双扇区重建中时相一致性对冠状动脉CT血管成像中血管显示的影响

王 艳 WANG Yan

刘佳宾 LIU Jiabin

李鹏雨 LI Pengyu

李倩文 LI Qianwen

李坤成 LI Kuncheng

杜祥颖 DU Xiangying

首都医科大学宣武医院放射科 北京100053

心脏和冠状动脉成像是CT临床应用研究的热点和前沿，自从多层螺旋CT诞生以来，人们一直致力于心脏和冠状动脉成像的探讨。目前64层螺旋CT心脏冠状动脉成像已成为冠心病筛查最重要的影像学检查手段[1-4]，具备足够的时间分辨率，克服心脏搏动对CT成像的影响，是保证冠状动脉CT血管成像（CTA）成功的关键。而时间分辨率依赖于重建算法所决定的数据采集时间窗宽度[5,6]，在半扫描重建情况下，CT成像的时间分辨率等于成像系统单圈旋转时间的一半。当时间分辨率不足时，通常采用多扇区的重建技术来提高时间分辨率，其中最常用的是双扇区重建。多扇区重建可以从不同的心动周期和不同排列的探测器上采集同一心电相位不同角度的CT原始数据，从而提高时间分辨率，改变心脏尤其是冠状动脉的显示[7]。但是，扫描过程中由于心率的变化，会导致采集自相同R-R间期百分比时间的数据在心脏运动的周期上处于不同的时相，各心动周期数据间运动时相不一致可能会影响冠状动脉的显示，造成血管显示失真变形，但对此鲜有相关研究报道。本研究旨在分析双扇区重建中时相一致性对冠状动脉CTA中冠状动脉显示的影响，从而指导临床冠状动脉CTA检查中双扇区重建技术的合理应用。

1 资料与方法

1.1 研究对象 30例患者行常规冠状动脉CTA检查，男11例，女19例；年龄38～77岁，平均（56.1±8.0）岁。临床症状均为胸痛。入选标准：①心率慢（≤65次/min），稳定（心率波动范围≤1次/min）；②均为右优势型冠状动脉，右冠状动脉垂直走行段直径在2mm以上，心动周期75%时相时右冠状动脉主干及分支显示良好，轮廓清晰，无狭窄，无钙化灶。

1.2 仪器与方法 采用GE LightSpeed VCT，扫描层厚0.625mm×64，球管转速0.35s/360°，管电压120kV，管电流550～700mA，所有患者均采用回顾性心电门控扫描，螺距为0.16～0.24。造影剂注射方案：采用双筒高压注射器（Stellant D，Medrad），Testbolus 与CTA扫描中均采用先注入造影剂（Ultravist, 370mgI/ml），然后用生理盐水冲洗的注射方案。Testbolus的注射方案为20ml造影剂＋20ml生理盐水，注射速度5ml/s。CTA扫描的注射方案为65～80ml造影剂＋40ml生理盐水，注射速度5ml/s。

1.3 图像处理 应用扫描数据对右冠状动脉垂直走行段进行回顾性图像重建，重建层厚0.625mm，重建方法：①75%单扇区重建；②75%双扇区重建；③前一个心动周期重建数据以R-R间期75%为中心，后一个心动周期重建数据分别以69%、72%、78%、81%为中心进行双扇区重建。由于患者心率较慢，对右冠状动脉垂直走行段进行双扇区重建处理后，双扇区重建的范围不能覆盖整个感兴趣区（ROI），仅能得到少部分双扇区重建图像。通过识别图像上的时间窗选择出双扇区重建图像。

将图像传输到Aquarius iNtuition工作站（Terarecon，California, USA）上，选择位置（进床距离）相同且各次双扇区重建均包含的3个轴面，分别对已选的双扇区轴面图像上右冠状动脉垂直走行段的显示情况与单扇区轴面图像进行比较，评价指标包括血管中心密度、血管横断面积、血管形态（横纵径比值）以及血管边缘锐利度。

数据测量及评价：①血管横径、纵径及血管横断面积通过软件自动测量获得，用血管横纵径比值来衡量血管形态显示，比值越接近1，认为血管形态显示越好；②通过设定固定大小（1mm2）的ROI，置于血管中心，测得血管的中心密度；③通过软件获得横、纵径两条线的CT值分布曲线，分别测量横纵径两端CT值变化的斜率，用其绝对值的均值来表示血管的边缘锐利度，其均值越大，提示血管显示越好。所有数据均由2名有经验的医师独立测量。

1.4 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，2名观察者所测数据的一致性行配对t检验；采用随机区组方差分析比较单扇区重建与各次双扇区重建后血管中心密度、血管横断面积、血管横纵径比值以及血管边缘锐利度的差异，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 观察者间所测数据一致性评价 2名观察者所测血管中心密度、血管横断面积、血管横纵径比值、血管边缘锐利度差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

2.2 各次双扇区重建分别与单扇区重建图像质量比较①75%双扇区与75%单扇区重建比较，图像质量差异无统计学意义（P＞0.05）；②75%-69%、75%-81%双扇区重建分别与75%单扇区重建比较，图像质量差异均有统计学意义（P＜0.05）；③75%-72%、75%-78%双扇区重建与75%单扇区重建比较，血管横纵径比、血管边缘锐利度、血管中心密度差异均有统计学意义（P＜0.05），血管横断面积差异无统计学意义（P＞0.05）；④随重建时相间隔增大，双扇区重建各评价指标所测数值与单扇区重建相应指标数值间的均数差也逐渐增大，见表2、图1。

3 讨论

3.1 双扇区重建的优势与限制 双扇区重建是指将来自相邻两个心动周期相同相位区间的、同一Z轴位置的X-Y平面内不同角度的经过线性内插的投影数据组合构成半扫描重建所需的投影角度，经过校正以后用于反投影重建而形成断层图像的过程。在双扇区重建情况下，单个扇区数据采集的时间相对于心动周期缩短，因此，双扇区重建可以提高时间分辨率，从而降低心脏运动对冠状动脉CTA的影响，提高断面图像的清晰度。但是，由于双扇区重建中的数据来自两个心动周期，两部分数据在心脏运动时相上的一致性成为保证重建图像质量的关键因素。在心率稳定的情况下，假定在心电图R-R间期的相同时相，心脏在运动上也是同时相的，即使存在微小的偏差，这种偏差也不足以对图像质量产生显著影响。然而，在冠状动脉CTA检查中，并不是所有患者的心率都能够保持稳定，有时会出现较大的波动，此时应用双扇区重建，这种波动可能导致双扇区重建中来自两个心动周期的数据在心脏运动的周期上处于不同的时相即两个心动周期的数据不能够准确匹配，导致重组图像质量下降并进而可能影响冠状动脉的显示以及对冠状动脉狭窄的评估。

3.2 实验设计思路 要评价心率波动情况下双扇区重建的图像质量，需要收集相应的病例，但首先由于心率波动出现的不确定性以及其发生时导致的心率增快对单扇区重建图像的影响，评价时难以确定参考标准。因此，在心率较慢、单扇区重建图像质量良好的病例中人为设置双扇区重建的时相差，模拟心率的变化，从而对双扇区重建的情况进行评价。其次，在冠状动脉的各段中，右冠状动脉垂直走行段与成像平面相垂直，原始重建的图像即可用于评价冠状动脉的形态改变，可以最大程度地避免冠状动脉纵向运动的影响，减小测量误差，故本研究中将其作为评价目标。

为了获得高质量的冠状动脉图像，应尽可能将图像重建的相位窗置于心动周期内冠状动脉运动最弱的时段，多层螺旋CT冠状动脉成像中，患者心率慢（＜65次/min）时，于心脏舒张中期可获得较好的图像质量，能够满足大多数冠状动脉节段的诊断需要[8-12]。王照谦等[13]的研究也表明，采用双扇区重建算法，冠状动脉多数在心动周期的R波后75%相位窗上显示最佳。而且在心脏舒张期，冠状动脉血流量最大，便于对冠状动脉进行评价。因此，本研究在单扇区重建中选择了75%相位窗，双扇区重建中将前一心动周期重建数据中心置于75%，后一心动周期分别置于69%、72%、75%、78%、81%。

3.3 心脏运动时相的一致性对双扇区重建图像质量的影响 应用双扇区重建，扫描过程中患者心率越快、波动越明显，图像质量越差[14]。尽管在心率慢的情况下，单扇区重建的时间分辨率能够满足冠状动脉CT成像要求，一般不会应用双扇区重建，但本研究结果显示，即使在心率慢的情况下进行双扇区重建，心率变化也会造成图像质量下降。虽然本研究中75%-72%、75%-78%双扇区重建在面积上与75%单扇区重建无显著差异，但决定血管形态的血管横纵径比值及血管边缘锐利度有显著差异，说明血管显示已经发生了失真、变形。扫描过程中，如果患者心率发生波动，不同心动周期间心脏的收缩与舒张状态会不同，即处于同相位同层面的血管不在同一位置，即使在心率慢的基础上，不同心动周期间心脏这种运动时相的差异仍会使不同心动周期间的数据不能够准确匹配，导致由这些数据融合所重建出的血管发生失真、变形，而且随着双扇区重建时相间隔的增大，心脏在各个心动周期中运动状态的差异就越显著，同相位同层面所收集的原始数据就越不匹配，重建后血管变形的程度就越严重，以至于在冠状动脉狭窄的情况下，可能造成对狭窄程度评价的偏差。郑君惠等[15]应用心脏动态体模在心率为60次/min的情况下，对单扇、双扇重建后的图像进行评分，结果表明在心率慢且波动小的情况下，采用单扇区重建图像质量比较好。虽然与本研究目的不同，但同样可以说明在心率波动的情况下进行双扇区重建会降低图像的质量。因此，临床上应用双扇区重建，要想获得高质量的图像，为临床提供更多有价值的信息，保证心脏运动时相的一致性是关键。

3.4 不足与展望 本研究不足之处：①对右冠状动脉图像仅采用了75%的舒张中晚期时相进行重建，而最佳图像有可能在收缩末期，但由于本组病例扫描过程中使用了心电（ECG）调控管电流技术，仅在心脏运动的舒张中、末期有正常的管电流输出，其他时相上为低电流，不能提供具有足够信噪比的图像。同时，本研究所采用的病例心率均较低，舒张中晚期右冠状动脉的图像质量均良好，能够满足诊断要求。②缺乏冠状动脉造影图像作为对照，仅测量分析了正常冠状动脉的数据，未对冠状动脉狭窄的数据进行测量、分析。但是，由于临床上进行冠状动脉CT检查时心率通常较慢，能够进行双扇区重建的层面数非常有限，难以收集到恰好在能够进行双扇区重建的节段存在狭窄的病例，本研究只能对正常冠状动脉进行评价，所得的初步结论有待大样本研究进一步验证。

总之，双扇区重建中时相差会导致冠状动脉血管形态和边缘锐利度的改变，并进而可能造成对冠状动脉狭窄评价的偏差。因此，应用双扇区重建时维持患者心率稳定仍是保证成像准确性的关键，在心率出现波动时应考虑调整重建时相，提高不同心动周期重建数据在运动相位的一致性，从而最大程度地确保冠状动脉评价的准确性。

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