心臟CTA心腔內成像VR閾值不透明度曲線的調制與應用研究

劉家驥 王倩 張穎 馮秋秋 楊熹

(遵義市第一人民醫院，貴州 遵義 563002)

心臟CTA心腔內成像VR閾值不透明度曲線的調制與應用研究

劉家驥1王倩2張穎1馮秋秋1楊熹1

(遵義市第一人民醫院，貴州 遵義 563002)

目的 探討通過調整容積再現成像閾值不透明度曲線以顯示心腔結構的可行性。方法 收集整理行心電門控冠狀動脈CTA檢查的96例患者資料，采用手動編輯的梯形閾值不透明度曲線對其進行容積再現成像處理，使用虛擬手術刀技術剖開心腔后，對左右心室腔的成像效果進行5分法評分，同時測量左右心室與室間隔CT值，通過spearman秩相關系數分析心室腔成像效果與心室CT值及心室/室間隔濃度比的相關性。結果 心腔成像的效果與心室CT值及心室/室間隔濃度比呈高度正相關(rs=0.840、0.897，P均<0.01)，對比劑充盈良好的左心室4分以上的病例達90.7%。結論 具有足夠對比劑濃度的心腔配合適當的閾值不透明度曲線可以獲取滿足診斷需要的圖像，在對于以了解心腔或心臟瓣膜情況為目的的心臟CTA掃描中，調制出適合各自CT后處理工作站心腔內閾值不透明度曲線并將其應用到圖像三維重建和診斷中是很有意義的。

心臟； 容積再現成像； 體層攝影術； X線計算機

隨著CT掃描在時間及空間分辨率的進步，該項技術在心臟檢查中的應用越來越廣泛，除了冠狀動脈CTA已作為冠心病篩查常用的檢查手段外，對于先天性心臟病、心瓣膜疾病方面的檢查，CT掃描也有著越來越廣泛的應用[1-3]。與前者著眼于對心臟表面的冠狀動脈情況進行評估不同，對于先天性心臟病、心瓣膜疾病為目的心臟CTA檢查，則更多地想了解心腔內結構的情況。本文主要探討一種通過調整容積再現成像(volume rendering imaging，VR)閾值不透明度曲線以顯示心腔結構的方法的可行性。

1 資料與方法

1.1 基本資料

隨機抽取2015年3-5月在我院行以冠狀動脈檢查為目的心臟CTA檢查患者96例，男52例，女44例；年齡40～91歲，平均63歲。納入標準：心腔對比劑充盈均勻，冠狀動脈顯示清晰,無明顯運動偽影。掃描機型號為西門子Definition Flash炫速雙源CT，心電門控采集，對比劑使用碘佛醇，濃度為320 gL/100 mL，給藥量為70 mL ，注射速率5.0 mL /s。掃描完成后系統自動重建最佳收縮期和最佳舒張期圖像。

1.2 后處理方法及圖像評分

掃描完成，將掃描數據分別導入西門子Syngo.via后處理工作站進行后處理。選擇VR成像，調整心臟位置，通過虛擬手術刀技術，采用平面剪裁工具剖開心腔后，調整閾值不透明曲線顯示心腔，閾值不透明度曲線為手動編輯模式。采用梯形曲線，梯形中間部分設置為顯示，兩端設置為不顯示，顯示部分的CT值范圍下界低于-30 HU，上界在100～700 HU間調節，根據心腔對比劑濃度不同調整上界范圍(圖1c)，確保心腔內高密度對比劑不顯示為標準，采用系統默認的光照和陰影效果。然后分別在標準四腔心位觀察室間隔和心室乳頭肌、房室瓣結構。對圖像質量按5分法進行評分(5分：心室腔完全透明化，心室乳頭肌顯示清晰，瓣葉顯示清晰；4分：心腔完全透明化，心室乳頭肌顯示清晰，瓣葉顯示欠清晰或部分顯示；3分：心腔部分透明化，乳頭肌顯示尚清晰，瓣葉基本不能顯示；2分：心腔部份透明化，心室乳頭肌顯示不清，瓣葉不能顯示；1分：心腔不能透明化，左心室乳頭肌不能顯示，瓣葉不能顯示)。通過評分標準，4分以上的心腔內三維重建圖像能滿足對心腔結構的診斷。為更全面地評估心室對比劑濃度不同對成像效果的影響，除將對比劑濃度較高的左室納入評價外，另將對比劑濃度較低的右心室也納入評價。

1.3 測量及統計學掃描

通過多平面重組調整經二尖瓣瓣口的四腔心斷面，分別測量左、右心室及室間隔中部的CT值，并計算左、右心室與室間隔密度的比值。為評估心腔對比劑濃度與圖像質量間的相關性，將心室/室間隔濃度比與圖像質量進行秩相關雙變量關聯性分析，統計量采用spearman秩相關系數，統計學軟件采用SPSS 19.0，取α=0.05為檢驗標準。

2 結 果

96例患者共192個心室均完成圖像重組與評估，其中左心室CT值(492±118) HU，4分以上的病例88例，占到總數的90.7%；右心室CT值(118±24) HU，室間隔CT值(176±90) HU，4分以上的病例2例。不同評分組對應數量及心室CT值范圍見表1。

表1 不同評分組例數、心室濃度及心室/室間隔密度比表

從統計結果可見，心室濃度及心室/室間隔濃度比與圖像質量評分間的spearman系數分別為0.840與0.897，P值均<0.01，可以認為圖像質量與心室CT值濃度及心室/室間隔濃度比均呈顯著正相關，其中與心室/室間隔濃度比相關度更高。提示在CT檢查時，心室有足夠的對比劑濃度，是獲得良好心腔成像圖像的關鍵。

3 討 論

一直以來，心臟多普勒超聲檢查占據著心臟影像學檢查的主導地位。隨著CT設備的進步，CT時間分辨率得到了極大提升，使心臟的成像能力顯著提高[4]。配合心電門控的心臟CTA掃描模式可以使原來顯示不佳的心腔內結構如瓣膜、心室壁等結構得到較清晰地顯示。西門子炫速雙源CT對心臟掃描的時間分辨率達到了75 ms[5]，使其在對心臟運動結構的顯示方面具有先天優勢。由于心腔的解剖較為復雜，且其長軸與身體長軸呈45°夾角，無論超聲還是CT斷面檢查均難以全面反映心臟形態和結構，尤其對于心腔內一些不規則的較小病灶，僅靠斷面更是容易造成誤判，雖然通過多平面重組技術可以對診斷提供幫助，但如果能獲得三維立體的圖像對病變的展示無疑是有較大幫助的。在后處理工作站常規三維重建函數庫內，常用的表面遮蓋投影(surface shade display,SSD)還是VR協議均主要是對臟器的外觀進行展示，缺乏對心腔顯示良好的協議，對管腔顯示主要依靠仿真內窺鏡(virtual endoscope, VE)技術展示，但VE由于模擬內窺鏡廣角鏡頭的關系，其獲得的圖像存在一定的廣角畸變，造成局部解剖結構顯示的失真，對于主動脈、氣道等規則管腔雖可以將視角調整到管腔中心來減少畸變[6]，但對于心腔這種形態不規則的結構這樣的畸變是難以避免的，這對于心腔結構的顯示來說是不利的。

相對三維重建的基礎來說，有足夠的密度差異配合相應的閾值不透明度曲線即可分割出不同組織結構獲得相應的三維圖像[7]。針對心腔顯示的要求，通過VR配合適當的閾值不透明度曲線，本組資料選擇了梯形曲線加以調制，選擇僅顯示軟組織密度區間的物質與結構，對較高和較低密度的物質與結構不加以顯示， 使VR圖像上僅顯示心肌而隱藏高密度的心腔與低密度的肺組織，以達到使心腔透明化的目的，配合虛擬手術刀技術，切開部分組織，即可觀察心腔內的結構。由于顯示是基于VR的，避免了圖像失真，能更好地評估病灶情況，了解病灶與周圍解剖結構的關系(圖1a-c、圖2)，為進一步的診治提供更翔實的依據。對于所需的密度差異，本組數據顯示，常規冠脈檢查所達到的左心室充盈濃度已基本滿足心腔內成像所需的對比劑要求，其評分4分以上的圖像占到90.7%，并且對于那些僅需了解病灶與周圍解剖關系的應用，評分3分的圖像也可以獲得較好的效果。

圖1a-c：室間隔缺損(ventricular septal defect, VSD)患者。a.軸位圖像：能顯示VSD的存在()，但缺乏形象化，對缺損形態及周圍關系不佳。b. 仿真內窺鏡成像：雖能較好顯示VSD形態()，但由于圖像的畸變，影像判斷病灶的位置和周圍關系。c. VR心腔內成像：右下角為曲線方案，兩腔心切面，同時能顯示VSD()、左、右心室腔，并清楚顯示VSD與主動脈及心室嵴的關系。圖1 病灶與周圍解剖結構的關系

注：通過心腔內成像顯示主動脈下方室間隔膜部的不規則形態缺損()。圖2 法洛氏四聯癥患者左室長軸切面

由于在顯示心腔時需要采用虛擬手術刀技術剖開心臟表面，對于切開的角度的選擇很重要。為與傳統的觀察角度保持一致，在角度選擇上保證有四腔心位、兩腔心位和一個左心室長軸位是很有必要的，能更好地對心腔內病灶的位置、大小、形態及與周圍大血管的關系做出全面顯示，以對病變情況加以準確評估，這對房室間隔缺損及房室與大血管連接等的顯示應該有益的。而對于心臟瓣膜來說，我們可以觀察到瓣膜的形態與心室壁的關系，配合回顧性心電門控，甚至可以重組出瓣膜運動的情況。而將這樣制作的三維圖像配合3D打印技術，可以直接打印出立體模型，達到真正所見即所得的效果,從而用于手術計劃的制定或仿真[8-9]。 所以，在對于以了解心腔或心臟瓣膜情況為目的的心臟CTA掃描中，調制出適合各自CT后處理工作站心腔內閾值不透明都曲線并將其應用到圖像的三維重組和診斷中是很有意義的。

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Research on modulation and application of intracardiac imaging VR threshold opacity curve in cardiac CTA

LiuJiaji1,WangQian2,ZhangYin1,FengQiuqiu1,YangXi1.

1.DepartmentofRadiology，theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.2.DepartmentofCardiology,theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.

Objective To investigate the feasibility of a new method displaying heart chamber structure by adjusting threshold opacity curve of volume rendering imaging. Methods It was collected and organized records of 96 patients accepting ECG-gated coronary artery CTA, conducted VR imaging process by manually editing trapezoidal threshold opacity curve, and applied 5-score evaluating system to assess imaging result of right and left ventricular chambers after opened cardiac chambers with virtual scalpel. Meanwhile, CT value of right ventricle and left ventricle and ventricular septum were measured. It was analyzed the correlation among ventricular chamber imaging result, ventricle CT value, and ventricle/ Ventricular septum concentration ratio through Spearman's Rank Correlation Coefficient. Results There were a highly positive correlation between heart chamber imaging result and ventricle CT value & ventricle/ventricular septum concentration ratio (rs=0.840 & 0.807,P<0.01). 90.7% of left ventricles with good contrast media filling had shown 4-score above imaging quality. Conclusion The combination of heart chamber with adequate contract media concentration and appropriate threshold opacity curve can produce image required by diagnosis. For cadiac CTA scanning aiming at examination of heart chamber or cardiac valves, it is significant to modulate intracardiac threshold opacity curve adapted to corresponding CT post-processing working station and apply it into three-dimension image reconstruction & diagnosis.

Cardiac； Volume rendering imaging； Tomography； X-ray computed

貴州省省市科技合作專項資金資助項目(NO：省市科合[2015]54)

R861.2

A

1000-744X(2016)08-0817-03

2016-03-26)