Revolution CT SSF联合ASiR-V算法在高心率CCTA中的应用价值-体模实验

李如刚 王冬青 赵志伟 张礼荣 朱海涛

冠状动脉CT成像（coronary artery CT angiography，CCTA）作为一种无创性的检查方法被临床广泛应用[1]。然而由于时间分辨率的不足，其图像质量仍然依赖于对心率的控制[2]。有文献指出，需要把心率控制在60次/min以下才可以在不牺牲辐射剂量的情况下保证图像的质量[3]。临床常用多扇区重组法来提高CCTA扫描的时间分辨率，然而多个心动周期的采集增加了辐射的剂量。GE公司推出的256层Revolution CT采用宽体探测器（160mm），0．28s转速及冠状动脉追踪冻结技术（SSF），单个心动周期的时间分辨率达29ms，理论上可以进行任意心率的CCTA检查。目前关于CCTA图像质量的研究多局限与100次/min以下的心率[4-5]，大于100次/min的研究却罕见报道。本研究通过对心脏动态体模的扫描，对大于100次/min的高心率CCTA行初步探讨。

方 法

1．模型描述

心脏动态体模( GE公司开发研制 )由3个部分组成(图1)：①动力部分：可以模拟人体左心室各种心率的搏动，能够真实地模拟心脏的运动。②解剖结构模拟部分：弹性硅胶材料做成的空腔结构（壁厚18mm）模拟左心室，分支状的管状结构（内径1～7mm，管壁厚0．5～1mm）模拟冠状动脉的管径、分支及走行。所选材料的CT值均接近生理状态的CT值。模拟心脏整体浸没于水箱中模拟心脏搏动时的生理环境。③控制部分：通过计算机编程分别模拟100次/min、110次/min及120次/min三组心率。

2．扫描方法

采 用256层CT扫 描仪（Revolution CT，GE healthcare， Waukesha， WI 美国）。扫描参数：管电压分别设为120kV，100kV及80kV，噪声指数（NI）分别选择30HU，35HU及40HU，采用smart mA技术，管电压120kV或80kV时，管电流范围50～600mA。探测器宽度160mm。ASiR-V权重分别选择0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%及100%，曝光时间窗均为5%～95%R-R间期，X线管转速：0．28s/r，开启SSF技术，对心脏动态体模行预定心率的冠状动脉造影扫描，层厚和层间距均为0．625mm。另行心脏体模的静态扫描作为图像质量评价的参照。

3．图像后处理

标准算法组以智能相位（smart phase，SP）技术选择最佳期相，以STD算法重组图像； SSF组采用SP + SSF算法，对原始扫描数据进行目标相位（SP选择）及其前后约80ms（主机自动选择）的3期重组。重组后的数据均传至AW4．6工作站后处理图像。后处理方法包括容积再现（VR）、曲面重组（CPR）和最大密度投影（MIP）。

4．图像质量的评价

将模拟冠状动脉树的主干及分支分为14段：段1～3相当于主干的近段、中段及远段，主干的第一个分支为段4。段4的三支分支分别为段5～7，其余主干的分支依次为段8～14。直径1．5mm以下的模拟血管段不做评价。由2名有经验的CT医师在不知分组的情况下共同观察评分，段血管的评分采用Liker4分法：4分，无运动伪影，形态及面积与参照段一致；3分，轻度运动伪影，形态及面积与参照段血管相仿；2分，运动伪影较重，形态及面积与参照段相差较大；1分，运动伪影重，形态及面积无法评价（图2）。段血管可判读性评价：合格（3～4分）；不合格（1～2分）。冠脉树的评分利用公式：冠脉平均分=（段1评分+段2评分+…+段14评分）/14。可判读性标准：合格（3．00～4分）；不合格（1．00～2．99分）。图像塑胶感的评价：2名医师在未知迭代权重的情况下读片。

5．有效剂量的计算

记录每次扫描的剂量长度乘积（DLP），计算出有效剂量（ED）。计算公式：ED=DLP×0．014 mSv/（cmGy•cm）。本研究统计的辐射剂量，不包括定位像产生的辐射剂量。

6．统计学方法

采用SPSS 22．0软件对所得数据进行分析。各段血管及冠脉树可判读性的差异使用McNemar检验；冠脉树评分的差异Wilcoxon符号秩检验，相关性使用τb等级相关检验。心率、管电压、NI指数及ASiR-V对冠脉树可判读性及图像质量和辐射剂量的影响使用Logistics回归与多元线性回归方程分析。两位医师图像塑胶感的评价使用kappa检验，kappa≥ 0．75为一致性较好，0．75＞kappa≥ 0．4为一致性一般，kappa＜0．4为一致性较差。所有统计结果以P﹤0．05有统计学意义。

结 果

1．标准算法组与运动伪影抑制组图像质量的比较

当ASiR-V权重为90%和100%时，图像的塑胶感较明显，心室壁及血管壁粗糙，图像细节显示模糊，影响图像质量（图3）。两位医师读片的一致性较好，Kappa值为0．77 。因此，90%及100%ASiR-V权重数据未纳入运动伪影图像质量的比较。本研究共229例扫描纳入运动伪影图像质量比较，标准算法组可诊断例数为70例，合格率30．6%；运动伪影抑制组可诊断例数为218例，合格率95．2%。两组图像各评价3206段血管，常规算法组共186个（58．1%）节段满足诊断要求，运动伪影抑制组共3033个（94．6%）节段满足诊断要求（图4）。运动伪影抑制组冠脉树可判读性优于A组有统计学意义（OR值为45．02，P﹤0．001）（表1）。两组图像冠脉树评分的比较为 2．65 ±0．55vs．3．56±0．32，运动伪影抑制组优与标准算法组有统计学意义（Z值为12．99，P＜0．01），SSF对运动伪影的校正作用随心率的增快而增强（表2）。

图1 模拟心脏装置：黑箭头示模拟心脏及模拟冠脉；红箭头示心脏搏动的机械装置；黑三角示模拟胸腔。

图2 段血管评分标准。A．4分； B．3分；C．2分；D．1分。

图3 心脏体模的静态扫描。A、C．ASiR-V权重为100%，图像颗粒较粗糙，塑胶感增强，模拟血管壁的细节显示差；B、D．ASiR-V权重30%，图像颗粒细腻，血管壁及心室壁解剖细节显示清晰。

图4 心率110次/min，管电压100kV，ASiR-V30%，噪声指数30HU。A左侧及B为单纯SP标准算法重组图像，运动伪影重，冠状动脉的可判读性差；A右侧及C为SSF算法重组后图像，运动伪影基本矫正，图像可判读性良好。

图5 各参数与有效剂量剂量的关系，ASiR-V对有效剂量的影响最大，可调节幅度为2msV。

表1 SSF算法和各参数对冠脉可判读性的Logistics回归分析结果

表2 不同心率冠脉树评分的wilcoxon秩检验

表3 影响有效剂量的多元线性回归分析

2．图像质量与相关因素的关系

Logistics回归分析显示标准算法组冠脉的可判读性与心率的关系有统计学意义，随心率的增加可判读性降低（OR值0．091，P＜0．01）；SSF算法显著改善冠脉的可判读性（OR值为45．02，P＜0．01），并且可判读性不受管电压、噪声指数及迭代权重的影响，P值均大于0．05。

3．辐射剂量与相关因素的关系

多元线性回归分析显示心率、管电压、NI及ASiR-V对有效剂量的影响均有统计学意义（P＜0．01）。线性回归方程为 ED 变化 =3．778 -0．008 ×心率变化 + 0．008 × 管电压变化 - 0．067×NI变化 - 0．025 ×ASiR-V变化。ASiR-V、管电压、NI及心率对有效剂量的可调整幅度分别为：2、0．032、0．67 和 0．16mSv（图 5）； 标准化回归系数分别为 -0．852、-0．369 和 0．184、-0．091（表 3）。由此可得ASiR-V是影响有效剂量的主要因素，改变ASiR-V的权重可以显著降低辐射剂量（图5）。

讨 论

CCTA冠状动脉的运动伪影随心率的增高而增强，冠状动脉的可判读性随之下降[6]。临床常采用口服倍他洛克降低患者心率，然而部分患者β受体阻滞剂禁忌或者效果不明显，用药的剂量也没有规范的标准[7]。另外，多扇区重组技术虽然可以抑制图像的运动伪影，然而多个心动周期的数据采集，增加了辐射剂量。GE公司开发的SSF技术，可以分析单个心动周期目标时相前后约80ms冠状动脉的运动轨迹，计算运动的幅度及速度，并由此确定冠状动脉的准确位置[8]。运动伪影抑制技术提高冠状动脉的可判读性已多有报道[9]。然而，尚无心率大于100次/min的相关研究，本研究证实256层Revolution CT的SSF技术可以显著改善高心率（100～120次/min）冠状动脉的图像质量，ASiR-V重建算法可以显著降低辐射剂量。智能相位（SP）技术是GE公司推出的选择最佳时相的技术，该技术可以快速的选出扫描周期中运动伪影最小的时相[10]。SP+SSF技术可以在短时间内选择最佳时相并且进行目标相位的三期重组。

传统上降低管电压和管电流为降低辐射剂量的主要方法，管电压或管电流的降低引起图像噪声值增加。本研究的扫描方案采用固定NI及管电压联合智能管电流的技术，利用ASiR-V的降低噪声的作用，管电流随ASiR-V权重的增加而降低，从而降低辐射剂量。当设定NI增加或管电压降低时，图像潜在的的噪声值就会增加，迭代重建的降噪效能增加，降电流的能力增强，辐射剂量的下降就越明显，反之亦然。

在传统的CCTA检查中，当心率增加时，心动周期缩短，等容舒张期明显缩短，心脏相对静止的时间窗变窄。为了采集到清晰的图像，往往需要增加曝光时间，辐射剂量就会随之增大。SSF算法仅需要单个心动周期的采集数据，本研究的曝光时间窗选择单个心动周期的5%～95% R-R间期，当心率增大时，曝光时间缩短，辐射剂量也随之减小。

尽管本次实验采用的动态体模可以很好地模拟心脏的搏动及冠状动脉树的管径和走形，但与临床实际的CCTA检查仍有差别：①未考虑心率的变异；②未考虑对比剂在血管内的循环情况；③未考虑呼吸运动及血管自身搏动对图像质量的影响；④未考虑斑块存在情况。随着能谱CT及FFRCT的逐步进入临床，心脏CT检查的前景广阔。CCTA突破心率和辐射剂量的限制具有很大的临床意义。

综上所述，SSF技术可以显著改善高心率CCTA冠脉的可判读性。SSF技术联合高迭代权重技术（ASiR-V80%）可以在改善图像质量的基础上显著降低辐射剂量。以上结论可以为临床冠状动脉CTA检查和研究提供帮助。