisH檢驗，兩兩比較采用Mann-WallisU檢驗。以χ2檢驗比較4組圖像間可診斷率的差異，兩兩比較采用Bonferroni方法校正的χ2檢驗。采用Kappa檢驗評價2名醫(yī)師主觀評分的一致性，Kappa值<0.4為一致性差；0.4～0.6為一致性中等；>0.6～0.8為一致性較好；>0.8為一致性好。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

CT掃描時患兒心率為75～134次/分，平均(94.38±17.59)次/分，心率變化(16.92±12.55)次/分，掃描時間(15.32±2.63)s，Smart Phase技術(shù)自動選擇的最佳期相為32%～83% R-R間期，手動最佳期相為39%～80% R-R間期，CTDIvol為(3.34±2.68)mGy，DLP為(46.59±42.84)mGy·cm，ED為(0.99±0.84)mSv。最終共評價冠狀動脈675個節(jié)段，RCA評價148個節(jié)段，LAD評價186個節(jié)段，LCX評價94個節(jié)段。

2.1 圖像質(zhì)量評分 2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量評分的一致性好(Kappa=0.81)，取2名醫(yī)師協(xié)商后的評分。4組間LCX圖像質(zhì)量評分總體差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.19)，RCA、LAD及冠狀動脈評分總體差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，見表1。

A組與C組圖像間RCA(χ2=33.39，P=0.47)、LAD(χ2=7.68，P=1.00)和冠狀動脈(χ2=59.43，P=0.86)評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。B組與D組圖像間RCA(χ2=6.92，P=1.00)、LAD(χ2=1.35，P=1.00)和冠狀動脈(χ2=2.84，P=1.00)評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

A組與B組圖像間RCA(χ2=83.65，P<0.01)、冠狀動脈評分(χ2=185.64，P<0.01)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，B組優(yōu)于A組，2組LAD評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=52.54，P=0.08)。C組與D組間RCA (χ2=110.12，P<0.01)、LAD(χ2=61.57，P=0.02)及冠狀動脈評分(χ2=247.92，P<0.01)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，D組優(yōu)于C組。見圖1。

2.2 可診斷率 A、B、C、D組間RCA、LAD及冠狀動脈可診斷率總體差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01)，LCX可診斷率總體差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.59)，見表2。

A組與C組RCA(χ2=2.39，P=0.12)、LAD (χ2=0.04，P=0.84)、冠狀動脈(χ2=0.05，P=0.82)可診斷率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。B組與D組圖像間RCA(χ2=0.07，P=0.79)、LAD(χ2=0.20，P=0.65)、冠狀動脈(χ2=0.49，P=0.48)可診斷率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

A組與B組間LAD(χ2=9.40，P<0.01)、冠狀動脈可診斷率(χ2=10.09，P<0.01)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，B組優(yōu)于A組；2組間RCA可診斷率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2=3.14，P=0.08)。C組與D組間RCA(χ2=8.97，P<0.01)、LAD(χ2=6.53，P=0.01)及冠狀動脈可診斷率(χ2=16.67，P<0.01)差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，D組優(yōu)于C組。見圖2。

3 討論

對于兒童先天性冠狀動脈畸形和川崎病等，CCTA已成為重要篩查手段，其時間分辨率、圖像質(zhì)量均優(yōu)于MRI，甚至可在一定程度上替代冠狀動脈血管造影[9]。兒童心率高于成人，在64排CT時代，受設(shè)備時間分辨率低所限，圖像運動偽影較大，對高心率或嚴(yán)重心律不齊患兒無法施行CCTA檢查。目前256排寬體CT的Z軸覆蓋范圍達(dá)16 cm，管球旋轉(zhuǎn)1周即可獲得兒童心臟掃描的全部數(shù)據(jù)，降低了CCTA的運動偽影。

表1 4組患兒冠狀動脈圖像質(zhì)量主觀評分比較(個)

表2 4組患兒冠狀動脈圖像可診斷率比較[%(個)]

圖1 患兒男，4歲2個月，心率81次/分，心率變化75～94次/分，心肌橋 A、B.軸位示A組和B組RCA起始處、LAD近端中段(箭)顯示模糊(A)，經(jīng)SSF處理后，運動偽影明顯改善(B，箭)； C、D.LAD曲面重建圖像示C組和D組LAD中段(箭)顯示模糊(C)，經(jīng)SSF處理后，運動偽影明顯改善(D，箭) 圖2 患兒女，1歲8個月，心率108次/分，心率變化79～112次/分，川崎病，冠狀動脈近端瘤樣擴張 A、B.軸位示A組和B組RCA、LAD起始處(箭)冠脈瘤及邊緣顯示模糊(A)，經(jīng)SSF處理后，冠脈瘤邊緣顯示更加清晰(B，箭); C、D.RCA曲面重建圖像示C組和D組RCA中段(箭)顯示模糊(C)，經(jīng)SSF處理后，運動偽影明顯改善(D，箭)

SSF技術(shù)運用1個心動周期相鄰期相的圖像信息計算血管運動，進(jìn)行大數(shù)據(jù)建模，包括運動路徑和方向，用以確定靶期相的準(zhǔn)確位置，從而有效縮短重建時間窗，在保證圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量[9]。本研究中患兒接受的ED為(0.99±0.84)mSv，輻射劑量較低[6]。研究[10-11]報道，結(jié)合SSF技術(shù)，Revolution CT的有效時間分辨力可達(dá)29 ms，能有效消除中、高心率患者圖像運動偽影，提高檢查成功率和冠狀動脈可診斷率。本研究將此技術(shù)用于兒童冠狀動脈成像，使用SSF技術(shù)后，手動選擇重建期相圖像中，B組RCA和冠狀動脈評分、LAD和冠狀動脈可診斷率優(yōu)于A組；Smart Phase技術(shù)自動選擇重建期相圖像中，D組RCA、LAD和冠狀動脈評分、可診斷率均優(yōu)于C組，提示SSF技術(shù)可提高冠狀動脈圖像質(zhì)量和可診斷率。

本研究中A組與B組LAD評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.08)，可能因相對于RCA，LAD運動偽影較少，常規(guī)掃描即可顯示清晰，采用SSF技術(shù)后，圖像質(zhì)量改善不如RCA明顯。A組與B組RCA可診斷率差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.08)，可能因主觀評分≥2分為可診斷冠狀動脈節(jié)段，與圖像質(zhì)量評分相比差異性變小。本研究4組間LCX評分和可診斷率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，提示SSF技術(shù)并未提高LCX的圖像質(zhì)量，分析其原因，LCX細(xì)小，遠(yuǎn)端分支常顯示不清，且本研究LCX節(jié)段納入較少(n=94)，可能影響統(tǒng)計學(xué)結(jié)果。

Smart Phase自動選取最佳期相，可自動選取采集范圍內(nèi)用于冠狀動脈成像的最佳相位。本研究中，Smart Phase自動選擇與手動選擇最佳期相的冠狀動脈圖像質(zhì)量評分及可診斷率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，提示可直接采用Smart Phase技術(shù)選擇重建期相。對于少數(shù)圖像效果不理想者，可嘗試應(yīng)用手動選擇期相改善圖像質(zhì)量。

本研究的不足：①未納入心率>140次/分患兒；②采用自動調(diào)制技術(shù)自行調(diào)節(jié)電流、電壓，未排除輻射劑量對圖像質(zhì)量的影響。總之，應(yīng)用SSF可以改善高心率兒童CCTA圖像質(zhì)量，提高冠狀動脈可診斷率。