高劍波，蔣耀軍，劉杰，吳艷，侯平，查開繼

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，河南鄭州 450052

冠脈追蹤技術(shù)結(jié)合單能量成像去運(yùn)動(dòng)偽影的臨床應(yīng)用

高劍波，蔣耀軍，劉杰，吳艷，侯平，查開繼

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，河南鄭州 450052

目的探討能譜CT在最佳單能量（65 keV）下冠脈追蹤技術(shù)（SSF）對(duì)受試者冠狀動(dòng)脈血管成像（CCTA）質(zhì)量的影響。方法30例疑似冠心病的患者行冠狀動(dòng)脈成像的患者，均未服用任何控制心率的藥物等附加條件。每個(gè)受試者的CT冠狀動(dòng)脈成像圖像均使用STD算法與SSF兩種方法進(jìn)行對(duì)比重建，其中是對(duì)85%期相的圖像進(jìn)行重建。由我科一名做冠脈成像血管重建的醫(yī)師進(jìn)行圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)，利用后處理工作站進(jìn)行相關(guān)血管的CT值以及噪聲的測量，對(duì)其兩種算法的主要血管的CT值、噪聲、SNR以及CNR進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較65 keV下兩種算法的各項(xiàng)指標(biāo)差異；另外，由我科兩名有做冠脈成像血管重建的醫(yī)師進(jìn)行圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用5分制，對(duì)圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分采用配對(duì)秩和檢驗(yàn)。結(jié)果65 keV下STD算法與SSF算法的主動(dòng)脈根部、左冠主干、前降支近段、左回旋支近段及右冠近段的CT值、噪聲、SNR及CNR的值均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t值為-0.547～1.418，P值均＞0.05）；左冠主干（分別為4.7±0.5和4.9±0.3，Z=-2.232a，P=0.026），前降支（分別為4.4±0.4和4.5±0.4，Z=-2.68a，P=0.007），左回旋支（分別為4.1±0.6和4.3±0.4，Z=-2.668a，P=0.008）及右冠狀動(dòng)脈（分別為3.5±0.6和4.5±0.4，Z=-4.785a，P=0）評(píng)分在兩種算法之間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論與STD算法比較，SSF在不失真的情況下能夠明顯提高CT冠狀動(dòng)脈成像的質(zhì)量，利于對(duì)冠狀動(dòng)脈的血管病變?cè)\斷。

冠狀動(dòng)脈血管；體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)；冠脈追蹤技術(shù)

多層螺旋MSCT冠狀動(dòng)脈成像以其無創(chuàng)性、較高的空間分辨率，以及其對(duì)斑塊定量、定性分析得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)于胸痛或者有家族心臟相關(guān)疾病的篩查和排除具有很高的臨床診斷價(jià)值[1-3]。然而由于設(shè)備自身時(shí)間分辨率有限，心臟自律的搏動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)偽影成為了診斷冠狀動(dòng)脈相關(guān)疾病的難題，如何在不失真的情況下，去除運(yùn)動(dòng)偽影，通過計(jì)算機(jī)算法的處理還原冠狀動(dòng)脈及其各分支的血管真實(shí)的病變情況，成為當(dāng)前冠脈相關(guān)疾病的研究熱點(diǎn)。冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)（Snapshot Freeze，SSF）是后64排時(shí)代硬件設(shè)備提升基礎(chǔ)上的一種全新重建算法，其使用相鄰心動(dòng)周期的圖像信息來補(bǔ)償冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到校正運(yùn)動(dòng)偽影凍結(jié)冠狀動(dòng)脈的目的[4]，新一代能譜CT（Discovery CT）將螺距提高到0.32，提高了在冠狀動(dòng)脈在掃描過程中的速度，初步探討在新一代能譜CT上SSF技術(shù)對(duì)改善圖像質(zhì)量的作用?；谥跋嚓P(guān)研究，對(duì)于較低心率（心率≤70 bpm）選擇75%期相進(jìn)行重建，在檢查過程中發(fā)現(xiàn)，在padding調(diào)整為200 ms時(shí)，對(duì)85%期相進(jìn)行重建，也可以很好地去除運(yùn)動(dòng)偽影，進(jìn)行較好的診斷，這樣就為今后冠狀動(dòng)脈檢查工作提供很好的指導(dǎo)，給予更多更好的的選擇。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年2月～2015年7月30例臨床疑診為冠心病的患者，均在本院接受冠狀動(dòng)脈CT能譜成像，所有接受檢查病人心率≤70 bpm，波動(dòng)≤3 bpm，男18例，女12例，年齡30～69歲，主要臨床表現(xiàn)為心前區(qū)疼痛、胸悶等癥狀，無嚴(yán)重高血壓及心、腎功能不全病史。所有患者檢查前進(jìn)行良好的呼吸訓(xùn)練，并在檢查中屏氣良好，檢查過程均未口服美托洛爾等藥物控制心率。本研究已通過醫(yī)院倫理委員會(huì)的審查，所有受試者均簽署了知情同意書。

1.2 檢查掃描參數(shù)設(shè)置及檢查方案

采用GE Discovery CT能譜CT，以GSI模式（前瞻性心電門控技術(shù)）進(jìn)行掃描，曝光補(bǔ)償（padding）200 ms。掃描參數(shù)：采用單源瞬時(shí)（0.5 ms）管電壓80/140 keV切換，管電流根據(jù)患者體質(zhì)量指數(shù)（BMI）采用不同的掃描條件，為300～600 mA，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度為0.35 s/r，準(zhǔn)直器寬度為0.625 mm×64，層厚0.625 mm，矩陣512×512。40%Asir重建85%心電時(shí)相65 keV圖像，140 kVp混合能量圖像采用標(biāo)準(zhǔn)重建。掃描前先用20G套管針穿刺右肘（手）靜脈，連接心電門控，對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練等準(zhǔn)備工作。雙筒自動(dòng)高壓注射器，采用300 mgI/kg標(biāo)準(zhǔn)，用量為體重（kg）×300/造影劑的碘含量值（一般為350 mgI/mL），注射速度為造影劑總量/12，40 mL生理鹽水沖管，監(jiān)測點(diǎn)為主動(dòng)脈根部層面，隨機(jī)軟件自動(dòng)生成時(shí)間密度曲線，掃描范圍自氣管隆突2 cm至心尖膈面下2 cm。掃描時(shí)記錄患者的心率及心律波動(dòng)情況[5]。

1.3 圖像后處理及圖像分析

將獲得的原始數(shù)據(jù)（軸位圖像）使用STD算法及SSF兩種方法進(jìn)行重建，進(jìn)行85%期相重建，傳入后處理工作站（Advantage Workstation 4.6，GE Healthcare，Milwaukee，WI）進(jìn)行相關(guān)后處理分析。包括SSF處理，VR，MIP，CPR等相關(guān)分析，以便于診斷。

1.4 圖像分析的客觀評(píng)價(jià)

接受檢查的患者的目標(biāo)血管腔內(nèi)的測量值均是我科一名從事冠狀動(dòng)脈血管影像診斷5年以上的醫(yī)師評(píng)判，該醫(yī)師對(duì)患者的臨床資料及掃描方案方案均不知曉?？陀^評(píng)價(jià)的參數(shù)包括冠狀動(dòng)脈相關(guān)血管的CT值、噪聲、信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR），選取主動(dòng)脈根部（AS）、左主干（Left Main Coronary Artery，LMA）、左前降支近段（Proximal Segment of Left Anterior Descending Branch，LAD-p）、左回旋支近段（Proximal Segment of Left Circumfex Branch，LCX-p）及右冠狀動(dòng)脈近段（Proximal Segment of Right Coronary，RCA-p）進(jìn)行測量，測量時(shí)采用處理血管的窗寬（WW）及窗位（WL），分別為800和240 HU。各血管及其分支感興趣區(qū)（ROI）測量時(shí)，盡可能大且盡可能避開斑塊區(qū)域以保證測量CT值的準(zhǔn)確性。同時(shí)測量主動(dòng)脈根部噪聲及鄰近心包內(nèi)脂肪的CT值，然后計(jì)算主動(dòng)脈根部血管的SNR和CNR，其中SNR=主動(dòng)脈根部CT值/主動(dòng)脈根部噪聲，CNR=（主動(dòng)脈根部CT值-心包脂肪CT值）/主動(dòng)脈根部噪聲[6-7]。

1.5 圖像分析的主觀評(píng)分

所有冠狀動(dòng)脈按照AHA分級(jí)方法分為15節(jié)段，采用1～5級(jí)評(píng)分法。5分：血管顯示清晰，無移動(dòng)偽影，連續(xù)性好，邊緣顯示清楚且光滑，與周邊軟組織對(duì)比好；4分：血管顯示尚好，無明顯移動(dòng)偽影，連續(xù)性尚好，邊緣顯示稍模糊；3分：血管顯示尚可，有少許移動(dòng)偽影，連續(xù)性可，邊緣模糊，較難區(qū)分血管軟斑塊等病變情況；2分：血管顯示尚可，連續(xù)性欠佳，有較多偽影，較難進(jìn)行血管評(píng)價(jià)；1分：血管顯示差，嚴(yán)重偽影干擾，明顯的錯(cuò)層及階梯偽影，無法進(jìn)行血管評(píng)價(jià)。由我科兩位主任醫(yī)師進(jìn)行圖像分析，意見不相同時(shí)經(jīng)過討論達(dá)成一致[8]。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用Microsoft Excel 2007建立數(shù)據(jù)庫，用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。STD組與SSF組在客觀評(píng)價(jià)方面，其相關(guān)血管的CT值、噪聲、SNR及CNR的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；在主觀評(píng)分方面，比較其分值，采用配對(duì)秩和檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 STD組與SSF組的CT值、噪聲、SNR及CNR的比較（±s）

表1 STD組與SSF組的CT值、噪聲、SNR及CNR的比較（±s）

組別例數(shù)CT值（HU）噪聲SNRCNR ASLMALAD-pLCX-pRCA-p STD30393.4±75.8347.7±79.7329±86292±83.5332.5±91.325.3±8.816.3±4.420±5 SSF30329.9±75.6349.5±72.4327.2±74.9320.2±69.6338.7±79.224.7±8.216.6±4.121±5t值0.027-0.0910.0891.4180.2840.272-0.255-0.547p值0.9780.9280.930.1610.7770.7870.7990.587

2 結(jié)果

30例受試者的身高、體重、BMI及心率分別為（163.6 ±5.7）、（66.8±11.8）、（24.9±3.7）、（60.2±3.9）。

2.1 STD組與SSF組的圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)比較

STD組與SSF組進(jìn)行圖像質(zhì)量客觀比較，2組之間目標(biāo)血管AS、LMA、LAD-p、RCA-p的CT值及圖像噪聲、SNR、CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

2.2 STD組與SSF組的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較

與STD算法比較，左主干、前降支、回旋支及右冠狀動(dòng)脈評(píng)分，SSF算法明顯高于STD算法（表2，圖1）。

表2 30例受試者心血管分支兩種重建算法的圖像質(zhì)量評(píng)分（分，±s）

表2 30例受試者心血管分支兩種重建算法的圖像質(zhì)量評(píng)分（分，±s）

注：LM：左主干；LAD：前降支；LCX：回旋支；RCA：右冠狀動(dòng)脈；SSF：冠狀動(dòng)脈追蹤凍結(jié)技術(shù)；STD：標(biāo)準(zhǔn)算法；a表示負(fù)秩。

血管STD SSFZ值P值LM4.7±0.54.9±0.3-2.232a0.026 LAD4.4±0.44.5±0.4-2.68a0.007 LCX4.1±0.64.3±0.4-2.668a0.008 RCA3.5±0.64.5±0.4-4.785a＜0.01

圖1 女，42歲，平均心率65 bpm，右冠狀動(dòng)脈軸面圖像，示冠狀動(dòng)脈STD算法（左）模糊及SSF算法清晰（右），運(yùn)動(dòng)偽影基本消失。

3 討論

冠狀動(dòng)脈血管的三個(gè)主要分支的跳動(dòng)是有規(guī)律的，隨著心臟自律的搏動(dòng)，在心動(dòng)周期不同期相有著不同的運(yùn)動(dòng)速度和幅度。心率≤70 bpm時(shí)，冠狀動(dòng)脈CTA檢查可以在舒張中期獲得穩(wěn)定的圖像，這對(duì)應(yīng)于心跳周期中75%的R-R間隔。一般的，左前降支及左回旋支趨于隨著左心室運(yùn)動(dòng)，右冠狀動(dòng)脈則與右心室運(yùn)動(dòng)同步，并同左回旋支一起，在心臟舒張中后期易受心房收縮影響。在主要的三分支中，左前降支的運(yùn)動(dòng)最不明顯，右冠狀動(dòng)脈的運(yùn)動(dòng)最明顯，尤其右冠狀動(dòng)脈中段附近[7]。本研究也證實(shí)，在使用SSF技術(shù)前，左前降支及左回旋支圖像質(zhì)量評(píng)分均較高，而右冠狀動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分較低，圖像運(yùn)動(dòng)偽影最嚴(yán)重，特別是右冠狀動(dòng)脈的近中段部分，有一個(gè)明顯的曲線走向，140 kVp混合能量圖像會(huì)有較大的運(yùn)動(dòng)偽影，難以進(jìn)行血管的影像學(xué)診斷。冠狀動(dòng)脈的運(yùn)動(dòng)的這種規(guī)律可以通過特殊的數(shù)學(xué)模型記錄下來，用于計(jì)算冠狀動(dòng)脈的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而重建清晰的冠狀動(dòng)脈圖像，這就是SSF，一個(gè)全新的冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)校正方法。其技術(shù)本質(zhì)是通過高分辨采樣得到心臟運(yùn)動(dòng)過程中的一系列圖像，對(duì)相鄰期相的圖像運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行迭代傅里葉變換，在頻域?qū)跔顒?dòng)脈運(yùn)動(dòng)（路徑和速度）進(jìn)行分析和建模，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)模糊進(jìn)行校正，消除殘余的運(yùn)動(dòng)偽影，有效地壓縮重建時(shí)間窗，得到清晰的冠狀動(dòng)脈解剖圖像。SSF通過對(duì)冠狀動(dòng)脈的15個(gè)節(jié)段進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，從而對(duì)每個(gè)冠狀動(dòng)脈體素的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行追蹤和校正。新一代的能譜CT，不僅通過加大螺距（提高到0.32）提高時(shí)間分辨率，而且通過后處理工作站上特殊的SSF算法技術(shù)，去除了運(yùn)動(dòng)偽影，給予能譜CT在冠脈成像技術(shù)上新的里程碑。

本研究在最佳keV（65 keV）的基礎(chǔ)上，探索其他期相（85%）能不能校正傳統(tǒng)意義上（舒張中期75%期相）的期相，經(jīng)實(shí)踐證明，在圖像不失真的情況下，SSF算法確實(shí)在85%期相圖像的重建過程中，同樣是可取的，這樣給予我們?cè)诮窈蟮臋z查工作中更廣泛的重建期相。

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Clinical Application of Gemstone Spectral CT Snapshot Freeze Motion Correction Algorithm on Optimal Monochromatic Energy Level in Coronary Angiography

GAO Jian-bo，JIANG Yao-jun，LIU Jie，WU Yan，HOU Ping，ZHA Kai-ji
Department of Radiology, the First Affliated Hospital of Zhengzhou University, Zhengzhou Henan 450052, China

ObjectiveTo investigate the effect of application of snapshot freeze (SSF) motion correction algorithm on the image quality of coronary CT angiography (CCTA) on optimal monochromatic energy level.MethodsThirty consecutive patients who underwent coronary CTA without heart rate control were selected. All of the CCTA images were reconstructed by the means of both STD and SSF motion correction, which was about 85% period of image reconstruction. An experienced radiologist made use of post-processing workstation to measure the value of CT about blood vessel the noise of image. Comparisons of variables about the CT value of the major blood vessels, noise, SNR and CNR were performed withttest.Image quality and interpretability of STD and SSF reconstructions were compared. CCTA images were interpreted with 5-points score system by two experienced radiologists. The image qualities were assessed on per-artery and per-segment level,and interpretability was performed on persegment, per-artery, and per-patient levels. Comparisons of variables were performed with paired Wilcoxon rank sum test.ResultsThe STD and SSF reconstructions of three main vessels showed no signifcant differences in CT value. The image qualities were higher with the use of SSF reconstructions than STD reconstructions on LM [(4.7±0.5), (4.9±0.3),Z=-2.232a,P=0.026], LAD [(4.4±0.4), (4.5±0.4),Z=-2.68a,P=0.007], LCX [(4.1±0.6), (4.3±0.4),Z=-2.668a,P=0.008], and RCA [(3.5±0.6), (4.5±0.4),Z=-4.785a,P=0] levels.ConclusionThe use of SSF motion correction algorithm improved image quality and interpretability or coronary CTA.

coronary vessels; tomography; X-ray computer; snapshot freeze

R816.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.07.004

1674-1633(2016)07-0012-04

2015-12-28

高劍波，教授。

通訊作者郵箱：cjr.gaojianbo@vip.163.com