背景与目的:CT冠状动脉造影(CT coronary angiography,CTCA)已经成为冠状动脉病变可靠而相对无创的一种检查手段。但是,CTCA检查成功率依然受到诸多因素的干扰,其中心律失常是导致CTCA失败的最大因素。对于心律失常患者,目前常用的CTCA方法是采用回顾性心电门控螺旋扫描(retrospective ECG-gated cardio helical scanning,RCH),并在完成数据采集后,利用专用心电编辑软件(ECG-edit software)进行后处理,以提高图像质量和检查成功率。但是,并非所有心律失常患者都能因此获得达到诊断要求的CTCA图像,仍有相当数量的患者检查失败。适应性前瞻性心电触发序列扫描(adaptive prospective ECG-triggered cardio sequence scanning,APCS)技术近年逐步应用于临床,文献报道该技术对提高单纯房颤和简单期前收缩患者CTCA的成功率有一定帮助,但该技术尚未适用于所有心律失常包括混合性和复杂性心律失常患者。基于上述临床难点,本项目针对心律失常尤其是复杂性心律失常患者开展CTCA技术研究,以提高复杂性心律失常患者CTCA图像质量和检查成功率。第一部分常规RCH模式下CT冠状动脉成像质量与患者心律失常类型的相关性研究目的:在目前常用的RCH模式和心电编辑下,一部分心律失常患者可以获得达到诊断要求的CTCA图像,但仍有相当数量的患者检查失败。心律失常患者在RCH模式下CTCA的图像质量及总体成功率如何?不同类型心律失常在RCH模式下图像质量和检查成功率有何差异?CTCA质量与患者心律失常类型之间关系如何?其中有无规律可循?这些临床问题在既往文献中尚未见系统的研究报道。本部分基于常规RCH模式下心律失常患者CTCA成像质量的研究,解答上述疑问同时筛选出RCH模式下经ECG-edit后依然不能获得满足诊断要求CTCA的心律失常类型,并对其归类。方法:前瞻性连续性纳入在本院完成CTCA检查的患者共4385例,其中心律失常患者1102例,根据实验组患者入选和排除标准,共795例入选本研究实验组,其中486例因病情需要于2周内行侵入性冠状动脉造影(invasive coronary angiography,ICA)检查,入选实验组患者按心律失常不同类型再分若干亚组。另随机选择100例心律规整患者做为对照组。所有患者CTCA均采用回顾性心电门控螺旋扫描模式(RCH)扫描,螺距0.20-0.22,关闭ECG-plusing,设置全剂量扫描RR区间为30%-80%,管电压100-120k V,管电流360-420m A,使用caredose 4D,扫描结束后进行多期相重建及ECG-edit,在专用图像后处理工作站进行冠状动脉重建与分析。分析所有入选患者CTCA图像质量,采用卡方检验和随机区组t检验评价实验组与对照组之间CTCA成像的可诊断率和图像质量的差异,采用直线相关分析评价实验组平均心室率与CTCA质量的关系,采用卡方检验比较不同心率变异度患者之间的CTCA质量差异,采用随机区组设计的方差分析和卡方检验评价不同类型心律失常患者之间CTCA图像质量、检查成功率的差异。以ICA为金标准,评价CTCA对心律失常患者冠状动脉狭窄度评估准确性。采用随机区组t检验评价实验组与对照组之间辐射剂量的差异。采用方差分析比较不同心律失常患者之间后处理耗时的差别。采用卡方检验和随机区组t检验评价复杂性和非复杂性心律失常患者之间的临床特征、CTCA可诊断率及有效辐射剂量等。结果:实验组795例心律失常患者中,窦性心律不齐59例、房性心律失常246例、房室交界性心律失常110例、室性心律失常222例、混合型心律失常158例,共出现22种心律失常类型。⑴实验组CTCA过程中的心率变异、需多期相重建、需心电编辑、不可诊断节段比例均较对照组显著增加,与对照组之间的差异有显著统计学意义(t=15.50,P=0.000;χ2=394.32,P=0.000;χ2=248.28,P=0.000;χ2=204.53,P=0.000),而可诊断节段比例、可诊断患者比例则较对照组明显下降,差异有统计学意义(χ2=204.53,P=0.000;χ2=26.63,P=0.000)。⑵实验组不同心率变异区间的不可诊断患者比例之间的差异无统计学意义(χ2=0.14,P=0.706),不同心室率区间的不可诊断患者比例之间的差异无统计学意义(χ2=0.35,P=0.552)。⑶22种类型心律失常组间的节段可诊断率、患者可诊断率、节段平均分差异均有显著统计学意义(χ2=1340.73,P=0.000;χ2=194.75,P=0.000;F=34.62,P=0.000)。在基于节段和患者两个层面上,可诊断率均小于80%的有:成对房早、短阵房速、房室传导阻滞、室早三联律、成对室早、频发混合性早搏、短阵房速合并室早、成对室早合并房早、短阵房速合并成对室早,本研究将其归类为复杂性心律失常。⑷将实验组中可诊断患者与不可诊断患者再分组,两组间的心悸、混合性心律失常、复杂性心律失常占比的差异有显著统计学意义(χ2=35.66,P=0.000;χ2=35.81,P=0.000;χ2=105.71,P=0.000)。⑸以ICA检查结果为金标准,实验组诊断有血流动力学意义的冠状动脉狭窄病变(狭窄率>50%)的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为96.8%、93.9%、81.2%、99.1%。⑹实验组平均有效辐射剂量(11.4±4.7 m Sv)高于对照组(4.1±1.5 m Sv),两者间的差异有统计学意义(t=15.43,P=0.000)。实验组CTCA后处理平均耗时17.5±6.6分钟,与对照组(平均耗时5.7±1.8分钟)间的差异有统计学意义(t=17.79,P=0.000)。各种心律失常类型之间的自动最佳期相重建可诊断节段、多期相重建后可诊断节段、心电编辑后可诊断节段、平均耗时的总体差异均有统计学意义(χ2=1284.85,P=0.000;χ2=1451.25,P=0.000;χ2=1092.13,P=0.000;F=55.38,P=0.000)。⑺将实验组再分为复杂性心律失常组和非复杂性心律失常组,两组之间在不典型心绞痛(χ2=33.22,P=0.000)、心悸(χ2=65.57,P=0.000)、可诊断节段(χ2=816.47,P=0.000)、可诊断患者(χ2=109.96,P=0.000),以及后处理耗时(t=12.94,P=0.000)等方面的差异均有统计学意义。结论:⑴心律失常患者的CTCA成功率低于心律规整患者,RCH联合ECG-edit,能显著改善一部分心律失常患者的CTCA图像质量,但仍有部分心律失常患者的CTCA检查失败。⑵不同类型的心律失常患者,在RCH+ECG-edit技术下的CTCA成功率不同;影响其成功率的主要因素不是心率变异度和平均心室率,而是心律失常的类型。⑶成对房早、短阵房速、房室传导阻滞、室早三联律、成对室早、频发混合性早搏、短阵房速合并室早、成对室早合并房早、短阵房速合并成对室早等心律失常类型的患者,在RCH+ECG-edit技术下的CTCA成功率仍较低,本研究归类为复杂性心律失常。第二部分APCS技术下心律失常患者CTCA成像质量的临床研究目的:鉴于新一代的前瞻性心电门控技术拥有了较大的全剂量扫描宽容度,并具有了识别R波节律异常,以及与序列扫描联动的异常R波忽略或补偿功能(即高级心律不齐补偿功能),本研究采用适应性前瞻性心电触发序列扫描(adaptive prospective ECG-triggered cardio sequence scanning,APCS)技术对心律失常患者进行CTCA检查的策略转变,以观察其与第一部分及文献中针对心律失常患者常规采用的RCH模式的差异。方法:前瞻性连续性纳入疑诊或复诊冠心病行CTCA的患者2056例,其中心律失常患者463例。按入组和排除标准共纳入360例心律失常患者,其中实验组180例(采用适应性前瞻性心电触发序列扫描技术APCS)和对照组180例(采用回顾性心电门控螺旋扫描模式RCH)。360例中有159例于CTCA检查后的2周内行ICA检查。采用随机区组设计的t检验和卡方检验比较两组间图像可诊断率和图像质量评分,采用行乘列表的卡方检验比较不同重建期相之间的图像质量的差异。计算并筛选CTCA图像最高分和次高分的绝对值重建RR期相。以ICA为金标准,评价CTCA对心律失常患者冠状动脉狭窄度评估准确性。采用随机区组t检验评价实验组与对照组之间辐射剂量的差异。结果:⑴实验组与对照组在各种心律失常类型构成上的差异无统计学意义(χ2=8.33,P=0.983)。从节段和患者两个层面比较,实验组的可诊断节段(2409/2575,93.6%)、可诊断患者(161/180,89.4%)、冠脉节段评分(3.64±0.71)均较对照组(2121/2538,83.6%;134/180,74.7%;2.79±0.85)增高,两组间差异有显著统计学意义(χ2=126.09,P=0.000;χ2=13.65,P=0.000;t=10.26,P=0.000)。⑵实验组绝对值最佳收缩期重建的CTCA图像质量评分明显优于其他三种期相(绝对值最佳舒张期、相对值最佳收缩期、相对值最佳舒张期)的重建,差异均有统计学意义(χ2=284.76,P=0.000;χ2=310.41,P=0.000;χ2=55.05,P=0.000)。⑶实验组平均心室率≥70次/分的患者,93.9%的重建最佳图像期相在R波后250~400ms区间,平均心室率<70次/分患者,90.6%最佳和次佳图像期相分散在300~650ms区间。⑷与ICA对照,实验组诊断>50%狭窄率冠状动脉病变的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为98.2%、96.1%、82.3%和99.4%。对照组的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为96.6%、95.8%、80.1%、99.1%。⑸实验组的平均有效辐射剂量为6.8±2.9m Sv,较对照组11.1±4.8m Sv明显减少,两组间差异有统计学意义(t=10.29,P=0.000)。结论:⑴对于心律失常患者,APCS技术下的CTCA成功率高于RCH。⑵在CTCA心电编辑后处理过程中,对于心律失常患者,绝对值重建的图像质量优于相对值重建。⑶心律失常患者的CTCA中,高心室率患者的最佳绝对值重建期相绝大多数在R波后250-400ms,低心室率患者的最佳绝对值重建期相绝大多数在R波后300-650ms。第三部分改良APCS技术在复杂性心律失常患者CTCA中的临床应用研究目的:基于第二部分研究结果,心律失常患者的最佳重建RR时相宜采用绝对值和按心室率分层设置。本研究拟采用绝对值预设全剂量曝光区间并按心室率分层设置启动全剂量曝光RR区间的改良APCS方法,对复杂性心律失常患者进行CTCA成像质量研究,以进一步拓宽CTCA检查的适宜人群。方法:前瞻性连续性纳入CTCA检查的患者共2380例,其中复杂性心律失常患者135例,按照本研究患者纳入和排除标准,共入选118例。按随机数字表将入选患者分成实验组(A组)40例采用改良APCS模式扫描,对照组1(B组)39例为普通APCS模式扫描,对照组2(C组)39例则采用常规RCH模式扫描。采用随机区组的方差分析比较三组间CT值、信噪比、对比噪声比、图像质量评分、辐射剂量等指标,采用行乘列表的卡方检验比较三组可诊断节段和可诊断患者的差异。采用Pearson和Bland-Altman分析评价CTCA与ICA对冠脉狭窄率诊断的一致性。结果:⑴无论是升主动脉还是冠状动脉血管内CT值、图像信噪比和对比噪声比等图像质量参数,三组间总体差异及两两之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。⑵从冠脉节段层面考察,CTCA可诊断节段A组为518个(91.7%),B组458个(82.8%),C组395个(70.4%),三组间差异有统计学意义(χ2=19.19,P=0.000)。从患者层面考察CTCA可诊断患者A组为36例(90.0%),B组32例(82.1%),C组21例(53.8%),三组间差异有统计学意义(χ2=15.17,P=0.000)。⑶以冠状动脉节段为单位,A组ICA与CTCA判断冠状动脉狭窄率具有较好的相关性和一致性(r=0.810)。⑷A组的有效辐射剂量(4.1±2.8m Sv)最小,与B组(6.5±3.6m Sv)和C组(10.9±5.2m Sv)之间的差异均有统计学意义(t=3.31,P=0.002;t=7.26,P=0.000)。结论:⑴对于复杂性心律失常患者,APCS技术下的CTCA成功率高于RCH,采用绝对值预设全剂量曝光区间并按心室率分层设置的改良APCS技术,其CTCA图像质量优于临床常用的相对值全剂量RR区间设置的APCS模式。⑵改良APCS技术既显著增加了复杂性心律失常患者的CTCA成功率,又大幅度降低了患者接受的有效剂量。