探討靶重建結合高權重基于多模型迭代重建算法對GSI 腹部CTA 微細血管顯示的影響

王旭，劉義軍，姜艷，張子敬，趙明月，李貝貝，馬志明，周宇婧

（大連醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 大連 116011）

腹部CTA 檢查具有快速、無創的優點，臨床應用廣泛，診斷價值高[1-2]，常用于顯示動脈血管的起源、走形及變異血管等情況，明確占位與血管及載瘤動脈的關系，為手術方案的選擇及治療評估提供重要的影像學信息[3-5]。但常規視野（DFOV）下行腹部CTA 檢查，對于微細血管的分支顯示不佳，不利于判斷細小分支血管的起源和走行，影響載瘤動脈的顯示。而利用靶重建技術可以在掃描完成后對需要觀察的感興趣區進行更高分辨率的重建。本研究采用靶重建技術同時結合高權重基于多模型迭代重建算法（Adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASIR-V）來顯示腹部動脈微細分支，與常規DFOV下圖像進行對比，探討小DFOV 提高腹部微細血管顯示能力的臨床應用價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

選取2021 年3—5 月臨床疑似腹部疾病于大連醫科大學附屬第一醫院接受腹部CTA 掃描的患者60例，其中男35例，女25例，年齡35～80歲，平均（63.62±9.50）歲。納入標準：年滿18 周歲，臨床懷疑腹部疾病需行腹部CTA 檢查。排除標準：甲狀腺功能亢進和糖尿病患者，碘對比劑過敏者，腹部CTA檢查失敗者。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

所有患者均采用美國GE 公司Revolution CT機進行檢查?；颊哌x取仰臥位，腳先進，雙手上舉置于頭頂。采用GSI 掃描模式，掃描參數：管電壓80～140 kVp 瞬切，管電流400 mA，寬體探測器80 mm，掃描層厚5 mm，旋轉速度0.5 s/r，螺距0.992∶1，Stnd圖像，矩陣512×512。對比劑注射方案：使用Ulrich雙通道高壓注射器，建立肘正中靜脈注射通道，對比劑為碘佛醇（320 mgI/mL），注射劑量95 mL，注射速率4.5 mL/s，再以相同速率團注生理鹽水20 mL。采用SMART Prep 自動閾值觸發技術，監控層面為膈下腹主動脈，診斷延遲10 s，監控時間間隔1 s，當腹主動脈感興趣區（ROI）達到預設觸閾值180 HU時，延遲5.9 s 自動啟動開始掃描。掃描范圍為自膈肌上緣至恥骨聯合下緣。

1.3 圖像分析

1.3.1 圖像重建

本研究對雙側腎動脈血管分支的顯示進行評估，A 組圖像重建參數：在原始數據上分別重建小DFOV 結合60%～100%ASIR-V（間隔10%）的70 keV單能量圖像，層厚0.625 mm，重建小DFOV 以雙腎最大截面的腹主動脈為中心，大小包括雙腎及其病變，按迭代權重分為5 個亞組，分別為A1（60%ASIR-V）、A2（70%ASIR-V）、A3（80%ASIR-V）、A4（90%ASIR-V）、A5（100%ASIR-V）。B 組圖像重建參數：采用常規DFOV 結合50%ASIR-V 的70 keV 單能量圖像，層厚0.625 mm。記錄兩組的DFOV 大小。重建完成后，將重建圖像傳入GE Healthcare AW4.7 工作站進行數據測量。

1.3.2 圖像客觀評價

于橫斷面上分別測量左腎動脈、右腎動脈最大截面以及相鄰上下層面和同層面右側豎脊肌，分別放置3 個ROI，ROI 面積占血管截面的70%～80%，豎脊肌的ROI 面積平均值為200 mm2，測量時盡量選擇密度均勻區。記錄每個ROI 的CT值和噪聲（SD）值，對所測量的3 個ROI值進行平均，平均值為腎動脈的平均CT值和SD值，將豎脊肌的平均SD值作為圖像噪聲，分別計算信噪比（Signal to noise ratio，SNR）和對比噪聲比（Contrast to noise ratio，CNR），公式如下：SNR=CT腎動脈/SD腎動脈，CNR=（CT腎動脈-CT豎脊?。?SD豎脊肌。

1.3.3 圖像主觀評價

對各組所獲得的橫斷面圖像進行容積再現（Volume rendering，VR）、最大密度投影（Maximum intensity projection，MIP）重組，由兩名具有5 年以上工作經驗的影像科醫師在MIP 圖像上統計血管顯示級數，采用5 分評價法[6-7]對血管分支的對比度、偽影、噪聲和疾病診斷信心進行雙盲法主觀評分。3分以上滿足臨床診斷需求（表1）。

表1 具體評分參照標準

1.4 統計學分析

采用SPSS 24.0 軟件包進行統計學分析，計量資料采用均數±標準差（）表示，組內圖像CT值、SD值、SNR值、CNR值間比較采用單因素方差進行分析，組間比較采用配對樣本t 檢驗進行分析。圖像質量評分為等級資料，兩名觀察者主觀評分的一致性分析采用Kappa 檢驗，Kappa值＜0.2 為一致性很差，0.2～<0.4 為一致性較差，0.4～<0.6 為一致性一般，0.6～<0.8 為一致性較好，≥0.8 為一致性很好。對組內圖像血管的主觀評分分析采用Friedman 檢驗，組間比較采用Wilcoxon 檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 DFOV 統計

A、B 組DFOV 分別為（23.52±1.77）cm、（44.95±2.23）cm，差異有統計學意義（t=61.122，P＜0.05）。

2.2 客觀評價指標

各組圖像左腎動脈、右腎動脈及背景CT值間差異均無統計學意義（P＞0.05），血管SD值、SNR、CNR 及背景噪聲間差異均有統計學意義（P＜0.05）。隨著ASIR-V 權重的增加，A 組腎動脈CT值的變化無統計學意義（P＞0.05），血管及背景SD值逐漸降低（P＜0.05），SNR 和CNR 逐漸增加（P＜0.05）。A1、A2組左、右腎動脈及背景SD值高于B 組（P＜0.05），血管SNR、CNR 低于B 組（P＜0.05）。A3、B 兩組血管及背景SD值、SNR 和CNR 間差異均無統計學意義（均P＞0.05）。A4、A5 組左右腎動脈及背景SD值低于B 組（P＜0.05），血管SNR、CNR 高于B 組（P＜0.05）（表2）。

表2 不同重建方式下腎動脈客觀參數比較

2.3 主觀評價指標

兩名影像科醫師對腎動脈血管的各項主觀評分具有很好的一致性（Kappa值均＞0.75，P＜0.05）。A 組重建圖像血管分支、血管對比度主觀評分顯著高于B 組（P＜0.05）。A 組隨著ASIR-V 重建比例增加，噪聲評分逐漸增加，偽影和診斷信心評分在A1 至A5組先增加后下降，采用80%ASIR-V 重建圖像（A3組）時，綜合主觀評分最高，且優于B 組（P＜0.05）（表3，圖1～4）。

表3 不同重建方式下腎動脈成像主觀評分

3 討論

腹部CTA 是腹部疾病檢查的重要手段，可術前準確判斷血管解剖變異、病變供血血管、累及范圍，用于幫助外科醫師制定手術方案[8]。但腹部臟器血管解剖復雜，病變血供多樣，特別對于微細血管的觀察，需在高空間分辨率下明確其毗鄰關系[9]，常規DFOV 下空間分辨率不佳，對病變微細血管評估及后處理重建較為困難，而通過對常規腹部CTA 掃描數據進行靶重建，重建小DFOV 下的圖像空間分辨率會明顯提升，可以顯著提高對腹部臟器微細血管的顯示程度，以期獲得更佳的診斷信心。

CT 空間分辨率是在高對比情況下顯示小病灶或微細組織結構的能力，受像素大小、層厚、噪聲等多種因素影響，其中像素為主要影響因素之一[10]。像素是構成CT 圖像的最小單位，其大小決定了圖像的細節，越小則圖像的空間分辨率越高。根據像素=DFOV/矩陣，在矩陣不變的前提下，降低DFOV 可以使像素值變小，從而提高空間分辨率[11]。本研究中針對腎臟進行小DFOV 重建，重建DFOV 最大為19.9 cm，遠小于常規DFOV 范圍（40.7～50.0 cm），像素縮小了10%～15%，有效提高了圖像空間分辨率。

靶重建是基于掃描原始數據，按所需范圍重建圖像，使用薄層與小DFOV 相結合的后處理技術。靶重建特點：①薄層重建。層厚0.625 mm，低于臨床常規層厚（5 mm）。有研究表明，薄層可減輕周圍間隙效應，更真實的反應組織CT值，且使像素的縱向向量縮小，提高縱向空間分辨率，更有利于疾病及細微結構的顯示與觀察[12]。②小DFOV。在矩陣不變時，DFOV 的減小，會使像素減小，圖像空間分辨率增加。靶重建技術除了可以提高圖像質量外，還具有以下優勢：對原始數據進行處理，無需再次掃描，不會增加患者的輻射劑量；在原有掃描范圍內，可自由選擇重建區域，對不同部位結構、不同性質的病變進行特異性顯示，獲得更多的圖像信息。目前該技術多用于肺部結節的回顧性分析，準確測量結節直徑，判斷內部細微結構特征、邊緣形態特征以及與背景肺結構的相關性[11，13-14]。已有研究表明靶重建技術可敏感檢出動脈斑塊[15]。但對于腹部血管，尤其是微細血管少有相關研究。本研究采用小DFOV 重建，表明靶重建在腎動脈微細血管中的應用價值，該技術可操作性強，易于實現，也可拓展應用至胃周動脈、膽囊動脈、直腸動脈等重建顯示。

但是，靶重建在提高圖像空間分辨率的同時，隨著DFOV 的減小，單位像素光子量減少，使圖像噪聲顯著增加，圖像質量下降。ASIR-V 迭代重建算法應用廣泛，已有大量文獻研究表明其可以平衡圖像噪聲和空間分辨率，顯著降低噪聲[16-19]。本研究通過聯合高權重的ASIR-V 來彌補DFOV 縮小帶來的噪聲增高的問題，使腎動脈及其分支的噪聲減小，SNR、CNR 提高。本研究結果顯示，小DFOV下，血管對比度、偽影和診斷信心的主觀評分在一定ASIR-V 權重下，與權重比例呈正比，而噪聲的主觀評分隨權重增加不斷升高，與客觀噪聲值不斷下降相對應，但過高權重ASIR-V 會使圖像出現蠟狀偽影或模糊效應，這也是超過80%ASIR-V時，除噪聲外，其余主觀評分下降的原因，這些偽影會對診斷造成影響[20]。任占麗等[7]的研究中，采用ASIR-V 評價腎動脈也出現了類似的變化趨勢，其研究表明70%ASIR-V 重建腎動脈CTA 圖像質量最佳，但本研究中80%ASIR-V 重建圖像質量最佳，這可能是因為本研究中掃描條件和DFOV 的改變所致，同時，大膽推測小DFOV 下可能會使ASIR-V 降噪性能得到更好的發揮，但高權重所帶來的蠟狀偽影仍不可避免。

本研究的不足：只對腎動脈進行了重建與分析，未結合疾病進行分析，且對腹部其他微細血管未進行重建評估，需進一步擴大研究；未深入探討DFOV變化和ASIR-V 重建比例是否存在代償關系；均采用70 keV 重建，未探討小DFOV 下最佳單能量對腎動脈CTA 微細血管的顯示。

綜上所述，針對單器官CTA，靶重建技術可以作為檢查必要的補充手段，基于原始數據進行處理，無需再次掃描，不會增加患者的輻射劑量，且明顯提高了圖像的空間分辨率，同時輔以高權重ASIR-V降噪，能顯著提高腹部CTA 的圖像質量，更好的顯示腹部動脈微細血管分支，為臨床提供更多的診斷依據，具有可靠的臨床實用性。