第二代全心運動校正算法改善高心率兒童心臟CTA瓣膜圖像質量

李昊巖，孫記航，田宏偉，段曉岷，彭 蕓

(國家兒童醫學中心 首都醫科大學附屬北京兒童醫院影像中心，北京 100045)

心臟CT血管造影(CT angiography， CTA)是常用于診斷兒童復雜先天性心臟疾病的影像學方法，可清晰顯示主動脈、肺動脈、瓣膜及心腔等結構，為制訂手術方案提供重要參考。嬰幼兒瓣膜體積小、運動速度快，心率亦較快，即使采用全心動周期，常規CTA也多因運動偽影而致顯示瓣膜效果欠佳，進而影響診斷及選擇手術方式。為觀察瓣膜情況，常需要提高輻射劑量[1]；如何利用盡可能低的輻射劑量清晰顯示心臟瓣膜極為重要[2]。通過提高CT探測器覆蓋范圍及管球轉速，可降低搏動偽影對圖像質量的影響[3]。全心運動校正算法(whole-heart motion correction algorithm)是新一代冠狀動脈追蹤凍結(new-generation snapshot freeze， NG SSF)圖像后處理算法，為追蹤凍結(snapshot freeze， SSF)技術的升級版本。SSF的應用范圍較局限，僅能改善冠狀動脈搏動偽影[4-6]；而NG SSF可進一步改善圖像顯示心臟大血管、瓣膜及心肌的效果，彌補SSF算法的不足，進一步提升診斷率[7-8]。本研究評價NG SSF技術改善高心率患兒心臟CTA瓣膜圖像質量的效果。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2018年9月—12月42例于首都醫科大學附屬北京兒童醫院接受心臟CTA檢查的患兒，男20例，女22例；月齡5天～74個月，中位月齡8個月；心率78～151次/分，平均(122.6±18.8)次/分。納入標準：①因篩查心臟大血管發育畸形或先天性心臟病而接受檢查；②心率≥75次/分；③無嚴重心、腎功能損傷。根據心率分為2組，其中24例心率≥75次/分且<120次/分(<120組)，18例心率≥120次/分(≥120組)[9]。檢查前監護人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution 256排探測器CT掃描儀。使患兒仰臥，自由呼吸，雙臂上舉伸直過頭；對不能配合者予口服10%水合氯醛(0.5 ml/kg體質量)鎮靜，待其安靜入睡后進行檢查。采用前瞻性心電門控軸位掃描模式，于1個心動周期內采集全部圖像。根據患兒體質量選擇對比劑種類及用量[10-11]：對體質量≤20 kg者采用非離子型對比劑碘克沙醇(威視派克，320 mgI/ml)，體質量>20 kg者采用非離子對比劑碘海醇(歐乃派克，350 mgI/ml)；體質量≤5 kg時對比劑用量=體質量×1.3，5 kg<體質量≤10 kg對比劑用量=體質量×1.2，10 kg<體質量≤20 kg對比劑用量=體質量×1.1，20 kg<體質量≤30 kg對比劑用量=體質量×1.0。采用雙筒高壓注射器以0.5～3.0 ml/s流率經靜脈團注對比劑，注射時間固定為10 s，隨后跟注生理鹽水4 s，用量為對比劑用量之半。根據患兒身高及體質量選擇探測器z軸長度(80～160 mm)；管電壓80 kV，管電流范圍10～500 mA(自動管電流調制技術)，預設噪聲指數22，矩陣512×512，體素0.625 mm，球管轉速0.28 s/rot，掃描范圍為主動脈弓至心尖。采用智能觸發技術，于四腔心水平降主動脈內設置ROI，發現CT值>110 HU后延時2 s啟動掃描，掃描曝光時間窗為35%～85% R-R間期；以標準算法重建圖像，層厚、層間距均為0.625 mm，并采用50%加權自適應統計迭代重建。記錄掃描容積CT劑量指數(volume CT dose index， CTDIvol)及劑量長度乘積(dose-length product， DLP)。

1.3 圖像后處理 采用AW 4.7 CT工作站重建圖像，由1名具有14年工作經驗的影像科醫師重建運動偽影最少的時相。對每組圖像均以SSF及NG SSF進行重建，即SSF亞組及NG SSF亞組，采用最佳時相相鄰60 ms 數據進行搏動偽影校正，并以未采用SSF技術的圖像作為對照組進行比較。

1.4 圖像評價 由2名分別具有12年和14年工作經驗的影像科醫師采用雙盲法，根據Likert分級4分法[12]對顯示主動脈瓣、肺動脈瓣、二尖瓣及三尖瓣情況進行評分：圖像質量優秀、無運動偽影為4分；圖像質量較良好、瓣膜邊緣稍有模糊，或有輕度運動偽影、但不影響評價及測量瓣膜為3分；圖像質量較差，邊緣模糊、欠光整，或有中度運動偽影但可滿足診斷需求為2分；無法辨識瓣膜邊緣、運動偽影重、無法診斷為1分。以2名醫師協商后的評分作為結果。

1.5 統計學分析 采用SPSS 21.0統計分析軟件。以Kappa檢驗評價觀察者間評分的一致性，Kappa<0.4為一致性差，0.4≤Kappa<0.6為一致性中等；0.6≤Kappa≤0.8為一致性較好；Kappa>0.8為一致性好。以頻數表示等級資料，以Kruskal-WallisH檢驗比較組間各瓣膜圖像質量，以Bonferroni法校正的Mann-WallisU檢驗行兩兩比較。以Kruskal-WallisH檢驗分別比較<120組及≥120組中SSF亞組和NG SSF亞組圖像顯示各瓣膜質量評分的差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

42例CTA平均CTDIvol為(4.47±0.85)mGy，平均DLP為(57.93±20.81)mGy·cm。

2.1 一致性分析 因對比劑硬化偽影，排除<120組及≥120組各3例患兒的三尖瓣，最終共納入主動脈瓣、肺動脈瓣和二尖瓣各42個及三尖瓣36個。觀察者間圖像質量評分的一致性好(Kappa=0.89，P<0.05)。

2.2 圖像評分 SSF亞組、NG SSF亞組與對照組間各瓣膜圖像質量整體評分差異均有統計學意義 (P均<0.05)。SSF亞組與對照組各瓣膜圖像質量評分差異均無統計學意義(P均>0.05)；NG SSF亞組各瓣膜圖像質量評分明顯高于SSF亞組及對照組(P均<0.05)，見表1及圖1、2。

圖1 女性患兒，1歲，心率108次/分，右冠狀動脈起源于右冠狀竇與升主動脈交界區，冠狀動脈瘤樣擴張 A～C.分別為對照組(A)、SSF亞組(B)及NG SSF亞組(C)重建后主動脈瓣(紅圈)軸位CTA圖像，圖像質量評分分別為1分、2分及4分

表1 心臟CTA顯示瓣膜圖像質量評分比較(n=42，例)

<120組中，NG SSF<120亞組三尖瓣圖像質量評分改善優于SSF<120亞組(P<0.05)；≥120組中，NG SSF≥120亞組對全部瓣膜圖像質量評分改善均優于SSF≥120亞組(P均<0.05)，見表2、3。

表2 心臟CTA顯示心率<120次/分患兒瓣膜圖像質量評分比較(n=24，例)

表3 心臟CTA顯示心率≥120次/分患兒瓣膜圖像質量評分比較(n=18，例)

3 討論

心臟CTA具有快速、簡單及安全的特點，已成為診斷兒童心臟疾病的必不可少的影像學方法，可清晰顯示心內結構；通過豐富的后處理技術，如曲面重建、容積再現等可多平面重組，以任意角度觀察組織結構。近年寬體探測器、管球高轉速及低管電壓等技術的普及大幅降低了心臟CTA檢查的輻射劑量及對比劑用量，圖像質量更佳，安全性更高[12-13]。

第一代SSF技術及NG SSF技術均根據中央時相及2個相鄰相位的數據計算冠狀動脈運動方向及位置；NG SSF技術還可將校正運動偽影范圍由冠狀動脈擴展至整個心臟，通過全自動技術計算局部運動路徑。算法基于運動路徑根據相應投影射線時間將數據分解為一系列數據集；在空間上使每個圖像體積變形，將運動狀態從相應的時間映射至由規定的心臟相位的給定中心參考時間。全心校正需沿3個方向進行運動表征，可為校正冠狀動脈運動提供更高的魯棒性，特別適用于極端運動場景和主要沿z軸的運動路徑[8]。

本研究中NG SSF亞組各瓣膜圖像質量評分明顯高于SSF亞組及對照組。觀察NG SSF技術對不同范圍心率患兒瓣膜圖像質量的影響，發現采用NG SSF技術可使≥120組各瓣膜圖像質量得到明顯改善，而對<120組僅明顯改善了三尖瓣圖像質量；分析原因，可能在于評價三尖瓣時剔除6例數據，對樣本量有所影響而造成統計學差異，有待進一步觀察。

總之，采用第二代NG SSF技術可明顯改善高心率兒童心臟CTA瓣膜圖像質量，尤其心率≥120次/分者。由于NG SSF技術為算法原型，數據均須離線處理，較為耗時，目前尚未能開展大樣本研究，有待完善。