自动选择最佳期相在高心率患者冠状动脉CTA成像中的应用

引言

冠心病是心血管病常见病之一，又是心血管病的主要死因，因此早期诊断冠心病具有重要意义。心脏冠脉CTA检查因其无创性和高敏感性，成为冠心病患者检查的首要选择。CT探测器技术和机架旋转速度的快速发展，都为CTA检查提供了便利。但是心脏作为一个实时跳动器官，心率和心律的变化成为制约CTA检查成功与否的重要因素，特别是高心率患者。GE Revolution CT中SmartPhase功能直接根据图像质量选择最佳时相重建血管，能否重建出具有较高图像质量的图像满足临床诊断的要求、避免多期相重建图像是本研究的重点。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择我院2016年11月至2017年4月临床拟诊冠心病、接受CT冠状动脉血管成像检查且高心率（心率＞80次/分）的患者48名，其中男19例，女29例；年龄最小33岁，最大年龄79岁，平均（58±12.5）岁；心率最慢80次/分，最快114次/分，平均（91.5±9.1）次/分，心律齐整，心率变化在7次/分以内。临床表现为不同程度的胸痛、胸闷、心悸等症状。排除标准为碘对比剂过敏、肾功能不全（血肌酐＞120 mg/L）、心功能Ⅲ级、严重钙化、屏气不佳等患者。对所有患者行CTA检查，全期相重建筛选出的最佳图像作为对照组，SmartPhase选择的期相图像作为试验组。

1.2 仪器与方法

使用GE Revolution CT进行检查扫描，Revolution CT具有16 cm宽的宝石探测器和0.28 s/r的机架旋转速度，可以在任意心率和心律条件下，只需一个心跳周期就可以完成精准的心脏CTA检查，且病人接受的辐射剂量很低，平均有效剂量低于2 mSv[1]。

检查前介绍检查流程及注意事项，取得患者的密切配合。训练患者平静状态下吸气、屏气。患者仰卧于扫描床上，脚先进，双臂置于头部，安置电极连通心电导线，选择最佳导联。

经右侧肘正中静脉穿刺放置18 G套管针，Ulrich双筒高压注射器。采用个性化的注射方案，生理盐水试注射正常后，推注碘对比剂（碘帕醇，370 mgI/mL），注射剂量按体质量（kg）×0.85 mL/kg计算。为保证造影剂在冠脉血管中的峰值和持续时间，注射时间设定为固定的12 s，注射速率（mL/s）=注射剂量/12，继之注射生理盐水30 mL[2-5]。应用对比剂智能示踪法，触发点位于胸主动脉，触发阈值110 HU，延时6.5 s扫描。扫描范围自气管隆突下1 cm至心脏膈面，包括左右冠状动脉开口及所有分支。

采用前瞻性心电门控扫描模式，根据患者心脏的大小选择探测器打开宽度（Detector Coverage 120 mm、140 mm、160 mm）。扫描参数：电压模式：KV Assist（Min 100、Max 120），电流模式 ：SmartmA（Min 400、Max 700），噪声指数NI设置为25，前置迭代ASIR-V设为50%[6]，管电压和管电流根据NI和ASIR-V自动调节。旋转速度：0.28 s/r，Auto Gating选择on模式（当心率高于80次/分时，Acquisition Window推荐40%～55%）。

1.3 图像后处理

获取扫描数据后自动重建SmartPhase期相图像和40%～55%间隔1%的全期相图像，重建层厚设置为0.625 mm，重建模型采用Standard标准重建。使用Advance Workstation工作站行容积再现VR、多平面重组MPR、曲面重现CPR等后处理。

1.4 图像质量主观评价

根据美国心脏协会（American Heart Association，AHA）的冠状动脉15段标准分段法进行分段评价。由两名多年从事心脏冠脉成像诊断工作的CT室医师采用双盲法对冠状动脉节段图像进行分析，选出在40%～55%期相段内具有最佳图像质量的图像，出现分歧时经相互讨论后统一意见。根据血管腔的连续程度、边缘锐利情况及有无运动伪影等对筛选出的最佳图像和SmartPhase期相的图像进行图像质量评分，评分标准采用5分制。5分：图像质量优，冠状动脉管腔连续完整，边缘锐利无运动伪影；4分：冠状动脉管腔连续完整，局部边缘略模糊，无明显运动伪影；3分：冠状动脉管壁欠锐利或轻度运动伪影，不影响诊断；2分：冠状动脉管壁中度运动伪影或血管中断；1分：图像质量差，重组图像上冠状动脉错位、管壁严重伪影，不能作出诊断。

1.5 统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件对所得数据进行非参数秩和检验分析。以P＞0.05为不拒绝无效假设Md=0，试验组和对照组图像无统计学差异，即SmartPhase期相的图像和全期相重建筛选出的最佳图像的差异无统计学意义。

2 结果

2.1 全期相图像和SmartPhase图像

对扫描期相区间40%～55%进行间隔1%的全期相重建和SmartPhase期相图像重建，右冠状动脉的一个层面全期相图像，见图1。

对最佳图像期相选择和SmartPhase期相选择的差异进行统计，见表1。

对本次48例患者的进行40%～55%区间间隔1%的全期相重建和SmartPhase期相重建，其中有10例患者的SmartPhase图像和最佳图像选择了相同的期相，占总样本数的20.83%；17例期相选择相差1%，占总样本数的35.42%；9例期相选择相差2%，占总样本数的18.75%；6例期相相差在3%～5%，占总样本数的12.5%；剩余5例期相选择相差超过5%，占总样本数的12.5%。

2.2 冠状动脉图像质量

两位医师采用双盲法，根据血管腔的连续程度、边缘锐利情况及有无运动伪影等对最佳质量图像和SmartPhase期相图像进行了右冠状动脉（Riqht Coronary Artery，RCA）、左前降支（Left Anterior Descending，LAD）、左回旋支（Left Circum flex Artery，LCA）的评分。对48例患者144条血管的评分统计，见表2。

在SmartPhase图像中，有108例评分≥4分，冠状动脉管腔连续完整，局部边缘略模糊，无明显运动伪影；32例评分为3，冠状动脉管壁欠锐利或轻度运动伪影，不影响诊断；只有4例评分为2，冠状动脉管壁中度运动伪影，难以作出诊断。

在最佳图像中，有108例评分≥4分，冠状动脉管腔连续完整，局部边缘略模糊，无明显运动伪影；34例评分为3，冠状动脉管壁欠锐利或轻度运动伪影，不影响诊断；2例评分为2或者1。

应用SPSS 19.0统计软件对两种期相选择方法重建的图像数据进行非参数秩和检验。首先对所有48例患者血管进行非参数检验，然后分别对期相选择差不超过2%和超过3%的两种情况进行统计，统计结果，见表3～5。

在整体样本中，图像质量评分：SmartPhase图像中 RCA（3.54±0.71） 分，LAD（4.00±0.51） 分，LCX（3.92±0.54）分；最佳图像中RCA（3.52±0.65）分，LAD（4.02±0.48）分，LCX（3.94±0.52）分。对两种期相选择方法重建的图像进行非参数秩和检验，RCA的P值为0.705；LAD的P值为0.655；LCX的P值为0.564，P值均大于显著性水平0.05，SmartPhase图像和最佳图像在各段血管及整体上没有显著性差异。

在期相选择差距不超过2%的21例图像中，各血管和图像整体的质量评分差距都很微小，P值均大于0.05，SmartPhase图像和最佳图像没有显著性差异。

当SmartPhase和最佳图像期相选择差异较大（3%及以上）时，两不同期相的心脏冠脉血管成像质量产生了一定的差异。SmartPhase的右冠状动脉RCA的质量评分3.42±0.90低于人工选择的最佳期相的3.50±0.67，在整体质量评分上也低于最佳期相，但是RCA的P值0.564和整体Overall的P值0.102均大于0.05，期相选择的大差异对图像质量不产生显著的统计学差异。各血管的质量评分大于3分，基本满足临床诊断的要求。

综合上述分析，SmartPhase选择期相重建的图像与人工选择的最佳期相图像没有显著的统计学差异。两组图像的整体质量评分都大于3分，冠状动脉管腔连续完整，局部边缘略模糊，无明显运动伪影，能够基本满足临床诊断的需求。

3 讨论

冠状动脉运动速度在心动周期中呈周期性变化，收缩末期和舒张末期相对运动速度较低。走行于前室间沟的左主干和前降支相对运动速度较慢且变化平缓，右冠和回旋支分别走行于前、后房室沟，受心房和心室运动的双重影响相对运动速度较快且变化幅度较大，心房、心室运动不一致使其出现不规则摆动[7]。

冠脉CTA检查，需根据冠脉运动速度周期性变化及运动模式与心率相关的特点，选择不同心率和心律情况下相对低速的心电时相进行数据采集或/和图像重建。

心率较慢（＜65 bpm）时，应充分利用冠状动脉舒张末期的低速平台期，重建时相选择在R-R间期的70%～80%；心率较快（＞75 bpm）时，重建时相选择在收缩末期，R-R间期40%～50%；心率在65～75 bpm时，选择R-R间期的40%～50%和70%～80%双期相重建；心律不齐，回顾性选择以R波后300 ms为中心重建[8-10]。

作为一种全新的期相选择重建算法，SmartPhase与以往的期相选择方法不同，SmartPhase直接对扫描后各期相各层面的血管图像进行单独评价选择最佳图像，而不是根据心电图的变化去评估心脏的运动规律选择相对低速的心电时相获取扫描数据或者选择相对低速的心电时相重建图像。当血管垂直穿过心脏轴面时，血管在各层面的截面是近圆形的。但是由于心脏的波动，血管在每层成像的形状将发生改变，血管腔壁的连续性和锐利度都会受到影响。SmartPhase正是根据各层血管成像近似圆形的程度和血管腔壁的锐利度来选择血管相对运动速度最低的期相，血管运动速度低的期相具有更近似圆形的血管成像和更锐利的血管腔壁，也将具有更高的质量评分。SmartPhase首先对二维图像结构进行分割处理，识别出右冠状动脉RCA、左前降支LAD和左回旋支LCX；对各期相各层面中的RCA、LAD、LCX血管进行独立评分，排除没有血管穿过的层面；通过各层面中血管的评分计算出各期相中整条血管RCA、LAD、LCX的图像质量评分；综合考虑RCA、LAD和LCX，对各期相图像进行整体图像质量评分，选出最佳整体质量评分的期相，就是SmartPhase期相[11-13]。

在本次30例患者的期相选择中，其中有10例患者的SmartPhase图像和最佳图像选择了相同的期相；19例患者的期相相差1%；7例相差2%；剩余12例期相差距在3%及以上。当两种方法选择的期相差异较大（＞3%）时，两组图像的质量评分为：（3.72±0.58）分和（3.83±0.54）分，SmartPhase图像的质量评分略低于最佳图像，但P=0.102＞0.05，在统计学上无显著性差异。在SmartPhase图像中，有140例血管评分≥3分，冠状动脉管腔连续完整，无明显或轻度运动伪影，能够满足诊断的要求；只有4例右冠状动脉评分为2，管壁中度运动伪影，难以作出诊断。分析原因可能是心率超过100次/分，三支血管不能同时处于相对静止的状态，左前降支和左回旋支相对静止而右冠运动幅度较大，造成右冠图像模糊和较低的质量评分。

SmartPhase对各层图像进行独立的质量评分，选出具有最佳质量评分的期相进行重建，只重建一期图像。重建后筛选出最佳图像需要重建出全部的16期图像，然后由影像科大夫浏览全部图像后选出最佳图像，相较于SmartPhase要花费数倍的重建时间和存储图像的空间；影像科医师也要花费大量的时间和精力去查看全部图像并筛选出最佳的图像。

SmartPhase能够提供与最佳图像没有显著性差异的图像，满足临床诊断的要求，在日常扫描工作中可以优先选择SmartPhase期相重建图像，并应用于后处理及疾病诊断。当SmartPhase图像因为心率过高运动伪影较大不能满足临床诊断要求时，可以对SmartPhase图像进行冻结处理来提高图像质量[14-16]。当冻结图像也不能满足需要时，再选择进行全期相重建来筛选最佳图像或冻结。

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