新一代心血管專用CT高清掃描模式與迭代重建技術對冠狀動脈支架植入術后CCTA成像的價值

林躍鋒，趙恒宇，郭英，葉良海，王觀水，王博

1. 廈門大學附屬心血管病醫院 影像科，福建 廈門 361000；2. GE中國CT影像研究中心，廣東 廣州 510623

引言

雖然支架植入術是治療冠心病的一種較為成功有效的方法，但有5%～46%的冠狀動脈支架會發生再狹窄。無創、有效的支架隨訪方法變得越來越重要和不可或缺[1]。目前寬體CT 冠狀動脈血管造影（Coronary CT Angiography，CCTA）在冠狀動脈和冠狀動脈支架成像的評估中發揮著越來越重要的作用。盡管技術不斷進步，但使用常規多排探測器標準清晰度CT 掃描儀（空間分辨率為0.33～0.50 mm，平面內空間分辨率和對比度分辨率為5 mm）對冠狀動脈支架進行評估的價值是非常有限的，特別是對于直徑＜3 mm的支架，一般在CCTA 中無法得到滿意的圖像質量。

既往國內外的研究使用更加銳利的重建算法和不同的迭代算法來改善冠狀動脈支架圖像質量，取得了一定的成效和臨床經驗[2-6]。目前得益于CT 技術的發展，CT 空間分辨率不斷提高以及CT 迭代算法的進一步更新，擁有CT新技術的CT 掃描儀更加有利于冠狀動脈成像和支架腔內的顯示[7-8]。我院近期在最新一代專用心血管CT 掃描儀（Cardiograph，GE Healthcare）上開展了冠狀動脈檢查，這臺心臟CT 掃描儀使用兩個X 射線源的兩個重疊錐形束沿Z 軸成像，結合240 ms 的機架旋轉速度和冠狀動脈凍結技術，14 cm 寬體探測器可以在一個心動周期中提供整個心臟的成像。本研究通過比較專用心血管CT 掃描儀上高分辨率掃描技術和心臟專用迭代重建技術對冠狀動脈及冠狀動脈支架圖像質量的影響，研究在新一代專用心血管CT的掃描模式下，如何選擇更好的重建方法來評價冠狀動脈支架植入術（Percutaneous Coronary Intervention，PCI）術后復查患者的冠狀動脈及冠狀動脈支架情況。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性連續收集我院2019 年11 月至2020 年6 月接受過經皮冠狀動脈腔內成形術和支架置入術的患者在寬體多排探測器CT 掃描儀上行CCTA 檢查的圖像，最終共納入53 例患者（105 枚支架）。本研究已獲得本院倫理審查委員會的批準，并獲得了患者的知情同意。納入標準：① PCI術后1 個月內行CCTA 檢查的患者；② 無心血管不良反應事件發生。排除標準：① 對碘造影劑過敏者；② 腎功能不全（肌酐清除率≤120 mL/min）。

1.2 掃描方案

本研究使用美國GE 公司最新型280 排560 層CardioGraphe CT 掃描儀，14 cm 寬體探測器，管電壓120 kV，管電流500 mA，轉速0.24 s/r，掃描及重建層厚0.5 mm，開啟高清掃描模式，打開并將基于多模型的心臟自適應統計迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-CV，ASIR-CV）權重設為50%，采用前瞻性心電門控技術及對比劑跟蹤自動觸發技術，感興趣區設于降主肺動脈水平，觸發閾值為150 HU，達閾值后延遲3.5 s 開始掃描，根據心率和心率變異度調整曝光最佳時相，在一個心動周期內完成CCTA 掃描，并使用冠狀動脈運動追蹤凍結（Snap Shot Freeze，SSF）技術重建得到沒有運動偽影的圖像，使用非離子碘對比劑碘海醇（350 mgI/mL）50～60 mL，注射流速為4.5～5.5 mL/s，經肘靜脈注射后再以同流速注入40 mL0.9%氯化鈉溶液。

1.3 圖像重建與后處理

每例患者最佳時相的圖像使用心臟專用標準重建圖像（ASIR-CV standard）分別重建為50%、70%、90%權重的心臟迭代重建算法（ASIR-CV）三組序列，再使用高清標準重建算法（HD standard）及高清細節重建算法（HD detail）聯合70%權重心臟迭代重建算法（ASIR-CV）進行重建，重建層厚及層間距均為0.5 mm。將所有CT 數據傳輸至ADW 4.7 工作站（GE Healthcare）應用后處理軟件對重建圖像進行多平面重組、曲面重建等進行全面觀察和分析。

1.4 圖像分析

由2 名有3 年以上工作經驗的放射科醫師在ADW 4.7后處理工作站上根據美國心臟協會冠狀動脈分段標準對所有冠狀動脈的18 個節段進行評估，并由1 名影像科醫師在未知圖像重建方式的情況下對圖像進行評價，比較各組圖像在冠狀動脈和支架顯示方面的差異。

1.4.1 主觀評價

使用軸位圖像、多平面和曲面重建圖像，根據冠狀動脈血管邊界清晰度和支架偽影程度以4 分制進行評估。

（1）血管節段評分標準：1 分（優），冠狀動脈連續完整，邊緣清晰、銳利；2 分（良），冠狀動脈連續完整，局部邊緣模糊；3 分（中），冠狀動脈管壁欠銳利，但不影響診斷；4 分（差），冠狀動脈管壁模糊，不能診斷。

（2）支架節段評分標準：1 分（優），支架邊界及內腔清晰，無影響支架評估的偽影；2 分（良）：支架的邊界較清晰，僅有輕微支架偽影；3 分（中）：支架邊界模糊不清，支架偽影影響圖像質量，但不影響診斷。4 分（差）：支架出現嚴重偽影，不能診斷[5,9]。

1.4.2 客觀評價

在軸位圖像上分別測量主動脈根部、右冠狀動脈（Right Coronary Artery，RCA）近端、左前降支（Left Anterior Descending，LAD）近端及相鄰心外膜脂肪的CT 值和標準偏差（Standard Deviation，SD），測量時避開支架偽影、鈣化及非鈣化斑塊，計算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和對比噪聲（Contrast to Noise Ratio，CNR）。

1.5 輻射劑量

CT 掃描完成后主機自動生成劑量報告，記錄每例患者的容積CT 劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），計算對比劑劑量及有效輻射劑量（Effective Dose，ED）。對比劑劑量＝體質量×0.6（mL/kg），ED=DLP×0.014。

1.6 統計學分析

所有數據均使用SPSS 20.0 軟件進行分析。連續變量表示為（±s），分類變量表示為n（%），服從正態分布的計量資料的比較采用單因素方差分析，不服從正態分布的計量資料的比較采用相關樣本Friedman 秩和檢驗，而后行兩兩比較。主觀評分的比較采用Kruskal-Wallis 檢驗。所有分析以雙尾P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 基本信息

2019年11月至2020年6月連續入組了53例持續心房顫動患者，其中男性49例、女性4例，平均年齡（61.26±11.96）歲，平均體質量指數為（2 5.3 6±2.7 9）k g/m2，平均心率為（6 4.3 6±9.1 4） b m p，使用對比劑總量為（5 7.3 9±3.6 3）m L。輻射劑量：CTDIvol為（14.39±5.03）mGy，DLP為（105.42±66.73）mGy.cm，ED為（1.48±0.93）mSv。

2.2 不同迭代重建組客觀及主觀評價的比較

在CV-standard 重建算法下，50%、70%、90% 權重ASIR-CV 三組間的CT 值沒有顯著性差異，三組間及50%ASIR-CV 與70% ASIR-CV，50% ASIR-CV 與90% ASIRCV 之間的CNR、SNR 分別有顯著性差異（P＜0.05）；三組迭代重建算法及組內兩兩之間的噪聲值有顯著性差異（P＜0.05）；三組迭代重建算法的主觀評分沒有顯著性差異（P＞0.05），見表1、圖1a～c。

表1 不同迭代重建組客觀及主觀評價的比較（n=53，CV standard重建算法下）

70% ASIR-CV 條 件 下，CV standard、HD standard、HD detail 三組的CT 值沒有顯著性差異，三組間及組內兩兩比較的CNR、SNR 均有顯著性差異（P＜0.05），三組及組內兩兩比較的噪聲有顯著性差異（P＜0.05），三組及組內兩兩比較的主觀評分均有顯著性差異（P＜0.05），見表2、圖1d～f。

表2 不同重建組間的客觀及主觀評價的比較（n=53，70% ASIR-CV條件下）

圖1 患者首次PCI術后5個月、二次PCI術后3周CCTA復查圖像

3 討論

近年來高時間分辨率的寬體探測器CT 在冠狀動脈成像的臨床應用中發揮了越來越重要的作用[10-13]。本研究使用了最新一代專用心血管CT 掃描儀，其使用兩個X 射線源的兩個重疊錐形束沿Z 軸成像，在實現14 cm 寬體覆蓋范圍的條件下，既能減小寬體探測器的尺寸又可以比較好地消除掃描中的錐形束偽影。心臟專用掃描儀可以使用比常規CT 掃描儀更小的視野，0.5 mm 重建層厚比常規CT 的分辨率更高，還可以使用高清掃描技術以及高清分辨率的重建算法。本研究比較了這種專用心血管CT 掃描儀上高分辨率掃描技術和心臟專用迭代重建技術對冠狀動脈CCTA 圖像質量的影響，初步結果發現使用該掃描儀的高分辨掃描模式加上高清細節的重建方法（HD detail）并配合心臟迭代重建算法（ASIR-CV）是觀察冠狀動脈支架內腔最適合的掃描及重建條件，可以得到臨床滿意的圖像質量。

3.1 高分辨率采集重建技術對冠狀動脈支架顯示的影響

近期有研究報道了高分辨率CT 冠狀動脈支架成像與傳統的標準分辨率CT 相比可顯著提高圖像質量及測量準確率[5-6]。通過使用高清掃描模式下CT 系統更高采樣率獲得的數據，高清細節重建算法可有效減少金屬偽影，提高視野內圖像精度以及抑制高密度組織周圍的偽影。Tanami 等[14]研究發現，高清掃描模式比非高清掃描模式的支架內徑顯示率提高了13.3%～14.7%。張文佳[15]的研究發現高清掃描模式支架內徑顯示率提高約32%，證實了高清掃描模式的有效性和先進性。本研究結果與上述研究一致，對于冠狀動脈支架，高清細節重建方式的主觀圖像質量均高于高清標準（HD standard）和心臟常規重建（CV standard）算法，再次證實高分辨率采集聯合高清重建技術對冠狀動脈支架有較好的成像效果，特別是在新一代心血管CT 掃描儀的立體雙球管高采樣頻率和0.5 mm 薄層重建的條件下，可以進一步提高成像質量。

CCTA 冠狀動脈支架銳利核重建圖像通常優于平均核重建圖像，因為它可以有效地提高圖像的空間分辨率、降低圖像線束硬化偽影。Mark 等[16]的研究同樣表明，CT 冠狀動脈支架成像中，分析支架內管腔時非常需要銳利核重建，因為它可以改進高密度結構的邊緣顯示，因而可以銳化顯示冠狀動脈支架壁結構，從而降低金屬的“開花樣”偽影。

3.2 迭代重建技術對冠狀動脈支架顯示的影響

諸多研究均表明應用迭代重建技術可以降低圖像噪聲，提高支架腔內的圖像質量[2-4,17]。本研究結果觀察到類似的現象，常規CV standard 配合不同ASIR-CV 重建的權重（50%、70%、90%），可以得到噪聲顯著降低的圖像，圖像噪聲隨著權重的增加逐漸降低，SNR 和CNR 隨著權重的增加逐漸增加。因此，本研究的高清掃描及重建技術聯合使用70% ASIR-CV 最佳降噪效果來評估各組之間的圖像質量，在70% ASIR-CV 條件下，高清重建組中高清細節算法既保留了高分辨率的銳利度，也能通過適度的降噪效果使其主觀評分優于高清標準算法和心臟常規重建算法，得到冠狀動脈支架成像的最佳效果。

本研究的局限性：① 研究病例沒有以傳統的冠狀動脈造影檢查結果作為支架內再狹窄診斷的金標準；② 冠狀動脈支架的直徑大小、不同材質等是影響支架偽影、腔內顯示效果的重要因素，應進一步按照支架的材質和直徑細分深入研究；③ 本研究是基于較低體重和較低心率人群進行的，這些研究結果是否適用于更大范圍的人群，如肥胖患者或高心率及心律不齊患者尚不確定，需要進一步的工作來評估在這些人群中的診斷效能。

4 結論

本研究結果表明，新一代專用心臟掃描儀高分辨率掃描技術結合心臟專用迭代重建技術提升了對冠狀動脈及冠狀動脈支架圖像質量的客觀評分，可以為PCI 植入術后的患者提供臨床診斷滿意的冠狀動脈及支架的圖像質量，而且本CT 掃描儀具有寬體探測器，配合使用更快的轉速和迭代重建算法可以進一步降低患者的輻射劑量，未來還可進一步探討在不同體重患者和高心率及心律不齊患者中的可行性，有助于對更大范圍接受冠狀動脈支架置入術的患者進行低劑量高清CCTA 的評估檢查。