CT容積螺旋穿梭掃描定量評(píng)估冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間的臨床應(yīng)用研究＊

王貴生 金 堯 趙經(jīng)緯 劉 婷 陳曉霞,*

1.北京市解放軍總醫(yī)院第三醫(yī)學(xué)中心放射診斷科 (北京 100039)

2.北京上地醫(yī)院放射科 (北京 100084)

3.中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)院腫瘤醫(yī)院影像診斷科 (北京 100029)

4.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京佑安醫(yī)院放射科 (北京 100069)

冠心病是當(dāng)前威脅人類健康的重大疾病之一，在因冠心病相關(guān)癥狀而接受冠狀動(dòng)脈造影的患者中，20%～30%的患者并無(wú)明顯的心外膜冠狀動(dòng)脈狹窄或閉塞[1]，這些癥狀被認(rèn)為與冠狀動(dòng)脈微血管功能或結(jié)構(gòu)異常有關(guān)，即冠狀動(dòng)脈微循環(huán)疾病(coronary microvascular disease，CMVD)[2]，現(xiàn)已成為當(dāng)前心血管疾病防治領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。冠狀動(dòng)脈造影(DSA)是診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”；心臟冠狀動(dòng)脈CT血管成像是診斷冠狀動(dòng)脈疾病的主要無(wú)創(chuàng)性檢查工具[3]，但是以上兩種方法均不能評(píng)估占冠脈循環(huán)95%的微小血管。雖然現(xiàn)階段已有非侵入性成像技術(shù)[4]和侵入性檢查技術(shù)，但均各有優(yōu)缺點(diǎn)而在臨床廣泛應(yīng)用于中受到限制，目前尚未有檢查方法能夠較為精確的顯示具體的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間[5]。本研究擬采用GE64排CT容積螺旋穿梭掃描技術(shù)，精確采集心臟首過(guò)心肌灌注數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)測(cè)量對(duì)比劑在首過(guò)灌注周期內(nèi)主動(dòng)脈竇及冠狀靜脈竇完全充盈的達(dá)峰時(shí)間，繼而兩者相減計(jì)算出冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間，為客觀評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能，正確指導(dǎo)治療、改善患者預(yù)后提供證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料選取我院2018年1月至10月接受冠狀動(dòng)脈CT檢查的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間測(cè)定招募者，設(shè)定病例組與正常組。病例組入組標(biāo)準(zhǔn)為明確糖尿病病史(糖尿病病史≥10年)且此前已經(jīng)心臟冠狀動(dòng)脈CT檢查確診冠狀動(dòng)脈三支病變多發(fā)混合性斑塊呈不同程度狹窄，存在冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能障礙可能性大，此次為行復(fù)查的招募者，最終入組50例；正常組入組標(biāo)準(zhǔn)為無(wú)冠心病癥狀、經(jīng)檢查冠狀動(dòng)脈無(wú)狹窄梗阻性病變的健康招募者，最終入組50例。分別收集性別、年齡、體重指數(shù)(BMI)、吸煙史、高血壓病史、糖尿病史、血脂情況、心血管病家族史等，上述個(gè)人信息均采用問(wèn)卷調(diào)查表的形式收集。剔除標(biāo)準(zhǔn)：冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后；冠脈搭橋術(shù)后；冠狀靜脈引流畸形存在；CT增強(qiáng)檢查禁忌癥；碘對(duì)比劑禁忌癥；房顫；重度心率不齊；心腎功能不全。本研究通過(guò)中心倫理委員會(huì)的審查并獲得批準(zhǔn)，所有受試者均簽署了知情同意書。

1.2 應(yīng)用設(shè)備及掃描方法采用GE Discovery CT750 HD進(jìn)行冠狀動(dòng)脈掃描。檢查前通過(guò)對(duì)患者的解釋和疏導(dǎo)，緩解患者緊張情緒，并進(jìn)行嚴(yán)格有效的屏氣訓(xùn)練，心率控制在80次/分以下?；颊呷⊙雠P位雙手上舉，選取容積螺旋穿梭技術(shù)(volume helical shuttle)掃描模式進(jìn)行掃描，采集靜息狀態(tài)下首過(guò)心肌灌注數(shù)據(jù)。掃描范圍以能覆蓋主動(dòng)脈竇及冠狀靜脈竇的最小長(zhǎng)度。使用雙筒高壓注射器經(jīng)肘前靜脈以5.0mL/s的流率注射非離子型對(duì)比劑(320mgI/mL 碘佛醇)20 mL，隨后緊跟注射20mL生理鹽水沖刷，注射后12秒開(kāi)始掃描，根據(jù)動(dòng)靜脈循環(huán)時(shí)間經(jīng)驗(yàn)值，volume helical shuttle掃描模式的掃描時(shí)間設(shè)定為30秒(實(shí)際掃描時(shí)間依據(jù)掃描范圍大小，在29秒-31秒之間，為CT掃描機(jī)自動(dòng)計(jì)算所得)。掃描參數(shù)：探測(cè)器寬度4cm，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.4秒/周，管電壓80kV,管電流120mA。掃描結(jié)束后得到若干序列圖像，每一序列稱為一個(gè)pass，即CT掃描床一次單程穿梭掃描；volume helical shuttle掃描模式所得序列數(shù)目按照掃描范圍大小自動(dòng)計(jì)算得出。helical shuttle mode掃描結(jié)束后，患者不下檢查床，根據(jù)患者心率、體重選擇相應(yīng)的冠狀動(dòng)脈掃描模式，進(jìn)行常規(guī)冠脈CTA掃描。

1.3 圖像處理和數(shù)據(jù)測(cè)量volume helical shuttle掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行薄層后重建，為保證密度分辨率，將圖像重建為2.5mm層厚，重建后將圖像傳至GE AW4.7工作站。選擇工作站中volume viewer功能，在每個(gè)pass的主動(dòng)脈竇及冠狀靜脈竇分別畫感興趣區(qū)(ROI)并測(cè)量CT值。所有pass按照相同方式測(cè)量結(jié)束后，記錄主動(dòng)脈竇CT值(見(jiàn)圖1A)最高的pass時(shí)間，記錄冠狀靜脈竇CT值(見(jiàn)圖1B)最高的pass時(shí)間，將二者相減，記錄為冠狀動(dòng)脈微循環(huán)時(shí)間。

圖1A 箭號(hào)所指為主動(dòng)脈竇達(dá)峰ROI。圖1B 箭號(hào)所指為冠狀靜脈竇達(dá)峰ROI。

1.4 輻射劑量記錄每位患者的CT容積劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDI-VOL) 和劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product，DLP)，計(jì)算有效劑量(ED) :ED(mSv)=DLP × 轉(zhuǎn)換系數(shù)k,[k成人=0.014 mSv/(mGy·cm) ]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，兩組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用百分比表示，兩組間比較使用卡方檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 掃描有效輻射劑量心臟冠狀動(dòng)脈CT成像聯(lián)合容積螺旋穿梭掃描總輻射劑量為(9.08±2.25)mSv。

2.2 兩組患者臨床基線資料結(jié)果比較與正常組相比，病例組的高血壓發(fā)病率(38%)、血脂異常發(fā)生率(46%)較高，二者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。正常組和病例組在年齡、性別、是否吸煙、體重指數(shù)、心血管病家族史發(fā)生率方面比較，其差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)(見(jiàn)表1)。

2.3 兩組患者冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間定測(cè)比較統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析顯示，病例組的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間為(12.09±2.35)秒，正常組的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間為(11.18±1.95)秒，兩組比較其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(見(jiàn)表1)。

表1 病例組與正常組臨床基線資料及冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間比較

3 討論

3.1 冠狀動(dòng)脈微血管疾病的臨床基礎(chǔ)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)微血管疾病(coronary microvascular disease,CMVD)是許多心臟疾病的重要病理生理機(jī)制，其是指在多種致病因素的作用下，冠狀動(dòng)脈前小動(dòng)脈個(gè)小動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和(或)功能異常所致的勞力性心絞痛或心肌缺血客觀證據(jù)的臨床綜合癥，1973年，Kemp HG 首次將此種疾病命名為X綜合征[6]。

冠狀動(dòng)脈循環(huán)系統(tǒng)由外部的心外膜下冠狀動(dòng)脈、中間部分的前小動(dòng)脈、位于遠(yuǎn)端部分的小動(dòng)脈這三部分構(gòu)成。心外膜下冠狀動(dòng)脈直徑大于500μm，這部分血管幾乎不對(duì)血流產(chǎn)生阻力；前小動(dòng)脈直徑約為100-500μm，對(duì)血流產(chǎn)生微小的阻力，小動(dòng)脈血管內(nèi)經(jīng)小于100μm，根據(jù)心肌代謝的需求調(diào)節(jié)血管張力和血流量，是血流阻力的主要產(chǎn)生部位。前小動(dòng)脈和小動(dòng)脈共同構(gòu)成了冠狀動(dòng)脈微循環(huán)?；诓煌馄式Y(jié)構(gòu)的血管對(duì)于冠狀動(dòng)脈循環(huán)壓力和時(shí)間作用的不同，冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間的異常，主要來(lái)自于其微循環(huán)結(jié)構(gòu)及功能異常，而心外膜下冠狀動(dòng)脈的異常對(duì)冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間影響微乎其微，因此，冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間也可被視為冠狀動(dòng)脈微循環(huán)時(shí)間，從而作為評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)異常的指標(biāo)之一。

3.2 冠狀動(dòng)脈微循環(huán)評(píng)價(jià)技術(shù)概述正確、直觀的評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)狀態(tài)，是正確診斷冠狀動(dòng)脈微循環(huán)血管疾病的前提。目前臨床各種檢測(cè)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)方法各有優(yōu)劣，現(xiàn)階段非侵入性冠狀動(dòng)脈微血管評(píng)價(jià)方法有：(1)經(jīng)胸多普勒超聲心動(dòng)圖(TTDE)間接測(cè)量冠狀動(dòng)脈血流速度[7]；(2)心肌聲學(xué)造影(MCE)計(jì)算心肌血流量(MBF)，半定量評(píng)估CMVD[8]；(3)正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(PET)準(zhǔn)確計(jì)算每克心肌單位時(shí)間的充血及靜息狀態(tài)下的MBF比值。(4)心臟磁共振(CMR)采集首過(guò)心肌灌注顯像可以定量測(cè)量靜息和充血狀態(tài)的 MBF[9]。侵入性冠狀動(dòng)脈微血管評(píng)價(jià)方法有：(1)TIMI 心肌灌注幀數(shù)法(TIMI myocardial perfusion frame count，TMPFC)，其測(cè)定對(duì)比劑進(jìn)入心肌至排空所需的幀數(shù)，進(jìn)而換算成冠狀靜脈竇充盈時(shí)間，較為直接、快捷的評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間[10]；(2)微循環(huán)阻力指數(shù)(index of microcirculatory resistance，IMR)；還有尚處于研究階段的充血微循環(huán)阻力(hyperemic microvascular resistance，HMR)[11]和充血期絕對(duì)冠狀動(dòng)脈流量(absolute coronary blood flow，ABF)[12]。

3.3 CT容積螺旋穿梭掃描定量評(píng)估冠狀動(dòng)脈微循環(huán)時(shí)間的臨床價(jià)值在上述評(píng)價(jià)方法中，TIMI 心肌灌注幀數(shù)法(TIMI myocardial perfusion frame count，TMPFC)由Haridasan等[13]在2013年首次論述。在冠狀動(dòng)脈造影患者術(shù)中，主動(dòng)脈竇對(duì)比劑最大充盈時(shí)間至冠狀靜脈竇完全充盈的時(shí)間差可提示冠狀動(dòng)脈微循環(huán)充盈時(shí)間(CSFT)，從而提出CSFT定義為主動(dòng)脈竇充分顯影至冠狀靜脈竇充分顯影的幀計(jì)數(shù)，并可作為一種簡(jiǎn)單有效的評(píng)估冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能的參數(shù)，這也是目前現(xiàn)有冠狀動(dòng)脈微循環(huán)評(píng)價(jià)方法中唯一使用具體時(shí)間作為評(píng)價(jià)結(jié)果的方法。其后我國(guó)學(xué)者巢勝吾[14]等將CSFT計(jì)數(shù)的最末幀數(shù)調(diào)整為冠狀靜脈竇開(kāi)始顯影的幀數(shù)，完善了這一評(píng)價(jià)方法并進(jìn)行了初步驗(yàn)證。

CT容積螺旋穿梭掃描模式，其實(shí)質(zhì)是收集靜息態(tài)CT首過(guò)心肌灌注成像數(shù)據(jù)。心肌灌注指流經(jīng)心肌組織內(nèi)冠狀動(dòng)脈血管網(wǎng)的血流，即從小動(dòng)脈流入經(jīng)毛細(xì)血管至靜脈流出的血流，是完整的冠狀動(dòng)脈循環(huán)過(guò)程，受TIMI 心肌灌注幀數(shù)法測(cè)量冠狀動(dòng)脈微循環(huán)充盈時(shí)間(CSFT)的提示，我們利用CT容積螺旋穿梭掃描技術(shù)收集靜息態(tài)CT首過(guò)心肌灌注成像數(shù)據(jù)，測(cè)量單個(gè)冠狀動(dòng)脈循環(huán)過(guò)程時(shí)間，即：記錄碘對(duì)比劑自主動(dòng)脈竇達(dá)峰時(shí)間至冠狀靜脈竇完全充盈達(dá)峰時(shí)間的時(shí)間差，即可視為冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間，進(jìn)而對(duì)冠狀動(dòng)脈微血管循環(huán)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本研究中，在選擇病例組方面，糖尿病是公認(rèn)的心血管病危險(xiǎn)因素之一，糖尿病患者常發(fā)生冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能障礙，其常與糖尿病冠狀動(dòng)脈狹窄同時(shí)存在或者先于其發(fā)生[15]，故選取有明確糖尿病病史、此前已經(jīng)心臟冠狀動(dòng)脈CT檢查確診冠狀動(dòng)脈三支病變多發(fā)混合性斑塊呈不同程度狹窄，存在冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能障礙可能性大的為病例組，該組冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間為(12.09±2.35)秒，正常組的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間為(11.18±1.95)秒，兩組比較其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，這也初步證實(shí)了這種方法的可行性。本研究還存在不足之處，由于樣本量有限，測(cè)定的正常組冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間尚不能認(rèn)為具有普遍代表性；雖然本研究中病例組的冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間雖較正常組為延長(zhǎng)，但是在不同病因所致的冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能障礙疾病中，冠狀動(dòng)脈循環(huán)時(shí)間延長(zhǎng)還是縮短，應(yīng)在不同病因的基礎(chǔ)上更大樣本、更精確分類。這也將是今后研究的方向。在進(jìn)行圖像后處理時(shí)，感興趣區(qū)ROI的選擇也受人因可靠性的影響，即不同測(cè)量者可能勾畫的區(qū)域有所偏差，在今后的研究中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)測(cè)量人員的培訓(xùn)，盡量保證測(cè)量的一致性及準(zhǔn)確性，減少這方面誤差。

國(guó)際公認(rèn)的64 排CT 應(yīng)用于心臟冠狀動(dòng)脈血管成像(coronary CT angiography，CCTA)已經(jīng)超過(guò)10 年，目前已經(jīng)成為診斷冠狀動(dòng)脈疾病的主要無(wú)創(chuàng)影像學(xué)工具。近年來(lái)CT 設(shè)備成像能力進(jìn)一步提升，CCTA 圖像質(zhì)量進(jìn)一步提高，而患者的輻射劑量大幅降低[16]。單純冠狀動(dòng)脈形態(tài)學(xué)方面的診斷難以滿足臨床需求，隨著影像技術(shù)的飛速發(fā)展，以256排160mm寬體探測(cè)器CT機(jī)為代表的后超高端CT提供的一站式心臟冠狀動(dòng)脈CT成像+心肌灌注的檢查模式也已經(jīng)應(yīng)用臨床，但受各種條件所限，后超高端CT機(jī)絕大多數(shù)裝機(jī)在級(jí)別較高醫(yī)院。本研究使用目前裝機(jī)數(shù)量較多、使用較為普遍的GE64排CT機(jī)，選擇其volume helical shuttle模式采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，為64排CT機(jī)實(shí)行一站式心臟冠狀動(dòng)脈CT成像+CT容積螺旋穿梭掃描檢查模式以評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能提供了方法和思路。