冠状动脉追踪冻结技术在前瞻性和回顾性心电门控下改善CTCA图像质量

张计旺，范丽娟，徐冬生，董 智，李 旭，张立仁，于铁链

（1.泰达国际心血管病医院放射科，天津 300457；2.天津医科大学总医院放射科，天津 300052）

◁心脏、血管影像学▷

冠状动脉追踪冻结技术在前瞻性和回顾性心电门控下改善CTCA图像质量

张计旺1，范丽娟1，徐冬生1，董 智1，李 旭1，张立仁1，于铁链2

（1.泰达国际心血管病医院放射科，天津 300457；2.天津医科大学总医院放射科，天津 300052）

目的：评估冠状动脉追踪冻结技术（Snapshot freeze，SSF）在改善CT冠状动脉成像（CTCA）图像质量中的作用。方法：30例进行前瞻性心电门控扫描，30例进行回顾性心电门控扫描，比较标准算法（Standard，STD）重建和SSF重建两种方法的图像质量和可判读性。所获图像由2位医师按Likert 5分制标准对每一冠状动脉节段、每支冠状动脉及每例冠状动脉进行评分。结果：前门控扫描30例，SSF算法重建图像的可判读性按每支（97.8%（88/90）vs 87.8%（79/90），P=0.004）及每段（99.1% （427/431）vs 96.1%（414/431），P=0.000）比较高于STD算法重建图像；图像质量按例数（3.5±0.9 vs 2.9±1.2，P=0.004）、每支（3.5±0.8 vs 3.1±1.0，P=0.000）和每段（3.7±0.8 vs 3.4±1.0，P=0.000）比较，SSF算法均高于STD算法重建图像。后门控扫描30例，45%期相SSF算法重建图像可判读性按例（80.0%（24/30）vs 53.3%（16/30），P=0.039）、分支（90.0%（81/90）vs 71.1%（64/ 90），P=0.000）、节段（98.1%（413/421）vs 90.7%（382/421），P=0.000）均高于STD算法重建图像；75%期相SSF算法重建图像可判读性按分支（70.0%（63/90）vs 55.6%（50/90），P=0.02）和节段（82.7%（348/421）vs 78.4%（330/421），P=0.018）比较高于STD算法重建图像，SSF算法45%和75%期相图像质量按例数 （2.8±1.0 vs 2.1±1.2，P=0.012）（2.1±1.2 vs 1.6±1.0，P=0.026）、分支（3.0±0.9 vs 2.4±1.0，P=0.000）（2.6±1.2 vs 2.2±1.2，P=0.000）和节段（3.3±0.9 vs 2.9±1.0，P=0.000）（2.9±1.2 vs 2.7±1.1，P=0.000）比较均明显高于STD算法重建图像。结论：冠状动脉SSF技术能明显提高前门控和后门控冠状动脉CT图像质量及可判读性，其中对后门控45%期相重建的右冠状动脉图像质量改善作用最为明显。

体层摄影术，螺旋计算机；冠状血管造影术

目前，CT冠状动脉成像 （Computed tomography cornorary angiography，CTCA)）已成为冠状动脉疾病的常用的无创诊断方法，该技术在检出和排除冠状动脉狭窄性病变中得到广泛应用[1-3]。虽然设备的时间分辨率和空间分辨率不断提高，但是CT冠状动脉伪影仍使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）是由GE医疗开发的新的运动伪影校正算法，其使用相邻心动周期的图像信息来补偿冠状动脉运动造成的伪影，以改善图像质量。本部分研究的目的是通过比较SSF算法和标准算法（Standard，STD）的图像质量，评价SSF在改善MSCT冠状动脉图像质量中的作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料

对2012年 12月—2013年 2月在我院拟行CTCA检查的患者进行筛选。选择扫描前患者心率在70次/min以下的患者30例（男15例，女15例），平均年龄（56.1±1.1）岁。扫描前心率在70次/min以上（含70次/min）的患者30例（男10例，女20例），平均年龄（55.4±10.1）岁。

1.2 CT冠状动脉成像检查方法

采用美国 GE 64-slice Discovery HD 750 High Definition扫描机。所有检查者都不服降心率药物，检查前均服用1片（0.5mg）硝酸甘油。对比剂注射方案：按0.8mL/kg体质量注射碘海醇（350mgI/mL），流率4.5～5.0mL/s，随后注入20mL盐水，4.5mL/s。从头至足侧扫描，扫描范围从隆突下1～2 cm至膈顶。心率＜70次/min，采用前置性心电门控技术，曝光补偿（padding）85ms；心率≥70次/min，采用回顾性心电门控技术。准直器宽度0.625mm，探测器宽度40mm，重建层厚0.625mm，层间距0.625mm。机架旋转时间0.35 s，螺距0.16～0.20（机器根据心率自动调整）。根据受试者体质量指数（BMI）的不同采用不同的扫描条件，最大管电流为200～670mA。管电压：BMI≤22.5 kg/m2，80 kVp；BMI＞22.5～28.0 kg/ m2，100 kVp；BMI＞28.0～33.0 kg/m2，120 kVp；BMI＞33.0 kg/m2，140 kVp。

1.3 图像后处理

前瞻性心电门控轴位扫描图像采用75%中心期相的STD算法和SSF算法重建，回顾性心电门控螺旋扫描图像选择45%和75%中心期相分别采用STD算法和SSF算法重建，将图像数据传输至AW 4.6工作站，应用AUTO conoryanalysis软件进行后处理，包括容积再现（VR）、多平面重组（MPR）、曲面重组（CPR）及最大密度投影（MIP）等。观察窗口设定：窗宽700～1 000HU，窗位150～350HU。

1.4 图像质量评分及分析

采用美国心脏学会 （American heart association，AHA）冠状动脉16分段方法[5-6]。2位有经验的主治以上诊断医师采用双盲法独立判读所有图像，分别基于冠状动脉节段（冠脉节段）、冠状动脉分支（冠脉分支）及冠状动脉整体（冠脉整体）水平进行评分。冠状动脉图像质量采用5分制评分[7]：1分，血管不连续，有阶梯伪影，错层严重；血管周围模糊较重，不能区别血管与周围成分，不能诊断；2分，血管周围有明显的模糊，有阶梯伪影，勉强诊断；3分，血管周围有明显的模糊，有阶梯伪影，但不影响诊断；4分，血管走行连续，少量阶梯伪影，血管周围轻微模糊；5分，血管走行连续，无阶梯伪影，血管边缘显示锐利。

1.5 辐射剂量测定

CT冠状动脉成像辐射剂量根据剂量报告产生，转换因子0.014 Sv·mGy-1[8]。

1.6 统计学分析

采用SPSS 16.0统计软件对数据进行分析。对STD与SSF两种重建模式下的图像质量进行比较。每个水平的两组评分间比较使用基于配对的秩和检验。可判读性的比较使用卡方检验。P＜0.05为具有统计学差异。

2 结果

2.1 一般资料

进行前瞻性扫描患者30例，其中男15例，女15例，平均年龄（56.1±1.1）岁，BMI平均为（25.2± 3.6）kg/m2，放射剂量为（2.8±1.4）mSv，扫描平均心率为（63.8±5.9）次/min，心率变化为（2.3±2.4）次/min。回顾性心电门控扫描患者30例，其中男10例，女20例，平均年龄（55.4±10.1）岁，BMI平均为（24.8± 4.2）kg/m2，放射剂量为（8.2±4.3）mSv，扫描平均心率为（80.5±9.8）次/min，心率变化为（6.2±7.3）次/min。

2.2 图像的可判读性

前瞻性扫描的30例图像的冠脉整体水平可判读性，SSF算法与STD算法比较无统计学差异；在冠脉分支水平、冠脉节段水平可判读性，SSF算法与STD算法比较有统计学差异（表1）。回顾性扫描的30例在45%期相，冠脉整体水平、冠脉分支水平、冠脉节段水平可判读性，SSF算法与STD算法比较有统计学差异。在75%期相，冠脉整体水平可判读性，SSF算法与STD算法比较无统计学差异；冠脉分支水平、每个节段水平可判读性，SSF算法与STD算法比较有统计学差异（表2）。

表1 前瞻性扫描两种重建算法图像可判读性比较

表2 回顾性心电门控扫描患者两种重建算法图像可判读性比较

2.3 图像质量的评分

前瞻性扫描的30例图像评分在冠脉整体水平、冠脉分支水平、血管每个节段水平以及3支主要血管水平，SSF算法与STD算法比较均有统计学差异（表3）。右冠状动脉（RCA）评分SSF算法明显高于STD算法（图1a～1d）。回顾性扫描30例评分在45%期相及75%期相，冠脉整体水平、每支血管水平、血管每个节段水平及3大分支水平，SSF算法与STD算法比较差异均有统计学意义（表4）。SSF算法的应用使前降支（LAD）、回旋支（LCX）及右冠状动脉的评分得到明显提高（图2a～2f）。

表3 前瞻性心电门控扫描患者两种重建算法图像评分比较

表4 回顾性心电门控扫描患者两种重建算法图像质量评分比较

应用SSF算法，45%期相与75%期相比较，在每例患者水平、每支血管水平、血管每个节段水平评分差异均有统计学意义；在LAD水平、RCA水平评分差异有统计学意义，在LCX水平评分差异无统计学意义。

3 讨论

图1 女，61岁，前瞻性扫描，平均心率69次/min，心率变化5次。图1a，1b （STD，重建算法图像）分别为RCA的CPR图像及轴位图像，图像存在明显运动伪影，质量差。图1c，1d分别为SSF算法CPR重建图像及轴位图像，图像伪影基本消失。

Figure 1. 61-year-old woman,prospective ECG-triggered scan,mean heart rate of 69 beats per minute,heart rate variability of 5 beats per minute.Figure 1a,1b(STD)are CPR and axial image of RCA,and show obviously motion artifact with poor quality.Figure 1c,1d(STD)are CPR and axial image of RCA,and show no obviously motion artifact with good quality.

影响冠状动脉多排螺旋CT成像质量的原因很多，其中研究最多的是心率对成像质量的影响。早期的4排螺旋CT，Nieman等[9]、Kopp等[10]和Knez等[11]均认为至少要保持在65 bPm以下。要保证成像质量和提高诊断的可靠性，一般是通过服用药物来降低和稳定心率，然而有一部分人群服用药物后仍不能达到检查要求，或者在检查过程中出现心率升高及心律不齐等情况，造成冠状动脉图像伪影的出现。以往多采用多期相及多节段重建方法，通过综合来自不同心跳的心动周期不同期相的数据来提高时间分辨率，对于心脏这样一个周期性搏动的器官，良好的冻结其运动，对于成像具有极为重要的作用。

图2 男，52岁，回顾性扫描，平均心率83次/min，心率变化8次。图2a为RCA的45%期相SSF算法图像，图像质量明显优于SSF算法75%期相图像（图2d）。图2b，2c分别为75%期相SSF算法的LAD和LCX图像，图像质量明显优于45%期相SSF算法LAD图像（图2e）和LCX图像（图2f）。

Figure 2.52-year-old man,retrospective ECG-gating scan,mean heart rate of 83 beats per minute,heart rate variability of 8 beats perminute.This shows multiplanar reformats of the RCA,LAD,and LCX with SSF reconstruction.The image quality is higher on RCA of 45%of the R-R interval image(Figure 2a)than 75%of the R-R interval image(Figure 2d),and the image quality is higher on LAD and LCX of 75%of the R-R interval images(Figure 2b,2c)than 45%of the R-R interval images(Figure 2e,2f).

SSF是使用一个心动周期内相邻期相的图像信息来描绘血管运动，包括其运动路径和方向，直接靶向作用于冠状动脉特异运动。该技术是通过综合一个心动周期相邻期相的信息来确定和补偿冠状动脉的运动。SSF可以对左LAD、LCX及RCA的运动轨迹分别进行独立跟踪，通过对一个心动周期内相邻3个心动相位所获取的信息来决定各个分支独特的运动特征（包括运动轨迹和运动速度），确定各分支在感兴趣心动相位的准确位置，将冠状动脉的运动信息和图像信息进行整合，从而实现对每个分支独立的运动校正[6]。SSF重建与传统的多扇区重建技术不同，后者依赖于2个或2个以上心动周期的数据信息，它的有效性不仅严重依赖心率和心律的稳定性，其使用也会增加扫描时间和辐射剂量。而SSF仅采集一个心动周期的数据，通过直接追踪分析冠状动脉运动，自适应地压缩那些最需要的局部区域内的时间窗口，分别分析和描述单个心动周期内不同血管分支的运动特征。因此，心跳不一致以及心动周期、机架每周的共振点等这些影响多扇区重建的因素对其影响相对小[12]。此外，SSF的应用可拓宽前门控扫描的适用范围，进一步降低CTCA辐射剂量。

在CTCA中应用SSF重建算法对不同心率病人进行检查，与STD算法相比明显提高了图像质量和可判读性。尤其是在每支冠状动脉水平及每个节段水平，SSF重建算法使每支冠状动脉图像质量明显提高，在每支冠状动脉和每个节段水平提高了可判读性。本研究中前瞻性扫描病例中SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每个节段水平的可判读性比STD算法在3个评估水平的可判读性分别提高了16.6%、10.0%和3.0%。在回顾性扫描病例中，45%期相SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每个节段水平的可判读性比STD算法分别提高了26.7%、18.9%和7.4%，75%期相SSF算法在每例患者水平、每支血管水平及每个节段水平的可判读性分别提高了20.0%、14.4%和4.3%，结果与范丽娟等[13]研究结果基本一致。

在本研究中，后门控扫描患者45%期相的SSF算法的图像质量在RCA水平高于75%期相的SSF算法重建图像质量，75%期相的SSF算法的图像质量在LAD水平高于45%期相的SSF算法的图像质量，LCX水平两种期相无统计学差异。而在每例患者水平、每支血管水平、血管每个节段水平应用SSF算法，45%期相图像质量和可判读性均高于75%期相。之所以出现上述结果，分析原因，可能是因为SSF算法对于RCA运动伪影的作用较LAD、LCX更为明显。另外，无论是前门控还是后门控75%期相的图像可判读性，在患者评估水平STD算法和SSF算法均无统计学差异，在后门控45%期相两者却有统计学差异。分析这一结果的原因为在75%期相SSF的优势是提高LAD和LCX图像质量，而在45%期相SSF的优势是提高RCA的图像质量，同样说明SSF对RCA的作用最明显。

SSF算法是用来减少运动伪影或未对准伪影的新的方法，需要依赖于邻近的心动周期数据来考察冠脉运动。在这方面，SSF重建CTCA需要类似于回顾性心电门控扫描，采集相邻期相数据用于SSF重建。该算法直接靶向冠状动脉特异运动，通过调节更需要调节区域的时间窗。因为这个方法特异于一个心动周期的运动，对于点对点的一致性、心率周期或者机架周期共振点限制多扇区（多心动周期）重建方面更有优势[14]。SSF可纠正高心率和（或）心率波动导致的冠状动脉运动伪影，提高了高心率下CTCA的成功率和优质图像率。在临床实践中，虽然大部分患者可通过使用β-受体阻滞剂对心率进行干预和控制，但部分个体对β-受体阻滞剂不敏感，少数患者可能存在用药禁忌，扫描时对比剂的快速注入和机架旋转的噪声可能造成患者情绪波动以致心率变化，这些都可能导致检查失败或图像质量下降，而SSF可以解决这一部分患者的精准诊断问题[15]。

本研究存在一定的局限性：①本研究中的病例未进行X线冠状动脉造影的金标准对照，诊断的准确性方面仍需进一步研究证实；②部分冠脉整体水平评为1分的病例 （前门控2例，后门控2例）经SSF算法重建后图像质量未得到改善，均为LCX得分为1分所致，原因有待于进一步研究。

综上所述，冠状动脉SSF技术能够明显提高前瞻性心电门控和回顾性心电门控CTCA图像质量及可判读性，其中对回顾性心电门控45%期相中RCA图像质量的改善作用最为明显。

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Improving CTCA image quality by using snapshot freeze technique under prospective and retrospective ECG-gating

ZHANG Ji-wang1,FAN Li-juan1,XU Dong-sheng1,DONG Zhi1,LI Xu1,ZHANG Li-ren1,YU Tie-lian2
(1.Department of Radiology,TEDA International Cardiovascular Hospital,Tianjin 300457,China; 2.Department of Radiology,Tianjin Medical University General Hospital,Tianjin 300052,China)

Objective:To assess snapshot freeze(SSF)motion correction algorithm for its value on image quality of computed tomography cornorary angiography(CTCA).Methods:Thirty patients underwent CTCA with prospective ECG-gating and 30 patients underwent CTCA with retrospective ECG-gating.Image quality and interpretability were compared between standard (STD)and SSF reconstructions algorithms.According to Likert 5-points score,score of every segment,branch and cases of patient were interpreted by two experienced radiologists.Results:Thirty patients underwent prospective ECG-gating CTCA and 30 patients underwent retrospective ECG-gating.In prospective ECG-gating group:SSF showed higher interpretability than STD on per-artery(97.8%(88/90)vs 87.8%(79/90),P=0.004)and per-segment level(99.1%(427/431)vs 96.1%(414/431),P=0.000).Image quality was higher with SSF than STD on per-patient(3.5±0.9 vs 2.9±1.2,P=0.004),per-artery(3.5±0.8 vs 3.1±1.0,P= 0.000)and per-segment levels(3.7±0.8 vs 3.4±1.0,P=0.000).In retrospective ECG-gating group:SSF showed higher interpretability than STD on per-patient(80.0%(24/30)vs 53.3%(16/30),P=0.039),per-artery(90.0%(81/90)vs 71.1%(64/90),P= 0.000),and per-segment levels(98.1%(413/421)vs 90.7%(382/421),P=0.000)of 45%R-R interval images.SSF showed higher interpretability than STD on per-artery(70.0%(63/90)vs 55.6%(50/90),P=0.02)and per-segment levels(82.7%(348/421)vs 78.4%(330/421),P=0.018).Image quality were higher with SSF than STD on per-patient(2.8±1.0 vs 2.1±1.2,P=0.013)(2.1±1.2 vs 1.6±1.0,P=0.026),per-artery(3.0±0.9 vs 2.4±1.0,P=0.000)(2.6±1.2 vs 2.2±1.2,P=0.000)and per-segment levels(3.3±0.9 vs 2.9±1.0,P=0.000)(2.9±1.2 vs 2.7±1.1,P=0.000)of 45%and 75%R-R interval images.Conclusion:SSF could improve the image quality and interpretability of CTCA with prospective and retrospective ECG-gating.Especially,SSF could improve the image quality on RCA by using the 45%R-R interval as the central phase with retrospective ECG-gating.

Tomography,spiral computed;Coronary angiography

R814.42；R814.43

A

1008-1062（2016）04-0252-05

2015-08-11；

2015-11-24

张计旺（1979-），男，河北人，主治医师。E-mail：zhangjiwang80＠163.com

范丽娟，泰达国际心血管病医院放射科，300457。E-mail：lijuanfan111＠163.com

滨海新区卫生局重点支持科技项目（2013BWKZ008）。