CT掃描技術獲取原始數據行肺靜脈3D建模技術的應用分析

李 強，李 正，吳清武，竇文廣，岳軍艷

肺靜脈CT成像在我國臨床上廣泛應用，在肺靜脈狹窄、肺靜脈鎖閉、肺靜脈畸形等疾病診斷及心房顫動治療中提供重大幫助。尤其是3D建模打印技術快速發展和改善，在諸多領域中顯示出絕對優勢，在眾多心血管疾病診療中開創新途徑，成為解剖學與傳統影像學間的重要紐帶。肺靜脈3D建模打印是目前臨床診療的新手段，提高術前病情、解剖結構的精準評估，指導手術方案制定，在臨床教學和醫患溝通中也占據重要地位[1-2]。因為肺靜脈3D建模通過精準顯示肺靜脈與左心房解剖結構，模擬手術過程，從而使手術時間明顯縮短，并提高成功率。但因為該技術建立在肺靜脈CT掃描獲得的原始數據上，數據的分辨率對后期建模有重要影響，臨床通常通過提高CT掃描管電壓和提高對比劑濃度達到提高分辨率的目的[3]。但根據合理應用低劑量原則，需要在確保獲取最佳分辨率、保證優質3D建模效果的同時，盡可能減少病人輻射劑量；此外，目前許多研究者提出雙低劑量能有效減少輻射劑量，但在處理原始圖像時應該采取的權重自適應統計迭代重建(adapitive statistical iterative reconstruction，ASIR-V)尚不明確[4-5]。基于此開展本研究，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 納入我院2018年2月—2018年12月擬行肺靜脈3D建模的20例病人，隨機抽取10例作為對照組，余10例作為觀察組。納入標準：體質指數(BMI)為20～25 kg/m2；簽署知情同意書；年齡18～79歲。排除常規CT增強掃描禁忌證、精神病史、妊娠期和哺乳期女性。20例病人中，男11例，女9例；年齡29～58(43.17±9.43)歲。對照組，男6例，女4例；年齡29～55(43.23±8.93)歲。觀察組，男5例，女5例；年齡32～58(42.90±8.78)歲。兩組一般資料比較，差異無統計學意義(P>0.05)。本研究獲得我院倫理委員會批準(倫理批件編號：2017351)，另因不同權重ASIR-V重建中為同一組病人，故無須確認資料均衡性。

1.2 方法

1.2.1 CT掃描和后期處理 使用GE Revolution 256排(GE Health care，Milwaukee，USA)掃描儀。對照組使用350 mgI/mL高滲對比劑碘海醇，管電壓為120 kVp。觀察組使用320 mgI/mL低濃度等滲對比劑碘克沙醇，管電壓為100 kVp。采用容積掃描，采集范圍160 mm，視野25 cm，層間距0.625 mm，層厚0.625 mm，機架旋轉速度為0.28 s/r，對比劑追蹤手動激發，觀察組對比劑以4.5 mL/s注射，共注射45 mL，迭代算法60%ASIR-V，管電流AUTO mA；對照組對比劑以5 mL/s注射，共注射50 mL，采用濾波反投影法(FBP)，管電流200 mA。對比劑追蹤手動激發，感興趣區設定在升主動脈水平，閾值100 HU，注射對比劑后8 s開始監測，監測間隔1 s，延時2 s掃描。均使用GE AW 4.7后處理工作站重建原始圖像，觀察組中不同權重ASIR-V除60%外，還包括20%、40%、50%和80%，層厚為0.625 mm。

1.2.2 數據測量與分析 肺靜脈CT DICOM數據圖像質量評估，客觀指標：對比噪聲比(CNR)、信號噪聲比(SNR)、噪聲。圖像噪聲采用左心房CT值標準差(SD)表示，SNR=左心房CT值/SD，CNR=(左心房CT值-脂肪CT值)/SD。肺靜脈3D建模圖像質量主觀評價使用5分法，由好至壞評分為0～5分；3D模型質量非常好，血管銳利光滑，細節清晰無瑕，為5分；模型質量非常好或良好，血管平整性和光滑性佳，細節較清晰，無明顯瑕疵為4分；模型質量良好，血管平整光滑，細節欠清晰，有輕度瑕疵，為3分；模型質量尚可，血光平整性和光滑性欠佳，細節模糊，有瑕疵為2例；模型質量差，血管不平整、不光滑，細節顯示不清晰，瑕疵嚴重為1分。掃描劑量在掃描結束后測量，記錄劑量長度乘積(DLP)和CT容積劑量指數(CTDIvol)，計算有效輻射劑量(ED)，ED=DLP×K，K即轉換因子，根據歐盟委員會CT質量標準指南，K值取0.017 mSV/(mGy·cm)。

1.3 觀察指標 比較觀察組與對照組輻射劑量(ED、DLP、CTDIvol)。對比觀察組與對照組3D圖像質量主觀評分。記錄雙低劑量下不同權重組(20%、40%、50%、60%、80%)3D圖像質量客觀指標(CNR、SNR、SD、圖像CT值)和3D圖像質量主觀評分情況。

2 結 果

2.1 觀察組與對照組輻射劑量比較 觀察組ED、DLP、CTDIvol低于對照組(P<0.05)。詳見表1。

表1 觀察組與對照組輻射劑量比較(±s)

2.2 觀察組與對照組3D圖像質量主觀評分比較 觀察組與對照組3D建模質量主觀評分比較，差異無統計學意義(P>0.05)。詳見表2。

表2 觀察組與對照組3D圖像質量主觀評分比較 單位：例(%)

2.3 雙低劑量下不同權重重建3D圖像質量客觀評估結果比較 隨著ASIR重建權重比例升高，CNR、SNR逐漸升高，SD逐漸降低，呈線性關系(P<0.05)；不同權重ASIR-V下圖像CT值比較差異無統計學意義(P>0.05)。詳見表3。

表3 雙低劑量下不同權重重建3D圖像質量客觀評估結果比較(±s)

2.4 雙低劑量下不同權重重建3D圖像質量主觀評分比較 隨著ASIR-V升高，圖像質量主觀評分升高，80%時評分達到最高(P<0.05)。詳見表4。

表4 雙低劑量下不同權重重建3D圖像質量主觀評分比較(n=10) 單位：例(%)

3 討 論

數字化與影像學快速發展，醫學不斷朝著精準化和個體化發展。3D建模已打印技術是一種可真實打印三維物體的技術，建立在堆積和離散原理之上，由計算機輔助設計通過成形設備，用材料累加法制成實物模型技術[6]。3D建模已在國內外各種復雜手術術前評估以及手術操練中應用，能提高手術個性化，提高手術操作熟練程度，最終為提高手術救治率做出貢獻，彌補了傳統影像學的不足[7-8]。

但是目前醫學領域的3D建模仍然離不開影像學輔助，影像學質量決定了3D模型的仿真高度和質量，提升影像學數據質量是提高3D模型反映真實解剖結構精確性的重要途徑[9-10]。然而提高CT影像數據質量，難免需要加大輻射劑量，雙低CT掃描成為近年來研究熱點，但關于雙低CT掃描聯合3D醫學建模的報道較少。

本研究結果顯示，觀察組ED、DLP、CTDIvol低于對照組(P<0.05)。觀察組3D圖像主觀評分中1分、2分、3分、4分、5分占比分別為0.00%、0.00%、20.00%、30.00%、50.00%，對照組分別為0.00%、10.00%、20.00%、30.00%、40.00%，兩組比較差異無統計學意義(P>0.05)。提示雙低劑量既降低了CT掃描輻射劑量，又確保不降低后期3D建模圖像質量。相對而言，雙低劑量優勢較常規劑量更大。這與曾寧等[11]研究報道的觀察組肺靜脈3D建模輻射劑量指標(ED、DLP、CTDIvol)低于對照組(P<0.05)，而兩組肺靜脈3D建模質量主觀評分(使用5分評分法)比較差異無統計學意義(P>0.05)的結果一致。

已有報道中普遍顯示低輻射劑量和低濃度對比劑能提高碘CT值，ASIR能抑制圖像噪聲[12-13]。ASIR算法是圖像重組技術，與既往濾波反投影重組成像比較，ASIR利用矩陣代數，使用一種數學模型選擇性識別并消除圖像噪聲，并最大限度保留圖像真實性，既保留良好的圖像空間分辨度，又降低了輻射劑量[14-15]。本研究分別以ASIR 20%、40%、50%、60%、80%進行對比分析，結果顯示，隨著ASIR重建權重比例升高，CNR、SNR逐漸升高，SD逐漸降低(P<0.05)；不同權重ASIR下圖像CT值差異無統計學意義(P>0.05)。Gill等[16]在研究雙低條件下，相對于FBP重建算法，ASIR為20%、40%、60%、80%時，圖像噪聲下降程度逐漸增加，分別為9%、21%、30%、45%、52%，CNR和SNR均逐漸提高(P<0.05)。Polf等[17-18]研究對比雙低劑量CT掃描下不同權重ASIR-V肺靜脈CT DICOM數據圖像質量，發現隨著ASIR-V升高，SD降低，CNR和SNR-V升高(P<0.05)，CT值差異無統計學意義(P>0.05)。說明提高ASIR-V能有效降低圖像噪聲。本研究中隨著ASIR-V升高，圖像質量主觀評分升高，80%時評分達到最高(P<0.05)，3分、4分、5分占比分別為10.00%、60.00%、30.00%。提示ASIR能提高圖像質量主觀評分。在ASIR達到60%以上時，能保證低輻射劑量和低對比劑濃度和低圖像噪聲，確保3D建模圖像質量。有研究報道在ASIR達到40%和60%時對雙低條件下數據進行重建和冠狀動脈3D建模，具有最高的圖像質量主觀評分，獲得最高的圖像質量，同時減少病人承受的輻射劑量[19-20]。

綜上所述，用于BMI 20～25 kg/m2病人中320 mgI/mL低濃度等滲對比劑碘克沙醇、管電壓100 kVP下的雙低CT掃描技術，獲取的原始數據結合ASIR-V重建算法60%以上時進行3D建模，能獲得滿意的3D建模效果，可減少輻射劑量，達到臨床診斷要求。