酒石酸美托洛爾聯(lián)合人工智能重建實(shí)現(xiàn)自由呼吸冠狀動(dòng)脈CTA研究

倪晨峰 裴磊 熊俊峰 徐亮

[摘要]?目的?探究酒石酸美托洛爾主動(dòng)控制患者心率聯(lián)合人工智能重建軟件實(shí)現(xiàn)患者在自由呼吸狀態(tài)下進(jìn)行的冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)體層血管成像（computed?tomography?angiography，CTA）技術(shù)研究。方法?選取2021年1月至2021年12月在溫州醫(yī)科大學(xué)附屬衢州醫(yī)院接受冠狀動(dòng)脈CTA檢查的患者100例，按照檢查方法分為對(duì)照組（n=50）和觀察組（n=50）。對(duì)照組采用傳統(tǒng)屏氣檢查方法結(jié)合后期人工重建診斷；觀察組患者在自由呼吸的情況下進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CTA檢查，通過(guò)人工智能重建軟件對(duì)觀察組作出診斷分析，對(duì)比兩組的CTA圖像質(zhì)量差異。結(jié)果?觀察組對(duì)比對(duì)照組檢查時(shí)的心率顯著下降，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；比較兩組圖像的噪聲、信噪比及評(píng)分，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。結(jié)論?利用酒石酸美托洛爾片控制心率，結(jié)合人工智能重建的冠狀動(dòng)脈CTA檢查方法，能為高心率且不能配合屏氣的患者提供有效的冠狀動(dòng)脈診斷影像。

[關(guān)鍵詞]?自由呼吸；冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)體層血管成像；酒石酸美托洛爾片；人工智能

[中圖分類號(hào)]?R81??????[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]?A??????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2023.08.022

Study?of?metoprolol?tartrate?combined?with?artificial?intelligence?reconstruction?for?free-breathing?coronary?CTA

NI?Chenfeng，?PEI?Lei，?XIONG?Junfeng，?XU?Liang

Department?of?Radiology，?Quzhou?Hospital?Affiliated?to?Wenzhou?Medical?University?（Quzhou?People’s?Hospital）?，?Quzhou?324000，?Zhejiang，?China

[Abstract]?Objective?To?investigate?the?use?of?metoprolol?tartrate?to?actively?control?the?patient’s?heart?rate?in?combination?with?artificial?intelligence?reconstruction?software?to?enable?the?patient?to?perform?coronary?computed?tomography?angiography?（CTA）?in?a?free-breathing?state.?Methods?A?total?of?100?patients?who?underwent?coronary?CTA?examination?at?Quzhou?Hospital?Affiliated?to?Wenzhou?Medical?University?from?January?2021?to?December?2021?were?selected?and?divided?into?the?control?group?（n=50）?and?the?observation?group?（n=50）?according?to?the?examination?method.?In?the?control?group，?the?traditional?breath-holding?examination?method?combined?with?late?manual?reconstruction?was?used?for?diagnosis;?in?the?observation?group，&nbsp;patients?underwent?coronary?CTA?examination?with?free?breathing，?and?diagnostic?analysis?was?made?by?artificial?intelligence?reconstruction?software?for?the?observation?group?to?compare?the?difference?in?CTA?image?quality?between?the?two?groups.?Results?The?heart?rate?of?the?observation?group?was?significantly?lower?than?that?of?the?control?group?（P<0.05）.?Compared?the?noise，?signal-to-noise?ratio?and?scores?of?the?two?groups，?the?differences?were?not?statistically?significant?（P>0.05）.?Conclusion?The?coronary?CTA?technique?using?metoprolol?tartrate?tablets?to?control?heart?rate?combined?with?artificial?intelligence?reconstruction?can?provide?convenient?and?effective?coronary?artery?diagnostic?images?for?patients?with?respiratory?failure.

[Key?words]?Free?breathing;?Coronary?computed?tomographic?arteriography;?Metoprolol?tartrate;?Artificial?intelligence

冠心病是指冠狀動(dòng)脈（下稱冠脈）血管內(nèi)發(fā)生動(dòng)脈管壁硬化或斑塊病變引起血管腔內(nèi)狹窄甚至阻塞，造成病變血管供血區(qū)局部心肌缺血、缺氧的一類心臟病。伴隨技術(shù)飛速發(fā)展，無(wú)創(chuàng)、快速的心臟冠脈動(dòng)脈計(jì)算機(jī)體層血管成像（computed?tomographic?arteriography，CTA）目前已非常成熟，對(duì)指導(dǎo)臨床治療十分重要，是診斷冠心病的“金標(biāo)準(zhǔn)”。冠脈CTA通常需要患者配合在屏氣狀態(tài)下進(jìn)行，以減少肺部的呼吸運(yùn)動(dòng)偽影。因此只有醫(yī)患雙方密切配合，才能順利完成。對(duì)于心率較高（≥80次/min）且不能配合屏氣的患者，冠脈CTA檢查獲取的圖像質(zhì)量較差甚至無(wú)法獲取[1]，這會(huì)導(dǎo)致臨床診斷和后續(xù)治療都更加困難。先前已有自由呼吸狀態(tài)下將患者心率設(shè)置為≤65次/min行冠脈CTA的相關(guān)研究，但一些基礎(chǔ)心率較高且無(wú)法配合屏氣的患者無(wú)法適用該技術(shù)[2]。本研究分析應(yīng)用酒石酸美托洛爾控制心率配合人工智能重建軟件實(shí)現(xiàn)自由呼吸下的冠脈CTA檢查技術(shù)，具體報(bào)道如下。

1??資料與方法

1.1??一般資料

選取2021年1月至2021年12月在溫州醫(yī)科大學(xué)附屬衢州醫(yī)院接受冠狀動(dòng)脈CTA檢查的患者100例，按照檢查方法將其分為對(duì)照組（n=50）和觀察組（n=50）。納入標(biāo)準(zhǔn)：①伴有胸痛、胸悶、心悸等符合冠心病的臨床癥狀；②心電圖提示冠心病。排除標(biāo)準(zhǔn)：①β1受體阻滯劑禁忌證；②對(duì)比劑過(guò)敏；③哮喘、甲狀腺功能亢進(jìn)或腎功能不良；④心動(dòng)過(guò)速、心房顫動(dòng)；⑤無(wú)法配合屏氣檢查。其中，男68例，女32例，年齡44～88歲，平均（66.1±21.3）歲，體質(zhì)量指數(shù)19～28kg/m2，平均（22.7±4.2）kg/m2，基礎(chǔ)心率72～98次/min，平均（85.1±13.6）次/min。兩組患者一般資料比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表1。本研究經(jīng)溫州醫(yī)科大學(xué)附屬衢州醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（倫理審批號(hào)：2019-070），兩組患者均簽署知情同意書(shū)。

1.2??方法

1.2.1??用藥方法??為加快藥物吸收效率，縮短檢查前準(zhǔn)備時(shí)間，觀察組患者舌下含服酒石酸美托洛爾片（生產(chǎn)單位：阿斯利康制藥有限公司；批準(zhǔn)文號(hào)：國(guó)藥準(zhǔn)字H32025391，規(guī)格：25mg），由基礎(chǔ)心率確定服用劑量：①心率70～79次/min，含服25mg；②心率80～89次/min，含服50mg；③心率90～99次/min，含服75mg[3-4]。

1.2.2??檢查前宣教??兩組患者在檢查當(dāng)天，少量進(jìn)食水，檢查前在安靜環(huán)境下休息至少30min，對(duì)照組進(jìn)行檢查相關(guān)的呼吸指令練習(xí)。宣教重點(diǎn)為告知兩組患者詳細(xì)的檢查說(shuō)明，包括檢查目的及對(duì)心率的要求，當(dāng)高壓槍快速推注對(duì)比劑時(shí)全身可能產(chǎn)生的不良反應(yīng)和過(guò)敏反應(yīng)，以及極端情況下可能發(fā)生的血管破裂、對(duì)比劑外滲等風(fēng)險(xiǎn)。要求兩組患者對(duì)整個(gè)檢查過(guò)程有全面了解，知曉和理解對(duì)可能出現(xiàn)的意外情況，疏導(dǎo)患者情緒，避免由于緊張、恐懼等心理原因而導(dǎo)致心率上升或心律不穩(wěn)定，繼而影響檢查順利進(jìn)行[5]。

1.2.3??掃描方案??應(yīng)用日本東芝640層CT配合心電門控進(jìn)行前瞻性全心掃描[6]，探測(cè)器準(zhǔn)直320×0.5mm；轉(zhuǎn)速：0.275～0.320s；心率<80次/min采用2次心跳采集；心率≥80次/min則采用3次心跳采集；期相采集范圍為20%～80%的RR間期；管電壓和管電流按體質(zhì)量指數(shù)結(jié)合體型進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，管電壓為100kVp或120kVp，管電流為200～600mA。經(jīng)右側(cè)肘靜脈以5.0ml/s流速推注50ml對(duì)比劑，注射完畢后再以相同流速注射0.9%氯化鈉溶液50ml進(jìn)行脈管和右心室沖洗。啟動(dòng)CTSureStart功能觸發(fā)掃描，觸發(fā)檢測(cè)圈定于掃描野中央層面降主動(dòng)脈，當(dāng)觸發(fā)圈平均閾值上升至>100HU時(shí)，對(duì)照組通知患者開(kāi)始吸氣并屏住呼吸，當(dāng)觸發(fā)閾值上升至>300HU時(shí)開(kāi)始冠脈CTA掃描；觀察組觸發(fā)閾值達(dá)到300HU時(shí)則直接進(jìn)行冠脈CTA掃描。

1.2.4??重建圖像??將獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行單扇區(qū)重建處理，選擇呼吸運(yùn)動(dòng)偽影相對(duì)較少的一次心跳進(jìn)行薄層數(shù)據(jù)重建[7]。層厚0.50mm，層間隔0.25mm，重建算法選擇函數(shù)FC43。得出冠脈期相數(shù)據(jù)后，將觀察組數(shù)據(jù)傳送至人工智能分析軟件Coronary?Doc2.2（北京數(shù)坤網(wǎng)絡(luò)科技股份有限公司研發(fā)）；對(duì)照組數(shù)據(jù)傳輸至東芝圖像后處理工作站Vitrea?FX6.7.3，應(yīng)用血管分析軟件重建出容積再現(xiàn)（volume?rendering，VR）、最大密度投影（maximum?intensity?projection，MIP）、多平面重建（multiple?planer?reconstruction，MPR）及曲面重建（curve?planer?reconstruction，CPR）的冠脈CTA診斷影像。

1.2.5??圖像質(zhì)量分析??由兩位多年從事冠心病診斷的放射科醫(yī)生采用雙盲法查看、比較兩組患者圖像噪聲和信噪比，分析每支冠脈血管圖像質(zhì)量，將直徑>1mm的冠脈血管列入評(píng)價(jià)范圍，比較兩組患者圖像質(zhì)量評(píng)分。圖像質(zhì)量評(píng)分設(shè)定為：冠脈圖像清晰無(wú)偽影3分（優(yōu)秀）；冠脈圖像一般伴有少許偽影2分（良好），但基本能滿足診斷；圖像模糊且有嚴(yán)重呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，不能滿足診斷1分（差）。

1.3??統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS?21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，組間比較采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用例數(shù)（百分比）[n（%）]表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2??結(jié)果

2.1??基礎(chǔ)心率和檢查心率比較

觀察組患者按需含服酒石酸美托洛爾片后心率顯著下降，3種用藥方案的檢查心率均低于基礎(chǔ)心率，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。對(duì)照組的基礎(chǔ)心率和檢查心率比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表2。

2.2??重建圖像比較

觀察組典型患者冠狀動(dòng)脈CTA重建效果，見(jiàn)圖1。對(duì)照組典型患者的冠狀動(dòng)脈CTA重建效果，見(jiàn)圖2。兩組圖像比較，觀察組重建圖像細(xì)節(jié)及對(duì)遠(yuǎn)端細(xì)小血管的顯示較為豐富。

2.3??圖像質(zhì)量比較

兩組圖像的噪聲、信噪比和圖像質(zhì)量評(píng)分比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表3。

3??討論

傳統(tǒng)的冠脈CTA需要屏氣檢查，是為了有效減少掃描過(guò)程中因呼吸運(yùn)動(dòng)造成的偽影，然而很多患者容易受到外界各種因素干擾，心率往往不能控制至理想狀態(tài)。尤其對(duì)于急性心肌梗死或年邁失能的患者，更難配合屏氣檢查。在心率高、屏氣不佳及情緒恐懼緊張等不良因素綜合影響下，冠脈CTA檢查常無(wú)法獲取有效的診斷圖像數(shù)據(jù)。Bischoff等[8]為此做出探索，嘗試?yán)秒p源CT進(jìn)行自由呼吸的冠脈CTA，要求心率控制在<60次/min。Kang等[9]利用320排寬體探測(cè)器CT對(duì)患者行自由呼吸下冠脈CTA檢查，但由于時(shí)間分辨率等因素的限制，心率仍要求<75次/min。由此可見(jiàn)，對(duì)于基礎(chǔ)心率較低的患者，可嘗試在不屏氣情況下行冠脈CTA檢查，但對(duì)于基礎(chǔ)心率較高（≥80次/min）且無(wú)法屏氣配合的患者，仍缺乏有效的冠脈CTA檢查方法。因此降低患者心率是最直接有效提高檢查成功率的辦法[10]。

圖像質(zhì)量和圖像處理軟件的功能也嚴(yán)重影響后期診斷效果。以往冠脈CTA的重建均依靠醫(yī)生手工重建，需分析判斷每一支血管，并制作二維、三維圖像，不僅速度慢、效率低，而且精度較差，人為因素導(dǎo)致誤差較大。多名醫(yī)生重建質(zhì)量難以有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)臨床診斷也會(huì)帶來(lái)一定的疑慮。本研究運(yùn)用人工智能心血管分析軟件，能在10min內(nèi)自動(dòng)重建冠脈VR、MIP、MPR、CPR等診斷所需圖像并自動(dòng)標(biāo)示血管名稱、分析出病灶位置、狹窄程度，同時(shí)生成診斷報(bào)告供醫(yī)生參考，重建診斷完成時(shí)間不超過(guò)10min，大大縮短了冠心病患者的檢查時(shí)間，在介入窗口期內(nèi)為手術(shù)醫(yī)生提供詳細(xì)診斷報(bào)告和影像資料，為患者救治贏得寶貴的時(shí)間。

本研究結(jié)果顯示，觀察組患者在自由呼吸情況下的冠脈CTA圖像與對(duì)照組患者冠脈CTA圖像質(zhì)量相似。究其原因，①正常呼吸狀態(tài)（12～20次/min）下，橫膈呼吸上下運(yùn)動(dòng)引起的冠脈移動(dòng)速度（6.4～29.3mm/s）遠(yuǎn)低于心跳引起的冠脈移動(dòng)速度（22.4～108.6mm/s），所以呼吸運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的移動(dòng)偽影不再是主要干擾；②CT未來(lái)的發(fā)展方向是更高的轉(zhuǎn)速和更寬的探測(cè)器，不斷提高時(shí)間分辨率可以有效地減少各種運(yùn)動(dòng)偽影；③現(xiàn)在人工智能重建軟件不斷成熟，在后期圖像重建分析上的效率和質(zhì)量已不遜于傳統(tǒng)的醫(yī)生手動(dòng)重建分析。本研究中，觀察組有37例受檢者心率達(dá)80次/min以上，最高心率達(dá)到98次/min，且圖像主觀評(píng)分均在2.0分以上，達(dá)到診斷要求。同時(shí)，一些心率較低的患者只需采集單次心跳或更少的期相范圍就能獲得符合診斷要求的圖像，進(jìn)一步減少了患者的輻射劑量[11]。因此新的檢查方法可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)檢查方法進(jìn)行冠脈CTA檢查。

綜上，利用酒石酸美托洛爾片控制心率，結(jié)合人工智能重建的冠狀動(dòng)脈CTA檢查方法，能為高心率且不能配合屏氣的患者提供有效的冠狀動(dòng)脈診斷影像。但本研究的不足之處在于，必須使用256排及以上高速寬體探測(cè)器CT，但部分醫(yī)院并不具備如此高性能CT；同時(shí)，人工智能分析軟件的全面推廣應(yīng)用，還需要時(shí)間和進(jìn)一步完善，目前該技術(shù)的應(yīng)用依然受限；此外，部分人群對(duì)選擇性β1受體阻滯劑不敏感或者長(zhǎng)期口服酒石酸美托洛爾片，產(chǎn)生一定耐藥性[12]，以至于達(dá)到目標(biāo)心率的過(guò)程非常緩慢或根本無(wú)法達(dá)到，最終無(wú)法適用可自由呼吸的冠脈CTA檢查。

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（收稿日期：2022–08–31）

（修回日期：2023–02–06）