體重指數正常患者80 kVp低劑量冠狀動脈CTA成像聯合全模型迭代重建與iDose4、FBP重建算法圖像質量的對照

趙正凱 程紹玲 賴聲遠 曲曉峰

(1成都市第三人民醫院，四川 成都 610031；2大連醫科大學附屬第二醫院)

冠狀動脈CT血管造影(CCTA)成像對于冠狀動脈疾病(CAD)的評估具有非侵入性的優勢〔1〕，現已常規應用于臨床；然而高輻射劑量所致的潛在致癌風險越來越引起人們的關注〔2,3〕。目前有多種方法可降低CT掃描的輻射劑量：降低管電壓、降低管電流、大螺距技術、前瞻性ECG觸發掃描技術和各種迭代重建技術等〔4,5〕。CT輻射劑量與管電壓的平方呈正比，臨床上通過降低管電壓可達到降低輻射劑量的目的〔6,7〕，而降低管電壓的缺點是增加了圖像噪聲并降低了圖像質量。

全模型迭代重建(IMR)是一種新的基于完整模型的高級迭代重建算法，代表了CT重建技術領域的最新進展，IMR以結構化知識模型為基礎，結合系統模型、幾何模型、解剖模型和噪聲模型等多個具有CT系統特性的模型；此外，因IMR不含濾波反投影(FBP)技術成分，在計算上更復雜、精確，IMR技術的應用給醫務工作者保證圖像質量的基礎上進一步降低CCTA輻射劑量的理想帶來了希望〔8,9〕。有研究報道〔9〕，與FBP相比，IMR可減少重建時間并可降低78%的圖像噪聲。本研究探討256層螺旋CT 80 kVp低劑量掃描聯合IMR對CCTA在體重指數(BMI)20～25 kg/m2患者中應用的價值。

1 材料與方法

1.1對象 收集2016年3～12月在大連醫科大學附屬第二醫院疑診為冠心病患者30例，男16例，女14例，年齡46～80歲，平均(62.6±8.8)歲，BMI(22.4±1.9)kg/m2，心率(62.7±9.6)次/min。CCTA檢查前告知所有患者檢查內容及注意事項，本研究獲得所在醫院倫理委員會批準，并簽署知情同意書。納入標準：①BMI 20～25 kg/m2；②冠脈鈣化積分<400。排除標準：①碘對比劑過敏；②腎功能不全〔血肌酐>133 μmol/L(1.5 mg/dl)〕；③冠狀動脈支架植入術后；④嚴重心律不齊，妊娠；⑤心力衰竭(紐約心臟病協會心功能Ⅲ、Ⅳ級)。

1.2檢查方法 CCTA檢查采用256層螺旋CT(Brilliance 256 iCT；荷蘭Philips Healthcare)，使用回顧性心電門控，掃描范圍從氣管分叉到心臟膈面。掃描參數：管電壓80 kVp，管電流根據患者BMI設為自動毫安調節，準直器寬度128×0.625 mm，層厚0.90 mm，層間距0.45 mm，螺距0.18，FOV為242 mm×242 mm，矩陣512×512。使用造影劑實時監測手動觸發掃描，監測點位于氣管分叉層面的降主動脈中心點，造影劑注射10 s后系統開始自動監測，每1 s掃描監測點層面一次，當監測點CT值達到100 HU后手動開啟自動掃描模式，6 s后開始掃描，得到增強圖像。對比劑注射：采用Braccoinjeneering S.A.Empower CT血管造影(CTA)雙筒高壓注射器，20 G套管針，置于前臂靜脈，注射造影劑碘佛醇(320 mgI/ml)65 ml，流率5 ml/s，造影劑注射完成后以同樣速率注射30 ml的生理鹽水。

1.3CT圖像重建 將所有原始數據傳輸至飛利浦后處理工作站(EBW4.01/Cardiac Viewer,Extended Brilliance Workspace)進行重建及分析。原始數據分別采用IMR(Level 1 Cardiac-Routine；A組)、iDose4算法(L4；B組)和濾波反投影(FBP；C組)重建得到薄層軸位圖像。

1.4CT輻射劑量 記錄由CT檢查設備生成的CCTA檢查的劑量長度乘積(DLP)；根據公式計算患者接受的有效輻射劑量(ED)，ED=DLP×k,k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.5圖像質量的定量分析 分別對3組同一期相相同層面相同位置的橫軸位圖像進行測定和記錄：升主動脈根部(左冠脈竇層面)，冠脈左主干(LM)，右冠狀動脈(RCA)及左冠狀動脈前降支(LAD)近、中、遠段，左冠狀動脈回旋支(Lcx)近、遠段水平的軸位血管腔及其血管周圍心包脂肪作為感興趣區(ROI)。測量升主動脈根部及冠脈各段的平均CT值及噪聲值、血管周圍心包脂肪的CT值；測量各ROI面積大于所測血管管腔面積的一半且不接近血管壁的邊緣，內徑﹤1.5 mm的血管認定為不可測量；每段血管分別測量3次，取其平均值作為最終測量值。噪聲值分別為各段冠脈所測得CT值的標準差(SD值)。測定同層面動脈血管周圍脂肪CT值，其ROI為不包含血管的最大面積。計算對比噪聲比(CNR)：CNR=(各段動脈CT值-各段周圍心包脂肪CT值)/各段噪聲值。

1.6圖像質量的定性分析 2名具有5年以上CCTA診斷經驗的放射科醫師評價圖像質量，但對患者信息及待評估圖像的掃描條件、重建方法不知情；當兩位醫師的評價結果不一致時，通過商議獲得共識評分。定性評價指標包括主觀圖像噪聲及條紋偽影、血管邊緣銳利度及總體圖像質量：①主觀圖像噪聲及條紋偽影分級：1:嚴重且不可評估；2:干擾冠狀動脈評估；3:尚可，不干擾冠脈評估；4:低，低于平均值；5:最小或不存在。②血管邊緣銳利度分級:1:模糊且不可評估；2:比平均水平差；3:平均值；4:好于平均水平；5:最清晰。③總體圖像質量分級:1:不可接受；2:差；3:尚可；4:好；5:優秀。評價圖像時允許調整窗寬及窗位。采用美國心臟病協會(AHA)的冠脈分段方法，將冠脈分為15個節段；對3組重建圖像的冠脈每個節段的圖像質量進行評分,分為4個等級：1：嚴重圖像噪聲、嚴重偽影致冠脈節段無法評估；2：大量噪聲及較重偽影，限制診斷信息；3：少量噪聲及偽影，可提供足夠診斷信息；4：噪聲極小，無明顯偽影，圖像質量優秀。冠脈各節段圖像質量評分≥3分為可評估節段。

1.7統計學分析 采用SPSS21.0軟件，3組間定量評價指標比較采用單因素方差分析，定性評價指標及冠脈各節段的圖像質量評分比較使用Friedman檢驗。

2 結 果

2.1定量圖像質量分析 80 kVp掃描3種重建算法的冠脈各節段CT值差異均無統計學意義(P>0.05)(表1)。IMR組冠脈各節段圖像噪聲值(SD)均明顯低于iDose4組及FBP組，iDose4組SD值亦明顯低于FBP組，且3組間SD值差異具有統計學意義(P<0.001)(表2)。IMR組冠脈各節段CNR均明顯高于iDose4組及FBP組，且3組間CNR差異具有統計學意義(P<0.001)(表3)。

表1 3組冠脈各節段CT值比較

表2 3組冠脈各節段SD比較

表3 3組冠脈各節段CNR的比較

2.2定性圖像質量分析 IMR組定性圖像質量指標(主觀圖像噪聲、血管邊緣銳利度、條紋偽影及總體圖像質量)評分均顯著高于iDose4組及FBP組(P<0.001)。見表4。典型病例圖片見圖1及圖2。3組間冠脈各節段圖像質量評分結果見表5。3組均為389個冠脈節段，IMR組369個(94.9%)可評估節段、20個(5.1%)不可評估節段，平均分數(3.64±0.61)分；iDoses組306個(78.7%)可評估節段、83個(21.3%)不可評估節段，平均分數(2.96±0.63)分；FBP組242個(62.2%)可評估節段、147個(37.8%)不可評估節段，平均分數(2.68±0.57)分。IMR組冠脈各節段平均分數及可評估節段數均明顯高于iDose 4組和FBP組(P<0.001)，而不可評估節段數明顯低于iDose4組和FBP組(P<0.001)。

2.3CT輻射劑量 患者平均有效輻射劑量為(3.5±0.4)mSv。

表4 3組定性圖像質量評分的比較分)

a：IMR算法圖像噪聲及條紋偽影明顯低于iDose4及FBP算法圖像，圖像質量優于iDose4及FBP算法圖像；b：iDose4圖像質量亦優于FBP算法圖像；c:FBP算法圖像圖1 女，65歲(BMI 22.2 kg/m2)，80 kVp CCTA 3種算法重建的圖像質量對比

a：IMR算法血管邊緣銳利度、圖像噪聲及血管管腔顯示均明顯優于iDose4及FBP算法圖像；b：iDose4圖像質量亦優于FBP算法圖像；c：FBP算法圖像圖2 男，58歲(BMI 22.4 kg/m2)，80 kVp CCTA 3種算法重建的圖像質量對比

表5 3組冠脈各節段圖像質量評分比較

續表5 3組冠脈各節段圖像質量評分比較

3 討 論

CCTA是一種常規的、非侵入性的CAD影像學診斷方法；然而，CCTA的高輻射劑量所致醫療輻射暴露相關的潛在的隨機癌癥風險日益受到人們關注〔2〕。降低管電壓可明顯減少輻射劑量并增加血管CT值，因為輻射劑量與管電壓的平方呈正比；但降低管電壓會使穿透人體的X射線光子數減少，探測器收集的數據完備性較差，圖像噪聲隨之增加。

與前代的迭代重建(IR)算法不同，IMR是最新的非線性全模型迭代重建技術；其不涉及在投影域中與FBP混合，并且在計算上更復雜和準確。IMR基于微平板探測器和硬件平臺，以結構化知識模型為基礎，準確地確定數據和圖像統計模型，在重建中與系統模型耦合并且通過不斷迭代采集較純凈的源數據使其與理想模型之間的差異最小化來產生最佳圖像。IMR可在更低輻射劑量條件下重建出滿足臨床診斷需要的圖像，并明顯降低圖像噪聲，顯著提升圖像的空間、密度及軟組織分辨率〔10,11〕。Suzuki等〔12〕研究表明，腹部CT掃描IMR算法較高級混合迭代重建(HIR)可明顯降低圖像噪聲、提升低對比分辨率，并改善圖像邊緣銳利度，特別是在1 mm薄層圖像優勢更明顯。

本研究表明80 kVp CCTA聯合IMR冠脈各節段圖像噪聲較iDose4及FBP分別降低31%～54%、50%～71%；80 kVp低劑量CCTA掃描IMR冠脈各節段CNR及定性圖像質量評分均明顯高于iDose4及FBP，但不能證明IMR技術能提高圖像CT值。Oda等〔10〕使用常規120 kVp冠脈掃描方案研究表明，IMR改善了圖像質量并可降低圖像噪聲。Yuki等〔13〕比較非肥胖患者100 kVp的IMR和HIR，證明IMR可得到更好的圖像質量，更少的噪聲和偽影。本研究表明，BMI 20～25 kg/m2的患者80 kVp CCTA掃描聯合IMR比iDose4、FBP可顯著降低圖像噪聲并可明顯提高圖像質量。

本研究的局限性：①總體病例數不多，樣本量需要進一步增加。②患者BMI為20～25 kg/m2，未對超重及肥胖患者進行研究。③冠脈狹窄程度診斷的準確性未評價。在未來的研究中，我們計劃進行大樣本前瞻性研究，評價低管電壓CCTA聯合IMR技術的圖像質量及診斷準確性。