動(dòng)態(tài)心臟模具低劑量c左心室功能分析

動(dòng)態(tài)心臟模具低劑量c左心室功能分析

心絞痛患者通常伴隨左心室功能異常，左心室功能評估可以作為醫(yī)生選擇治療方法的重要參考。64層螺旋式心臟ct圖像已成為評估冠狀動(dòng)脈疾病患者動(dòng)脈病變的最成熟的成像技術(shù)。同時(shí)，左心室擴(kuò)張末體積、左心室收縮末體積和左心室射血分?jǐn)?shù)的大小對于整個(gè)冠狀動(dòng)脈的評估非常重要。為了獲得整個(gè)心臟循環(huán)中心臟的所有圖像，必須建立一個(gè)小的螺釘間隔，以獲得整個(gè)心臟周期內(nèi)心臟的所有圖像。依靠對原始數(shù)據(jù)的多期重建來評估左心室的功能。為了控制心臟的脈搏成像，有必要調(diào)整小的螺釘距離，這樣在心臟掃描過程中會累積波束劑量，從而達(dá)到相對較高的總劑量。ct輻射劑量對人體潛在的危害和劑量管理引起了輻射醫(yī)學(xué)家、醫(yī)學(xué)史學(xué)家和衛(wèi)生人員的注意。如何降低患者的輻射劑量已成為國內(nèi)外科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。低管電流配置和ecg管電流治理中的線圈檢測技術(shù)有助于降低曝光劑量。在本研究中，通過心理測量模型模型對不同心率條件下低劑量心臟ct圖像技術(shù)的影響來分析左心室功能（edv、esv、東興和遠(yuǎn)東地區(qū)）。1材料和方法1.1球囊運(yùn)動(dòng)模式的模擬采用GE中國CT影像研究中心提供的實(shí)驗(yàn)用動(dòng)態(tài)心臟模具(見圖1),該模具中心為一可充填液體材料的球囊結(jié)構(gòu),在球囊外周為一封閉的充水模具,使球囊處于均勻的水介質(zhì)中.球囊體積可以隨充填液體量的變化而改變,通過外部機(jī)械規(guī)律的充填、抽吸液體,使得球囊實(shí)現(xiàn)可控制的有節(jié)律的擴(kuò)張和收縮,從而達(dá)到模擬心臟跳動(dòng)的目的.它的運(yùn)動(dòng)模式不是常規(guī)的正弦函數(shù)形式,而是充分模擬了人體左心室的搏動(dòng),具有3個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)相:快速泵血期、快速充盈期及慢速充盈期(見圖2),可以模擬不同的心率(30~180次/min)及在掃描過程中的心率波動(dòng),對心臟功能成像的分析也更加準(zhǔn)確.在體模上掛置不同內(nèi)徑的冠脈(3~5mm內(nèi)徑),用以同時(shí)評價(jià)冠脈的成像質(zhì)量.試驗(yàn)中球囊內(nèi)填充Iopamidol370mgI/mL對比劑與生理鹽水的混合液體,實(shí)測CT值在300HU左右.1.2掃描方法1.2.1動(dòng)態(tài)心臟模具掃描和標(biāo)準(zhǔn)射血量設(shè)定采用GELightSpeedVCT機(jī)完成心臟掃描,關(guān)閉ECG調(diào)制mA技術(shù),每分鐘搏動(dòng)數(shù)(bpm)分別在50、60、70、90和120bpm5種心率條件下對動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描,掃描參數(shù)為120kV、500mA、層厚0.625mm、視野(FOV)15cm×15cm、自動(dòng)螺距.設(shè)定機(jī)架轉(zhuǎn)速為0.35s.模具的標(biāo)準(zhǔn)射血量設(shè)定為兩種:25%和40%.1.2.2管電流調(diào)制技術(shù)開啟ECG管電流調(diào)制技術(shù),同樣在50、60、70、90,120bpm的5種穩(wěn)定心率條件下對動(dòng)態(tài)心臟模具進(jìn)行掃描:(1)管電流調(diào)制技術(shù)選擇80%~90%為目標(biāo)時(shí)相,電流范圍設(shè)定在250~500mA,即在心臟周期的80%~90%期相使用500mA,其余時(shí)相使用最低250mA的較低電流,其他掃描參數(shù)與常規(guī)掃描相同;(2)管電流調(diào)制技術(shù)選擇30%~90%為目標(biāo)時(shí)相,電流范圍設(shè)定在250~500mA.1.2.3更低電流epg功率清潔掃描方案中最低電流僅為最高電流值的20%,即電流范圍設(shè)定在100~500mA,其余掃描步驟和參數(shù)與步驟1.2.2一樣.1.3有效劑量和有效劑量的確定檢查時(shí)記錄所有由計(jì)算機(jī)生成的容積CT劑量指數(shù)[CTDoseIndex-Volume,CTDIVOL(mGy)],用CTDIVOL×掃描長度得出劑量長度乘積[DoseLengthProduct,DLP(mGy/cm)].有效劑量[EffectiveDose,ED(mSv)]為DLP×C,其中C為換算因子,在冠脈掃描時(shí)C的取值為0.017.1.4圖像分析1.4.1噪聲指數(shù)變化對測量精確性分析取各個(gè)掃描條件下的模型圖像,于劑量分布最低的圖像層面上,分別在模型中心和上下左右距模型邊緣處,選取ROI區(qū)域測量平均CT值及噪聲指數(shù)(CT值標(biāo)準(zhǔn)差),用以分析噪聲指數(shù)改變對功能測量精確性的影響(見圖3).1.4.2心功能數(shù)據(jù)的上傳采用單扇區(qū)和多扇區(qū)(4扇區(qū)重組)技術(shù)以10%的R-R期相間隔重組各掃描條件下的數(shù)據(jù),所有圖像數(shù)據(jù)傳到GEAW4.4圖像工作站用以心功能分析.在軟件自動(dòng)分割基礎(chǔ)上輔以必要的人工糾正,測量獲得左心室舒張末期容積(EDV)、左心室收縮末期容積(ESV),進(jìn)而獲得心室射血分?jǐn)?shù)值EF:1.4.3模擬主動(dòng)脈分析臨床CT心功能檢查通常需能夠同時(shí)提供可滿足冠脈診斷的圖像,ECG管電流調(diào)制技術(shù)在部分時(shí)相會采用低管電流,對此時(shí)相冠脈觀察帶來一定影響.有兩名有診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生對模擬冠脈分析,通過觀察全部時(shí)相的數(shù)據(jù),對8支冠脈(3~5mm)分別進(jìn)行分析,判斷該組數(shù)據(jù)是否能夠滿足冠脈解剖診斷的需要.1.5g管電流調(diào)制掃描采用SPSS軟件對上述結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,對不同心率下常規(guī)掃描、ECG管電流調(diào)制掃描(包括不同調(diào)制時(shí)相選擇,不同管電流選擇)下的劑量、心功能計(jì)算結(jié)果分別進(jìn)行配對t檢驗(yàn)或?qū)Σ町愋蟹讲罘治?P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;線條圖分析不同心率和掃描模式下的劑量和心功能參數(shù)變化趨勢.2結(jié)果2.1低管電流及低管電流圖像噪聲指數(shù)采用ECG管電流調(diào)制技術(shù),因僅在心動(dòng)周期的80%~90%期相采用高管電流,其它期相采用低管電流技術(shù),所以能夠明顯降低射線劑量,見表1.相比常規(guī)模式,低管電流采用250mA,最多可降低20%的劑量,如低管電流采用100mA則最多能夠節(jié)約近39%的射線劑量,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05).圖像噪聲指數(shù)伴隨管電流降低呈明顯增高,噪聲最高為38.3,最低僅14.1,噪聲指數(shù)的增加,會影響自動(dòng)分析軟件識別邊界能力,需更多的人為糾正,進(jìn)而相應(yīng)增加心功能分析的時(shí)間(約20%).2.2圖像噪聲對t檢驗(yàn)結(jié)果的影響心動(dòng)周期的80%~90%期相采用高管電流,其它期相采用低管電流技術(shù),使得舒張末期圖像質(zhì)量遠(yuǎn)優(yōu)于收縮末期的圖像質(zhì)量,但計(jì)算得到的ESV與相應(yīng)常規(guī)劑量下的ESV相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05).將不同心率下對應(yīng)組圖像所測得的EDV、ESV、EF值進(jìn)行配對t檢驗(yàn),結(jié)果差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表2.噪聲導(dǎo)致軟件自動(dòng)識別準(zhǔn)確邊界和人工修正的難度加大,主要表現(xiàn)為分析時(shí)間的相應(yīng)增加,對分析結(jié)果影響較小.2.3dv和esv對射血分?jǐn)?shù)的影響常規(guī)劑量掃描條件下,模型標(biāo)準(zhǔn)射血量無論設(shè)定為25%還是40%,均可觀察到隨著心率的增加,實(shí)際測得的EDV會略有降低而ESV會逐漸增加,最終使射血分?jǐn)?shù)值表現(xiàn)為與心率呈負(fù)相關(guān)變化(25%:r=-0.961,40%:r=-0.948),但與標(biāo)準(zhǔn)理想射血分?jǐn)?shù)相比差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)射血量的不同不會影響實(shí)際測得的射血分?jǐn)?shù)與標(biāo)準(zhǔn)值相似性(25%組:92.1%,40%組:91.8%),見圖7.2.4pm心率組,80%90%期相診斷綜合分析各期相的數(shù)據(jù),常規(guī)劑量掃描條件組不同心率下的圖像數(shù)據(jù)中,90bpm心率組1支3mm冠脈無法滿足診斷,120bpm心率組3支無法滿足診斷.心動(dòng)周期的80%~90%期相采用高管電流組(250~500mA),70bpm心率組1支3mm冠脈無法滿足診斷,90bpm心率組5支無法診斷,120bpm心率組7支無法滿足診斷;心動(dòng)周期的80%~90%期相采用高管電流組(100~500mA),70bpm心率組2支3mm冠脈無法滿足診斷,90bpm心率組7支無法診斷,120bpm心率組7支無法滿足診斷.心動(dòng)周期30%~90%期相采用高管電流,因高電流區(qū)域包含了收縮末期和舒張末期,所以評價(jià)情況和常規(guī)劑量組相似,見圖8.3討論3.1對心臟的測量和分析方法隨著冠心病發(fā)病率的不斷提高,冠心病相應(yīng)的輔助診斷手段在臨床工作中的重要性也日益突出.64層螺旋CT心臟成像技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛,不僅能夠提供高質(zhì)量冠狀動(dòng)脈血冠影像,還能提供各個(gè)心動(dòng)時(shí)相的心臟影像,為心功能的測量提供了基礎(chǔ).心臟成像需要系統(tǒng)的、定量的分析研究,但臨床檢查具有局限性,患者條件難以控制,研究人群動(dòng)態(tài)變化,測量標(biāo)準(zhǔn)因人而異,重復(fù)性差.心臟動(dòng)態(tài)體模提供了對心臟成像進(jìn)行定量分析的研究工具,從心臟動(dòng)態(tài)體模運(yùn)動(dòng)時(shí)的容積變化曲線中可以看到,體模的運(yùn)動(dòng)分為快速泵血期、快速充盈期和慢速充盈期,很好地模擬了左心室的運(yùn)動(dòng);在研究中心率可以人為地設(shè)定,避免了實(shí)際工作中患者心率的不確定性,并且可比性強(qiáng),對模型反復(fù)掃描,不存在輻射劑量過大的問題.3.2ct的測量和測量誤差本研究側(cè)重于低劑量CT進(jìn)行心功能分析的可靠性,而CT可靠性本身就很重要.早期就有利用MSCT進(jìn)行左室功能評價(jià)的報(bào)道.Juergeus和Heuschmid等人在4層CT上就開始了與超聲心動(dòng)圖進(jìn)行EF值對比的研究(r=0.8;r=0.79).Heuschmid同時(shí)發(fā)現(xiàn)ESV的相關(guān)性(r=0.81)要優(yōu)于EDV的相關(guān)性(r=0.51),而Martine等利用16層CT進(jìn)行的研究則表明它們的相關(guān)性分別是r=0.74和r=0.41.也有學(xué)者利用64層CT進(jìn)行了類似的研究(EDV:r=0.898;ESV:r=0.956;EF:r=0.825).64層CT的時(shí)間和空間分辨率都較以前有了很大的提高,但研究表明其與超聲心動(dòng)圖的相關(guān)性有一定改善,但差異依然存在(EDV:r=0.57;ESV:r=0.83;EF:r=0.73).原因在于超聲心動(dòng)圖在進(jìn)行心功能測量時(shí)以幾何模型為基礎(chǔ)測量心室容積,MSCT在有限時(shí)間分辨率內(nèi)直接提取左心室心腔測量心室容積,測量誤差因人、因方法而異,當(dāng)左室存在非對稱性變化時(shí)誤差更大.因此對照性比較前,利用模具研究CT自身的測量情況對實(shí)際工作有重要的指導(dǎo)意義.本研究中,設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)射血分?jǐn)?shù)為25%時(shí),實(shí)測值與真實(shí)值相比:EDV為90.7%,ESV為93.2%,EF為92.1%;40%時(shí)實(shí)測值與真實(shí)值相比:EDV為89.8%,ESV為93.0%,EF為91.8%.測量誤差存在的原因比較多:(1)數(shù)據(jù)采樣誤差.CT具有很高的空間和時(shí)間分辨率,確保了高精度的心臟成像,但還是因“均值”效應(yīng)(每層圖像從空間軸和時(shí)間軸來講都是一個(gè)平均值)的存在,邊緣會略低或略高于期望值;(2)方法誤差.自動(dòng)或半自動(dòng)獲取邊緣會與真實(shí)邊界存在差別,而體積則是根據(jù)每層數(shù)據(jù)邊緣積分近似獲得,也會對精度產(chǎn)生一定影響.數(shù)據(jù)采樣誤差還表現(xiàn)隨著心率的增加,實(shí)際測得的EDV會略有降低而ESV會逐漸增加,最終使射血分?jǐn)?shù)值表現(xiàn)為與心率呈負(fù)相關(guān)變化(25%:r=-0.961,40%:r=-0.948),在高心率時(shí)四扇區(qū)重建算法有助于獲得更精確地EF值.但實(shí)際測得的射血分?jǐn)?shù)與標(biāo)準(zhǔn)值相似性總體很高,僅需要部分校正即可.3.3ecg調(diào)制ma的劑量對采集的影響近年來,隨著MSCT在臨床的廣泛應(yīng)用,X線輻射問題越來越受到關(guān)注.由于64層MSCT的應(yīng)用,其薄層、小螺距的大范圍掃描,導(dǎo)致心臟成像時(shí)射線劑量明顯高于其他部位的檢查,圖像質(zhì)量與射線劑量的矛盾顯得更為突出.Hunold等對MSCT、電子束CT(EBCT)及導(dǎo)管法冠狀動(dòng)脈造影術(shù)(CCA)射線劑量的對照研究結(jié)果表明,MSCT冠狀動(dòng)脈成像射線劑量EBCT的4~7倍,CCA的3~5倍.MSCT冠狀動(dòng)脈檢查中的射線劑量管理是迫切需要解決的問題,如何在保證圖像質(zhì)量的前提下,有效降低射線劑量已引起廣泛關(guān)注.通過測得的數(shù)據(jù)可以看出,在同樣心率條件下,開啟ECG調(diào)制時(shí)比關(guān)閉ECG調(diào)制時(shí)曝光劑量有明顯減低,這是因?yàn)镋CG調(diào)制mA技術(shù)可以提供與心臟周期時(shí)相相關(guān)的mA值,在穩(wěn)定的心率情況下,此技術(shù)通過在心臟周期中有用部分(該部分圖像將用于重組)使用最高mA輸出,而心臟周期的其余部分使用減少的mA,從而在臨床上減少相應(yīng)的曝光劑量.當(dāng)然圖像噪聲指數(shù)伴隨管電流降低呈明顯增高,此研究中噪聲最高為36.3,最低僅14.1,噪聲指數(shù)的增加,會影響自動(dòng)分析軟件識別邊界能力,增加了人為糾正的工作量,但對EF計(jì)算結(jié)果并沒有直接的影響,100~500mA和250~500mA兩種ECG調(diào)制方法與相應(yīng)常規(guī)劑量下的EF相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異,從心室分析角度講低劑量技術(shù)完全可行.3.4治療冠心病功能分析國內(nèi)外大量文獻(xiàn)研究表明,在多層螺旋CT冠狀動(dòng)脈成像中,心率是影響圖像質(zhì)量的一個(gè)重要因素,隨著心率的增加,心動(dòng)周期將縮短,收縮期與舒張期都縮短,但舒張期縮短更明顯,冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)相對靜止的時(shí)相也相應(yīng)縮短,由于R-R間期的縮短,成像時(shí)間占心動(dòng)周期的比例將不斷增加,包含的時(shí)相也相應(yīng)增多.從而觀察冠脈的最佳期相也會因心率的波動(dòng)而變化,往往要通過綜合分析多個(gè)期相的數(shù)據(jù),才能完成全部冠脈的分析.采用80%~90%期相高管電流的ECG電流調(diào)制技術(shù),收縮末期的數(shù)據(jù)是在低mA設(shè)置的情況下完成的數(shù)據(jù)采集,因此這部分?jǐn)?shù)據(jù)因噪聲大,對比差很難完成對冠脈的分析,在采用100~500mA的120bpm組(成功率降到12%),導(dǎo)致解剖學(xué)觀察的失敗,但研究提示不會對心室功能分析產(chǎn)生太大影響.30%~90%期相的ECG電流調(diào)制技術(shù)雖然對降低劑量的效果要比80%~90%期相差一些(9%VS.39%),但不會影響對冠脈的綜合評價(jià)能力(和常規(guī)掃描一致).因此在低且穩(wěn)定的心率下同時(shí)進(jìn)行心功能和冠脈檢查,建議采用類似80%~90%期相的ECG電流調(diào)制技術(shù),其它情況可采用類似30%~90%期相的ECG電流調(diào)制技術(shù).3.5