冠状动脉追踪冻结技术与不同扇区重建对改善冠状动脉图像质量效果的对比研究

2015-12-22马海婷MAHaiting

中国医学影像学杂志 2015年7期

关键词：扇区伪影心电

马海婷 MA Haiting

古丽娜·阿扎提 GULINA·Azhati

刘文亚 LIU Wenya

邢艳 XING Yan

肖虎 XIAO Hu

冠状动脉追踪冻结技术与不同扇区重建对改善冠状动脉图像质量效果的对比研究

马海婷 MA Haiting

古丽娜·阿扎提 GULINA·Azhati

刘文亚 LIU Wenya

邢艳 XING Yan

肖虎 XIAO Hu

作者单位
新疆医科大学第一附属医院影像中心新疆乌鲁木齐 830011

目的比较宝石CT冠状动脉追踪冻结技术（SSF）与不同扇区重建对CT冠状动脉造影（CCTA）图像质量及可判读性的改善。资料与方法 60例可疑冠心病患者根据心率进行分组，25例心率≤65次/分患者行宝石CT前瞻性心电门控扫描，比较75%期相时SSF算法和标准算法（STD）重建的CCTA图像质量及其可判读性；35例心率＞65次/分者行宝石CT回顾性心电门控扫描，比较45%及75%期相时SSF算法和STD算法重建的CCTA图像质量及其可判读性；分别基于冠状动脉节段、冠状动脉分支及冠状动脉整体水平进行评分。结果 ①25例前瞻性心电门控扫描患者SSF算法重建图像的可判读性在每支血管的每个段水平高于STD算法重建图像[96.3%（341/354）与90.7%（321/354），P＜0.01]；每位受试者及前降支、回旋支、右冠状动脉每支血管评分，SSF评分高于STD评分（P＜0.01、P＜0.001）；左主干两种算法图像质量差异无统计学意义（P＞0.05）。②35例回顾性心电门控扫描患者，45%期相时SSF重建图像的可判读性在整体水平、分支水平及节段水平均高于单扇区及双扇区重建图像（P＜0.01、P＜0.001）；而在75%期相时差异均无统计学意义（P＞0.05）。在整体水平，SSF重建图像在45%及75%期相时的图像质量评分均高于单扇区及双扇区重建图像，差异有统计学意义（P＜0.001）；在分支水平，左主干在45%期相时评分在3种重建方法间差异有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001）；而在75%期相时差异无统计学意义（P＞0.05）；前降支、回旋支、右冠状动脉45%及75%期相时的图像质量评分在3种重建方法间差异有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001）。结论 SSF可以在一定程度上提高前瞻性和回顾性心电门控下CCTA图像质量及其可判读性，尤其对图像质量的提高更为明显。

冠心病；体层摄影术，X线计算机；冠状血管造影术；图像处理，计算机辅助

心源性猝死约50%在发生前均无明显临床症状，目前在治疗和减少心血管事件方面已有有效治疗方案，早期发现冠状动脉疾病是关键。CT冠状动脉造影（coronary CT angiography，CCTA）作为冠状动脉疾病的无创诊断方法，在检出和排除冠状动脉狭窄性病变中的价值已得到广泛认可[1-3]。然而由于运动伪影的影响，CCTA中12%的冠状动脉节段不能诊断[4]。冠状动脉追踪冻结技术（snapshot freeze，SSF）较好地解决了由于心脏搏动产生的运动伪影而导致图像成像质量不佳这一问题。本文通过对60例受试者分别行前瞻性和回顾性心电门控扫描，比较SSF算法和标准算法（standard，STD）重建对CCTA图像质量及可判读性，评价SSF算法在改善冠状动脉图像质量中的作用。

1 资料与方法

1.1 研究对象连续收集2014年2－4月在新疆医科大学第一附属医院拟诊为冠心病并进行CCTA检查的60例患者，其中25例心率≤65次/分者行前瞻性心电门控扫描，心率变化（2.6±2.5）次/分；35例心率＞65次/分者行回顾性心电门控扫描，心率变化（5.8±4.7）次/分。排除标准：①有严重呼吸系统疾病或不能遵循屏气指令等不能配合扫描者；②碘对比剂过敏、心律不齐、心肾功能不全者；③甲状腺功能亢进（促甲状腺素＜0.3 mU/L）；④有心肌梗死病史，有冠状动脉腔内成形术、冠状动脉支架植入术及冠状动脉搭桥术史；⑤冠状动脉钙化积分≥400分。两组患者一般资料比较见表1。本研究经医院伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

表1 25例前瞻性心电门控扫描与35例回顾性心电门控扫描患者的一般资料

1.2 CCTA检查采用GE 64层Discovery HD 750 High Definition扫描机。心率＞80次/分者口服倍他洛克25～50 mg，以保证图像扫描质量。造影剂采用欧乃派克（350 mgI/ml），用量（ml）=体重（kg）×0.8 ml/kg，流速（ml/s）=对比剂用量（ml）/12 s，两组注射时间均为12 s。从头侧至足侧扫描，扫描范围从气管隆突下方至膈顶。心率≤65次/分者采用前瞻性心电门控扫描，心率＞65次/分者采用回顾性心电门控扫描。准直器宽度0.625 mm，探测器宽度40 mm，重建层厚0.625 mm，层间距0.625 mm。机架旋转时间0.35 s/周。根据受试者体重指数（BMI）采用不同的扫描条件，最大管电流200～670 mA，BMI≤22.5 kg/m2、管电压80 kV，22.5 kg/m2＜BMI≤28 kg/m2、管电压100 kV，28 kg/m2＜BMI≤33 kg/m2、管电压120 kV，BMI＞33 kg/m2、管电压140 kV。

1.3 图像后处理所有图像在AW 4.6工作站进行图像后处理。执行前瞻性心电门控扫描时，以75%期相为中心重建；而采用回顾性心电门控扫描时，重建期相以45%及75%期相为中心。

1.4 冠状动脉图像判读由2名具有5年以上CCTA诊断经验的主治医师以上诊断医师采用随机双盲法对图像进行独立判读。每名医师先对一种重建算法的图像进行判读，2周以后再对另一种重建算法的图像进行判读，以减少主观偏倚。采用Likert评分法[5]作为评分标准：1分，图像质量差，无法诊断，严重的冠状动脉运动或其他伪影影响使图像不能正确评估；2分，图像质量较差，但可以诊断，由于继发于冠状动脉运动或其他伪影影响，降低了图像质量；3分，图像质量好，轻微的运动相关伪影或其他伪影；4分，图像质量优，极少或无运动相关伪影，极好的解剖细节用来进行狭窄和斑块的评估。并分别基于冠状动脉节段、冠状动脉分支及冠状动脉整体水平进行评分，冠状动脉分段采用美国心脏病学会的标准16段分法[1]。

1.5 辐射剂量记录扫描长度、CT容积剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）及剂量长度乘积（dose-length product，DLP），按照公式（1）[6]计算有效辐射剂量（effective dose，ED）。

其中k为转换因子，取值为0.014 Sv/mGy[1]。

1.6 统计学方法采用SPSS 10.0软件，对SSF与扇区重建几种重建模式下的图像质量进行比较，几个水平的图像质量评分比较采用秩和检验，可判读性比较采用χ2检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 前瞻性心电门控组图像质量评分与判读 SSF算法重建图像质量在每位受试者及前降支、回旋支、右冠状动脉每支血管水平评分均高于STD，差异有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001）；左主干两种算法图像质量差异无统计学意义（P＞0.05），见表2及图1。SSF算法重建图像可判读性在每支血管的每个段水平高于STD重建图像，差异有统计学意义（P＜0.01）；SSF算法重建图像可判读性在每支血管的每个段水平高于STD重建图像，差异有统计学意义（P＜0.01）；在每位受试者水平、每位受试者的每支血管水平两种算法差异无统计学意义（P＞0.05），见表3。

表2 SSF重建算法和STD重建算法图像质量评分比较（分）

表3 SSF重建算法和STD重建算法图像质量可判读性比较[n(%)]

2.2 回顾性心电门控组图像质量评分与判读在整体水平，SSF重建图像在45%及75%期相时的图像质量评分均高于单扇区及双扇区重建图像，差异有统计学意义（P＜0.001）；在分支水平，左主干在45%期相时3种重建方法间差异有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001），而在75%期相时差异无统计学意义（P＞0.05）；前降支、回旋支、右冠状动脉在45%及75%期相时的图像质量评分3种重建方法间差异均有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001），见表4、图2。45%期相时SSF重建图像的可判读性在整体水平、分支水平及节段水平均高于单扇区及双扇区重建图像，差异均有统计学意义（P＜0.01、P＜0.001），见表5；而在75%期相时3种重建算法间差异均无统计学意义（P＞0.05）。

图1 女，56岁。前瞻性心电门控扫描，心率64次/分，A、B、C为STD重建算法图像，分别为VR图像、曲面重组图像、轴位图像，图像存在明显运动伪影，质量较差；D、E、F为SSF重建算法图像，分别为VR图像、曲面重组图像、轴位图像，图像伪影基本消失，血管边缘光滑，满足诊断

图2 男，62岁。回顾性心电门控扫描，心率71次/分，A、B、C分别为45%期相单扇区重建、双扇区重建及SSF算法重建的曲面重组图像，A、B图像存在明显运动伪影，图像质量差；C图像伪影基本消失，满足诊断

3 讨论

从早期的螺旋CT到多层螺旋CT，冠状动脉CT成像已经取得了跨越式的发展，但是心率与心脏搏动仍是影响CCTA图像质量的一个重要因素[7]。宝石能谱CT创新性地应用了SSF冠状动脉运动追踪冻结平台，是近期64层螺旋CT消除CCTA运动伪影的新技术，本研究拟评估SSF重建算法对图像质量的影响。

患者行冠状动脉CT检查时，图像处理多采用单扇区或多扇区重建。传统的单扇区重建是利用X线球管连续旋转180°采集到的数据进行图像重建的算法，故重建算法的时间分辨率大致相当于机架旋转时间的50%，用于重建的图像数据均采集于一个心动周期内。如果机架旋转速度不够快，就必须使用多扇区重建。多扇区重建是利用整合来自不同心跳的心动周期中不同期相的数据来提高时间分辨率[8]。然而，不同心动周期内的心跳会有所不同，造成不同心动周期的数据整合后不能完全匹配，图像出现伪影。即使采用多期相重建，高心率患者的成像难度也较大，尤其是右冠状动脉运动速率大，最易产生伪影[9]。SSF算法是利用单个心动周期内相邻时相的图像信息来描绘血管运动，有效地缩短了重建时间窗，补偿了因为冠状动脉运动造成的伪影，从而改善了图像质量[10-11]。因此，影响多扇区重建的各种常见因素，如心跳不一致、机架每周的共振点不一致、心动周期不同等因素，对该算法的影响相对较小[12]。与STD算法相比，该算法明显提高了图像质量及其可判读性。本研究前瞻性扫描病例中，在整体水平及前降支、回旋支、右冠状动脉每支血管水平，SSF重建算法使图像质量得到明显提高；在回顾性扫描病例中，在45%及75%期相时的整体水平、前降支、回旋支、右冠状动脉及45%期相时的左主干每支血管水平，SSF重建算法使图像质量得到明显提高。本研究前瞻性扫描病例中，SSF算法在每位受试者水平、每支血管水平及每个节段水平的可判读性分别为96.0%、96.0%和96.3%，而STD算法在3个评估水平的可判读性分别为80.0%、90.0%和90.7%，SSF算法分别提高了16.0%、6.0%和5.6%。在回顾性扫描病例中，在45%期相，SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每个段水平的可判读性分别为65.7%、73.6%和62.3%，较单扇区重建分别提高了40.0%、24.3%和14.3%，较双扇区重建分别提高了31.4%、16.5%和13.3%，在75%期相时，SSF、单扇区及双扇区重建图像的可判读性在各水平差异均无统计学意义（P＞0.05）。

本研究的局限性为：①本研究仅为对SSF重建技术的初步研究，患者未与冠状动脉血管造影这一“金标准”进行对比，诊断准确性和精确度尚需证实；②在整体水平、分支水平及节段水平均存在评分为1分的病例，在经过SSF算法重建后，图像质量未得到明显改善，具体原因有待进一步研究；③本研究样本量小，SSF重建算法较常规重建算法的优势及其对几种扫描模式的作用仍需进一步探讨；④本研究应用于评价SSF重建算法的宝石能谱CT为单源CT，尽管该重建技术不需要硬件支持，但该算法是否能运用于双源CT或其他大范围探测器尚不确定，仍需要进一步探讨。

总之，宝石能谱CT的SSF技术可以在一定程度上提高前瞻性和回顾性心电门控下CCTA的图像质量及其可判读性，尤其对图像质量的提高更为明显，提高了检查的成功率，避免了患者重复检查，对提高临床医疗质量起到了重要作用。

表4 45%期相及75%期相3种重建算法图像质量评分比较（分）

表5 45%期相3种重建算法图像质量可判读性比较[n(%)]

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（本文编辑张春辉）

Snapshot Freeze Technique and Multi-sector Reconstruction on Improving Image Quality of Coronary CT Angiography

Purpose To evaluate the motion correction algorithm (snapshot freeze, SSF) and multi-cycle reconstruction on the imaging quality and interpretation of coronary CT angiography (CCTA). Materials and Methods Sixty patients with suspected coronary heart disease were divided into two groups according to the heart rate. Twenty-five patients with heart rate ≤65 beats per minute underwent prospectively ECG-gated CCTA on gemstone CT. Image quality and interpretability of standard (STD) and SSF reconstructions at 75% R-R interval were compared. Thirty-five patients with heart rate＞65 beats per minute underwent retrospective ECG-gated CCTA. Image quality and interpretability of STD and SSF reconstructions at 45% and 75% R-R interval were compared. The image qualities and interpretability were assessed based on coronary artery segment, coronary artery bifurcation and overall coronary artery. Results For 25 patients with prospectively ECG gated CCTA, SSF reconstructions showed higher interpretability than STD reconstructions on per-segment level [96.3% (341/354) vs 90.7% (321/354), P＜0.01]. Image qualities with SSF were higher than that with STD reconstructions for left anterior descending (LAD), left circumflex (LCX) and right coronary artery (RCA). There was no statistic significance for left main coronary artery (P＞0.05). For 35 patients with retrospective ECG-gate CCTA, SSF reconstructions at 45% R-R interval showed higher interpretability (P＜0.01, P＜0.001). But there were no significant difference for 75% R-R interval images (P＞0.05). Image qualities with SSF were higher than that with single and double sector STD reconstructions (P＜0.001). The image qualities were significant different among SSF, single and double sector STD reconstructions for 45% R-R interval images of LM (P＜0.01), but it was similar for 75% R-R interval images (P＞0.05). There were significant different for LAD, LCX and RCA on both 45% and 75% R-R interval images (P＜0.01, P＜0.001). Conclusion SSF may improve the image quality and interpretability of CCTA images using prospectively and retrospective ECG-gated techniques, especially for improving the image quality.

Coronary disease; Tomography, X-ray computed; Coronary angiography; Image processing, computer-assisted

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.007

刘文亚

Department of CT Room, the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China

Address Correspondence to: LIU Wenya

E-mail: 13999202977@163.com

乌鲁木齐市科学技术计划项目（Y121320019）。

R541.4；R445.3

2015-02-05

2015-05-21

中国医学影像学杂志

2015年第23卷 7期：501-505