雙能量冠脈CTA成像不同重建算法在高BMI患者中應(yīng)用

黨 軍， 高曉燕， 肖 虎， 潘純雪， 邢 艷, 劉文亞

(新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心CT室， 烏魯木齊 830054)

近年來雙能量成像技術(shù)逐漸成為CT研究的熱點(diǎn)，其可通過一次掃描同時完成冠狀動脈病變及心肌灌注的評價，且金標(biāo)準(zhǔn)對照有很高的一致性，實(shí)現(xiàn)了心臟“一站式”檢查[1]。但國內(nèi)大部分相關(guān)研究均報道的是正常體質(zhì)量[2]，對體質(zhì)指數(shù)(Body Mass Index,BMI)28 kg/m2者以上的研究報道甚少。新疆因其特殊的地域特點(diǎn)及飲食習(xí)慣，高體質(zhì)指數(shù)病例較多,這就使得其在雙能量檢查中因噪聲過大而在很大程度上影響了冠脈疾病的準(zhǔn)確評估及該技術(shù)的廣泛推廣。本研究嘗試在高BMI患者中應(yīng)用雙能量CT冠脈掃描，應(yīng)用不同的重建方式進(jìn)行比較分析，旨在為高BMI患者提供一種更加安全、有效的方法，進(jìn)一步擴(kuò)大冠脈雙能量檢查的應(yīng)用范圍。

1 資料與方法

1.1一般資料連續(xù)收集2012年12月-2013年6月50例因臨床懷疑冠心病而在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院行冠狀動脈CTA檢查的DECT檢查的圖像數(shù)據(jù)，其中15例患者因心率過快(≥75次/min)及圖像存在呼吸偽影而被排除本研究；最終納入35例，其中男性26例，女性9例，年齡40～75歲，平均(57.03±6)歲，體質(zhì)指數(shù)(BMI)為(30.06±3.22) kg/m2，檢查時心率56～72次/min，平均(66.02±10)次/min。本研究通過新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會的審查，所有患者均簽署了知情同意書。

1.2方法采用德國Siemens公司(Siemens somatom definition CT,Germany)雙源CT機(jī)。機(jī)架轉(zhuǎn)速0.33 s，螺距0.20～0.35，準(zhǔn)直64 mm×0.6 mm,z軸飛焦點(diǎn)模式，時間分辨率165 ms,回顧性心電門控，采集時間窗在心動周期的60%～80%。A球管電壓140 kV，電流91 mAs；B球管電壓100 kV，電流181 mAs。患者仰臥位，掃描范圍從氣管隆突水平至膈肌水平。將觸發(fā)檢測區(qū)置于主動脈根部，采用Bolus-tracking技術(shù)觸發(fā)自動掃描，閾值60 HU。所有患者均未使用藥物控制心率。

高壓注射器(德國Ulrich雙筒高壓注射器)經(jīng)右肘前臂靜脈團(tuán)注非離子型對比劑優(yōu)維顯(370 mg/mL), 對比劑總量為75 mL，流速5.5 mL/s。重建算法為FBP的A管球(100 kV)數(shù)據(jù)及融合數(shù)據(jù)，融合因子系數(shù)為0.5(相當(dāng)于120 kV數(shù)據(jù)),Kernel值為B26 f；利用Safire算法進(jìn)行100 kV和融合數(shù)據(jù)的圖像重建，融合因子系數(shù)亦為0.5(相當(dāng)于120 kV數(shù)據(jù)),Kernel值為I26 f。雖然較高的能量可顯著提高圖像的質(zhì)量，但本研究旨在常規(guī)能量掃描或低能量掃描對Safire算法與FBP算法間對照研究，故將140 kV數(shù)據(jù)排除,未納入研究范疇。將FBP重建算法兩組數(shù)據(jù)(100 kV組與融合數(shù)據(jù)組)分別命名為FBP-A與FBP-B，將Safire重建算法兩組數(shù)據(jù)(100 kV組與融合數(shù)據(jù)組)分別命名為Safire-A與Safire-B；數(shù)據(jù)層厚均為0.75 mm。將4組圖像分別導(dǎo)入Syngo-mmwpVE4IA后處理工作站中Circulation軟件包，應(yīng)用容積再現(xiàn)(Volume Rendering，VR)、多平面重建(MultiPlanner Reconstruction，MPR)、曲面重建(Cuverd Planner Reconstruction，CPR)等重建方法多角度觀察、分析血管病變。

1.3圖像質(zhì)量評價主觀圖像質(zhì)量評價為冠狀動脈CTA圖像質(zhì)量的判讀按照美國心臟病學(xué)會(AHA-American Heart Association)標(biāo)準(zhǔn)，對冠狀動脈采用改良的15段分法[3]。由2名高年資影像診斷醫(yī)師采用盲法，在不知圖像臨床資料及其他檢查結(jié)果的情況下，分別判斷FBP組與Safire組的冠狀動脈圖像質(zhì)量，采用4分法[4]：圖像無法用于診斷為1分，圖像可以接受為2分；圖像質(zhì)量較好為3分；圖像質(zhì)量優(yōu)良為4分。2～4分的節(jié)段可用于診斷；客觀圖像質(zhì)量評價為測量并記錄4組圖像主動脈根部和左心室后壁心肌的平均CT值、標(biāo)準(zhǔn)差,測量時保持每次測量時ROI面積及4組間測量區(qū)域保持一致，并計算圖像的平均CNR與SNR。

1.4統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用SPSS17.0軟件包對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，采用Kappa檢驗(yàn)對FBP組與Safire組圖像質(zhì)量評分進(jìn)行一致性分析，客觀圖像質(zhì)量的比較采用秩和檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1客觀圖像質(zhì)量對比結(jié)果35例患者，數(shù)據(jù)均為非正態(tài)分布，表達(dá)方式為中位數(shù)(四分位間距)-M(P25，P75)。Safire-A組及Safire-B組的CNR、SNR均高于相對應(yīng)的FBP-A組、FBP-B組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；Safire-A組與Safire-B組的CNR、SNR無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05),見表1、2。

表1 主動脈根的平均CT值、ROI標(biāo)準(zhǔn)差與CNR、SNR比較/M(P25，P75)

表2 Safire組與FBP組對應(yīng)比較結(jié)果

2.2主觀圖像質(zhì)量評價35例共540個冠狀動脈節(jié)段進(jìn)行圖像質(zhì)量評價，結(jié)果為一致性程度良好，(Kappa值=0.801，P<0.05)；FBP-A組和FBP-B組平均得分分別為(3.36±0.40)分和(3.39±0.78)分，Safire-A組與Safire-B組平均得分分別為(3.37±0．60)分和(3.40±0.58)分。FBP-A組與FBP-B組均為98.00%(530/540),可用于診斷；SafireA組為98.4%(532/540)，可用于診斷，SafireB組為98.9%(534/540)，可用于診斷(表3)。

表3 FBP組與Safire組不同成像參數(shù)間主觀圖像質(zhì)量評分/%

3 討論

冠心病的發(fā)病逐漸呈年輕化趨勢[5]，其早期確診對臨床醫(yī)生制定有效的治療方案有重要的臨床意義。目前冠狀動脈CT血管造影檢查(CT Coronary Artery Angiography ，CTCA)逐漸成為冠心病篩查的常規(guī)手段。以往CTCA主要采用單源CT掃描模式，主要獲取心臟的形態(tài)學(xué)相關(guān)信息，通過直觀地顯示冠脈血管，對冠脈疾病進(jìn)行分析診斷。近年來逐漸進(jìn)入臨床應(yīng)用的雙能量CT能夠從心臟的形態(tài)學(xué)以及功能學(xué)兩方面獲得心臟的信息, 顯示出了強(qiáng)大的成像能力，雙源CT雙能掃描模式通過一次掃描可獲得不同能量圖像，既能直觀顯示冠脈血管，又能對心肌灌注變化情況進(jìn)行直觀顯示和定量評估[6]，實(shí)現(xiàn)了心臟的一站式掃描，具有廣闊的應(yīng)用前景。

以往的冠脈重建算法主要以FBP算法為主，其特點(diǎn)是重建速度快，但對高BMI患者圖像噪聲較大。通常降低噪聲的方法是增加管電流、管電壓以及增加對比劑用量來確保圖像質(zhì)量[7-8]，這就大大增加了患者接受的輻射劑量以及對比劑毒副作用的危險性，且對比劑用量增加可導(dǎo)致右心內(nèi)高密度放射狀偽影,影響冠脈節(jié)段的觀察。前期國內(nèi)已有學(xué)者應(yīng)用雙源CT混合能量成像方式評價了Safire重建算法的優(yōu)勢性[9]，在雙源CT雙球管組合并90°扇區(qū)混合能量采集數(shù)據(jù)的情況下，采用100 kV外加Safire模式重建圖像，可快速低劑量地完成掃描，圖像質(zhì)量同樣可以滿足診斷，適用于肥胖且心率較快的患者，但其采用了非同一批樣本間對照，且并無Safire高低能量兩組數(shù)據(jù)間的對照，不能反映出高低能量間的數(shù)據(jù)通過Safire算法優(yōu)化后的差異，且研究結(jié)果是否能用于雙能量的檢查尚未報道。

本研究樣本中，F(xiàn)BP-A與FBP-B圖均為雙能量常規(guī)算法圖像(分別為100 kV，混合圖像)，Safire-A與Safire-B為利用Safire算法重建的圖像；其中FBP-A與FBP-B圖像噪聲相對略大，F(xiàn)BP-B圖像噪聲相對略小，而Safire-A與Safire-B圖像噪聲均較小。本研究中FBP組圖像均可顯示前降支軟斑，而添加Safire重建后，圖像噪聲均減小，軟斑塊顯示更清晰，圖像質(zhì)量達(dá)到4分。主觀圖像質(zhì)量評價顯示2種算法的圖像質(zhì)量均可以滿足診斷要求，但Safire組的主觀圖像質(zhì)量優(yōu)于FBP組。

本研究方法的特點(diǎn)是在不增加管電流、管電壓及對比劑用量條件下完成了雙能量冠脈的采集，同時利用Safire算法重建，保證圖像質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)低放射劑量、低造影劑用量的情況下，對冠脈病變的精確評價。掃描接收的平均放射劑量為(8.18±1.81) mSv，低于常規(guī)單源或雙源螺旋CT掃描放射劑量(8.83±1.74)[10]。

本研究的優(yōu)勢是嘗試采用雙源CT雙能量掃描模式采集數(shù)據(jù)，同時得到常規(guī)單源和雙源CT混合能量掃描模式的數(shù)據(jù)以及相對較低能量的100 kV數(shù)據(jù)，并分組進(jìn)行主觀及客觀的統(tǒng)計學(xué)分析。客觀圖像評價結(jié)果提示Safire組的CNR、SNR明顯優(yōu)于FBP組，Safire組內(nèi)高、低能量組間無明顯差異，對肥胖患者冠狀動脈掃描通過Safire算法可達(dá)到優(yōu)化的圖像，所以推薦對高BMI患者進(jìn)行雙源CT雙能量掃描成像時，采用相對常規(guī)的能量來外加Safire算法重建圖像，可得到冠狀動脈相對較優(yōu)良的解剖學(xué)信息,同時亦可得到心肌灌注信息；本研究同時發(fā)現(xiàn)，使用Safire算法，在提高圖像質(zhì)量的同時并不會降低時間分辨力，此與Moscariello等[11]的研究結(jié)果一致。

本研究的不足之處在于樣本量較小，且研究重點(diǎn)是在冠脈雙能量掃描過程中。如何在不增加放射線劑量及造影劑風(fēng)險的前提下提高冠脈成像質(zhì)量，加之臨床隨訪工作中存在的諸多困難，故尚未對心肌灌注圖像進(jìn)行詳盡評價，且未與金標(biāo)準(zhǔn)對照。將會在后續(xù)的研究中補(bǔ)充相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善研究結(jié)果。

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