综合评价法对256层CT前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉成像质量的对比研究

梁永刚，付丽媛，陈自谦

·论 著·

综合评价法对256层CT前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉成像质量的对比研究

梁永刚，付丽媛，陈自谦

目的 采用主观评价与客观评价相结合的综合评价法对256层螺旋极速CT前瞻性与回顾性心电门控冠状动脉CTA检查的图像质量进行对比研究。方法 按拟定的排除标准共120例患者纳入研究，分为常规回顾性心电门控螺旋扫描组和前瞻性心电门控轴扫描组，每组60例。所有患者随机分组。记录每例患者的性别、年龄、体重、身高、体质量指数、平均心率及扫描长度，计算出有效辐射剂量，对图像质量进行主观评价，同时测量并计算出原始轴位冠状动脉增强图像的客观评价指标∶图像噪声、信号噪声比和对比噪声比，对有效辐射剂量、主观与客观图像质量评估指标进行统计学分析。结果 ①两组患者的有效辐射剂量分别为（14．34±0．92）mSv、（3．56±0．36）mSv，两组之间差异有统计学意义（P＜0．05）。②两组患者的图像质量主观评分分别为（3．63±0．41）分、（3．62±0．45）分。两组患者的图像噪声分别为（30．48±5．60）、（30．95±4．57）。两组患者的图像信噪比分别为（15．42±3．73）、（15．09±3．08）。两组患者的图像对比噪声比分别为（13．29±3．52）、（13．05± 2．95）。除有效辐射剂量两组之间差异有统计学意义（P＜0．05）外，其他图象质量指标两组之间差异均无统计学意义（P＞0．05）。结论 采用综合评价法对256层螺旋极速CT前瞻性与回顾性心电门控技术冠状动脉CTA检查的图像质量进行对比，前瞻性心电门控技术在降低患者受检剂量的同时，可以得到与回顾性心电门控技术相当的图像质量。

综合评价法；256层螺旋CT；冠状动脉成像；前瞻性心电门控轴扫技术；回顾性心电门控螺旋扫描技术；图像质量；辐射剂量

随着多层螺旋CT（multi⁃slice computed tomo⁃graphy，MSCT）大量的引进和临床应用，冠状动脉CTA成为学术界研究的热点［1⁃3］。CT冠状动脉成像主要采用回顾性心电门控螺旋扫描技术，检查床运动的同时球管连续曝光进行小螺距高度重叠的螺旋扫描，辐射剂量较高。前瞻性心电门控扫描技术通过提前预测R波时间，采用轴位扫描方式来获取图像，扫描过程中扫描床静止，通过心电信号触发，X射线只在预定的R⁃R间期时相曝光，其余的R⁃R间期时相X射线关闭［4］。有多项研究显示该技术是降低辐射剂量较显著的方法［5⁃8］。在过去的研究中，对这两种技术进行冠状动脉CTA的图像质量主要采用主观评价法进行评价，较少有研究者采用主观评价与客观评价相结合的综合法对图像进行质量评价。本研究采用综合评价法对这两种技术冠状动脉CTA检查的图像质量进行评价，探讨了前瞻性心电门控和回顾性心电门控冠脉成像图像质量的差异，以期为更好地应用与开展冠状动脉CTA技术提供资料和建议。

1 对象与方法

1.1 对象 2012年5－12月在我院进行冠状动脉CTA检查的患者120例，随机分为常规回顾性心电门控螺旋扫描组和前瞻性心电门控轴扫组。常规回顾性心电门控螺旋扫描组60例，其中男31例，女29例，年龄29～86（54．95±12．44）岁，体质量指数（BMI）（23．92±2．29），扫描长度（mm）（128．11±9．52），心率52～101（72．55±12．99）次／min。前瞻性心电门控轴扫组60例，其中男39例，女21例，年龄32～74（52．57±10．05）岁，体质量指数（BMI）（24．01±2．47），扫描长度（127．98± 9．03）mm，心率49～91（68．20±12．45）次／min。病例排除标准∶严重肝肾功能不全及心功能不全、对比剂肾病、碘对比剂过敏、硝酸甘油禁忌症、临床生命体征不稳定、心律不齐、冠状动脉支架置入或搭桥术后、无法屏气者、BMI＞30者及怀孕。两组性别、年龄、BMI、扫描长度、平均心率差异均无统计学意义（P＞0．05）。

1.2 仪器设备及扫描参数 MSCT使用256层螺旋极速CT（PHILIPS Brilliance iCT），采用德国欧利奇双筒高压注射器（Ulrich，XD 2001）。常规回顾性心电门控螺旋扫描组∶管电压120 kV，管电流基于BMI设定，BMI≤20，800 ms，20＜BMI＜25，850 mAs，25≤BMI＜30，900 mAs，所有患者均未采用ECG管电流调制技术。机架转速0．27s／360°，探测器128× 0．625 mm，层厚0．9 mm，层间距0．45 mm，螺距0．16，重建矩阵512×512，重建参数XCB，FOV 250 mm。前瞻性心电门控轴扫组∶管电压120 kV，管电流基于BMI设定，BMI≤20，200 mAs，20＜BMI＜25，210～240 mAs；25≤BMI＜30，250 mAs。探测器128×0．625，层厚0．9 mm，层间距0．45 mm，矩阵512 ×512，重建参数XCB，FOV250 mm，重建心率≤70次／min时，数据采集时间窗设定在R⁃R间期75%时相，心率＞70次／min时，数据采集时间窗设定在R⁃R间期45%时相，相位容差5%。

1.3 检查方法 患者检查前准备∶①告知患者整个检查过程，签署检查知情同意书。②对患者进行呼吸及屏气训练，扫描时要求患者平静呼吸下屏气，部分不能自主屏气患者，采用捏鼻法。③扫描前3 min舌下含服硝酸甘油0．5 mg，所有患者均未服用降低心率药物。扫描方法∶①18G套管针于患者右侧肘部正中静脉建立静脉通道后取仰卧位，脚先进，双手举过头顶，按标准位置连接心电信号监测仪，后注射生理盐水20 mL以确保静脉通道通畅。②定位像扫描范围上界从约气管分叉水平至心脏膈面下方1～ 2 cm，左右缘分别距离心脏外缘2～3 cm，前缘贴近前胸壁，后缘贴近胸椎体后方。③冠状动脉增强靶扫描∶采用双筒高压注射器注射非离子型碘对比剂碘普罗胺（Iopromide，370 mgI／mL，拜耳医药），对比剂注射量根据体重计算，≤65 kg为1．2 mL／kg，65 kg＜体重≤70 kg为1．1 mL／kg，体重＞70 kg为1．0 mL／kg，总量不超过90 mL，注射速率6 mL／s，注射完毕后等速跟进等渗盐水40 mL。取气管分叉下方1 cm水平层面进行监测，感兴趣区（region of interest，ROI）设在上述层面的降主动脉内，通过对比剂团注追踪法（bolus tracking，BT）监测降主动脉对比剂CT值。触发阈值和延迟时间∶回顾性心电门控扫描模式，阈值150 Hu，延迟5～6 s；前瞻性心电门控扫描模式，阈值120 Hu，延迟6～7 s；扫描时同步监测心电信号，记录心电图和心率。

1.4 图像后处理技术 将采集到的最清晰扫描时相的重建图像传送到EBW4．52工作站，使用智能化心脏后处理软件进行图像后处理。处理方法主要包括∶最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）、曲面重组（curved planar reformation，CPR）、多平面重组（multiple planar reformation，MPR）和容积再现（volume rendering，VR）。通过以上重建方法多平面、多角度地显示冠状动脉各血管分支、分段及其病变。

1.5 辐射剂量评估 记录容积CT剂量指数CTDIVOL（mGy）、剂量长度乘积DLP（mGy·cm）。有效剂量ED（mSv）＝DLP×k（k为换算因子，取值0．014 mSv·mGy－1·cm－1）公式进行计算。本研究统计的辐射剂量仅为冠状动脉CTA扫描时的辐射剂量。

1.6 图像质量评估 ①主观图像质量评估∶根据美国心脏学会（AHA）分类方法标准，将冠状动脉分为16段。右冠状动脉近段（RCAp）、中段（RCAm）、远段（RCAd）、右室后降支（PDA，4a）和（或）左室后支（PLA，4b）为1～4段；左主干（LM）为5段；左前降支近段（LADp）、中段（LADm）、远段（LADd）、第一对角支（D1）、第二对角支（D2）为6～10段；回旋支近段（LCXp）、第一钝缘支（OM1）、回旋支中（LCXm）、第二钝缘支（OM2）、回旋支远段（LCXd）和中间支（Intermediate）为11～16段［9］。由2名有经验的影像诊断医师和1名研究生以双盲法对图像进行评分，仅评估RCA、LM、LAD及LCX，共10个主支节段，当评分不统一有分歧时，经共同商讨后达成一致意见，并记录每位患者10个节段的最终分值［10］。根据文献［11］采用4分制半定量对冠状动脉节段进行评分，标准如下∶4分优秀，血管连续性好，管壁光滑锐利无伪影；3分良好，血管连续，管壁有轻度模糊伪影；2分中等，血管连续，管壁中度伪影，但不影响诊断；1分差，血管严重运动伪影，管腔出现错层、中断，血管不连续或显示不清等情况或其中之一，不能进行评估。其中≥2分为可评估节段（图1）。②客观图像质量评估∶采用信号噪声比（signal noise ratio，SNR）和对比度噪声比（contrast noise ratio，CNR）来评估。信号强度（signal intensity，SI）用测量原始冠状动脉增强图像的CT值表示，避开血管壁和冠脉硬化斑块，分别测量左主干开口水平的升主动脉根部（SI1）、右冠状动脉近段（SI2）及左主干（SI3）的CT值，然后计算三者强化的平均值（SI4），同时测量胸大肌的CT值（SI5）（图2）。图像噪声（background noise，BN）用测量升主动脉根部CT值的标准差（SD）来表示，其ROI约为1 cm2（图2A）。根据公式∶SI4＝（SI1+SI2+SI3）／3；SNR＝SI4／BN；CNR＝（SI4－SI5）／BN，计算出SNR和CNR。

1.7 统计学处理 采用Microsoft Excel 2007及SPSS 21．0统计软件对所得到的研究数据进行整理统计分析，计量资料以均数±标准差（¯x±s）表示，方差齐性采用t检验，方差不齐采用Wilcoxon秩和检验。计数资料采用卡方检验。P＜0．05认为差异具有统计学意义。使用Kappa法对3位影像诊断医师冠状动脉节段的评分结果两两作一致性对比分析，P＜0．001认为差异具有统计学意义。Kappa值≥0．75，一致性较好，Kappa值在0．75与0．4之间，一致性一般，Kappa值≤0．4，一致性较差。

图1 冠状动脉图像质量主观评价评分示意图

图2 图像CT值及噪声测量示意图

2 结 果

2.1 两组辐射剂量指标分析 两组间CTDIvol、DLP和ED比较差异有统计学意义（P＜0．05），前瞻性心电门控轴扫组ED较常规回顾性心电门控螺旋扫描组组明显降低（表1，P＜0．01）。

表1 两组辐射剂量各指标比较（n＝60，±s）

表1 两组辐射剂量各指标比较（n＝60，±s）

注∶CTDIvol∶容积CT剂量指数；DLP∶剂量长度乘积；ED∶有效辐射剂量

组别CTDIvol（mGy）DLP（mGy∗cm）ED（mSv）常规回顾性心电门控螺旋扫描组58．12±2．411024．30±66．5014．34±0．92前瞻性心电门控轴扫组19．84±1．44253．92±26．203．56±0．36 Z值－9．54－9．54－9．54 P值0．0000．0000．000

2.2 图像质量评估

2.2.1 两组图像质量主观指标分析 所有图像均由2名有经验的影像诊断医师和1名研究生以双盲法对图像进行评分和图像质量的综合评价。3位医师的评价结果通过两两比较并进行Kappa检验，常规回顾性心电门控螺旋扫描组的Kappa值分别为0．969、0．855、0．826（P＜0．001），前瞻性心电门控轴扫组的Kappa值分别为0．972、0．879、0．863（P＜0．001），Kappa值均＞0．75，认为3位医师的评价结果一致性好。对两组120例患者共1200个冠状动脉节段总评分及冠状动脉各主支评分组间比较差异无统计学意义（P＞0．05），两组图像质量均能满足诊断要求（表2，图3）。

2.2.2 两组图像质量客观指标分析 对两组患者的图像质量客观指标（SI1、SI2、SI3、SI4、SI5、BN、SNR、CNR）进行分析。结果显示两组间各测量CT值（表3）、BN、SNR和CNR差异均无统计学意义（P＞0．05，表4）。

图3 冠状动脉图像，图像质量均能满足诊断要求（A～C：使用前瞻性心电门控技术采集的图像，依次为RCA、LAD、LCX；D～F：使用回顾性心电门控技术采集的图像，依次为RCA、LAD、LCX）

表2 两组冠状动脉节段图像质量主观评分比较（n＝60，¯±s）

表2 两组冠状动脉节段图像质量主观评分比较（n＝60，¯±s）

注∶RCA∶右冠状动脉；LM∶左主干；LAD∶前降支；LCX∶回旋支

组别RCALMLADLCX平均值常规回顾性心电门控螺旋扫描组3．63±0．563．85±0．403．71±0．433．49±0．493．63±0．41前瞻性心电门控轴扫组3．62±0．543．83±0．423．65±0．493．51±0．503．62±0．45

表3 两组图像测量的CT值（Hu）比较（n＝60，±s）

表3 两组图像测量的CT值（Hu）比较（n＝60，±s）

注∶SI1∶升主动脉根部CT值；SI2∶右冠状动脉近段CT值；SI3∶左主干CT值；SI4∶为SI1、SI2和SI3三者平均值；SI5∶胸大肌CT值

组别SI1（Hu）SI2（Hu）SI3（Hu）SI4（Hu）SI5（Hu）常规回顾性心电门控螺旋扫描组471．52±80．09446．47±83．47448．67±75．43455．55±73．8563．33±8．66前瞻性心电门控轴扫组462．75±68．48453．95±79．48457．18±66．49457．96±67．6562．15±6．31

表4 两组图像BN、SNR和CNR比较（n＝60，¯±s）

表4 两组图像BN、SNR和CNR比较（n＝60，¯±s）

注∶BN∶噪声；SNR∶信号噪声比；CNR∶对比度噪声比

组别BNSNRCNR常规回顾性心电门控螺旋扫描组30．48±5．6015．42±3．73 13．29±3．52前瞻性心电门控轴扫组30．95±4．5715．09±3．08 13．05±2．95

3 讨 论

随着社会的进步和人类生活水平的不断提高，心血管疾病的发病率和死亡率不断上升，其中冠心病（coronary artery disease，CAD）已经成为全球死亡率最高的疾病之一，严重威胁着人类的健康［12］。冠状动脉DSA仍是诊断CAD的“金标准”［13］，但其检查费高且属有创检查。随着MSCT技术的快速发展，MSCT冠状动脉成像应用越来越广泛且诊断准确性得到了显著提高。

回顾性心电门控螺旋扫描技术是CCTA最常用的心电门控方式，它的原理是采用螺旋扫描方式来获取容积数据，同步记录心电信号，X射线在整个心动周期内曝光，然后选择R⁃R间期特定时相的数据重组出相应的图像。由于它是螺旋连续扫描，X射线连续曝光，且螺距小，重叠扫描多，因此患者接受的有效辐射剂量高。前瞻性心电触发轴扫描技术最早应用于电子束CT钙化评分。近年来，随着“后64排”高端MSCT的推出，如256层CT，因其时间、空间分辨力极大的提高以及Z轴超宽探测器（8 cm），扫描时间明显缩短，应用前瞻性心电门控描技术在临床CCTA检查中越来越广泛。前瞻性心电门控扫描技术采用轴位扫描获取数据，通过心电信号触发扫描，X射线仅在预先设定的R⁃R间期时相曝光，而其余的R⁃R间期时相X射线完全关闭，该扫描技术最大的优点是辐射剂量低。

研究显示前瞻性与回顾性心电门控扫描技术相比较，其有效辐射剂量可降低约80%［14］。尽管研究结果令人满意，但前门控CCTA扫描模式是否会影响图像质量仍然是医疗工作者所关注的焦点和热点。近年来国内外众多学者采用主观评价法对图像质量进行了研究，并获得了较好的结果［15］。主观评价影像质量方法简单易行，但其结果受观察者的因素影响，不同的观察者得到的结果可能不尽相同，因而不够稳定、全面［16］。本研究采用主观评价法和通过测量构成影像的物理参数（CT值、SNR、CNR和BN）的客观评价法，对256层螺旋极速CT前瞻性与回顾性心电门控技术进行冠状动脉CTA检查的图像质量进行对比研究，结果显示，两组图像质量主观和客观评估差异均无统计学意义（P＞0．05）。

前瞻性门控技术最大的优势就在于在有效降低辐射剂量的同时可以得到满足诊断要求的图像质量。回顾性心电门控技术则具备以下优势∶①可以多扇区重建，使得高心率患者也可进行CCTA；②采集的是全心动周期的数据，可进行任意时相重建，在保证图像质量的同时，还可以进行心功能评价；③ECG编辑技术可对检查时出现心律不齐的患者进行心电图编辑，从而提高检查成功率。两种方法各有优缺点，在临床行CCTA检查时选择前瞻性心电门控或回顾性心电门控应视患者具体情况而定。如果扫描时患者屏气不佳或心率波动较大，容易造成运动伪影，由于前瞻性心电触发轴扫技术不是采集全心动周期数据，因此无法进行其他期相重建，可能会造成部分冠状动脉节段无法评价甚至检查失败。因此，对于屏气欠佳、高心率、心律不齐、支架植入术后及冠状动脉搭桥术后等患者，需要选择回顾性心电门控螺旋扫描模式，该技术可以采集全心电周期的数据，进行任意时相重建，针对部分心律不齐的患者还可进行心电编辑后处理以确保CCTA检查成功率。

本研究的局限性在于没有对心率进行限制及分组。在过去的研究中有关于前门控CCTA的纳入病例心率均＜75次／min，或者根据心率进行分组［15］。而本研究未限制纳入病例心率，也未对心率分组，原因是∶①将质量控制与管理贯穿于整个心脏冠脉CTA始末以确保成功率与图像质量；②两组心率最高分别为91和101次／min，最高心率患者图像的SNR均为16，CNR均为13，患者图像血管连续，管壁轻度模糊伪影，满足诊断要求。由于最高心率患者图像质量较好，故未对心率作限制及进行分组。另外本研究仅评价冠脉主支，即无论其管径大小均评价，而主要分支管径再大也被忽略，这是因为在临床治疗上，对冠脉狭窄的治疗主要是针对主支进行的，所以本研究仅对主支进行了评价。

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Using comprehensive evaluation method to assess image quality of 256⁃slice CT coronary angiography in prospectively ECG⁃gating and retrospectively ECG⁃gating

LIANG Yong⁃gang，FU Li⁃yuan，CHEN Zi⁃qian． Medical Image Center of Fuzhou General Hospital，Nanjing Military Command，PLA，Fuzhou，Fujian 350025，China

Objective To investigate the prospectively ECG⁃gated CT coronary angiography versus retrospectively ECG⁃gated 256⁃slice CT coronary angiography in image quality using comprehensive evaluation method．Methods According to the exclusion cri⁃teria，120 cases were included in the study and divided into two groups randomly．Group A∶conventional retrospective ECG⁃gating group（control group）；group B∶prospective ECG⁃gating group（experiment group）．Record the gender，age，weight，height，BMI，average heart rate and scanning length of each patient，and calculated effective dose（ED）．Assess the image quality of coronary artery subjectively，and measure background noise（BN），signal noise ratio（SNR）and contrast noise ratio（CNR）in axial original coronary artery enhancement image．The ED，objective and subjective image quality assessment index of the patients in the two groups were ana⁃lyzed statistically．Results ①The ED of patients in A and B groups were（14．34±0．92）mSv and（3．56±0．36）mSv respectively，which had significant difference between the two groups（P＜0．05）．②The total score of image in A and B groups were（3．63±0．41）and（3．62±0．45）respectively，which had no significant difference between the two groups（P＞0．05）．The BN of image in A and B groups were（30．48±5．60）and（30．95±4．57）respectively，which had no significant difference between the two groups（P＞0．05）．The SNR of image in A and B groups were（15．42±3．73）and（15．09±3．08）respectively，which had no significant differences be⁃tween the two groups（P＞0．05）．The CNR of image in A and B groups were（13．29±3．52）and（13．05±2．95）respectively，which had no significant difference between the two groups（P＞0．05）．Conclusion By using comprehensive evaluation method to assess image quality of 256⁃slice CT coronary angiography in prospectively ECG⁃gating and retrospectively ECG⁃gating，we find that the prospective ECG⁃gating CT coronary angiography can hold image quality，at the same time reduce radiation dose effectively．

comprehensive evaluation method；256⁃slice spiral computed tomography；coronary angiography；prospective ECG⁃gating technique；retrospective ECG⁃gating technique；image quality；radiation dose

R445．3；R541．4

A

10．3969／j．issn．1672⁃271X．2015．06．002

∶2015⁃08⁃21；

∶2015⁃10⁃14）

350025福建福州，南京军区福州总医院医学影像中心

陈自谦，E⁃mail∶chenziqianfz＠sina．com

（本文编辑∶齐 名； 英文编辑∶王建东）