第三代雙源CT 大螺距掃描冠脈成像在低心率患者中的應用分析

丁 毅，宋 彬，孫熙臨，王 浩，林繼先，羅運賀，徐晶晶

（上海市閔行區中心醫院，上海 201199）

最新研究報道[1]我國冠心病死亡率為105.6/10萬，較之前1990 年調查相比增加近1 倍，并有年輕化的趨勢。早期發現、診斷和治療是降低冠心病死亡率的有效方法。 近年來隨著CT 設備發展，心臟冠狀動脈血管成像（CCTA）已經成為診斷冠心病的重要無創檢查方法[2]。 前瞻性CCTA 具有低輻射劑量、低對比劑量的優勢， 目前已取代回顧性CCTA 成為主要成像方式。前瞻性CCTA 有2 個主要成像模式：序列掃描和大螺距掃描， 其各自有不同的優缺點。2017 CCTA 技術規范化應用中國指南[3]認為低心率患者應使用前瞻性心電門控序列模式， 可以嘗試大螺距螺旋掃描，并且輻射劑量會更低。本研究在第三代雙源CT 平臺上， 通過比較兩種前瞻性CCTA 掃描模式在低心率患者中的圖像質量、可診斷比率、輻射劑量和對比劑量，探討使用大螺距螺旋掃描CCTA 的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究獲得復旦大學附屬閔行醫院倫理委員會同意，所有患者在CCTA 檢查前均簽署知情同意書。2018 年3—9 月臨床疑診為冠心病， 申請行CCTA檢查的患者，納入標準：①心率≤60 次/分，心律平穩；②無甲亢、無碘過敏樣反應史；③無冠狀動脈腔內成形術、旁路移植術史；④無嚴重肝腎功能不全。排除標準：①心律不齊；②拒絕簽署知情同意書。 采用隨機數字表法分為A、B 兩組，所有患者均有同一名高年資CT 技師完成檢查。 最終納入69 例患者，排除5 例 （3 例心律不齊，2 例拒絕簽署知情同意書）， 實際入組 64 例；A 組 30 例， 采用序列掃描模式，其中男 19 例，女 11 例；B 組 34 例，采用大螺距螺旋掃描模式，其中男22 例，女12 例。

1.2 檢查方法

所有檢查由西門子第三代雙源CT（Siemens Somatom Definition Force）完成，所有受檢者均未服用降心率藥物，取仰臥位，掃描范圍自隆突下方1 cm至膈下2 cm 水平。A 組掃描時相設在60%～70% RR 間期，B 組掃描開始時相設在65% R-R 間期，螺距為 3.2。 其他參數相同，采用 CARE kV 自動調節管電壓， 管電流采用Care Dose 4D 進行實時mAs調制。探測器準直寬度 2×96×0.6 mm，轉速 250 ms/r，時間分辨率66 ms。

使用雙筒高壓注射器 （MEDRAD STELLANT）經右肘前靜脈注射非離子型對比劑（碘普羅胺370 mgI/mL）及生理鹽水。掃描電壓值由自動管電壓調節技術進行智能選擇， 根據不同管電壓值選擇對應的對比劑注射流速，即70 kV 的流速為3.5 mL/s，80 kV 的流速為 4.0 mL/s，管電壓每增加 10 kV 流速提升0.5 mL/s。 對比劑總量根據公式：對比劑總量=（7+掃描時間）×注射流率，精確計算。 注射對比劑后兩組均以相同流速注射0.9%的生理鹽水30 mL。 采用Bolus Tracking 智能跟蹤觸發技術， 感興趣區（ROI）設定在升主動脈，觸發掃描閾值60 HU。

采用高級迭代技術（ADMIRE，Siemens）進行圖像重建，層厚 0.75 mm，間隔 0.5 mm，卷積核 Bv40，strength 值4。 將重建后圖像傳輸至Siemens 工作站（Syngo.via）進行容積再現（VR），最大密度法投影（MIP）和曲面重組（CPR）后處理。

1.3 圖像質量評價

本研究由2 名具有10 年以上CCTA 診斷經驗的放射科醫師在不知曉圖像分組的情況下， 對冠狀動脈大血管及各主要節段的圖像質量進行客觀評價和主觀評分。

1.3.1 客觀評價指標

測量血管包括左冠狀動脈開口層面的主動脈根部（AO）、左主干（LMA）、左前降支（LAD）近段、左回旋支（LCX）近段、右冠狀動脈（RCA）近段及鄰近管壁的脂肪組織（AT）CT 值。計算圖像的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR）[4]，具體為：SNRlumen=CTlumen/SDAT，CNRlumen=（CTlumen－CTAT）/SDAT。 主 動 脈 ROI 面 積 為200 mm2，測量各冠狀動脈節段時ROI 盡可能大，并且注意避開非鈣化及鈣化斑塊， 以保證CT 值測量的準確性。

1.3.2 主觀評價指標

采用美國心臟協會推薦的18 分段標準[5]，缺失血管、閉塞血管及遠末段不納入分析。 參考文獻[6]的標準對冠狀動脈圖像評分，1 分： 圖像質量優秀，血管邊界清晰，無運動偽影和階梯狀偽影；2 分：圖像質量良好，管壁稍模糊，有輕度運動偽影，無階梯狀偽影；3 分：圖像質量一般，管壁明顯模糊，有中度運動偽影，部分血管有階梯狀偽影，但錯層直徑范圍＜25%；4 分：圖像質量差，血管顯示不清，血管有明顯的階梯狀偽影，錯層直徑范圍＞25%。 評分為1、2、3分的為可評價血管及分段；4 分的為不可評價血管及分段[6]。

1.4 輻射劑量

記錄所有患者的容積CT 劑量指數（CTDI）和劑量長度乘積（DLP），并計算有效輻射劑量（ED）[7]，ED=K×DLP，K 值為常數，取 0.014 mSv·mGy－1.cm－1[7]。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 一般資料

兩組患者性別、年齡、心率、心率變化率及體質量指數（BMI）的差異均無統計學意義（P>0.05）（表 1）。

2.2 圖像質量客觀評價

兩組間目標血管強化CT 值、SNR 和CNR 的差異均無統計學意義（P>0.05）（表 2）。

表1 兩組患者行冠狀動脈CTA 的一般資料比較

表2 兩組患者行冠狀動脈CTA 各血管的客觀評價指標比較

圖1 女，61 歲，BMI 24.65 kg/m2，平均心率52 次/分。 在自由呼吸狀態下采用大螺距螺旋掃描，圖像質量優秀，血管邊界清晰。 DLP 36.7 mGy·cm，ED 為 0.51 mSv。 圖 1a：ECG 圖；圖 1b：VR 圖像；圖 1c：RCA CPR 圖像；圖 1d：LAD CPR 圖像；圖 1e：LCX CPR 圖像；圖 1f：輻射劑量圖。Figure 1. Female, 61 years old, with a BMI of 24.65 kg/m2 and an average heart rate of 52 beats/min. The large pitch helical scan is used under free breathing, the image quality is good and the blood vessel boundary is clear. DLP 36.7 mGy·cm,and effective radiation dose 0.51 mSv.

2.3 圖像質量主觀評分

分別以患者、血管和分段不同層次進行比較（表3）。患者層次的兩組可診斷比率差異無統計學意義，但平均得分及1 分的比率兩組間差別有統計學意義，B 組的平均得分 （1.03±0.17） 低于 A 組 （1.27±0.58）（P=0.039），1 分的比率 B 組（97.1%）高于 A 組（80%）（P=0.044）；血管和分段層次的可診斷比率（B組 100%，A 組 91.7%；B 組 100%，A 組 97.6%）和平均得分 （B 組 1.07±0.25，A 組 1.43±0.95；B 組 1.02±0.143，A 組 1.13±0.545） 差別具有顯著統計學意義（P＜0.001），1 分和 3、4 分的比率兩組間差別有統計學意義，1 分血管層次 B 組 （93.4%） 高于 A 組（80.8%）（P=0.002），分段層次 B 組（97.9%）高于 A組 （94.3%）（P=0.005），3、4 分的頻數合計 A 組 （n=19）明顯高于 B 組（n=0）。 兩組冠狀動脈大分支的主觀圖像評分見圖3。

圖2 女，68 歲，BMI 24.03 kg/m2，平均心率48 次/分。 嚴格呼吸訓練后采用前瞻性心電門控序列掃描圖像出現階梯狀偽影，LAD 和 LCX 中斷不能診斷；圖 2f 箭頭所示胸骨不連續，提示呼吸運動偽影。 圖 2a：ECG 圖；圖 2b：VR 圖像；圖 2c：RCA CPR 圖像；圖 2d：LAD CPR 圖像；圖 2e：LCX CPR 圖像；圖 2f：胸部側位圖。Figure 2. Female, 68 years old, BMI 24.03 kg/m2, mean heart rate 48 beats/min. After rigorous breathing training, a stepwise artifact was observed using a prospective ECG-gated sequence scan image, and LAD and LCX interruptions could not be diagnosed. Analysis reasons: patients with low heart rate are not easy to hold their breath, causing respiratory motion artifacts,such as the sternum discontinuity shown by the arrow (Figure 2f). Figure 2a: ECG map. Figure 2b: VR image. Figure 2c: RCA CPR image. Figure 2d: LAD CPR image. Figure 2e: LCX CPR image. Figure 2f: chest side bitmap.

表3 患者、血管、分段三個層次冠脈CTA 圖像質量主觀評分

患者、 血管和分段不同層次主觀評分觀察者間一致性較好。 患者層次主觀評分值兩個觀察者間的ICC 為 0.86 （95%CI，0.77～0.91）， 血管層次為 0.85（95%CI，0.80～0.88），分段層次為 0.83（95%CI，0.81～0.85）。Bland-Altman 圖顯示兩個觀察者之間患者層次的平均差異為-0.02×10-3mm2/s （LOA，-0.16 ～0.12）， 血管層次為-0.10×10-3mm2/s （LOA，-0.82～0.62）， 分段層次為-0.03×10-3mm2/s （LOA，-0.48～0.41）（圖 4）。

圖3 兩組冠狀動脈大分支圖像質量主觀評分的平均值。Figure 3. Subjective ratings of CCTA image quality on coronary artery basis.

2.4 輻射劑量和對比劑量

A 組平均 ED 和對比劑量分別為（1.66±0.91）mSv、（37.76±4.34） mL，B 組平均 ED 和對比劑量分別為（0.62±0.19） mSv、（50.90±9.51） mL，B 組較 A 組 ED降低62.65%，對比劑量降低25.82%（表4）。

表4 兩組患者行冠狀動脈CTA 檢查的輻射劑量和對比劑量比較

圖4 Bland-Altma 圖示患者、血管和分段層次主觀評分值觀察者間一致性。 圖4a：患者層次主觀評分值觀察者間一致性結果；圖4b：血管層次主觀評分值觀察者間一致性結果；圖4c：分段層次主觀評分值觀察者間一致性結果。 實線表示平均差異，虛線表示95%的一致性范圍。Figure 4. Bland-Altma plots shows subjective score values for patients, blood vessels, and segmentation levels, as well as measurements of inter-observer compliance. Figure 4a shows the results of patient-level subjective scores between two observers, Figure 4b shows the results of subjective scores for vascular levels between two observers. Figure 4c shows the scores between two observers. The result of the subjective score of the segment level. The solid line indicates mean difference and the dash line indicates 95% limits of agreement.

3 討論

對于冠狀動脈CTA，前瞻性心電門控序列掃描已成為低心率患者的首選掃描模式[3]，具有輻射劑量低、適用心率范圍寬等特點。前瞻性心電門控序列掃描采用“步進-點射”結合心電圖觸發技術，X 射線管僅在心動周期的預定（R-R 間期）期間掃描，下一個心動周期移床，再下一個心動周期采集。 在心率<60 次/分時，采集窗口在舒張中期，而在較高的心率時，采集窗口在收縮末期。由于在心動周期的剩余時間沒有獲取X 線數據， 因此與回顧性心電門控相比，輻射劑量顯著降低，較回顧性心電門控掃描模式降低74.4%[8]，但前瞻性心電門控序列掃描易受呼吸和心臟運動的影響[9]。 本次研究有10 支節段的血管主觀評分是4 分，不滿足診斷要求，都是由于各類運動引起的嚴重階梯狀偽影導致血管不連續無法重建，其中5 例是因為呼吸運動引起，另5 例是心臟運動導致。 究其原因可能是在低心率中患者不易屏氣或心律變化較大所致。

大螺距螺旋掃描速度非常快， 對兒童和合作能力有限的患者（無法屏氣）具有潛在的益處，不易受屏氣或心律變化的影響[10]。它是雙源CT 獨有的成像技術，通過交錯從兩個探測器系統獲得的數據，實現螺距值為3.2 的無縫z 軸采樣。第二代雙源CT 已經實現大螺距冠脈CTA 的掃描，但第三代在硬件方面又做了進一步改進，床速達到737 mm/s，轉速提升至0.25 s/r， 可以在0.26 s 內完成冠脈CTA 的掃描。Hagelstein 等[11]研究顯示采用大螺距螺旋掃描可以在自由呼吸期間進行冠脈CTA 掃描。 另外，大螺距螺旋掃描不獲取多余的掃描數據， 只需要圖像重建的最少量數據， 是一種劑量高效的掃描模式[10]。Meyer 等[12]報道，大螺距螺旋掃描能夠以0.44 mSv的輻射劑量完成冠狀動脈CTA 掃描。 因此，大螺距螺旋掃描具有掃描速度快、 無需屏氣和輻射劑量低的特點，但其要求心率低及節律穩定（<5 次）。Gordic等[13]報道，使用第三代雙源CT 系統進行的大螺距CTA 可以在平均心率達70 次/分的患者中獲得滿意的冠狀動脈診斷圖像質量。 Morsbach 等[14]認為心率在73 次/分之內也能提供符合診斷要求的圖像質量。本研究大螺距螺旋掃描在自由呼吸狀態、心率≤60 次/分情況下， 獲得的冠狀動脈圖像滿足診斷率優于前瞻性心電門控序列掃描， 并且對比劑量和輻射劑量明顯降低。因此，大螺距螺旋掃描在低心率冠狀動脈成像中具有可行性，滿足臨床診斷要求。

輻射劑量方面， 本研究大螺距掃描冠脈成像有明顯的降低，與 Morsbach 等[14]研究結果相符（0.6mSv）。主要基于兩方面的原因：①掃描方式，大螺距螺旋掃描速度快，可以在一個心動周期內完成冠脈CTA 的掃描； ②第三代雙源CT 平臺，Vectron 球管提供11檔的管電壓選擇， 可以提供最優化的管電壓。 Stellar Infinity 探測器配備3D 準直濾線柵，提高準直并有效降低散射線，降噪可達40%，Duan 等[15]研究顯示相同的圖像噪聲使用Stellar Infinity 探測器，輻射劑量可以降低50%。 ADMIRE 迭代重建是基于原始數據模型的高級迭代算法， 不僅有助于減少圖像偽影，還能明顯降低噪聲。

本研究選擇心率≤60 次/分， 大螺距螺旋掃描均在自由呼吸狀態下進行， 采集窗口開始于舒張中期 （R-R 間期的65%）， 并在一個心動周期內完成。 平均 ED（（0.62±0.19）mSv）和前瞻性序列（（1.66±0.91）mSv）比較降低了 62.65%，對比劑量（（37.76±4.34）mL）相比前瞻性序列（（50.90±9.51） mL）減少了 25.82%用量。 兩組 CT 值、SNR 和 CNR 沒有統計學差異， 主觀圖像質量評分顯示大螺距螺旋掃描要優于前瞻性序列掃描。

我們的研究有一些不足。首先，研究人群是限定的（心率≤60 次/分），同時大螺距螺旋掃描僅適用于竇性心律，本研究排除了心率不齊患者。 其次，僅評估了冠脈CTA 的客觀及主觀圖像質量， 沒有與DSA 進一步比較診斷正確性。 最后，本研究的樣本量相對偏小。

綜上所述，在心率≤60 次/分的患者中，第三代雙源CT 采用大螺距螺旋掃描模式進行冠脈CTA 檢查是可行的，相對于前瞻性心電門控序列掃描，可以提供較好的圖像質量， 且較大幅度地降低輻射劑量及對比劑量。