原 著
論文受付 2011年 2 月28日 論文受理 2011年 5 月 7 日 Code No. 251収縮末期再構成となった高心拍数症例の
冠動脈 CT 撮影における RR 間隔，
最適再構成心位相，時間分解能，画質の関係
－高心拍数症例の最適撮影プロトコルを求めて－
佐野始也
1）・松谷英幸
1）・近藤 武
2）・藤本進一郎
2）関根貴子
1）・新井雄大
1）・森田ひとみ
1）・高瀬真一
2） 1）高瀬クリニック放射線部 2）高瀬クリニック循環器科Relationship among RR Interval, Optimal Reconstruction Phase, Temporal
Resolution, and Image Quality of End-systolic Reconstruction of
Coronary CT Angiography in Patients with High Heart Rates:
In Search of the Optimal Acquisition Protocol
Tomonari Sano,1) Hideyuki Matsutani,1) Takeshi Kondo,2) Shinichiro Fujimoto,2)
Takako Sekine,1) Takehiro Arai,1) Hitomi Morita,1) and Shinichi Takase2)
1) Department of Radiological Technology, Takase Clinic 2) Department of Cardiology, Takase Clinic
Received February 28, 2011; Revision accepted May 7, 2011; Code No. 251
Summary
The purpose of this study is to elucidate the relationship among RR interval (RR), the optimal recon-struction phase, and adequate temporal resolution (TR) to obtain coronary CT angiography images of accept-able quality using 64-MDCT (Aquilion 64) of end-systolic reconstruction in 407 patients with high heart rates. Image quality was classified into 3 groups [rank A (excellent): 161, rank B (acceptable): 207, and rank C (unacceptable): 39 patients]. The optimal absolute phase (OAP) significantly correlated with RR [OAP (ms)=119−0.286RR (ms), r=0.832, p<0.0001], and the optimal relative phase (ORP) also significantly corre-lated with RR [ORP (%)=62−0.023RR (ms), r=0.656, p<0.0001], and the correlation coefficient of OAP was significantly (p<0.0001) higher than that of ORP. The OAP range (±2SD) in which it is highly possible to get a static image was from [119−0.286RR (ms)−46] to [119−0.286RR (ms)+46]. The TR was significantly differ-ent among ranks A (97±22 ms), B (111±31 ms) and C (135±34 ms). The TR significantly correlated with RR in ranks A (TR=−16+0.149RR, r=0.767, p<0.0001), B (TR=−15+0.166RR, r=0.646, p<0.0001), and C (TR=52+0.117RR, r=0.425, p=0.0069). Rank C was distinguished from ranks A or B by linear discriminate analysis (TR=−46+0.21RR), and the discriminate rate was 82.6%. In conclusion, both the OAP and adequate TR depend on RR, and the OAP range (±2SD) can be calculated using the formula [119−0.286RR (ms)−46] to [119−0.286RR (ms)+46], and an adequate TR value would be less than (−46+0.21RR).
Key words: coronary CT angiography, optimal end-systolic reconstruction phase, adequate temporal resolution, high heart rate
別刷資料請求先：〒 370-0036 群馬県高崎市南大類町 885-2
医療法人田貫会高瀬クリニック放射線部 佐野始也 宛 緒 言
64 列 multi detector-row computed tomography
（MDCT）は冠動脈疾患の有用な診断ツールとして1∼6）
普 及し てきた が，retrospective ECG-gating helical scanの 被 ばく線 量は 平 均 18.1±3.0 mSv（範 囲 12.6–
26.9 mSv）7）で，診断カテーテル検査の平均被ばく線
量 8.5±4.4 mSv（範囲 1.4–20.5 mSv）8）より高く，被ばく
線量の低減が大きな課題となっている．
近年，Step&Shoot 方式や，それと類似した pro-spective ECG-gating helical scan with high helical pitch（FlashScan）などの prospective ECG-gating 法が 開発され，画質を維持しつつ大幅な被ばく低減が可
TR）が必要となるため分割式ハーフ再構成が用いら れる．分割式ハーフ再構成は複数心拍のデータから 1 枚の axial 画像を作成するため，複数心拍から異なる ビュー方向のデータが得られれば非分割式ハーフ再 構成に比べ時間分解能は向上する．その場合の時間 分解能は心拍数，ガントリ回転速度，ヘリカルピッチ （helical pitch; HP）に依存し，心拍数とガントリ回転 速度の組み合わせが固定された場合は HP が低いほ ど同一断面の画像再構成に使用できる心拍データが 増加するため時間分解能は向上する．つまり，高い 時間分解能を得るには低い HP で撮影しなければな らない．しかし HP を低くすれば当然被ばくは増加 する．高心拍数症例において評価可能な画像を得る ために必要な時間分解能がどの程度であるかが明確 になれば，むやみに HP を低くする必要はなく撮影 プロトコルの最適化が可能と考えられる．しかし， single-source CTでの高心拍数症例における心拍数， 最適再構成心位相および必要な時間分解能に関して の詳細な報告はない．そこで，これまで当院で蓄積 してきた 64 列 MDCT で撮影した冠動脈 CT のデー タから高心拍数のため最適再構成心位相が収縮末期 となった症例を抽出し，評価可能な収縮末期画像を 得るための心拍数と最適再構成心位相，時間分解 能，画質の関係を検討した． 1．方 法 1-1 対 象 2007 年 2 月 1 日から 2009 年 9 月 11 日までの間に 64列 MDCT を用いて連続 5135 例で冠動脈 CT 検査 を行った．そのうち不整脈と呼吸停止不良を除外し た 3974 例において，最適再構成心位相が収縮末期 であった 407 例（M/F=175/232）を対象とした．対象の 年 齢 は 66±11 歳，身 長 は 157±9 cm，体 重 は 59±13 kg，body mass index（BMI）は 23.9±3.8 であった．な お，本研究プロトコルは当施設の倫理委員会によって 承認され，対象患者全例に口頭で説明し同意を得た． 1-2 使用機器
CT 装置は Aquilion 64 Super Heart（東芝メディカ ルシステムズ社製），造影剤自動注入器は Stellant Dual Flow（日本メドラッド社製），心電図モニタは 50％）6 秒，生理食塩水 2 秒の順に三段注入法で行っ た．造影剤注入速度（2.5∼4.5 ml/s）・注入量（38∼62 ml） は体重によって決定し，四腔断面レベルで bolus tracking 法を用いて撮影した．撮影スライス厚は 0.5 mm で， 画像スライス厚は 0.5 mm，再構成間隔は 0.3 mm と した．撮影前の心拍数が 65 /分以上で収縮末期再構 成になる可能性がある場合には，なるべく高い時間分 解能が得られるようにガントリ回転速度（0.35 s/rot.， 0.375 s/rot.，0.4 s/rot.）と HP（8.0–12.8）を選んだ．撮 影データから分割式ハーフ再構成法を用い最適な静 止心位相を R+ 絶対値で決定した． 1-4 検討項目 画質評価は既に報告した当施設の方法14）で，循環 器専門医 1 名と診療放射線技師 2 名の協議により技 術的観点から冠動脈の静止状態（モーション ･ アーチ ファクトの程度）を A（3 点）：Excellent 素晴らしい，B （2 点）：Acceptable 受け入れられる，C（1 点） ：Unac-ceptable受け入れられない，の 3 段階に評価した．石 灰化，ステントによって狭窄度が評価困難な場合は 画質評価とは別項目（狭窄度評価）で評価しているた め，狭窄度評価が困難な場合でもモーション ･ アー チファクトのない画像が得られれば画質評価は A と している．なお，本研究における観察結果の公表に 関しては，観察者の同意と承諾を得た． 撮影時の平均 RR 時間と再構成心位相の関係につ いて検討した．また，画質および撮影時の平均 RR 時 間と時間分解能の関係についても検討した．時間分解 能は装置が表示する値（撮影後であっても撮影時のガ ントリ回転速度，HP および撮影時平均心拍数を入力 すれば装置が時間分解能を算出・表示する）を用いた． 1-5 統計学的検討 連 続 変数は平 均 ± 標準偏差（standard deviation; SD）で表した．2 変数の相関関係を解析するには直線 回帰分析を用いた．さらに相関係数の比較には相関 係数の差の検定を行った．3 群間の比較には一元配 置分散分析法（one-factor ANOVA）を用い，有意差が あった場合には post hoc test として Fisher’s PLSD を用
いた．カテゴリデータの比較には χ2検定を用い，統計
2．結 果 2-1 撮影時平均 RR 時間と再構成心位相の関係 収縮末期再構成となった全対象 407 例の撮影時心 拍数は最低 63 /分，最高 134 /分，平均 82±14 /分で あった．また，HP は平均 10.4±0.9 であった． 再構成心位相は R+ 絶対値の心位相［optimal
abso-lute phase; OAP （ms）］と OAP（ms）を撮影時平均 RR
（ms）時間に対する相対値で表した心位相［optimal
relative phase; ORP （％）］とし，撮影時平均 RR（ms）
時間との関係を検討した．Fig. 1a に示すように OAP （ms）は RR（ms）と の 間 に 有 意 な 正 の 相 関［OAP （ms）=119+0.286RR，r=0.832，p<0.0001］を認め，2SD
は ±46 ms であった．ORP（％）は RR（ms）と有意な負 の 相 関［ORP （％）=62–0.023RR，r=0.656，p<0.0001］ を認め（Fig. 1b），OAP（ms）での相関係数は ORP（％） のそれより有意（p<0.0001）に高かった． 2-2 画質別基礎データの比較 画質 A は 161 例，画質 B は 207 例，画質 C は 39 例で各画質群の性別，年齢，身長，体重，BMI，撮 影時の HP に有意差を認めなかった．撮影時の心拍 数は画質 A 群：81±13 /分，画質 B 群：81±15 /分，画 質 C 群：88±17 /分 で 有 意 差（p=0.025）を認 め，post hoc testでは画質 A 群と画質 C 群の間（p=0.008）およ び画質 B 群と画質 C 群の間（p=0.011）に有意差を認 めた（Table 1）． 2-3 画質と時間分解能の検討 各 画質（A，B，C）群の時間分 解能は画質 A 群： 97±22 ms，画質 B 群：111±31 ms，画質 C 群：135±34 ms であった．各画質群間に有意差を認め，高画質なほ ど高時間分解能であった（Fig. 2a）． 各画質（A，B，C）群における撮影時平均 RR（ms）
Fig. 1 Relationship between RR interval and optimal systolic phase.
(a) Relationship between RR interval and optimal absolute phase (OAP).
The OAP significantly (r=0.832, p<0.0001) correlated with the RR interval, and its regression line was [OAP (ms) = 119+0.286RR]. ±2SD=±46 ms.
(b) Relationship between RR interval and optimal relative phase (ORP) as a percentage of the RR interval. There was significant correlation [ORP (%) = 62−0.023RR, r=0.656, p<0.0001] between the RR inter-val and the ORP. The correlation coefficient of the OAP was significantly (p<0.0001) higher than that of the ORP.
a b
Table 1 Patients’ characteristics in each image quality group
Image quality A B C p value
N (N=161) (N=207) (N=39) M/F 75/86 82/125 18/21 N.S (χ2) Age 67±11 65±11 64±12 N.S Height (cm) 157.3±9.4 157.6±8.8 157.3±8.6 N.S Weight (kg) 58.6±12.4 60.6±12.9 57.3±11.5 N.S BMI 23.5±3.6 24.2±3.9 23.1±3.9 N.S HR (bpm) 81±13 81±15 88±17 p=0.025 Helical Pitch 10.2±1.0 10.4±0.8 10.3±1.2 N.S ( χ2-test, ANOVA)
時間と時間分解能［TR （ms）］の関係を Fig. 2b∼2d に 示す． 画質 A 群では，TR=−16+0.149RR（r=0.767，p<0.0001） （Fig. 2b），画質 B 群では，TR=−15+0.166RR（r=0.646， p<0.0001）（Fig. 2c），画 質 C 群 で は，TR=52+0.117RR （r=0.425，p=0.0069）（Fig. 2d）の有意な正相関を認めた． 2-4 収縮末期位相で画質 A もしくは B を得るため に必要な時間分解能の検討 画質 A と B を許容範囲内（AB 群）とし，画質 C を 許容範囲外（C 群）として，AB 群と C 群の線形判別 分析を行った． 線形判別式は Z=−0.009RR+0.043TR+1.981，AB 群 のグループ重心関数は –0.170，C 群のグループ重心 関数は 1.608 で判別確率は 82.6％だった．Z=0 なら TR=−46+0.21RR の関係式が得られた（Fig. 3）． 2-5 画質 A となった代表例 症例は 70 代，女性．150 cm，48 kg，BMI 21.3．撮 影前の心拍数は 79 /分であった． ガントリ回転速度 0.35 s/rot．，HP 9.8 で撮影した．撮 影時の平均心拍数は撮影前と変化なく 79 /分（77∼80 / 分）で，時間分解能は 89 ms であった．心拍数 79 /分 （RR：759 ms）での許容時間分解能は TR=−46+0.21RR から 113 ms と算出され，本撮影における時間分解能
Fig. 2 Comparison of temporal resolutions and relationships between RR interval and tempo-ral resolution in each image quality group.
(a) Comparison of temporal resolution among ranks A, B, and C image quality (b) Relationship between RR interval and temporal resolution in rank A image quality. (c) Relationship between RR interval and temporal resolution in rank B image quality. (d) Relationship between RR interval and temporal resolution in rank C image quality.
a c
b d
Fig. 3 Relationship between RR interval and temporal resolution in rank A or B (rank AB) and C.
Rank C was distinguished from ranks A or B (rank AB) by linear discriminate analysis (TR=−46+0.21RR), and the discriminate rate was 82.6%.
89 msは許容時間分解能より高時間分解能であった． また，再構成心位相は R+350 ms で，OAP±2SD つまり （119+0.286RR−46）<OAP<（119+0.286RR+46）の 範 囲 （290−382 ms）内であり良好な画像（画質 A）が得られた （Fig. 4）． 2-6 画質 C となった代表例 症例は 50 代，男性．168 cm，78 kg，BMI 27.6．撮 影前の心拍数は 85 /分であった． ガントリ回転速度 0.4 s/rot，HP 11.2 で撮影した．心 拍数 85 /分であれば 98 ms の時間分解能が得られる はずであったが，撮影時の平均心拍数は 79 /分（77∼ 81 /分）に低下し，時間分解能は 142 ms となり，心拍 数 79 /分（RR=759 ms）の許容時間分解能 113 ms より 高値となった．再構成心位相は R+320 ms であった が，右冠動脈にモーションアーチファクトを認め判読 不可能（画質 C）な画像となった．撮影中の大きな心 拍数変動もなく呼吸停止不良もなかったことから，こ のモーションアーチファクトは低時間分解能が原因と 考えられた（Fig. 5）．後日，冠動脈造影検査が行われ たが，右冠動脈に有意狭窄はなかった．
Fig. 4 Representative case 1.
The patient was a 78-year-old female with a high heart rate (79/min). Coro-nary CT angiography was performed using the parameters of gantry rotation speed: 0.35 s/rot and HP: 9.8. A high temporal resolution of 89 ms was con-sequently achieved, which was lower than the 113 ms derived from the for-mula (TR=−46+0.21RR). We got excel-lent (rank A) image quality from the coronary CT angiography.
Fig. 5 Representative case 2.
The patient was a 56-year-old male with a high heart rate (85/min). Coro-nary CT angiography was performed using the parameters of gantry rotation speed: 0.4 s/rot and HP: 11.2. The temporal resolution was expected to reach 98 ms; however, his heart rate practically decreased to 79/min during acquisition, and the temporal resolu-tion was 142 ms. The value of the temporal resolution was higher than the 113 ms derived from the formula (TR=−46+0.21RR). The image quality of the coronary CT angiography con-sequently was unacceptable (rank C).
りむしろ R+ 絶対値［OAP （ms）］の方が推定しやす く，OAP（ms）=−2.1444HR+480.99（r=0.88，p<0.0001） の関係があったと述べている15）．すなわち RR が短く なれば（高心拍数になれば），OAP（ms）が短くなると 報告し，われわれの結果と同様であった． 3-2 時間分解能，心拍数と画質の関係 また，Adler らは dual-source CT のデータから収縮 末期再構成で静止した右冠動脈が撮影できた時間 （end-systolic temporal window; ESTW）を求め，この
ESTWは心拍数とは相関せず，常に 100 ms 以上で， 178±57 ms であったと述べている15） ．しかし，dual-source CTの時間分解能は 83 ms で，この時間分解能 で静止した右冠動脈が撮影できたとしても，ESTW の間，全く右冠動脈が動かなかったことにはならな い．すなわち，ESTW が即，許容時間分解能とは考 えられない．新井らは single-source 64 列 MDCT を用 いて収縮末期再構成となった患者において，許容範 囲の画質が得られた症例の時間分解能は 108±30 ms で，許容範囲外の画質を呈した症例の時間分解能は 129±32 ms であったと報告13）している．Fig. 2a に示し たように本研究結果からも収縮末期再構成で高画質 を得るためには約 100 ms 以下の時間分解能が必要と 考えられた．しかし，Fig. 2b∼2d に示したように画 質 A 群，画質 B 群，画質 C 群のそれぞれにおいて時 間分解能は RR 時間と有意に正相関し，高画質の画 像を得るために必要な時間分解能は心拍数に依存 し，高心拍数になるほど高時間分解能が必要と考え られた． 3-3 収縮末期再構成で許容範囲内の画質を得る ために必要な時間分解能 Fig. 3 に示したように，画質 AB 群と画質 C 群と を比較すると，画質 C 群は画質 AB 群よりやや上に 分布し，同じ RR なら高時間分解能の方が高画質の 画像が得られる可能性が高いことがうかがえる．線 形判別分析の結果，画質 AB 群と画質 C 群を判別 する式は TR=−46+0.21RR であった．通常，装置の 時間分解能グラフは横軸を心拍数とするので，RR 3-4 高 心 拍 数 症 例 に お け る 収 縮 末 期 を 狙 っ た prospective ECG-gating scan の可能性 現在普及している 64 列 MDCT では収縮末期のみ の prospective ECG-gating scan は，装置の制限や造影 剤量の制限から不可能であった．最近登場した 320 列 area detector computed tomography（ADCT）（Aquilion
ONE：東芝メディカルシステムズ社製）は 160 mm のカ
バレッジにより prospective CTA モード16）で収縮末期
のみを複数心拍撮影することが可能となった．収縮末 期のみの prospective ECG-gating scan を行うには，ど の位相範囲をどの程度の時間分解能で撮影すべきか を明確にしなければならない．本研究によって収縮末 期再構成で許容範囲内の画質を得るために必要な時 間分解能が明確になった．さらに，収縮末期の最適再 構成心位相は 95％（2SD）が OAP の回帰直線 ±46 ms， つまり（119+0.286RR−46）<OAP<（119+0.286RR+46）の 範囲にある．したがって，この範囲を再構成できるよ うな X 線曝射位相を設定すれば 95％は最適な再構 成心位相を得られることになる．さらに余裕を持って 99％（3SD）をカバーするとしても ±69 ms で十分であ る．この結果を 320 列 ADCT に応用すれば，高心拍 数症例の収縮末期のみを狙った prospective ECG-gat-ing scanにより画質を維持しつつ被ばくを低減できる と考えられた． 4．結 語 高心拍数症例で収縮末期再構成を行わなければな らない場合は，撮影前の心拍数から許容時間分解能 （TR<−46+12600/HR）となるようにガントリ回転速度 と HP を設定すれば 82.6％の確率で許容範囲内の画 質で冠動脈 CT を撮影できると思われた．また収縮 末期のみの prospective ECG-gating scan の X 線曝射 位相は OAP （ms）=119+0.286RR から決定できると思 われる．
なお，本論文の要旨は，第 19 回日本心血管イン ターベンション治療学会学術集会（2010 年 8 月，仙 台）において発表した．
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