前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式的临床应用

史小男

王 刚 WANG Gang

卢星如 LU Xingru

郭奇虹 GUO Qihong

陈梓娴 CHEN Zixian

房 斌 FANG Bin

前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式的临床应用

史小男SHI Xiaonan

王 刚WANG Gang

卢星如LU Xingru

郭奇虹GUO Qihong

陈梓娴CHEN Zixian

房 斌FANG Bin

近来研究表明，每年以胸痛为首发症状就诊的患者占所有急诊科患者的60%[1]，此类患者大多发病危急，病因复杂，其中以部分血管原因引起的胸痛病情尤为凶险，如急性冠状动脉综合征（acute coronary syndromes，ACS）、肺栓塞（pulmonary embolisms，PE）及主动脉夹层（aortic dissections，AD），合称胸痛三联症（triplerule-out，TRO）[2]。TRO检查可以一次注药、一次扫描同时获得冠状动脉、肺动脉、主动脉成像[3]。既往研究表明，回顾性心电门控胸痛三联扫描模式可以得到精确诊断，但因其小准直、小螺距、全心动周期曝光的扫描模式，辐射剂量较常规胸部平扫检查增加36.8%[4]。第二代双源CT时间分辨率达75 ms，前瞻性自适应性心电门控序列扫描模式根据患者心率情况选择曝光区间，并可自动识别并跳过不规律心动周期扫描，使得心律已不再是心脏成像的主要影响因素，此扫描模式与回顾性扫描模式相比可降低80%的辐射剂量[5]。目前，前瞻性心电门控扫描模式已作为常规方法应用于冠状动脉CT血管成像（CTA）检查中，而对于此模式下的胸痛三联扫描国内外较少报道。本文探讨前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集兰州大学第一医院2015年5月－12月以急性胸痛为临床症状行CTA病因学筛查的患者60例，其中男37例、女23例；患者随机分为A、 B两组，每组30例。两组患者基本资料见表1。排除标准：①严重肝、肾功能不全及有碘剂过敏史的患者；②严重心律失常，如房颤、室颤等；③屏气时间＜10 s、听力差、不能进行呼吸屏气配合的患者。检查前所有患者均签署知情同意书。

表1 两组患者基本资料比较

注：VDNR：血管密度噪声比；CNR：对比噪声比

1.2 仪器与方法 采用西门子二代双源CT（Somatom De fi nition Flash），检查前所有患者均进行呼吸训练，嘱其平静呼吸时屏气，屏气时间＞10 s。A组采用前瞻性心电门控扫描模式，B组采用回顾性心电门控扫描模式。双筒高压注射器经右肘正中静脉留置针注射对比剂碘海醇（350 mgI/ml）90 ml，注射速度4.0～4.5 ml/s，以相同速度注射30 ml生理盐水。采用对比剂自动跟踪触发扫描，触发层面设置于气管隆突水平升主动脉层面，阈值设为100 HU。延迟时间设定：预设心脏扫描时间为T1（范围自气管隆突下至心脏膈面），将扫描范围上限扩大至胸廓入口时所示全胸部扫描时间为T2，T2－T1即为自胸廓入口至触发层面扫描时间T；参考常规扫描前瞻性冠状动脉扫描延迟时间为6 s[6]，确定胸痛三联延迟扫描时间为（6－T）s。头足方向扫描，范围自胸廓入口至肋膈角连线水平，平静呼吸屏气扫描。扫描参数：管电压120 kV，Care Dose 4D管电流调控，准直128×0.6 mm，B组根据患者心率自动调整螺距；A组根据心率设置曝光窗：心率＜70次/分，曝光窗设为R-R间期的60%～75%；心率＞80次/分，曝光窗设为R-R间期的30%～45%；心率70～80次/分以及心率不稳定患者，曝光窗均设为R-R间期的20%～80%。此扫描方法在遇到不规律心跳时自动识别并跳过（图1）。B组图像预览右冠状动脉中段确定左、右冠状动脉的最佳成像时相进行重建，重建层厚0.75 mm，血管重建卷积核B26f，纵隔及软组织重建卷积核B30f，肺组织重建卷积核B70f。检查结束后分别记录辐射剂量长度乘积（dose length product，DLP），并根据公式（1）计算出每位患者所接受的有效剂量（effective dose，ED）。其中k为转换系数，采用欧洲CT质量标准指南提出的胸部平均值0.014 mSv/（mGy·cm）。

图1 前瞻性心电门控扫描，箭示自动跳过不规律心跳，在下一规律心动周期曝光

1.3 图像后处理 将原始横断薄层数据传送至西门子图像后处理工作站（Syngo Via），并利用容积再现（VR）、多平面重组（MPR）、曲面重组（CPR）和最大密度投影（MIP）分别显示胸部血管、心脏及其他结构。由2名副主任医师采用双盲法分别对患者胸主动脉、肺动脉、冠状动脉及其他结构进行观察。

1.4 图像质量分析 血管腔内密度测量：分别测量升主动脉根部（ascending aorta，AA）、降主动脉（descending aorta，DA）、肺动脉主干（main pulmonary artery，MPA）、右肺动脉（right pulmonary artery，RPA）、左肺动脉（left pulmonary artery，LPA）、右上肺动脉（right superior pulmonary artery，RSPA）、右下肺动脉（right lower pulmonary artery，RLPA）、左上肺动脉（left superior pulmonary artery，LSPA）和左下肺动脉（left lower pulmonary artery，LLPA）管腔内CT值（图2）；4、5级肺动脉测量：选择左、右肺上叶及下叶的任意1段4或5级肺动脉，测量其CT值并计算出同级血管内平均CT值；其中AA、DA、MPA、RPA、LPA测量感兴趣区（ROI）直径为1 cm，尽量避开血管壁、腔内钙化斑块；冠状动脉及4、5级肺动脉测量的ROI直径为目标血管径的1/2，避开分支开口层面以避免涡流造成造影剂浓度局部升高而导致的误差。肌肉密度测量（muscular density，MD）：取左侧椎旁肌肉测其CT值。噪声（noise，N）测量：分别选取胸廓前方左、中、右3点测量，ROI直径1 cm，选取其标准差的平均值[7-8]（图3）。根据公式（2）、（3）计算血管密度噪声比（vascular density noise ratio，VDNR）及对比噪声比（CNR）[8]。冠状动脉评价：按照美国心脏协会冠状动脉15段分段法[5-6]进行评价。冠状动脉图像质量分级采用1～5级评分法：1分，无运动伪影，对比剂充盈良好；2分，有轻度运动伪影或对比剂充盈尚可；3分，较多运动伪影、对比剂充盈欠佳但不影响管腔评价；4分，运动伪影严重或对比剂充盈不良影响管腔评价；5分，明显运动伪影或对比剂无充盈致管腔无法评价[8]。1～3分为可诊断节段，诊断率为可诊断血管节段占总血管节段百分比。由2名副主任医师分别对患者的冠状动脉节段进行评价，结果不一致时经协商取得一致。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0软件，计量资料比较采用独立样本t检验，计数资料比较采用χ2检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

图2 管腔内CT值的测量。圈a、b、c、d、e、f分别为在AA、DA、MPA、RPA、LPA、左侧椎旁肌肉内勾画ROI并测量其圈内CT值

图3 噪声的测量。分别于胸廓前方选取左、中、右3点勾画ROI，测量所得标准差并求其平均值为该图像噪声

2 结果

2.1 有效辐射剂量比较 A 组平均ED为（5.90± 2.10）mSv，B 组平均ED为（11.31±2.12）mSv，A组较B组ED明显降低，差异有统计学意义（t=－7.6，P＜0.01）。

2.2 图像质量分析 两组主动脉及肺动脉图像质量分析见表2。A组与B组间AA、DA、MPA、RPA、LPA、RSPA、RLPA、LSPA、LIPA以及4、5级肺动脉血管密度差异均无统计学意义（P＞0.05）（图4）。冠状动脉质量评价结果见表3，两组对于冠状动脉可评价率比较，差异无统计学意义（χ2=0.371，P＞0.05）。

表2 两组主动脉及肺动脉各级分支管腔内CT测量值比较（±s，HU）

表2 两组主动脉及肺动脉各级分支管腔内CT测量值比较（±s，HU）

分组 例数 AA DA MPA RPA LPA RSPA A组 30 461.15±68.06 435.66±67.10 436.84±50.09 413.98±55.00 413.00±58.06 492.55±36.31 B组 30 462.63±66.27 428.22±84.91 434.49±32.24 410.74±20.28 406.11±11.70 511.00±66.50分组 例数 RLPA LSPA LIPA 4级 5级A组 30 424.46±65.96 444.45±73.39 424.45±65.96 389.00±33.50 329.52±87.47 B组 30 421.94±28.83 474.44±40.49 421.93±28.83 431.58±60.46 326.59±121.71

图4 A组横轴位MIP及VR（A、B）；B组横轴位MIP及VR（C、D）；两种扫描模式均可清晰显示主动脉、肺动脉（4、5级肺动脉，箭）及冠状动脉（箭头）

表3 两组胸痛患者冠状动脉图像评分及诊断率

3 讨论

ACS、PE、AD是急性胸痛患者中最为凶险的3类疾病[9]。目前，临床缺乏对这3类疾病特异性病因学的鉴别指标，患者常因误诊、漏诊而死亡；同时，繁杂的检查手段也为患者带来极大的经济负担。如何快速、准确鉴别这3种疾病为患者赢得抢救时机，临床意义重大。第二代双源CT时间分辨率达75 ms，可无需控制心率对急性胸痛患者进行心胸联合扫描[7,10]，常规的回顾性心电门控TRO扫描模式因过大的Z轴覆盖范围及小螺距重叠扫描，辐射剂量显著增加[4]。根据国际放射防护委员会的评估，公众照射剂量每增加1 mSv，癌症发生率将增加4.1%[11]，因此，在TRO检查中尽可能降低辐射剂量具有重要意义。前瞻性心电门控扫描采用步进式结合心电触发扫描技术，仅在设定的R-R间期曝光，几乎无重叠扫描，扫描辐射剂量极大降低，是目前临床广泛采用的有效降低辐射剂量的方法[12]。

3.1 扫描技术 TRO检查的技术难点在于肺动脉与主动脉、冠状动脉血管峰值时间有差异，如何抓住三者血管成像最佳峰值时间窗是扫描成功的关键[13]。经肘静脉注入对比剂后肺动脉与冠状动脉显影时间相差约2～6 s，为使3组血管均能显影良好，在扫描后期冠状动脉显影同时，同层面肺动脉及下肺远端分支内亦有造影剂充盈，因此需要延长肺动脉内造影剂持续充盈时间。张皓等[14]研究表明，相同剂量造影剂，注射速度较快，血中峰值强化出现较早，但持续时间较短；反之亦然。本研究将造影剂注射速度由常规冠状动脉CTA检查的5～5.5 ml/s[2,6]降至4～4.5 ml/s[15]；结果表明，采用此速度进行TRO检查，3组血管显影良好。陈丹等[16]报道肺动脉干为触发层面，阈值设定为200 HU，延迟8 s扫描，此方法虽兼顾了主动脉及冠状动脉，但可能因患者个体差异，导致部分患者冠状动脉无法在理想时相获得图像。而临床TRO患者中，以ACS患者占绝大多数[17-19]，因此，检查及诊断均需首先明确和排除冠状动脉病变，技术关注点以确保冠状动脉成像为先，故本研究选取气管隆突下升主动脉为触发层面。本组患者检查均采用平静呼吸屏气曝光，可以减少因患者深吸气导致过多下腔静脉不含造影剂血液进入右心房，致血液稀释而影响肺动脉显影[6]。

本组患者屏气时间均＞10 s。扫描延迟时间为检查成败关键。既往文献报道采用test-bolus方法[11]，此方法只能获得一组血管达峰时间，且操作步骤繁琐，实用性不佳。本组检查基于以往前瞻性冠状动脉成像技术的经验[6,12]，将触发层面选择为升主动脉，根据患者体型和心率情况，预估计TRO检查的延迟时间；结果表明前瞻性心电门控扫描30例患者均一次扫描成功，主动脉、肺动脉及冠状动脉3组血管图像质量均达到临床诊断标准，可重复性较强。统一采用90 ml造影剂，注射持续时间最少20 s，满足实验中不同体重/心率患者检查用量。本研究中，A组患者平均扫描时间（10.28±1.61）s，扫描长度（228.32±22.98）mm，均高于B组相应参数，是由于前瞻性扫描为步进式扫描，不同心动周期所得图像进行拼接才可获得血管全貌图像，所以导致某些患者扫描时间及长度偏大。本研究中尽管A组平均扫描时间大于B组，但患者训练后屏气时间均达10～15 s，可满足全胸部扫描屏气要求，此前瞻扫描模式下辐射剂量较B组明显降低，且图像质量好，更适用于临床推广应用。

3.2 图像质量及辐射剂量 本研究两组所得图像中AA、DA、MPA、RPA、LPA、RSPA、RLPA、LSPA、LIPA以及4、5级肺动脉血管密度差异均无统计学意义（P＞0.05）。A组对于冠状动脉可评价率达97.8%，B组对于冠状动脉可评价率达95.6%（χ2=0.371，P＞0.05）。A、B两组血管图像成像差异无统计学意义。

胸部血管以肺动脉覆盖面广，分支多，临床工作中不仅要观察肺动脉主干及大分支是否异常，4、5级肺动脉小栓子的发现对临床治疗同样意义重大。本研究测量了双肺上、下叶3级肺动脉管腔密度，发现这4支血管管腔密度差异无统计学意义，故在4、5级肺动脉测量时分别选取了左、右肺，上叶、下叶的同级肺动脉进行测量后取其平均值代表4、5级肺动脉腔内密度。结果A组图像中双肺4、5级肺动脉均可清晰显示，腔内密度＞300 HU，达到诊断需求。

目前，降低辐射剂量的最有效措施即采用前瞻性心电门控扫描[12]。ACS占所有急性胸痛患者中绝大多数，肺动脉及主动脉相应较稳定，而冠状动脉循环受心脏搏动影响导致成像干扰因素较多，因此冠状动脉是TRO检查的首要关注部分。既往文献报道心率稳定平缓的患者冠状动脉图像在舒张终末期显影良好，心率较快者冠状动脉图像在收缩终末期显影良好；选择固定时相进行曝光，可显著降低辐射剂量[6,12]。本研究根据患者不同心率情况对A组前瞻性扫描患者设置曝光区间，辐射剂量（5.90±2.10）mSv，较B组（10.87±1.88）mSv降低约48%。陈丹等[16]对于心率＜75次/分患者选择40%时相扫描，心率＞75次/分患者选择70%时相扫描，此种方法虽较本实验降低辐射剂量幅度大，但因个体差异并非所有患者最佳成像时间都绝对对应所选择时间点，本研究采用区间法设定扫描时相更加合理。Fernández Del Valle等[8]选用双源CT前瞻大螺距模式与64排螺旋CT回顾性模式对胸痛患者进行三联扫描，大螺距组患者ED仅（2.77±0.6）mSv，明显低于本研究结果，但此检查仅限于心率＜65次/分且心律稳定的患者，对心律失常、心率过快者检查成功率低。本研究纳入更多心率范围的患者，具有更加广泛的实用性。

本研究未针对患者身高、体重、心率而个性化设置扫描参数及对比剂注射速度和用量，不同心率更加合理化的曝光区间段设定的可能性等，有待后续研究进一步探讨。

总之，前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式能够在保证图像质量的同时，极大地降低辐射剂量，具有较高的临床实用价值。

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（本文编辑 张晓舟）

Triple-rule-out Computed Tomographic Angiography Using Adaptive Prospective ECG Triggering

目的评价前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式的临床应用价值。资料与方法前瞻性纳入临床拟行胸痛三联检查的患者60例，随机分为A、B两组，各30例，A组采用前瞻性心电门控扫描模式，B组采用回顾性心电门控扫描模式，测量并分析两组血管（主动脉、肺动脉、冠状动脉）腔内密度、噪声、肌肉密度，计算血管密度/噪声比、对比噪声比及两组有效辐射剂量（ED），比较两组图像质量及扫描辐射剂量。结果A、B组主动脉、肺动脉、冠状动脉图像质量差异无统计学意义（P＞0.05）；A组有效辐射剂量（5.90±2.10）mSv，B组有效辐射剂量（11.31±2.12）mSv，差异有统计学意义（P＜0.01）。结论前瞻性自适应性心电门控胸痛三联扫描模式可在保证图像质量的同时，显著降低辐射剂量。

急性冠状动脉综合征；肺栓塞；动脉瘤，夹层；体层摄影术，X线计算机；冠状血管造影术；血管造影术；肺动脉；主动脉造影术；质量控制；辐射剂量

PurposeTo evaluate the clinical value of triple-rule-out (TRO) computed tomographic angiography using adaptive prospective ECG triggering for chest pain patients.Materials and MethodsSixty patients with chest pain were prospectively collected and randomly divided into group A and group B: group A (n=30) performed prospectively gated axial scan and group B (n=30) performed retrospectively gated helical scan. The vascular density, noise and muscle density of the vessels including aorta, pulmonary artery, coronary artery between the two groups were measured and analyzed. The vascular density/noise ratio, contrast noise ratio and effective dose (ED) between the two groups were calculated. The image quality and scanning radiation dose were compared between the two groups.ResultsThere was no significant difference in the image quality of aorta, pulmonary artery and coronary artery between group A and group B (P＞0.05). The ED in group A was lower than that in group B [(5.90±2.10) mSvvs(11.31±2.12) mSv,P＜0.01].ConclusionThe technique of TRO computed tomographic angiography triggered by adaptive prospective ECG can signi fi cantly reduce the radiation dose while ensuring image quality.

Acute coronary syndrome; Pulmonary embolism; Aneurysm, dissecting; Tomography, X-ray computed; Coronary angiography; Angiography; Pulmonary artery; Aortography; Quality control; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.04.005

兰州大学第一医院放射科 甘肃兰州730000

王 刚

Department of Radiology, the First Hospital of Lanzhou University, Lanzhou 730000, China

Address Correspondence to:WANG Gang

E-mail: wangganglz@sina.com

2016年甘肃省科技厅科技支撑计划项目（1604FKCA102）。

R814.42

2016-10-24

修回日期： 2016-12-06

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第4期：259-263

Chinese Journal of Medical Imaging

2017 Volume 25 (4): 259-263