320排容積CT冠狀動(dòng)脈減影技術(shù)在臨床應(yīng)用中的影響因素分析

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院 放射科，湖北 武漢 430030

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人口老齡化的問(wèn)題日漸凸顯，心血管疾病的發(fā)病率和死亡率也逐漸升高。在全球范圍內(nèi)，心血管疾病成為人類(lèi)健康的主要威脅之一[1-2]。冠狀動(dòng)脈疾病是一種常見(jiàn)的以冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起血管管腔狹窄導(dǎo)致心肌缺血、壞死為特征的心血管疾病，其突發(fā)死亡率高，是威脅人類(lèi)健康的幾大疾病之一[3]。因此早發(fā)現(xiàn)、早治療對(duì)于冠狀動(dòng)脈疾病的治療及預(yù)后尤為關(guān)鍵。

因冠狀動(dòng)脈CT血管成像（Coronary Computed Tomography Angiography，CTA）具有良好的密度和空間分辨率、安全無(wú)創(chuàng)、快捷方便以及三維成像等優(yōu)勢(shì)，已成為臨床上冠狀動(dòng)脈疾病的常規(guī)檢查手段[4]。然而，在存在嚴(yán)重鈣化斑塊時(shí)，由于鈣化斑塊在掃描過(guò)程中產(chǎn)生的菜花狀偽影往往影響診斷醫(yī)師的判斷，從而高估了冠狀動(dòng)脈血管管腔的狹窄程度，導(dǎo)致出現(xiàn)假陽(yáng)性，降低了冠狀動(dòng)脈CTA診斷的準(zhǔn)確性[5-6]。據(jù)國(guó)外研究報(bào)道，冠狀動(dòng)脈CT檢查中有38.7%的重度鈣化斑塊由于鈣化偽影導(dǎo)致無(wú)法診斷狹窄程度[7]。冠狀動(dòng)脈減影技術(shù)是將增強(qiáng)的冠狀動(dòng)脈CTA與平掃的鈣化積分?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行整體基于像素網(wǎng)格圖模型的可變形對(duì)位和局部鈣化的剛性對(duì)位算法進(jìn)行配準(zhǔn)，然后再相減的一種后處理技術(shù)。通過(guò)兩次掃描數(shù)據(jù)相減消除增強(qiáng)相中的鈣化斑塊和偽影，然后通過(guò)曲面重建對(duì)鈣化狹窄進(jìn)行更加精確的評(píng)估[8]。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，320排CT的冠狀動(dòng)脈減影技術(shù)能夠有效克服此類(lèi)鈣化/硬化偽影，提高診斷的準(zhǔn)確性[9]。想要獲得高質(zhì)量的減影圖像，增強(qiáng)期冠狀動(dòng)脈CTA與平掃期鈣化積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的對(duì)位、配準(zhǔn)是關(guān)鍵。因此，Yoshioka等[10]通過(guò)將冠狀動(dòng)脈平掃期掃描置于增強(qiáng)掃描之后，縮短了整體掃描時(shí)間，患者一次憋氣掃描完成，然而這種方法的缺點(diǎn)在于殘留的碘對(duì)比劑導(dǎo)致平掃期無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算鈣化積分。Kidoh等[11]研究使用小劑量測(cè)試法，將兩次掃描時(shí)間縮短在20 s以?xún)?nèi)，患者一次憋氣掃描完成；但是小劑量測(cè)試法增加了對(duì)比劑注射量。因此，傳統(tǒng)的“兩次憋氣”掃描方式極大降低了患者長(zhǎng)時(shí)間憋氣掃描的要求，具有最大化的應(yīng)用價(jià)值。由于個(gè)體化差異，“兩次憋氣”掃描獲得的冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量受到諸多因素的影響[10]。本研究主要分析患者體型（身高、體重、BMI）、心率（平均心率、心率波動(dòng)范圍、雙期心率差）、心臟解剖結(jié)構(gòu)（心影左橫徑、心影右橫徑、心胸比率）等因素對(duì)冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量的影響，為臨床工作提供參考意見(jiàn)。

1 資料與方法

1.1 病例資料

連續(xù)收集了2018年1月至 6月在本院佳能320排CT行冠狀動(dòng)脈CTA檢查的患者586例，男性350例（59.72%），女性236例（40.27%），平均年齡（57.90±12.34）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床診斷或疑似冠心病患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 腎功能異常（血清肌酐清除率＜60 μmol/L）；② 對(duì)碘對(duì)比劑過(guò)敏或有其他嚴(yán)重過(guò)敏史；③ 呼吸無(wú)法自主配合檢查的患者和妊娠期婦女。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 CT掃描及冠狀動(dòng)脈減影方法

采用佳能320排CT，0.5 mm×320排寬體探測(cè)器，前瞻性心電門(mén)控監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行掃描。掃描過(guò)程包括鈣化積分平掃和冠狀動(dòng)脈CTA掃描，分別兩次屏氣完成。冠狀動(dòng)脈CTA掃描時(shí)，經(jīng)肘正中靜脈注射非離子型碘對(duì)比劑，采用手動(dòng)觸發(fā)方式進(jìn)行掃描，對(duì)比劑的注射劑量根據(jù)患者的身高、體重，通過(guò)公式：計(jì)算得到。選用典邁倫(400 mg/ml)對(duì)比劑，系數(shù)為0.7，對(duì)比劑流速為S=V/10 ml/s[12]。采用佳能（AIDR 3D）迭代重建技術(shù)，重建容積數(shù)據(jù)圖像層厚0.5 mm，重建間隔0.25 mm，軟組織重建使用心臟CTA的重建函數(shù)FC43。使用佳能公司研發(fā)的基于像素網(wǎng)格圖模型的可變形對(duì)位和局部鈣化的剛性對(duì)位算法，將挑選出來(lái)的冠狀動(dòng)脈CTA特定時(shí)相的容積數(shù)據(jù)和鈣化積分特定時(shí)相的容積數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，再由后處理軟件進(jìn)行減影，保存減影后的容積數(shù)據(jù)，從而將鈣化斑塊從增強(qiáng)期圖像中減去，獲得減影后圖像（圖1）。

圖1 冠狀動(dòng)脈血管成像及其減影曲面重建圖

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)字減影技術(shù)（Digital Subtraction Angiography，DSA）一直是冠狀動(dòng)脈血管診治的金標(biāo)準(zhǔn)。隨著寬體探測(cè)器CT的出現(xiàn)及軟件的進(jìn)步，根據(jù)冠狀動(dòng)脈減影技術(shù)對(duì)位、配準(zhǔn)的原理，在一定條件下，能完全滿(mǎn)足血管內(nèi)狹窄的精準(zhǔn)診斷（圖2）。根據(jù)冠狀動(dòng)脈減影技術(shù)對(duì)位、配準(zhǔn)的原理，設(shè)計(jì)6分法評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表1），由2名有10年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對(duì)冠狀動(dòng)脈CTA減影后圖像以盲法進(jìn)行評(píng)分，通過(guò)心電門(mén)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)記錄患者掃描過(guò)程中的心率值[13]。其中平均心率是指整個(gè)檢查過(guò)程中的平均心率，心率波動(dòng)范圍是指整個(gè)掃描過(guò)程中的心率波動(dòng)最大值，雙期心率差是指平掃期和增強(qiáng)期掃描過(guò)程中平均心率差值的絕對(duì)值。利用定量測(cè)量工具在冠狀平面定位像測(cè)定心臟解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)，包括心影做橫徑、心影右橫徑、胸廓最大直徑、心胸比率。其中心影左橫徑是指心影左緣最突出點(diǎn)至胸廓中線的垂直距離，心影右橫徑是指心影右緣最突出點(diǎn)至胸廓中線的垂直距離，心影最大徑是指心影左橫徑與心影右橫徑之和，心胸比率是心影最大徑與胸廓最大徑之比。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用Kappa一致性檢驗(yàn)評(píng)估兩位醫(yī)師評(píng)分的一致性。Kappa值小于0.4表示一致性差，0.4～0.75表示一致性較好，大于0.75表示一致性好。最終的減影效果評(píng)分為兩位醫(yī)師評(píng)分的算術(shù)平均值。Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)計(jì)量資料是否符合正態(tài)分布，正態(tài)分布資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。計(jì)數(shù)變量（性別）以構(gòu)成比表示。使用Spearman相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，具有相關(guān)性的因素采用二元非條件Logistics回歸的逐步引入-剔除法進(jìn)行影響因素分析（結(jié)果用風(fēng)險(xiǎn)比OR和95%CI表示）。高質(zhì)量圖像（評(píng)分=6分）賦值為0，評(píng)分＜6分賦值為1。Hosmer and Lemeshow Test檢驗(yàn)Logistics回歸模型的擬合度。評(píng)分P＜0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表1 減影圖像質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（6分法）

圖2 冠狀動(dòng)脈血管減影前后與DSA（金標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)照

2 結(jié)果

2.1 基本情況

586例患者在我院成功完成冠狀動(dòng)脈CTA檢查，完成三維重建和冠狀動(dòng)脈減影。其中男性350例（59.73%）、女 性 236例（40.27%）， 年 齡（57.90±12.34） 歲，BMI為（23.40±3.61）kg/m2， 心 率（67.24±12.60） 次 /min，心率波動(dòng)范圍（12.89±10.27）次/分，心影左橫徑(93.04±24.80) mm,心影右橫徑（43.43±11.67）mm，胸廓最大橫徑（259.82±39.11）mm,心胸比率（0.55±0.12）,總有效輻射劑量（4.10±1.10）mSV。兩位醫(yī)師對(duì)減影質(zhì)量評(píng)分的一致性較好，Kappa=0.71。

2.2 影響因素與冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量評(píng)分相關(guān)性分析

Spearman秩相關(guān)分析各因素與冠狀動(dòng)脈減影后的圖像質(zhì)量評(píng)分之間的相關(guān)性。整體而言，體重、BMI、心率波動(dòng)范圍、平均心率、雙期心率差、心影左橫徑、心胸比率等因素均與冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量評(píng)分具有相關(guān)性（表3）。其中心率范圍（r=-0.52，P＜0.001）、平均心率（r=-0.55，P＜0.001）、雙期心率差（r=-0.32，P＜0.001）與減影圖像質(zhì)量評(píng)分呈明顯的負(fù)相關(guān)，統(tǒng)計(jì)學(xué)差異顯著；體重（r=0.19，P＜0.001）、BMI（r=0.14，P＜0.001）、心影左橫徑大小（r=0.20，P＜0.001）、心胸比率（r=0.13，P=0.02）與減影圖像質(zhì)量評(píng)分呈正相關(guān)。

根據(jù)患者鈣化積分，將患者分為分輕度鈣化組（鈣化積分＜300）和重度鈣化（鈣化積分≥300），分析在輕度鈣化和重度鈣化患者中，各因素與冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量評(píng)分之間的相關(guān)性（表2）。輕度鈣化組（n=208）,男性比率為41.83%（n=87），女性 58.17%（n=121），評(píng)分（3.90±1.90）；重度鈣化組（n=378），男性比率為40.21%（n=152），女性59.79%（n=226）,評(píng)分（4.13±1.73）。輕度鈣化患者中，體重（r=0.25，P＜0.001）、BMI（r=0.24，P＜0.001）、心率范圍（r=-0.51，P＜0.001）、平均心率（r=-0.53，P＜0.001、雙期心率差（r=-0.39，P＜0.001）、心影左橫徑（r=0.28，P＜0.001、心胸比率（r=0.22，P＜0.001）等因素與冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量評(píng)分之間具有相關(guān)性；重度鈣化患者中體重 （r=0.13，P=0.01）、心率范圍（r=-0.51，P＜0.001）、平均心率（r=-0.55，P＜0.001）、雙期心率差（r=-0.29，P＜0.001）心影左橫徑（r=0.16，P＜0.001）等因素與冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量評(píng)分具有相關(guān)性。

2.3 高質(zhì)量減影圖像影響因素Logistics回歸分析

高質(zhì)量影像是精確診斷的基礎(chǔ)。將相關(guān)分析中具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的因素納入Logistics回歸模型，采用逐步向前法分析獲得高質(zhì)量（評(píng)分為6分）的減影圖像的影響因素（表3）。Omnibus系數(shù)檢驗(yàn)顯示，輕度鈣化組（χ2=33.33，P＜0.001）和重度鈣化組（χ2=76.14，P＜0.001模型檢驗(yàn)均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Hosmer and Lemeshow Test檢驗(yàn)顯示：輕度鈣化組（χ2=3.49，P=0.90）和重度鈣化組（χ2=2.84，P=0.94）均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，提示模型擬合良好。結(jié)果顯示，輕度鈣化組和重度鈣化組高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量影響因素是一致的。BMI（OR1=0.76，95%CI：0.61-0.95；OR2=0.71，95%CI：0.57-0.89）是獲得高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈減影圖像的獨(dú)立保護(hù)因素；平均心率（OR1=1.14，95%CI：1.05-1.24；OR2=1.22，95%CI：1.13-1.32）、雙期心率差（OR1=1.54，95%CI：1.11-2.12；OR2=1.43，95%CI：1.18-1.73）是獲得高質(zhì)量減影圖像的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。

注：aP＜0.05差異顯著；bP＜0.01差異極顯著。

3 討論

近年來(lái)，冠心病的發(fā)病率越來(lái)越高，嚴(yán)重影響了人民的身體健康和生活質(zhì)量，甚至對(duì)患者的生命安全造成了極大的威脅。隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，冠狀動(dòng)脈CTA因其無(wú)創(chuàng)、快捷方便、特異性高等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛應(yīng)用。但是在“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)，影像先行”的時(shí)代背景下，CT掃描偽影一直是冠狀動(dòng)脈檢查過(guò)程中不可忽視的問(wèn)題。存在鈣化斑塊時(shí)，鈣化斑塊產(chǎn)生的菜花狀偽影常常影響影像醫(yī)師對(duì)血管狹窄的精準(zhǔn)判斷，導(dǎo)致出現(xiàn)高估了冠狀動(dòng)脈血管狹窄程度的情況[14]。容積CT數(shù)字減影技術(shù)是一種將常規(guī)冠狀動(dòng)脈掃描過(guò)程中的增強(qiáng)相與鈣化積分相進(jìn)行配準(zhǔn)、CT值相減的一種后處理技術(shù)，可以消除增強(qiáng)相圖像中的鈣化斑塊及其偽影，從而重建出沒(méi)有鈣化偽影的三維血管圖像，準(zhǔn)確的評(píng)估血管狹窄程度。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，冠狀動(dòng)脈容積CT數(shù)字減影技術(shù)可以克服鈣化偽影，有效降低鈣化偽影導(dǎo)致的假陽(yáng)性，明顯提高診斷的準(zhǔn)確性[15]。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的鈣化積分期和增強(qiáng)期“兩次憋氣”掃描方式，兩期相精準(zhǔn)的配位、完全消除鈣化斑塊及其偽影，是獲得高質(zhì)量的冠狀動(dòng)脈減影圖像從而提高診斷準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，“兩次憋氣”掃描方式獲得的冠狀動(dòng)脈數(shù)據(jù)進(jìn)行減影錯(cuò)配率高達(dá)53%[8]。冠狀動(dòng)脈CTA除了受機(jī)器自身時(shí)間分辨率影響之外，由于冠狀動(dòng)脈檢查的特殊性，患者體型、呼吸運(yùn)動(dòng)及其節(jié)律、心臟自主搏動(dòng)、心臟及其周?chē)馄式Y(jié)構(gòu)等因素也會(huì)影響冠脈檢查圖像質(zhì)量，從而影響圖像后處理，影響冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量[16]。

冠狀動(dòng)脈圖像配準(zhǔn)算法的原理是：首先利用基于像素可變形網(wǎng)格模型進(jìn)行宏觀的整體配準(zhǔn)，以消除患者掃描過(guò)程中呼吸運(yùn)動(dòng)及心臟搏動(dòng)的影響；然后進(jìn)行局部的剛性對(duì)位配準(zhǔn)。在本研究中，我們基于配準(zhǔn)原理設(shè)計(jì)了根據(jù)從宏觀到微觀配準(zhǔn)效果的6分法評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。利用此評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，我們探討性研究了患者基礎(chǔ)人群特征（性別、年齡、身高、體重、BMI）、心率（平均心率、心率波動(dòng)范圍、雙期心率差）、患者體型特征（心影右橫徑、心影左橫徑、胸廓大小、心胸比率）等三方面的因素對(duì)“兩次憋氣”掃描方式冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量的影響[15,17-19]。通過(guò)相關(guān)性分析，我們發(fā)現(xiàn)總體來(lái)看體重越大、BMI值越高，患者的冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量越好。進(jìn)一步Logistics回歸分析也顯示患者BMI是獲得高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈減影圖像的保護(hù)因素，可能與肥胖患者心包脂肪墊含量高抑制了掃描過(guò)程中的心臟旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)幅度，產(chǎn)生的心臟搏動(dòng)偽影小有關(guān)。

心率是冠狀動(dòng)脈CTA檢查的關(guān)鍵影響因素[19]。本研究我們探討了平均心率、心率波動(dòng)、雙期心率差等因素對(duì)冠狀動(dòng)脈減影后處理技術(shù)的影響。其中，平均心率、心率波動(dòng)范圍、雙期心率差都與減影圖像質(zhì)量評(píng)分成明顯的負(fù)相關(guān)。Logistics回歸顯示患者平均心率和雙期心率差越小，獲得高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈減影圖像質(zhì)量的概率越大，而心率波動(dòng)范圍對(duì)減影圖像質(zhì)量的影響并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，與常規(guī)冠狀動(dòng)脈CTA相同的是，患者平均心率越低，CTA圖像質(zhì)量及減影圖像質(zhì)量越高。然而不同于常規(guī)冠狀動(dòng)脈CTA，兩次掃描過(guò)程中心率一致性影響減影圖像質(zhì)量，而心率波動(dòng)范圍對(duì)減影圖像質(zhì)量沒(méi)有影響。因此，在常規(guī)掃描之前，除了需要降低高心率患者的平均心率之外，囑咐患者不要緊張，保持兩次掃描之間心率穩(wěn)定也很重要。

表3 高質(zhì)量減影圖像影響因素Logistics回歸分析

在心臟結(jié)構(gòu)方面，心臟大小、心臟軸向等因素都會(huì)影響冠狀動(dòng)脈CTA的圖像質(zhì)量[19-21]。在本次研究中，相關(guān)性分析顯示，心臟擴(kuò)大，尤其是心影左橫徑、心胸比率增大與冠狀動(dòng)脈減影質(zhì)量評(píng)分呈正相關(guān)，但是進(jìn)一步Logistics回歸分析顯示心臟解剖結(jié)構(gòu)對(duì)減影圖像質(zhì)量的影響并沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

綜上所述，在本次研究中我們首次探討了冠狀動(dòng)脈減影這種新技術(shù)的影響因素。研究了患者體重、BMI、平均心率、心率波動(dòng)、雙期心率差、心影左橫徑、心胸比率與冠狀動(dòng)脈數(shù)字減影技術(shù)圖像質(zhì)量之間的關(guān)系。分析了實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈減影圖像的影響因素，為臨床工作中獲得最佳圖像質(zhì)量提供參考。