前瞻性心電門控聯合全模型迭代重建算法在左心房及肺靜脈CT成像中的可行性和價值研究*

劉建強 葛建新 劉晶哲*

對藥物治療無效的房顫患者而言,左心房射頻消融被認為是目前有效治療方法之一[1].射頻消融術前行多層螺旋CT(multislice spiral CT,MSCT)左心房及肺靜脈成像能夠為臨床醫生準確提供肺靜脈數量和位置、肺靜脈開口直徑、周圍器官相鄰關系以及左心房是否有血栓形成等信息[2].目前,全模型迭代重建(iterative model reconstruction,IMR)算法已經應用于臨床,但重建的圖像相對其他重建模式下的圖像在視覺感官不被臨床醫生所廣泛接受,而其算法卻可以降低圖像的噪聲,前置門控掃描模式的運用能夠在不降低圖像質量的前提下降低輻射劑量[3-5].為此,本研究根據國際放射委員會提出的合理使用低劑量(as low as reasonably achievable,ALARA)原則,探討前置門控聯合IMR算法在左心房及肺靜脈成像掃描方案的可行性及其臨床價值.

1 資料與方法

1.1 臨床資料

收集2018年3-10月在清華大學第一附屬醫院治療的42例房顫患者,其中男性21例,女性21例;年齡14~70歲,平均年齡(63.2±14.5)歲;體質量指數(body mass index,BMI)為22~28.將所有患者采用數表法隨機分為對照組和觀察組,每組21例.根據不同方案進行CT掃描檢查.對照組中男性9例,女性12例;平均年齡(57.2±15.8)歲,平均心率為(76.6±10.8)bpm,BMI為25.7;觀察組中男性12例,女性9例;平均年齡(69.1±10.3)歲,平均心率為(70.7±8.6)bpm,BMI為26.9.對照組采用回顧性門控掃描模式,濾波反投影(filter back projection,FBP)重建.觀察組為前瞻性前置門控掃描模式,分別使用FBP和IMR進行圖像重建,得到A和B兩組圖像.兩組患者年齡、性別及BMI差異均無統計學意義),具有可比性.

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①身體指數在22~28;②屏住呼吸良好的患者.

(2)排除標準:①嚴重心功能不全;②腎功能不全(肌酐清除率≤120 μmol/L);③妊娠或哺乳期婦女;④已知造影劑過敏史;⑤無法屏氣.

1.3 儀器設備

采用Philips Brilliance iCT型256層CT掃描機(荷蘭飛利浦公司);Medrad Stellant D-CE雙筒高壓注射器(美國Medrad公司).

1.4 CT檢查方法

(1)檢查前準備.患者取仰臥位平躺于掃描床正中,雙臂舉于頭上,頭先進.首選右上肢靜脈建立外周靜脈通路,并在掃描前與患者進行良好的溝通,完成對患者的屏氣訓練.

(2)掃描參數設置.使用Philips Brilliance iCT型256層CT掃描機和ISP工作站.掃描范圍自氣管隆嵴至心臟膈面,使用Medrad雙筒高壓注射器進行對比劑注射.對比劑選用碘帕醇370 mg I/ml(非離子型),通過肘正中靜脈團注對比劑,流率是5 ml/s,注射50 ml對比劑后繼續注射30 ml生理鹽水.采用人工智能觸發技術(感興趣區設在肺動脈干,觸發閾值250 HU)掃描延遲時間為8 s.①A組采用的參數:準直器寬度為128X0.625 mm,矩陣為512X512,層厚為0.9 mm,層間距為0.9 mm,管球旋轉時間為0.27 s/圈,視野(field of view,FOV)為250 mm,設定的管電壓為110 kV,自動毫安調制掃描,管電流下線為50 mAs,管電流上限為200 mAs,螺距0.18,重建算法為濾波反投影(filtered back projection,FBP),重建濾過為standard;②B組采用的參數為:準直器寬度為128X0.625 mm,矩陣為512X512,層厚為0.9 mm,層間距為0.9 mm,管球旋轉時間為0.27 s/圈,FOV為250 mm,設定的管電壓為100 kV,自動毫安調制掃描,管電流下線50 mAs,管電流上限為200 mAs,連接心電門控檢測心率,必要時給予藥物控制心率.采用前瞻性心電門控進行掃描,重建算法分別為FBP和IMR,重建濾過為standard,得到兩組數據分別為B1和B2.

(3)圖像后處理.通過ISP工作站進行數據的重組,通過容積運作算(volume rendering,VR)、多平面重組(multiplanar reformation,MPR)及最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)等后處理方式.

1.5 圖像質量評價

(1)客觀評價.對照組采用FBP重建得到圖像;觀察組分別使用FBP和IMR進行圖像重建,得到A、B兩組圖像.在3組圖像中,每組圖像選取左心房中間層面測量CT值,感興趣區域(region of interest,ROI)約為50 mm2,以CT值的標準差(standard deviation,SD)作為左心房的噪聲SD,以豎脊肌為組織背景,分別測量同層面雙側豎脊肌中央均勻區域的CT值及其標準差(取雙側平均值),注意盡量避開血管及脂肪;重復測量3次,結果取3次的平均值.對比噪聲比(contrast noise ratio,CNR)=(左心房CT值-豎脊肌CT值)÷豎脊肌SD值,信噪比(signal noise ratio,SNR)=左心房CT值÷左心房噪聲SD.

(2)主觀評價.由2名中級以上職稱的放射科醫生采用盲法分別在ISP工作站上對3組圖像采用5分法進行主觀評價:①5分,圖像質量優秀,噪聲很小,解剖細節顯示極好;②4分,圖像質量較好,噪聲較小,解剖結構顯示良好,所有結構可清晰判斷;③3分,圖像質量中等,中等噪聲,解剖結構顯示一般,尚可滿足臨床診斷;④2分,圖像質量較差,噪聲較大,顯示解剖結構不完整,解剖細節顯示差;⑤1分,圖像質量很差,噪聲嚴重,無法獲取有用信息.

(3)記錄兩組患者掃描輻射劑量以及劑量長度乘積(dose length product,DLP).

1.6 統計學方法

采用SPSS20.0軟件進行統計分析.連續數據結果采用均值±標準差(±s)),對照組和觀察組中A、B組的3組圖像間的CT值、圖像噪聲、SNR和CNR采用單因素方差分析,若有差異則采用Least Significant Different法進行組內兩兩比較.兩組DLP比較采用獨立樣本t檢驗,以P<0.05為差異有統計學意義.

2 結果

2.1 圖像質量客觀評價

在對照組和觀察組中的A組圖像質量中,左心房CT值、圖像噪聲、SNR以及CNR比較差異均無統計學意義;觀察組中的A組和B組的圖像噪聲、SNR、CNR比較差異均有統計學意義(t=0.133,t=0.479,t=0.268;P<0.05);B2組和A組的圖像噪聲、SNR、CNR比較差異均有統計學意義(t=7.333,t=-4.051,t=-6.623;P<0.05).客觀評價中觀察組中A組圖像DLP與對照組比較,差異有統計學意義(t=3.75,P<0.05);觀察組中B組圖像SNR、CNR與對照組比較,差異有統計學意義(t=-4.751,t=-6.890;P<0.05),見表1.

表1 42例患者CT圖像質量主客觀評價結果(±s))

表1 42例患者CT圖像質量主客觀評價結果(±s))

注:①表中SNR為信噪比,CNR為對比噪聲比,DLP為劑量長度乘積;②a為與對照組同指標比較,差異有統計學意義(t=3.75,P<0.05),b為觀察組B組圖像SNR、CNR與對照組比較,差異有統計學意義(t=-4.751,t=-6.890;P<0.05)

客觀評價組別 例數主觀評價(分)左心房CT值(HU) 圖像噪聲(HU) SNR CNR DLP(mGy.cm)中位數 范圍對照組 21 403.98±13.53 35±6.85 12.04±1.49 11.285±0.18 366.10±32.4 4 3~5觀察組 A 21 362.57±42.53 34.71±0.14 10.61±0.79 10.89±2.06 252.49±17.34a 4 3~5 B 21 358.39±42.89 19.01±0.19 21.38±11.47b 21.67±4.43b 252.49±17.34 4 3~5 F值 2.228 35.205 13.686 30.467 6.683 P值 >0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05

2.2 圖像質量主觀評價

采用Kruskal-Wallis檢驗,兩組數據無差異.(1)對照組和觀察組患者圖像質量主觀評價均≥3分,滿足診斷要求,見圖1.

圖1 患者CT后處理圖像

(2)對照組與觀察組A組、B組圖像,以及觀察組A組與B組圖像之間評分差異均無統計學意義(t=4.092,t=5.789,t=0.146;P>0.05).

2.3 輻射劑量比較

對照組輻射DLP平均為(366.10±32.4)mGy.cm,觀察組輻射劑量長度乘積平均為(252.49±17.34)mGy.cm,觀察組DLP較對照組減少33%,兩組比較差異有統計學意義(t=3.750,P<0.05).

3 討論

3.1 iCT型256層CT前門控掃描左心房、肺靜脈成像的可行性分析

前門控掃描技術的應用,使整個掃描過程只在心臟相對靜止的舒張期進行采集圖像,避免了因心臟搏動帶來的偽影,提高圖像的質量[6-7].iCT型256層CT曝光最大范圍Z軸8 cm,根據患者的身高發育等個體差異,每次曝光可控制在2~3次[8].前門控是采用非螺旋掃描,管球轉速為0.27 s/圈,2~3圈曝光時間極短,在一定程度上極大的降低了輻射劑量,對照組輻射平均DLP(366.10±32.4)mGy.cm,觀察組輻射平均DLP(252.49±17.34)mGy.cm,明顯低于對照組.

3.2 全模型IMR算法在圖像后重建的可行性

IMR作為CT圖像重建算法,將采集得到的數據作為綜合投影和實際測量投影相比較,將二者差值進行反投影,建立系統噪聲模型并進行校正更新和迭代運算,最終獲得圖像[9].這種重建圖像方法可以降低噪聲并重建出高質量的圖像,從而提高圖像的信噪比[10].本研究中觀察組分別使用FBP和IMR兩種重建方法,得到A、B兩組數據,左心房CT值無差異,圖像噪聲減少了54%,SNR和CNR分別提高了192%和102%,由此可見,IMR對物質的CT值不但無影響,且降低了圖像的噪聲水平[11-12].

4 結語

由于本研究例數較少,尚存在一定局限性,尤其肥胖及過瘦的患者較少,有待加大樣本量進行研究.IMR算法有三個級別,等級越高降噪能力越強[13-15].本研究只用了第一級別,需要日后進一步研究完善.前瞻性心電門控聯合IMR算法在左心房及肺靜脈CT成像時,不但降低了患者的輻射劑量和圖像噪聲,還增加了圖像的信噪比,在一定程度上能夠提高圖像的質量,增加診斷能力.