混合迭代重建混合權重對心臟CT冠狀動脈鈣化積分影響

張卓璐， 劉卓， 洪楠

冠狀動脈疾病(coronary artery disease，CAD)是臨床常見疾病之一且患病率持續上升。早期發現和積極干預有助于控制疾病進展。基于心臟CT圖像冠狀動脈鈣化積分(coronary artery calcium score，CACS) 是常用量化分析冠狀動脈鈣化程度指標，是冠狀動脈疾病獨立預測因素，對預測急性冠狀動脈事件有明確價值，可作為急性冠狀動脈事件危險程度分層依據。相關指南與專家共識中推薦在冠狀動脈CT血管成像(coronary computedtomographyangiography，CCTA)前行鈣化積分掃描并計算鈣化積分[1-4]。

需要注意是鈣化積分掃描曝光條件與圖像重建參數對鈣化積分計算結果有較大影響，包括管電壓、管電流、圖像層厚、顯示視野、重建算法等[5-11]。本研究旨在評價自適應統計迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction veo,ASIR-V)混合權重對心臟CT冠狀動脈鈣化積分影響。

材料與方法

1.研究對象

回顧性分析2019年1月本院完成CCTA 檢查100例，其中男59例，女41例，平均年齡60±10.6歲(37～84歲)。CCTA增強掃描前受檢者常規接受心電門控鈣化積分掃描。掃描時受檢者平均心率73±11.4次/分(46～106次/分)。

2.掃描方案

掃描設備選擇256排探測器CT(Revolution CT；GE Healthcare)。受試者取仰臥位，雙手抱頭。掃描范圍由氣管分叉下1 cm至心底。準直器最大寬度0.625 mm×256。機架旋轉速度0.28 s/r。據Agatston積分方法要求鈣化積分掃描管電壓選擇120 kVp。開啟自動曝光控制功能，管電流10～650 mA。初始重建(primary reconstruction)層厚、間隔0.625 mm。混合迭代重建(ASIR-V)權重選擇50%，并選擇標準重建類型。預設噪聲指數(noise index，NI)選擇35 HU。檢查前連接心電門控電極。心率<65次/分受檢者曝光時間窗設在75% R-R間期。心率≥65次/分受檢者曝光時間窗設在45% R-R間期。

3.二次重建

分別利用濾波反投影(filtered back projection，FBP)即ASIR-V0%、 ASIR-V20%、ASIR-V40%、ASIR-V60%、ASIR-V80%、ASIR-V100%對原始數據進行二次重建(secondary reconstruction)。二次重建層厚、間隔2.5 mm。顯示視野(displayfieldofview，DFOV)25 cm。二次重建選擇標準重建類型(卷積核)。

4.CT值測量和鈣化積分以及危險分層

圖像傳輸至后處理工作站(advantageworkstation，AW 4.7；GE Healthcare)，在升主動脈根部勾畫感興趣區(region of interest，ROI)，記錄CT值平均值、標準差。以標準差作為評價圖像噪聲水平指標。以鈣化斑塊為中心放置ROI,面積>斑塊且不包括骨骼，該區域最大CT值記為鈣化斑塊最大CT值。利用鈣化積分半自動測量軟件(smartscore 4.0；GE Healthcare)計算Agatston積分、體積積分(mm3)及質量積分(mg)。據Agatston積分計算冠脈鈣化危險分層，計算標準見表1[12]。

表1 冠狀動脈鈣化危險分層標準

5.輻射劑量

據劑量報告記錄容積CT劑量指數(volume CT doseindex，CTDIvol)、劑量長度乘積(doselengthproduct，DLP)。計算有效劑量(effectivedose，ED)，ED=DLP×0.014。

6.統計方法

計量資料以平均值±標準差表示。正態分布數據采用單因素重復測量方差分析；非正態分布數據采用Friedman檢驗。P<0.05為具有統計學意義。使用SPSS 20.0統計軟件進行統計學分析。

結 果

1.鈣化積分

不同混合權重對鈣化積分的影響如表2，圖1、2。隨ASIR-V權重增加Agatston積分、體積積分及質量積分均逐漸下降，差異具有統計學意義(P<0.05)。100位受檢者中27人FBP所得Agatston積分為0。FBP所得積分為0，則其它算法所得積分均為0。

圖1 男，84歲，右冠鈣化斑塊(箭)。a,b) FBP； c,d) ASIR-V20; e,f) ASIR-V40; g,h) ASIR-V60; 斑塊最大CT值超過130HU，軟件可識別(紅色標記)；i、j) ASIR-V80; k,l) ASIR-V100。斑塊最大CT值低于130HU，軟件不識別。

2.升主動脈和鈣化斑塊CT值

不同混合權重所得圖像升主動脈CT值平均值、標準差，鈣化斑塊(65枚)最大CT值測量結果如表2、圖3。隨ASIR-V權重增加升主動脈CT值標準差逐漸下降，差異有統計學意義(P<0.05)，說明圖像噪聲水平逐漸降低；升主動脈CT值平均值差異無統計學意義(P=0.631)。65枚斑塊分別來自65位受檢者，其中26枚最大CT值隨混合權重增加而升高(圖4)；27枚最大CT值隨混合權重增加而降低；12枚最大CT值無明顯變化(差異<2HU)。鈣化斑塊最大CT值差異無統計學意義(P=0.852)。

圖2 ASIR-V混合權重對鈣化積分影響。 圖3 ASIR-V混合權重對升主動脈CT值(HU)影響。

圖4 女，54歲，前降支鈣化斑塊。a) FBP； b) ASIR-V20; c) ASIR-V40; d) ASIR-V60; e) ASIR-V80; f) ASIR-V100。升主動脈CT值標準差逐漸降低，平均值無明顯變化(ROI 1)，鈣化斑塊最大CT值逐漸升高(ROI 2)。

表2 不同ASIR-V混合權重圖像CT值測量結果及鈣化積分

3.危險分層

相較于FBP算法，ASIR-V算法導致Agatston鈣化積分降低從而有可能導致危險分層降低。100位受檢者中10人危險分層在不同重建算法間發生變化。其中8位受檢者危險分層由低危險(Ⅰ級)降至極低危險(0級)；2位受檢者由中度危險Ⅱ級降至低危險Ⅰ級(表3)。

表3 10位受檢者危險分層在不同混合權重間發生變化

4.輻射劑量

容積CT劑量指數(CTDIvol)：(3.69±1.18)mGy(1.50～6.74mGy)；劑量長度乘積(DLP)：(52.37±16.82)mGy·cm(20.94～94.33mGy·cm)；有效劑量(ED)：(0.7±0.2)mSv(0.3～1.3mSv)。

討 論

CAD是目前臨床多發，致死率、致殘率較高疾病之一。冠狀動脈疾病防治主要目的是減少急性冠狀動脈事件發生。據冠狀動脈CT圖像獲得血管狹窄情況、斑塊情況與未來急性冠狀動脈事件之間關系始終受到臨床關注[13，14]。危險程度分層目的是利用冠狀動脈粥樣硬化CT征象對患者進行危險程度評估，從而為冠心病臨床診治提供依據。鈣化積分對預測急性冠狀動脈事件具有較高價值。基于CT圖像鈣化積分方法包括Agatston積分、體積積分及質量積分等。大量研究證明利用Agatston積分對急性冠狀動脈事件危險程度進行分層已被臨床廣泛認可。Greenland等發現15.4%鈣化積分>300受檢者7年內發生了急性冠狀動脈事件。Petretta等[15-16]發現近50%鈣化積分>400分受檢者兩年以后發生了急性冠狀動脈事件，顯著高于低鈣化積分受檢者。需要注意的是鈣化積分會受到多種成像參數的影響包括曝光條件即管電壓、管電流等，以及重建參數即重建層厚、顯示視野、重建算法等。本研究旨在評價混合迭代重建算法(ASIR-V)混合權重對鈣化積分及危險分層的影響。

目前，相較于傳統濾波反投影(FBP)重建算法，迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法應用更為廣泛。迭代重建算法可顯著降低圖像噪聲，提高密度分辨率、空間分辨率，從而改善圖像質量并給輻射劑量降低提供空間。迭代重建算法包括混合(hybrid)迭代及完全(fully)迭代兩種類型[17]，前者應用更為廣泛。混合迭代重建算法所得圖像由IR圖像與FBP圖像按一定比例混合而成。以ASIR-V為例ASIR-V20%表示圖像由IR圖像與FBP圖像以2:8的比例混合而成；ASIR-V0%即FBP圖像；ASIR-V100%即IR圖像[18，19]。

本研究顯示與FBP算法相比ASIR-V算法可明顯降低圖像噪聲且隨著混合權重的增加噪聲水平逐漸降低。ASIR-V混合權重也影響鈣化斑塊最大CT值。同時，混合權重增加還會導致鈣化積分降低甚至危險分層的降低。100位受檢者中共有10人的危險分層隨著ASIR-V混合權重升高而改變。其中8位受檢者危險分層由低危險(Ⅰ級)降至極低危險(0級)；2位受檢者由中度危險(Ⅱ級)降至低危險(Ⅰ級)。筆者認為本研究僅納入100位受檢者，若樣本量擴大則極有可能出現危險分層由高危險(Ⅲ級)降至中度危險(Ⅱ級)的情況。危險分層改變會直接影響臨床治療方案的制定，造成不良后果。

本研究尚存不足的是所有測量與計算僅由一套鈣化積分測量軟件完成，未使用其它軟件。不同軟件所得結果是否相同待進一步研究。其次，筆者尚無法解釋ASIR-V權重增加導致鈣化積分降低原因。如何選擇合適迭代算法評估患者危險分層有待研究。

綜上所述，本研究結果顯示與FBP算法相比混合迭代重建算法(ASIR-V)會降低冠狀動脈鈣化積分且隨著混合權重的增加積分逐漸降低。鈣化積分降低可能導致危險分層降低。在計算鈣化積分與危險分層時須特別注意圖像重建參數。