何其舟， 余飞， 付亚军， 许东， 霍然， 代平

·胸部影像学·

双源CT自适应前瞻性心电门控自由心率冠状动脉成像对图像质量及辐射剂量的影响

何其舟， 余飞， 付亚军， 许东， 霍然， 代平

目的：探讨双源CT自适应前瞻性心电门控自由心率下冠状动脉成像(CTCA)对图像质量及辐射剂量的影响。方法：选取150例疑诊冠心病的自由心率(心律变异≤5次/分)患者，按心率高低分为A、B、C三组，A组心率<75 bpm，B组心率为75～90 bpm，C组心率>90 bpm；三组均采用双源CT自适应前瞻性心电门控序列扫描，其中A组中有13例、B组有18例、C组有11例在CTCA检查后一周内进行了冠状动脉造影(CAG)检查；计算三组患者冠状动脉节段可评价率(可评价血管节段数/总节段数)、图像质量及辐射剂量；以CAG为金标准，计算三组CTCA诊断冠状动脉狭窄的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值。结果：A、B、C三组CTCA冠脉可评价率分别为97.6%(649/664)、96.9%(928/958)、95.2%(660/693)，差异无统计学意义(P>0.05)；三组图像质量评分分别为(4.69±0.48)、(4.56±0.44)、(4.74±0.47)分，差异无统计学意义(P>0.05)；三组平均有效辐射剂量分别为(5.98±0.19)、(5.00±0.18)、(4.10±0.17) mSv，差异有统计学意义(P<0.05)；A组CTCA诊断冠状动脉狭窄的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为86.0%、94.0%、82.4%、95.2%，B组分别为90.5%、94.8%、83.8%、97.1%，C组分别为84.4%、96.70%、90.5%、94.4%。结论：双源CT自适应前瞻性心电门控序列自由心率患者CTCA均可获得满足诊断要求的图像质量，并能准确评估冠状动脉狭窄程度，其辐射剂量随心率增高而降低。

双源CT； 冠状血管造影术； 自适应前瞻性心电门控； 心率； 辐射剂量

随着CT技术的快速发展，CT冠状动脉成像(CT coronary angiography,CTCA)已成为一种精确评价冠状动脉病变而相对无创的检查手段[1-3]，但由于伴随较高的辐射剂量已越来越受到人们的重视。目前，前瞻性心电门控序列扫描因扫描窗较窄能有效降低扫描辐射剂量，已被逐步用于CTCA检查中[3-4]，但该方法多用于心律较整齐的低心率患者，高心率患者较少使用。本研究采用双源CT自适应前瞻性心电门控序列扫描模式对自由心率(心律变异≤5次/分)患者行CTCA，比较不同心率下CTCA的图像质量和辐射剂量，并与冠状动脉造影(Coronary angiography，CAG)进行对照分析，旨在探讨双源CT自适应前瞻性心电门控序列扫描对自由心率特别是高心率患者行CTCA检查的可行性和可靠性。

材料与方法

1.研究对象

搜集我院2013年10月-2014年8月，临床疑诊冠心病的患者共150例，其中男72例，女78例，年龄42～87岁，平均(62±11)岁。病例入选标准为自由心率、心律变异相≤5次/分、体质指数(BMI)在19～25 kg/m2之间者;病例排除标准为心律严重不齐、不能呼吸屏气者。 150例按心率快慢分成A、B、C三组， A组心率<75 bpm，B组心率为75～90 bpm,C组心率>90 bpm，其中A组43例,B组62例,C组45例。A组中有13例、B组有18例、C组有11例在CTCA检查后一周内进行了CAG检查。

2.检查方法

CTCA检查采用Siemens Somatom Definition双源CT扫描仪。检查前严格训练受检者屏气，扫描前5 min舌下含化硝酸甘油片0.5 mg，检查时先屏气扫胸部定位相，范围自支气管分叉下1 cm至膈下1～2 cm，然后行对比剂跟踪触发扫描，选定升主动脉起始部为同层动态扫描监测层面，监测层面触发扫描阈值为100 HU，延迟6 s开始扫描，扫描范围根据钙化积分图像进行精确调整，上至左冠开口上方1 cm，下至心底。采用18G静脉留置针穿刺右肘正中静脉，采用Optivantage双筒高压注射器，以4.5～5.5 mL/s流率注入非离子型对比剂碘海醇(欧乃派克，350 mg I/mL)50～70 mL，以相同流率注射生理盐水50 mL。所有病例均采用自适应前瞻性心电门控序列扫描，R-R间期25%～80%，管电压100～120 kV，管电流采用智能调控技术。

CAG采用Siemens数字平板式血管造影机，按25帧/s采集图像，数字减影式存储。采用Seldinge法经股动脉入路，分别进行左、右冠状动脉造影，对比剂为碘海醇(欧乃派克，350 mg I/mL)，剂量每次6～8 mL。

3.图像评价与分析

对原始图像进行重建,重建层厚0.6 mm，卷积核为B26f，重建图像传至Sigovia进行图像后处理，后处理技术包括最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)、曲面重组(curve planar reformation,CPR)和容积再现(volume rendering,VR)；图像可显示冠状动脉各节段，分析有无斑块、狭窄。冠脉各节段根据美国心脏协会15分段法标准[5]：段1～4为右冠状动脉(right coronary artery，RCA)的近段、中段、远段和后降支；段5为左主干(left main artery，LMA)；段6～10为左前降支(left anterior descending,LAD)的近段、中段、远段及第1、第2对角支；段11～15为左回旋支(left circumflex artery，LCX)近段、中段、远段及第1、第2钝缘支，若出现中间支则为16段。图像质量评价标准[6]：5分，冠状动脉图像边缘清晰，无运动伪影者为；4分，图像边缘略模糊，有轻度运动伪影；3分，图像边缘中度模糊，有中度运动伪影但无明显错层，不影响诊断；2分，图像边缘模糊，运动伪影明显；1分，冠状动脉管腔不能辨认，无法诊断者。3分及3分以上者视为可诊断图像,满足诊断需求。

由2位经验丰富的放射科医师采用盲法对3组图像进行分析并进行图像质量评分，存在意见分歧时，共同协商决定。

CTCA冠状动脉狭窄程度评估：选取所有直径≥1.5 mm的冠状动脉节段，由2位主治以上医师在双盲情况下，采用Sigovia软件自动测量获取最窄处管腔的狭窄百分比进行评价。CAG冠状动脉狭窄程度评估：由2位主治以上介入医师在不知道CTCA结果的情况下，对选择性冠状动脉造影(selective coronary angiography,SCA)图像采用目测直径法进行评估，显示直径最狭窄的投照角度判断狭窄程度；冠状动脉狭窄程度76%～99%为重度狭窄，99%以上为闭塞，狭窄程度≥50%为阳性。

4.辐射剂量

辐射剂量仅为冠状动脉CTA的辐射剂量，不包括定位和峰值检测的辐射剂量；辐射剂量主要通过3个参数来表示,包括CT容积剂量指数(CT dose index volume,CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product,DLP)、有效辐射剂量(effective dose,ED)[ED=DLP×k(k=0.014 mSv/mGy·cm][7]。

5.统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析。采用卡方检验比较三组患者冠状动脉节段可评价率，采用单因素方差分析比较三组患者BMI、平均心率、扫描长度、曝光时间TI、管电压、管电流、CTDIvol、DLP和ED，两两比较采用最小显著差数法(LSD)；采用Kappa检验评价CTCA与CAG诊断冠状动脉狭窄程度的一致性，Kappa值≥0.75为一致性好；以P<0.05为差异有统计学意义。

表1 三组CTCA冠状动脉血管节段可评价率比较 (%)

表2 三组患者的一般资料比较

表3 A、B、C三组图像质量和辐射剂量的比较

结 果

1.三组CTCA冠状动脉血管节段可评价率比较

三组150例患者CTCA共有2310个冠状动脉节段可供评价，A组664个节段中满足诊断需求的为648个，可评价率(可评价血管节段数/总节段数)为97.6%；B组958个节段中满足诊断需求的为928个，可评价率为96.9%；C组693个节段中满足诊断需求的为660个，可评价率为95.2%； A、B、C三组分别有15个、30个、33个冠脉节段不能满足诊断需求，其原因为患者呼吸运动(18个)、冠状动脉严重钙化(39个)、血管闭塞后显示不清(21个)所致。在A、B、C三组冠状动脉分支血管(RCA、LM、LAD、LCX)中，LCX可评价率最低，LM可评价率最高，三组血管可评价率之间差异无统计学意义(P值均>0.05,表1)。

2.三组患者的一般资料、冠状动脉图像质量评分与辐射剂量的比较

三组患者一般资料见表2，其中BMI、管电压、管电流、扫描范围均与心率变化无关(P>0.05)；而TI(s)随心率增高出现降低，且三组间差异有统计学意义(P<0.05)，表明在自适应前瞻性心电门控序列下，采取25%～80%R-R间期自由心率成像，心率快慢对TI有影响。

三组患者冠脉图像质量评分与辐射剂量见表3，三组图像质量评分差异均无统计学意义(P>0.05)，而CTDIvol、DLP及ED三组间差异均有统计学意义(P<0.05)；表明在自适应前瞻性心电门控序列下，心率快慢对图像质量无明显影响，而辐射剂量随心率增高而降低(图1～3)。

3.CTCA与CAG诊断冠状动脉狭窄的准确度比较

与CAG对照，A组双源CTCA诊断冠状动脉狭窄的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为86.0%、94.0%、82.4%、95.2%(图1)；B组分别为90.5%、94.8%、83.8%、97.1%(图2)；C组分别为84.4%、96.70%、90.5%、94.4%(图3)；三组CTCA的诊断效能与 CAG 差异无统计学意义(P>0.05,表4)。

表4 CTCA和CAG分别诊断冠状动脉狭窄的节段分布 (个)

注：A组CTCA与CAG诊断冠脉狭窄的准确度差异无统计学意义(Kappa=0.785，P=0.051)；B组CTCA与CAG诊断冠脉狭窄的准确度差异无统计学意义(Kappa=0.636，P=0.088)；C组CTCA与CAG诊断冠脉狭窄的准确度差异无统计学意义(Kappa=0.818，P=0.053)。

图1 男，78岁，扫描时平均心率为67次/分。a) 左冠状动脉VR图像示左前降支支架近端变窄; b) 左冠状动脉前降支CPR图像示左前降支动脉支架近端狭窄(狭窄程度为60%)； c) CAG图像显示左前降支动脉支架近端变窄，CTCA与CGA对冠脉狭窄程度的判断完全一致。 图2 男，72岁，扫描时平均心率为83次/分。a) 左冠状动脉VR图像示左前降支变窄; b) 左冠状动脉前降支CMPR图像示左前降支动脉狭窄(狭窄程度>80%)； c) CAG图像显示左前降支动脉中段重度狭窄,几近闭塞，CTCA与CGA对冠脉狭窄程度的判断完全一致。

CT由于时间分辨力的差异，CTCA为获取较好的图像，扫描中对不同心率患者采用的心电门控方式存在差异，其中大多数受心率限制采用回顾性心电门控螺旋扫描，而该技术由于采用小螺距重叠扫描，辐射剂量较高。最近多个中心及实验室数据均显示回顾性心电门控触发的冠状动脉CTA辐射剂量中位值为12 mSv，某些部位甚至超过30 mSv。降低管电压[8]、ECG管电流调制技术[9]、前瞻性心电门控序列等均可有效降低CTCA辐射剂量，而其中前瞻性心电门控序列扫描降低辐射剂量最明显，辐射剂量仅为回顾性心电门控螺旋扫描的1/3。 Scharf等[10]研究表明，前瞻性心电门控扫描辐射剂量较回顾性心电门控螺旋扫描可降低80%左右，同时图像质量稍高于后者，但前瞻性心电门控扫描主要适用于心律稳定的低心率患者(心率≤70 bpm)，临床应用有一定限制[11]。因此，对于心率>70pbm的患者，为获取较高的图像质量和降低辐射剂量，采用前瞻性心电门控扫描时均采用药物控制心率，而心率减低可导致心脏的收缩期与舒张期发生变化，引起心脏冠状动脉微循环发生改变，从而不能准确反映冠状动脉在自由心率下循环灌注的实际情况；同时采用药物控制心率可能会导致不良反应的发生。

第二代Siemens Somatom Definition CT因单扇区重建时间分辨力达75 ms，可以适当增宽前瞻性心电门控采集时间窗，使高心率患者进行冠状动脉成像成为现实；叶国伟等[12-14]对高、低心率患者的冠状动脉成像进行了对比研究，结果显示高心率患者在图像质量、诊断冠心病准确度方面与低心率组差异无统计学意义。本研究采用自适应前瞻性心电门控技术对低、中、高心率患者进行研究，显示三组间CTCA对冠状动脉节段的可评价率、图像质量评分差异均无统计学意义，表明心率高低对图像质量无明显影响；本研究三组间CTDIvol、DLP、ED差异均有统计学意义，高心率组较低心率组明显减低，表明心率对辐射剂量有影响，辐射剂量随心率增高出现降低趋势;分析其原因可能是因为高心率患者R-R间期较短，自适应前瞻性心电门控采集数据时相缩短，减少了受检者的曝光时间，从而降低了辐射剂量；本研究中C组扫描时间[(0.52±0.01) s]低于B组[(0.61±0.01) s]和A组[(0.72±0.01) s]，同时在Z轴上C组的扫描范围[(12.2±0.43)cm]低于B组[(12.32±0.29)cm]和A组[(12.8±0.24)cm]，而辐射剂量与Z轴方向长度和扫描时间呈正比。因此，对于自由心率特别是高心率患者在心律较整齐时，只要CT时间分辨力较高，采用自适应前瞻性心电门控扫描技术，不仅图像质量较高，同时可有效降低辐射剂量。

图3 男，85岁，扫描时平均心率为102次/分。a) 左冠状动脉VR图像示左前降支变窄; b) 左冠状动脉前降支CMPR图像示左前降支动脉中段重度狭窄(狭窄程度>80%)； c) CAG图像显示左前降支动脉中段重度狭窄,几近闭塞，CTCA与CGA对冠脉狭窄程度的判断完全一致。

与金标准CAG进行对照，以冠状动脉狭窄节段为单位，A组CTCA诊断冠状动脉狭窄的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为86.0%、94.1%、83.1%、95.2%，B组分别为90.1%、94.9%、84.2%、97.1%，C组分别为85.2%、96.4.0%、89.7%、94.7%，三组CTCA对冠状动脉狭窄的诊断效能与CAG差异无统计学意义；表明双源CT自适应前瞻性心电门控序列扫描对自由心率患者冠状动脉狭窄的诊断准确度较高，可作为临床冠脉狭窄评估和指导临床治疗的一种手段。本研究中也存在少数冠脉节段的狭窄程度判断出现高估或低估的现象，其中有13个冠状动脉节段管壁严重钙化或钙化斑块不规则、4个冠状动脉节段受运动伪影干扰而无法准确评估管腔狭窄程度，表明钙化斑块和运动伪影是影响冠脉狭窄程度判断的主要原因；因此还有待于进一步研究和改进，以提高其诊断准确度。

综上所述，本研究结果表明辐射剂量随心率增高出现降低趋势，说明心率是影响辐射剂量的因素之一；同时心率快慢对冠状动脉CTCA图像质量无明显影响，图像质量均可满足诊断需求。因此，对于自由心率患者，只要CT扫描时间分辨力较高，在一定范围内不需过度限制心率(心律变异小)，这样不仅可以准确反映自由心率下冠脉的循环灌注情况，同时也为临床治疗提供更为准确的心脏冠脉信息。本研究也存在不足，未对进一步缩小R-R间期采集时相及心律变异较大患者进行研究，有待进一步研究。

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Effects of dual-source CT adaptive prospective ECG-gated free-heart rate coronary angiography on image quality and radiation dose

HE Qi-Zhou,YU Fei,FU Ya-Jun,et al.

Department of Radiology，Hospital (T,C,M,) Affiliated Southwest Medical University,Sichuan 646000,China

Objective：To explore the effects of dual-source CT adaptive prospective ECG-gated coronary artery angiography on image quality and radiation dose.Methods：150 patients suffered from coronary artery disease with free heart rates (heart rate variability ≤5 times/min) were divided into A,B and C groups according to heart rates (group A,heart rate <75bpm；group B,heart rate 75～90bpm；group C,hart rate >90bpm).DSCT adaptive ECG-gated scanning was performed in all the patients.From them,13 cases from group A,18 cases from group B and 11 cases from group C underwent CAG within one week after CTCA.The evaluable rate of coronary segments (the number of evaluable segments/total segment number),radiation dose and image quality of the three groups were calculated.Using CAG as the gold standard,the sensibility,specificity,positive predictive value and negative predictive value of CTCA of the three groups for diagnosing coronary artery stenosis were calculated.Result：For coronary angiography (CTCA) of the three groups A,B and C,the coronary artery evaluation rate was respectively 97.6% (649/664),96.9% (928/958),5.2% (660/693),indicating no statistical significant difference (P>0.05)；CTCA image quality score of three groups were respectively (4.69±0.48),(4.56±0.44),(4.74±0.47)，indicating no statistical significant difference (P>0.05).The mean effective radiation dose of the three groups were (5.98±0.19),(5.00±0.18) and (4.10±0.17)mSv,indicating statistically significant difference (P<0.05).The Sensitivity，specificity，positive predictive value and negative predictive value of CTCA in diagnosis of coronary artery stenosis were 86.0%,94.0%,82.4%,95.2% in group A,90.5%,94.8%,83.8%,97.1% in group B and 84.4%,96.70%,90.5%,94.4%in group C respectively.Conclusion：The CTCA of free heart rate patients using dual-source CT adaptive prospective ECG-gated technique can provide image quality meeting diagnostic requirements,and can accurately assess the degree of coronary artery stenosis.The radiation dose decreased with increasing heart rates.

Dual source CT; Coronary angiography; Adaptive cardio sequence scanning technology; Heart rate; Radiation dose

646000 四川，西南医科大学附属中医医院放射科

何其舟(1973-)，男，四川省南江县人，硕士，副主任医师，主要从事胸腹部影像诊断工作。

四川省教育厅科研课题(17ZB0483)

R541.4; R814.42

A

1000-0313(2017)05-0488-06

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.013

2016-07-31

2017-01-25)