王艳微 邢 艳 刘文亚 潘存雪 岳 征

作者单位：新疆医科大学第一附属医院影像中心



冠状动脉CT成像中冠状动脉追踪冻结技术的价值

王艳微 邢 艳 刘文亚 潘存雪 岳 征

作者单位：新疆医科大学第一附属医院影像中心

【摘要】目的：探讨不同心率条件下应用冠状动脉追踪冻结技术（SSF）对冠脉CT血管成像运动伪影的改善效果。方法：连续收集了113例疑诊冠心病患者，使用Discovery CT 750 HD Freedom行冠脉CTA检查，图像均采用标准算法（STD）及SSF算法两种方法进行重建，由两位主治以上医师以Likert 4 分作为评分标准，采用随机双盲法对冠状动脉分支及节段水平的图像质量进行独立判读。以扫描时心率为标准，分为1～6组，相同心率组不同重建方法的图像质量评分比较采用秩和检验，可判读性比较采用卡方检验。结果：所有心率组SSF 算法重建图像质量在前降支、回旋支、右冠状动脉每支血管水平评分均明显高于 STD （P均＜0.05）；左主干两种算法图像评分差异无统计学意义（P均＞0.05），节段评分 SSF 算法显著高于 STD 算法（P均＜0.001）。 3～6组SSF 算法重建图像可判读性在节段水平均明显高于 STD重建图像（P均＜0.01）；1～2组两种算法可判读性差异无统计学意义； 4～5组SSF算法重建图像可判读性在右冠状动脉每支血管水平明显高于STD重建图像（P均＜0.01）。结论：与标准算法比较，SSF能够明显改善各心率组图像质量，并明显提高了高心率组图像的可判读性。

【关键词】冠状动脉CT成像 ；心率；运动伪影

中国医学计算机成像杂志，2016，22：126-131

Chin Comput Med Imag，2016，22：126-131

Department of Radiology， The First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University

Address： No. 137 Liyushan S. Rd， Wulumuqi 830011， P.R.C

Address Correspondence to LIU Wen-ya （E-mail： 13999202977@163.com）

Foundation item： Xinjiang Province Natural Science Foundation No.2015211C074

冠状动脉CT血管成像（coronary CT angiography，CCTA）较导管冠状动脉造影术的创伤小，并提供了很高的诊断准确性，已广泛用于检测冠状动脉疾病（coronary artery disease ，CAD）［1-3］；然而一些因素限制了CCTA对CAD的诊断准确性及可判读性，如严重钙化、大体重、移动伪影等因素，其中移动伪影是最普遍的限制之一，导致许多血管节段“不可判读”［2，4，5］。

冠状动脉追踪冻结技术（Snap Shot freeze，SSF）是一种新型的软件策略，已有初步研究证明SSF能提高图像质量及可诊断性［5-6］，但选取的患者心率局限在某一范围，并没有对不同心率下SSF的改善进行描述。因此，本研究旨在评价不同心率下SSF相对标准重建对冠状动脉的图像质量及可判读性的改善效应。

方 法

1.临床资料

本研究为前瞻性研究，通过医院伦理委员会审查，所有的研究对象均签署知情同意书。连续收集2014年3月至7月在新疆医科大学第一附属医院疑诊为冠心病并进行CCTA检查的113例患者，BMI为（26.29±2.76）kg / m2。高血压56例（49.56%），脂代谢异常37例（32.74%），糖尿病26例（23.01%），吸烟史39例（34.51%）。扫描时心率46～117/min，平均66±9次/ min。根据扫描时心率分成6组，组1：心率≤59次/min；组2：60～64次/min；组3：65～69次/min；组4：70～74次/min；组5：75～79次/min；组6：≥80次/min。其中男70例、女43例；年龄36～80；平均（56.3±9.68）岁；排除标准：①无法配合扫描；②严重心律失常；③碘对比剂过敏；④心肾功能不全；⑤冠状动脉钙化积分≥400分。

2.图像采集

使用GE宝石能谱CT（第三代宝石CT FREEdom平台，HDCT 750，GE Healthcare，Milwaukee，WI）进行扫描。根据体重指数（BMI）选用不同的扫描条件，最大管电流200～670 mA，BMI≤22.5、管电压80kV；22.5＜BMI≤28，管电压 100 kV；28＜BMI≤33；管电压120kV；BMI＞33；管电压140kV。准直器宽度0.625 mm，探测器宽度40mm，扫描重建层厚0.625mm，层间距0.625mm。机架旋转时间0.35s/周。造影剂采用欧乃派克（350 mgI/ml），用量（ml）=体重（kg）×0.8 ml/ kg，流速（ml/s）= 对比剂用量（ml） /12s，注射时间均为12s。受检者均进行钙化积分扫描，扫描范围从气管隆突下1～2cm至膈顶。心率＜65 次/ min，前瞻性心电门控扫描；心率≥65 次/min者，回顾性心电门控扫描。

3.图像后处理

前置性心电门控扫描选择75%期相进行SSF算法重建，回顾性心电门控扫描多期相重建，重建期相30%～90%R-R间期，间隔10%；比较标准算法多期相图像，选择最佳期相，使用SSF对最佳期相进行重建。

4.图像判读

图像以随机顺序提供给两位盲态判读人员（主治以上诊断医师并均具有 5 年以上CT 冠状动脉造影诊断经历）。判读人员将首先对研究中的一项重建进行判读；另一项重建的判读将至少在2周之后以随机顺序进行。意见不一致的冠状动脉分段，由第三名判读人员进行判读以获得一致意见。采用美国心脏协会推荐的15分段法分析冠状动脉树［1］，分别以冠状动脉分支、冠状动脉节段为单位评价图像质量。评价的冠状动脉有1（右冠状动脉近段）、2（右冠状动脉中段）、3（右冠状动脉远段）、5（左主干）、6（前降支近段）、7（前降支中段）、8（前降支远段）、11（回旋支近段）、13（回旋支中段）。采用 Likert 评分法［6］作为评分标准：Likert评分：1分，不能诊断，图像质量差，严重的冠状动脉运动或其他伪影影响使图像不能正确评估；2分，图像质量较差，但能够诊断，由于继发于冠状动脉运动或其他伪影影响，降低了图像质量；3分，图像质量好，轻微的运动相关伪影或其他伪影；4分，图像质量优，极少或没有运动相关伪影，极好的解剖细节用来进行狭窄和斑块的评估。≥2分图像为具有可读性。

5.统计方法

所有分析采用 SPSS 22.0 软件，相同心率组STD和SSF两种重建算法基于冠状动脉分支及节段水平进行图像质量评分比较采用配对秩和检验；可判读性比较采用Fisher确切法；双侧P＜0.05为检验水准。

结 果

所有心率组SSF 算法重建图像质量在前降支、回旋支、右冠状动脉每支血管水平评分均明显高于STD（P均＜0.05）；左主干两种算法图像质量无明显差异（P均＞0.05）；共1014个冠状动脉节段，随心率增高评分下降，但节段评分 SSF 算法明显高于 STD 算法（P均＜0.001）（表1，图1）。

节段水平上，3～6组SSF 算法重建图像可判读性均明显高于 STD重建图像（P均＜0.05）；1～2组两种算法可判读性无显著性差异（组1，P=0.124；组2，P=0.062）。

每支冠脉水平上，4～5组SSF算法重建图像可判读性在右冠状动脉明显高于STD重建图像（P均＜0.01），1、2、6组两种算法可判读性无明显差异（P＞0.05）；各心率组在左主干、前降支、回旋支两种算法可判读性上无明显差异（P＞0.05）（表 2，图2）。

图1 男， 46岁，扫描时实时心率61～62次/min。A、B.分别为该患者STD重建 VR及轴位图像，右冠状动脉中段（粗箭头）、前降支中段（细箭头）及回旋支中段（虚线箭头）可见移动伪影及断层，血管边缘模糊，无法诊断；C、D.为该患者使用SSF重建后VR及轴位图像，三支血管的中段移动伪影消失，血管壁光滑锐利，管腔内显示清晰，能够评估管腔狭窄以及斑块特征，但对断层并无明显改善。

图2 女， 61岁，扫描时实时心率70～71次/min 。 A～C.分别为该患者STD重建的VR、 CPR 及轴位图像，右冠状动脉中段及远段（箭头）可见移动伪影， 血管边缘模糊， 无法诊断。D、E.为该患者使用SSF重建后VR、CPR 及轴位图像，右冠状动脉中段及远段移动伪影消失，血管壁光滑锐利，管腔内显示清晰。

表1 不同心率组STD重建算法和SSF重建算法图像质量评分比较（分，± s ）

表1 不同心率组STD重建算法和SSF重建算法图像质量评分比较（分，± s ）

注：注：LAD：前降支；LCX：回旋支；LM： 左主干；RCA：右冠状动脉； *： 与标准重建算法相比，P ＜0.05。

心率组 　 重建方法 　RCA　LMT　LAD　LCX　　节段组1：≤59 次/min　STD　3.13±0.60　4.00±0.27　3.25±0.40　3.41±0.59　3.33±0.41 （n = 28）　SSF　3.60±0.36　3.93±0.26　3.36±0.43　3.51±0.48　3.53±0.34 Z -4.091　-1.000　-2.444　-2.06　-4.244 P 　　＜0.0001*　0.317　0.015*　0.039*　　＜0.0001* 组2： 60～64 次/min　 STD　2.78±0.66　3.88±0.34　2.97±0.61　3.04±0.61　3.02±0.42 （n = 24）　SSF　3.22±0.52　3.92±0.28　3.14±0.56　3.31±0.53　3.29±0.33 Z -3.689　-1.000　-2.762　-2.667　-4.044 P 　　＜0.0001*　0.317　0.006*　0.008*　　＜0.0001* 组3： 65～69 次/min　 STD　2.79±0.53　3.95±0.22　2.92±0.41　3.17±0.78　3.05±0.31 （n = 21）　SSF　3.06±0.6　3.95±0.22　3.3±0.47　3.55±0.5　3.35±0.39 Z -2.050　0　-3.228　-2.549　-3.552 P 　0.04*　1　0.001*　0.011*　　＜0.0001* 组4： 70～74 次/min　 STD　2.04±0.71　3.89±0.32　2.87±0.41　2.44±0.7　2.61±0.37 （n = 18）　SSF　3.07±0.60　3.89±0.32　3.13±0.38　3.39±0.21　3.25±0.22 Z -3.742　0.000　-2.64　-3.589　-3.735 P ＜0.0001*　1.000　　＜0.0001*　0.008*　　＜0.0001* 组5： 75～79 次/min　 STD　2.12±0.43　3.50±0.94　2.71±0.68　2.25±0.61　2.50±0.51 （n = 14）　SSF　2.98±0.42　3.71±0.61　3.02±0.51　2.61±0.74　2.99±0.45 Z -3.37　-1.01　-2.032　-2.428　-3.315 P 　0.001*　0.317　0.042*　0.015*　0.001* 组6 ：≥80次/min 　STD　1.72±0.23　2.22±0.94　1.71±0.46　1.68±0.67　1.82±0.79 （n = 8）　SSF　1.82±0.22　2.34±0.87　1.92±0.49　1.79±0.74　2.11±0.75 Z -1.661　-1.493　-2.032　-2.001　-3.315 P 　0.048*　0.057　0.016*　0.025*　　＜0.0001*

表2 STD重建算法和SSF重建算法图像质量可判读性比较

讨 论

已有的多中心研究显示，CCTA的诊断效能并不完美，许多潜在的参数对CCTA的诊断准确性产生了不良影响——包括心率增快（CT扫描仪有限的时间分辨率所致）、冠状动脉严重钙化（CT扫描仪有限的空间分辨率所致）、体重指数过高（影像噪声过强所致）。其中，冠状动脉运动伪影是最常见的限制因素［4，5，7］，高达12%的冠状动脉节段仅因运动伪影而被判断为“无法判读”，在心率较快和心律不齐时运动伪影更为显著［8］。

心率影响图像质量表现为心脏搏动所造成的运动伪影。冠状动脉运动方向和速度在心动周期内不断变化，心率与扫描速度如果不能匹配，造成重建中心角度不能重合，就会产生阶梯状伪影，影响图像质量的评价，在实际临床应用中运动伪影是造成不能满足评价的主要因素，而且对冠状动脉各分支的影响不同［9］，心率低于65次/min时，冠状动脉各分支在舒张末期具有相邻的运动最低点，更易获得较为稳定的血管图像，随着心率升高，冠状动脉各分支不再具有相同的最低运动时相，这样就难以在同一时相获得优质的图像［10］。

冠状动脉追踪冻结技术（SSF）是一种新型的软件策略，在心脏多时相重建和自动化冠状动脉血管追踪之后，SSF算法利用单个心脏周期内相邻心脏时相的信息来描述血管运动（路径和速度），从而确定制定的目标时相中实际的血管位置，并对该时相中其他运动进行适应性补偿，进而有效压缩重建时间窗。GE宝石CT是将SSF用于每条血管和每个分段，从而针对冠状动脉的每个立体像素对运动的差异度进行校正。

与常规的双扇区重建相比，SSF是通过在最需要适应性压缩时间窗的局部区域进行该项处理，而直接以冠状动脉特定运动为靶标，描述的是单个心动周期中的运动，从而不易受重建心跳之间的不一致性、心动周期或机架旋转周期谐振点的影响，而这恰恰是以往采用的双扇区的受限因素。

本研究表明：与STD比较，SSF提高了不同心率组的整体图像质量及可判读性，这一点与Lee等［11］的研究相一致；高心率组在图像质量评分及可判读性上均有明显的改善，每支血管水平评分均明显高于STD（P均＜0.05），不能诊断的血管节段比例从18.3%（101/549）降低至4.3%（26/549），可判读性差异亦有统计学差异（P均＜0.05）；低心率组在质量评分上有所提高，这与Cho等［12］的研究结果不一致，Cho等的研究结果显示SSF对低心率组的图像质量及可判读性均无改善，考虑主要是由于其实验使用的是心脏动态体模，虽然能够模拟心脏和冠状动脉的运动，但与真实人体冠状动脉成像还是存在差别的，如冠状动脉走行及心脏运动的差异等方面。本研究低心率组在可判读性方面的改善比较有限，不能诊断的血管节段从2.8%（13/465）降低至0.5%（2/465），考虑为心率较低时，冠状动脉运动幅度小，运动伪影相对较小［8］。

不同心率组内运动速度最低的LM在两种重建方法下均获得了极佳的图像质量，且两种方法无统计学差异；另一方面，对运动最快的RCA，高心率组SSF算法重建的图像质量评分及可判读性显著优于STD重建图像（P＜0.01），低心率组RCA的图像质量评分差异有统计学意义，但在可判读性上差异并无统计学意义；LAD和LCX的移动伪影及图像质量下降并没有RCA频繁，本研究结果表明LAD、LCX图像质量评分上有不同程度的改善，但可判读性上改善有限；这与以往的研究相一致［5，6，12］，SSF的改善效能主要为高心率所造成的移动伪影，且对RCA改善最为明显。

低心率患者血管运动伪影的影响小，检查成功率高，应用SSF对其可判读性的改善并不明显，但可以有效改善低心率患者的图像质量，从而使冠脉CTA的诊断准确性更加接近金标准冠脉造影；心率较高时，由于CT扫描器有限的时间分辨率，不可判读血管明显增多，应用SSF可以明显减少不可判读血管数量，从而提高冠状动脉CTA的成功率。本研究表明运动校正算法相对于标准算法在冠脉CTA的图像质量及可判读性方面更有利于高心率患者，同时，在低心率患者中这种算法仍有良好的改善效果。

参 考 文 献

［1］中华放射学杂志心脏冠状动脉多排CT临床应用协作组.心脏冠状动脉多排CT临床应用专家共识.中华放射学杂志，2011，45：9-17.

［2］Farzaneh-Far A， Steigner M， Kwong RY. Applications and limitations of cardiac computed tomography in the evaluation of coronary artery disease. Coron Artery Dis， 2013，24 :606-612.

［3］Gonzalez JA， Lipinski MJ， Flors L， et al. Meta-analysis of diagnostic performance of coronary computed tomography angiography，computed tomography perfusion， and computed tomographyfractional flow reserve in functional myocardial ischemia assessment versus invasive fractional flow reserve. Am J Cardiol， 2015，116:1469-1478.

［4］王治中，杨进华，万琪琳，等.应用320排CT评价冠状动脉狭窄的临床研究.中国医学计算机成像杂志，2012，18:205-208.

［5］Min JK， Arsanjani R， Kurabayashi S， et al. Rationale and design of the ViCTORY （Validation of an Intracycle CT Motion Correction Algorithm for Diagnostic Accuracy） trial. J Cardiovasc Comput Tomogr，2013，7:200-206.

［6］范丽娟 ， 孙凤伟 ， 张计旺 ， 等 . 冠状动脉追踪冻结技术对不控制心率受试者 CT 冠状动脉成像质量的影响 . 中华放射学杂志 ， 2014， 48: 105-108.

［7］Dores H， de Araújo Gonçalves P， Carvalho MS et al. Body mass index as a predictor of the presence but not the severity of coronary artery disease evaluated by cardiac computed tomography. Eur J Prev Cardiol，2014，21:1387-93.

［8］Andreini D， Pontone G， Mushtaq S， et al. Low-dose CT coronary angiography with a novel Intracycle motion-correction algorithm in patients with high heart rate or heart rate variability. Eur Heart J Cardiovasc Imaging，2015，16:1093-1100.

［9］Machida H， Lin XZ， Fukui R， et al. Influence of the motion correction algorithm on the quality and interpretability of images of singlesource 64-detector coronary CT angiography among patients grouped by heart rate. Jpn J Radiol， 2015，33 :84-93.

［10］Ropers U， Ropers D， Pflederer T， et al. Influence of heart rate on the diagnostic accuracy of dual-source computed tomography coronary angiography. J Am Coll Cardiol， 2007，50）:2393-2398.

［11］Lee H， Kim JA， Lee JS， et al. Impact of a vendor-specific motioncorrection algorithm on image quality， interpretability， and diagnostic performance of daily routine coronary CT angiography: influence of heart rate on the effect of motion-correction. Int J Cardiovasc Imaging， 2014，30:1603-1612.

［12］Cho I， Elmore K， Ó Hartaigh B， et al. Heart-rate dependent improvement in image quality and diagnostic accuracy of coronary computed tomographic angiography by novel intracycle motion correction algorithm. Clin Imaging，2015，39:421-426.

Influence of Snapshot Freeze Motion Correction Algorithm on Image Quality of Coronary CT Angiography

WANG Yan-wei， XING Yan， LIU Wen-ya， PAN Cun-xue，YUE Zheng

【Abstract】Purpose：This study aimed to investigate the effect of snapshot freeze （SSF） motion correction algorithm on the motion artifact of coronary CT angiography （CCTA） in patients with different heart rates （HR）. Methods：One hundred and thirteen patients with suspected coronary heart disease were undergone CCTA on Discovery CT 750 HD Freedom. Standard （STD） and SSF motion correction were performed for each patient， 2 experienced readers independently graded image qualities using a 4-point Likert scale. The image quality scores were assessed on per-artery and per-segment level， patients were assigned to 6 different groups based on their average HR during coronary CTA. Comparisons of image quality were performed with Wilcoxon signed-rank tests， and comparisons of percentages of interpretable image quality were performed using Fisher’s exact tests. Results: The image quality scores were higher with the use of SSF than that with STD （P＜0.05） on left anterior descending （LAD）， left circumflex （LCX） and right coronary artery （RCA） in both groups. There was no statistical significant difference for left main coronary artery （P＞0.05）. Images acquired with SSF showed higher image scores than that with STD on per-segment level （P＜0.001）. Images acquired with SSF showed higher interpretability than that with STD on per-artery level （P＜0.01） in group 3-6，but not for group of 1-2. The per-artery interpretability was significantly higher using SSF in RCA （P＜0.01） in group 4-6. Conclusion: The SSF motion correction algorithm reconstruction provided the same or even better image quality andbook=32,ebook=32interpretability in both groups， it may be more beneficial to the patients with a higher HR.

【Key words】Coronary CT angiography；Heart rate；Motion artifact

收稿时间：（2015.12.28；修回时间：2016.02.03）

基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金No.2015211C074

通信作者：刘文亚（电子邮箱：13999202977@163.corn）

通信地址：新疆乌鲁木齐市鲤鱼山南路137号，乌鲁木齐830011

中图分类号：R445.2

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-02-0126-06