新型256层螺旋CT自由心率CCTA评价高心率冠状动脉狭窄患者诊断准确性

罗开选， 查云飞， 张亮， 杨文兵， 彭宙峰， 谢宝君

冠状动脉CT血管成像(coronary computed tomographic angiography，CCTA)越来越普遍运用于临床进行冠心病早期筛查诊断和鉴别诊断，但其诊断准确性仍受诸多因素制约。心率过高是影响CCTA图像质量和诊断准确性的主要因素之一[1]。近年来推出的256层螺旋CT具有16 cm宝石宽体探测器，时间分辨率达到28 ms，一次旋转单个心动周期即可完成心脏的成像。在既往的可行性研究[2，3]中，在自由心率状态，高心率患者可以在传统256层螺旋CT的CCTA得到较高质量的图像。本研究旨在以冠状动脉造影(coronary angiography，CAG)为参照标准，深入评价新型256层螺旋CT自由心率下高心率患者CCTA的图像质量以及对冠状动脉脉管腔狭窄程度诊断的准确性。

材料与方法

1.临床资料

回顾性分析我院2017年6月-2017年10月采用自适应前瞻性心电门控技术行CCTA检查且行CAG检查的患者40名，其中男28例，女12例，年龄40～82岁，平均年龄(71.9±3.8)岁，CCTA扫描时心率均≥80 bpm，平均心率(90.7±8.15) bpm (80～110 bpm)，平均心率变异率7，所有患者扫描前均不控制心率，CCTA及CAG检查间隔<3周(平均6.8 d)。排除标准：严重心功能不全、严重肝肾功能不全、房颤、冠脉支架植入、心脏起搏器及人工瓣膜置换和碘过敏者。本研究所有患者均签署知情同意书。

2.检查方法

所有患者CCTA检查均采用GE公司Revolution CT (GE Healthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA)，采用前瞻性心电门控技术轴向扫描；扫描范围从气管隆突下1 cm至心脏膈面。扫描参数：管电压采用自动选择技术(kV assist)，管电流采用自动管电流技术(smart mA技术)(150～750 mA)，扫描层厚0.625 mm，螺距0.22，迭代重建权重为50%，采用标准重建算法及运动校正算法(snap shot freezing，SSF)。利用GSI模式峰值时间测定法进行扫描。峰值时间测定：将定位线放在气管隆突下1 cm，使用双筒高压注射器(Stellant D，MEDRAD，USA)，对比剂采用优维显(拜耳医药公司，浓度为370 mg I/mL)，经肘静脉以5.0 mL/s流率注射20 mL，后续以同样流率注射20 mL生理盐水冲洗。扫描结束后，在升主动脉上画定一圆形感兴趣区，得到一条时间-密度曲线，选择并计算该曲线的峰值时间，在此基础上增加4～5 s，作为正式冠状动脉扫描的延迟时间。扫描参数、范围及对比剂注射速率与上述一致，根据患者体重注射对比剂总量40～60 mL，对比剂总量(mL)=体重(kg)×0.8(mL/kg)。所有扫描操作由1名熟练的放射科技师进行。

3.图像后处理

根据患者心率情况自动识别最佳时相，采用自适应迭代重建算法(ASIR-V，GE Healthcare)重建图像，将重建后数据传输至GE AW4.6工作站进行各种图像后处理操作，包括多平面重组(MPR) 、曲面重组(CPR) 、最大密度投影(MIP)及容积再现(VR)。由2名放射科医师独立评估冠状动脉管腔狭窄节段的狭窄程度，存在分歧后共同阅片讨论后得出一致结论。

4.图像质量评价

根据Frank[4]CCTA图像质量评价标准，分为4级。Ⅰ级：血管显影清晰，边缘光滑，连续性好，与周围对比好，无伪影；Ⅱ级：血管显影较多，连续性可，但边缘模糊，有少许伪影；Ⅲ级：血管对比尚可，但连续性不佳，有伪影，仍可评价，基本满足诊断；Ⅳ级：血管对比差，伪影干扰严重，明显错层及阶梯状伪影，无法评价。

采用冠状动脉15节段划分法[5]，评价所有直径>2 mm冠状动脉节段，闭塞远段血管、发育变异及血管细小等因素不做评价。按狭窄程度分为轻度狭窄组(<50%)、中度狭窄组(50%～75%)、重度狭窄组(75%～99%)及闭塞组(100%)。

5.辐射剂量评价

辐射剂量的统计仅包含CCTA扫描时辐射剂量。CT自动计算得到容积CT剂量指数(CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)，并估算出有效剂量(effective dose，ED)，其中ED=DLP×k，k为转换系数[6](k=0.014 mSv/mGy/cm)。

6.CAG

采用Seldinger改良方法股动脉插管，分别行左、右冠状动脉造影，采用多方位多角度投照观察冠状动脉并记录，由1名有经验的心内科医师在不知道CCTA结果的情况下采用目测法评价造影结果。

7.统计分析

表1 CCTA及CAG检测冠状动脉狭窄节段诊断一致性检验

表2 CCTA及CAG检测冠状动脉狭窄程度诊断一致性检验

结 果

所有直径>2 mm冠状动脉节段，去除闭塞远段血管、发育变异及血管细小等因素，40例患者共检出467个冠状动脉节段，其中462个节段能够满足诊断需求，图像质量可诊断率达到98.93%(462/467)。对左主干、左前降支、左回旋支及右冠状动脉共计309个节段进行CCTA分析，其中CCTA诊断轻度狭窄35个节段、中度狭窄48个节段、重度狭窄36个节段、闭塞15个节段共计134个节段，与CAG对照，发现误诊13例(4个轻度狭窄节段被高估，5个中度狭窄节段被高估或低估，2个重度狭窄节段被高估，2个闭塞节段被低估)，漏诊4例(3例轻度狭窄及1例中度狭窄漏诊)。CCTA诊断冠状动脉狭窄节段的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及准确度分别为96.80%、92.93%、90.30%、97.71%、94.50%(表1)；CCTA诊断冠状动脉轻度、中度、重度及闭塞程度的敏感度分别为91.18%、97.73%、100.00%、100.00%，特异度分别97.71%、97.16%、98.84%、98.84%，阳性预测值分别为88.57%、89.58%、94.44%、86.67%，阴性预测值分别为98.28%、99.42%、100.00%、100.00%，准确度分别为96.65%、97.27%、99.03%、98.92%(表2)。用Kappa检验对CCTA及CAG检测狭窄程度进行一致性分析，其Kappa系数均>0.8(P<0.001)，其一致性显著(表1、2及图1、2)；用McNemar检验分析发现CCTA及CAG诊断冠状动脉不同狭窄程度的差异无统计学意义(P值分别为1.000、0.219、0.50、0.50，P>0.05，表2)，表明两者对冠状动脉狭窄程度的诊断结果无明显差异。40例患者CCTA的平均DLP为(160.97±36.53) mGv/cm，平均ED为(2.25±0.51) mSv。

讨 论

心率与心律、呼吸情况是目前影响CCTA图像质量的两大关键因素[7，8]。呼吸伪影所致图像质量减低可以通过加强呼吸及屏气训练得以解决，同时辅以心电门控技术也能有效抑制心脏运动伪影[9]。图像质量随心率增加而下降[10]，心率越快，运动伪影越重，特别是心率在80～90次/min时，右冠状动脉运动最快、运动幅度和变形最大，采集的心脏图像不理想[11]。高心率及心律波动大的患者[12]，心脏在各个心动周期的运动状态不一致，波动范围越大，其差异性越明显，出现的图像伪影越严重，对诊断冠状动脉狭窄的准确性随之降低。

高心率会缩短收缩期及舒张期，更易产生心脏运动伪影。为克服心率过快的影响，经常在CCTA扫描之前服用β-受体阻断剂降低心率，但有些患者存在药物禁忌，往往不能有效控制心率[13]。基于改善硬件的方法也在不断尝试，包括增加探测器宽度及提高机架旋转速度等。Oda等[14]采用256-MDCT及64-MDCT对886名冠心病患者CCTA图像质量对比研究中发现，在心率>60 bpm患者中，256-MDCT显著改善图像质量。基于软件的方法如多扇区重建技术、运动伪影校正SSF技术等，可以减少运动伪影，减弱心率的影响。杨仁杰等[15]利用64排CT对自然心率下104名冠心病患者分别采用多扇区重建和SSF重建比较发现，当心率>80次/min，两者都改善了图像质量，而SSF重建优良率明显高于多扇区重建。王斌等[16]发现，利用SSF技术能有效提高高心率患者冠状动脉CCTA的图像质量，并且对右冠状动脉图像质量改善尤为明显。Liang等[17]对64名高心率患者分别采用标准算法和运动校正算法重建，发现运动校正算法重建可以显著提高图像质量及诊断准确性。本研究使用256-MDCT具有16 cm宝石宽体探测器，时间分辨率达到28 ms，一次旋转单个心动周期即可完成心脏的成像，采用智能期相技术自动筛选最佳期相数据进行重建并辅以迭代重建技术及冠脉追踪冻结技术(snapshot freezing，SSF)，可以降低噪声并减少冠脉图像运动伪影。这些新技术为高心率患者获得高质量CCTA图像提供了技术保证[18，19]。本研究中40例高心率患者，扫描前均无服用药物以控制心率，所得图像能满足诊断需求。

图2 患者，男，78岁，间断胸痛20d，加重1d，心率81～83bpm平均心率82bpm。a) VR示左冠状动脉前降支中段管腔狭窄； b) MIP示左冠状动脉前降支中段钙化斑块(箭)，管腔重度狭窄； c) CPR示左冠状动脉前降支中段混合斑块，管腔重度狭窄; d) CAG图显示前降支中段闭塞(箭)。

图1 患者，女，77岁，间断胸痛1年余，心率87～91bpm，平均心率89bpm。a) VR示左冠状动脉前降支近中段管腔狭窄； b) CPR示左冠状动脉前降支近中段见弥漫性钙化斑块，管腔重度狭窄; c) CAG图显示前降支近段闭塞(箭)。

冠状动脉钙化的硬化束伪影及部分容积效应，影响冠状动脉管腔的真实显示[20]，是降低图像质量并影响诊断的另一个主要原因。随着钙化量增加所致的无法诊断的冠状动脉节段增多和成像质量下降呈正相关[21]。当钙化积分≥1000时，MSCT诊断冠状动脉狭窄的特异度、敏感度、阳性预测值明显降低[22]，诊断准确性明显减低。本组病例中钙化因素导致造成2/3假阴性和8/13假阳性血管节段，5个节段被高估，3个节段被低估，可见冠脉钙化量的多少直接影响诊断的准确性。

基于运动校正算法的冠脉追踪冻结技术(SSF)在最新CCTA技术规范化应用指南中已被推荐为CT设备常规使用技术[23]。SSF技术利用单个心动周期中相邻心脏相位的信息来描述冠状动脉的轨迹和速度，确定冠状动脉在相应期相中的确切位置，通过自适应补偿相位内的冠脉残余运动从而有效的缩短了重建的时间窗[24,25]。报道[3，26]在高心率患者中采用SSF技术可以明显消除冠状动脉运动伪影而提高图像质量。本研究所纳入对象心率均≥80bpm，图像可诊断率达98.93%，82.01%冠状动脉节段图像质量评分为1～2分，证实高心率患者在256层螺旋CT中也能获得高的图像质量。对于中度狭窄程度以上节段，CCTA诊断敏感度及准确性达到97%以上，而对于重度狭窄及闭塞节段，其敏感度达到100%，准确性接近99%。本组病例中4个节段由运动伪影较重所致图像质量较低，主要分布于RCA中远段；在质量评分1～3分冠状动脉节段中我们也发现左右冠状动脉远段节段相对评分较低，这主要由于心率过快时，心脏搏动明显，冠状动脉因房室反向运动伪影影响图像质量[10]，在图像采集过程中，采集时间可能已不在R-R间期。

在确保CCTA图像质量前提下尽可能降低辐射剂量已是业界的共识和研究热点。前瞻性心电门控技术采用轴面扫描方式，只对预定时相进行数据采集，大幅度降低X线球管曝光时间，有效的降低辐射剂量。在既往研究中，前瞻性心电门控扫描较回顾性扫描能减少80%的辐射剂量[27，28]，而图像质量无明显差异。迭代重建技术已广泛应用于CCTA图像重建，可减少传统滤波反投影算法的低空间分辨率引起的噪声。研究表明[29-31]迭代重建技术不仅减少图像噪声、提高图像质量，而且还能减少辐射剂量。本研究中DLP为(160.97±36.53)mGv/cm，平均有效剂量ED为(2.25±0.51)mSv，在指南推荐的2～5mSv范围内[23]，但高于其他文献中所报道[32，33]，这可能与采用的不同扫描模式机型及所纳入患者心率有关。

本研究存在一些不足：①未针对不同心率及冠状动脉狭窄斑块性质进行分组比较。②所纳入对象为同时进行CCTA及CAG检查患者，对于一些高心率冠状动脉轻-中度狭窄的患者未行CAG检查而剔除，间接影响了CCTA的诊断准确性。③纳入对象样本量少，还需进一步与CAG大样本对照研究。

综上所述，新型256层螺旋CT具有较高的时间分辨率，一次旋转单个心动周期即可完成心脏的成像，在自由心率下对高心率冠心病患者冠状动脉管腔狭窄程度具有较好的诊断准确性。

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