模拟ECG信号在320排CT冠脉成像中的应用价值＊

成满平 蔡晓庆 牛娟琴 薛 巍 陈 纲 岳丽娜 杜林芝,*

1.联勤保障部队第940医院放射诊断科 (甘肃 兰州 730030)

2.联勤保障部队第940医院心内科 (甘肃 兰州 730030)

随着人们的生活水平在不断提高,冠心病的发病率也呈现逐年升高的趋势。严重的冠心病不仅给患者带来痛苦，对家庭也带来负担。研究表明[1]，早期对患者进行预防和治疗能降低因冠心病而导致的病死率,对提升患者整体生活质量具有重要意义。随着CT设备的发展，CT冠脉成像准确率越来越高，已成为排除冠心病的首选检查方法[2-4]。在日常工作中会遇到这样的情况，患者由于各种原因出现心律不齐，心律紊乱，导致ECG信号波动范围大，不稳定，CT设备因无法识别而不能进行冠脉成像。病情不能得到及时诊断，从而耽误了患者的治疗。对于CT设备能检测到ECG信号且心律紊乱的患者，CT冠脉成像技术也一直是其应用的难点[5]，有研究[6-9]表明双源CT和宽体探测器CT可以冠脉成像，但也任受心律或心率等诸多因素的限制。而对于CT设备无法检测到ECG信号而不能冠脉成像的患者，其解决方法，目前尚无文献报道。故本文作者尝试应用模拟ECG信号来解决上述问题，并探索模拟ECG信号在CT冠脉成像中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 基本资料收集和分析我院2015年1月1日至2021年10月1日期间，由于CT设备不能检测到ECG信号，320排CT常规技术不能成像，而使用模拟ECG信号成像的所有患者，共计20例患者，为A组。同时随机抽取同时期ECG信号正常的20例患者，为B组。对两组CT冠脉成像结果进行对照研究。

入选标准：A组，心律失常、安置心脏起搏器等患者，320CT设备无法识别ECG信号而不能冠脉成像的；B组，随机抽取心率正常，常规技术冠脉成像患者。所有患者知情同意。

1.2 实验设备及方法设备：佳能320排CT，心电监护仪：Cardiac Tigger Monitor 3000。模拟心率A组患者：根据心电监护仪显示，找到频率出现最多的心率，在监护仪上模拟出该心率。如本组实验中一例心率在37次/分-120次/分之间波动，出现频率最多的心率为55次/分，则模拟心率就设置为55次/分；如出现频率为一范围值，取其平均值。A组患者电极与心电监护仪相连，患者身上不贴电极片也不连心电监护仪，电极连接如图1A所示。B组患者采用常规电极片连接方法连接。

图1E-图1F 患者，女，71岁，心脏起搏器安置，心律失常，心率波动范围大，CT设备无法识别ECG信号，常规方法不能成像。采用模拟ECG信号成像。模拟心率66次/分。图1E，患者起搏器安置定位像；图1F，冠状动脉VR图；图1G，冠状动脉轴位图。

1.2.1 心电监护仪模拟性心率的设置 (1)心电监护仪：Cardiac Tigger Monitor 3000，连结电极(如图1A)，按下显示屏上ON按钮打开监护仪。(2)按下显示屏右下角TEST MODE按钮(如图1B)。(3)按下显示屏左下角SIM RATE OFF按钮(如图1C)。(4)调节升高或降低心率的按钮，设置需要的心率(如图1D)。

1.2.2 CT检查方法 采用佳能320排动态容积CT(AQUILION ONE)，A组采用回顾性心电门控，B组采用前瞻性心电门控。检查前在肘静脉埋置20G静脉留置针并行屏气训练。检查时患者采用仰卧位脚先进，出床扫描。采用双通道高压注射器(Nemoto)，分对比剂、生理盐水两期注射，对比剂320mgI/100mL，对比剂速度5mL/s，对比剂用量为体重(kg)×0.8mL/kg[10]；生理盐水速度5mL/s，用量30mL。心脏扫描长度均采用16cm，检测层在四腔心层面，在降主动脉设置CT值为376Hu。A组采集2个心动周期(2Beat)，B组采用1个心动周期，采集R-R间期70%-80%。两组管电压均为120Kv，管电流500mA，球管旋转时间均为0.35s。A组将采集到的原始数据，采用高级心电编辑(cardio imagexact)。B组自动生成R-R间期75%的期相。

1.2.3 高级心电编辑方法 即A组图像重建方法，选择一个R-R间期，采用百分比方法重建100幅能同时显示右冠状动脉、左前降支、左旋支的层面，从中选择冠脉显示清楚，无伪影或伪影较轻的图像重建。

1.2.4 图像后处理 选择重建后最佳冠脉期相，层厚0.5mm，间距0.5mm。传至Vitrea Vital工作站。行容积再现(volume reconstruction，VR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)、曲面重组(curved plannar reconstruction，CPR)和多平面重组(multiplannar reconstruction，MPR)成像。

1.3 图像评价标准

1.3.1 主观评价方法 A组采用高级心电编辑得到的最佳冠脉期相，B组采用设备自动重建的R-R间期75%的期相。根据美国心脏协会分类指南以及Frank J等[11-13]冠状动脉图像评价标准，将冠状动脉分为15个节段，分4级评价直径大于1.5mm的冠状动脉节段图像质量。隐藏图像扫描参数及患者信息，由两名高年资医师采用双盲法对每一冠状动脉VR图像质量进行评分，冠脉节段评分不一致时经商榷后达成一致。4分：优秀，无运动伪影，血管边缘显示清晰；3分：好，血管走行连续，轻度运动伪影；2分：可接受，血管周围有明显的运动伪影，但仍可做出诊断；1分：不可评价，血管不连续，重度伪影，无法做出评价。

1.3.2 客观评价方法 增强效果分别测量升主动脉根部，右冠状动脉近端，左前降支近端以及左旋支近端CT值，多次测量取其平均值。噪声评估 选择患者的轴位图像，测量升主动脉根部层面图像噪声(Sd)，多次测量取平均值。

1.4 辐射剂量分析记录患者的容积剂量指数(CT dose index，CTDIvol)，剂量长度乘积DLP(dose length product，DLP)，计算有效剂量ED(effective dose，ED)，ED≈DLP×k,k取0.014[14]；ED单位为mSv。

1.5 统计学分析应用SPSS 18.0统计软件,计量资料以()表示。两组间图像质量评分采用行χ列表资料的χ2检验，两组CT值、辐射剂量间均数比较采用两样本的t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组VR图像质量主观法对比A、B两组VR图像质量主观法评价，图像无显著差异(P=0.3758＞0.05)，具体如表1，

表1 两组图像质量主观VR评分对比

2.2 两组图像客观法对比A、B两组图像质量客观法对比，升主动脉根部，右冠状动脉近端，左前降支近端以及左旋支近端CT值，升主动脉根部层面噪声均无明显差异(P＞0.05)，具体如表2。

表2 两组图像CT值、噪声对比

2.3 两组患者接受辐射剂量对比A、B两组辐射计量对比有显著差异(P＜0.01)，具体参数如表3。

表3 两组辐射剂量对比

3 讨论

冠状动脉因为粥样硬化而导致的血管管腔狭窄或阻塞，或因冠脉出现功能性改变而产生严重的心肌缺血、缺氧导致的坏死，进而引发冠心病[15]。CT冠状动脉检查(CT coronary artery imaging，CCTA)是筛查冠心病的首选检查方法。心脏是自主运动器官，成像过程中存在运动伪影，需结合心电门控(ECG门控)技术，才能准确成像。ECG门控技术需要清晰规律的ECG信号，但在平时工作中，患者由于各种原因出现不规律不容易采集的ECG信号致使CT设备无法识别，而不能成像。模拟ECG信号CT冠脉成像技术是采用心电监护仪模拟人体ECG信号用于CT冠脉成像的技术；人体不贴电极片，不连电极。有研究显示，心律失常的患者多采用回顾性心电门控技术[16-17]；也有学者采用前瞻性进行对比研究[18]，但相对较少。本研究采用模拟ECG信号以及成熟的回顾性心电门控技术和高级心电编辑技术，来探讨模拟ECG信号在冠脉成像中的应用价值。

3.1 模拟ECG信号可用的理论基础ECG信号检测不到或者波动范围较大，CT设备无法识别,而不能进行冠脉成像。在这种情况下，我们只需模拟接近真实心律、规律的、设备能识别的ECG信号就可以冠脉成像。Cardiac Tigger Monitor 3000心电监护仪上有模拟ECG信号的功能。本实验的做法是，模拟检查前患者频发的心率作为其冠脉采集时的心率。这样会出现两种情况，其一，采集时患者的心率和模拟心率一致；其二，采集时心率与模拟心率不一致。若是第一种情况，就可以直接心电编辑，得出真实的冠脉图像。若是第二种情况，模拟ECG信号R波与真实R波不重合，心律不齐时，则会出现模拟的R-R间期时间大于或小于真实的R-R间期，这就需要采用连续的多个R-R间期即多个心动周期(多个Beat)采集，即采用回顾性心电门控的技术。后续通过高级心电编辑，得到最佳冠脉图像。本研究结果也得到了证实，图E-G为一例采用模拟ECG信号的患者，图像质量满足诊断要求。

3.2 模拟ECG信号编辑用模拟ECG信号得到的数据是模拟数据，不是患者真实心跳得到的数据，所以，冠脉最佳期相可能是R-R间期0%-99%中的任意一期，而不是常规的收缩期40%左右，舒张期75%左右的期相。即采用高级心电编辑时，需重建0%-99%各个期相的监测层，从中选择最佳期相重建图像。

3.3 心率对模拟信号成像的影响影响冠脉成像效果的原因很多[19-23]。在闭气和设备等条件固定不变的情况下，心率越快，冠脉成像难度越大，成像效果也越差。所以模拟信号在快心率成像效果也不可能提高，因此检查前，可以舌下含服倍他乐克降低和平稳心率。模拟信号重点应用在CT设备检测不到ECG信号的情况下，在快心率方面的成像技术还有待进一步研究，多个Beat采集，更复杂的后期心电编辑可能会有所帮助。

3.4 检查前模拟信号的选择因为是模拟信号，越接近真实心率成像效果越准确。用心电监护仪测出其频发心率，作为模拟心率；心率波动较大时，多次测量取其平均值。不建议使用常规血压仪测量心率，因为其测量不出心律不齐以及心率的波动变化。

3.5 患者接受的辐射剂量A组患者采用了回顾性心电门控技术冠脉成像，B组患者采用了前瞻性心电门控技术冠脉成像，所以A组患者接受的辐射剂量明显高于B组。辐射剂量的差异主要来源于门控技术的选择。

3.6 320排CT在模拟ECG信号冠脉成像中的优越性320排CT球管旋转一圈0.35s，采集范围16cm，一次采集整个心脏冠脉数据，得到无时相差异的数据。不会出现螺旋伪影和因时相差异出现的错层伪影，具有明显的优越性。

综上所述，在心律不齐，安置心脏起搏器等原因，引起ECG信号紊乱不稳定，导致CT设备无法识别而不能冠脉成像时，模拟ECG信号是可行的，值得在320排CT上推广。