不同重建算法對(duì)能譜CT冠狀動(dòng)脈去鈣化效果的影響

姚新宇，杜祥穎，李鵬雨，李倩文

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 放射科，北京 100053

不同重建算法對(duì)能譜CT冠狀動(dòng)脈去鈣化效果的影響

姚新宇，杜祥穎，李鵬雨，李倩文

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 放射科，北京 100053

目的 探討不同重建算法對(duì)能譜CT冠狀動(dòng)脈去鈣化效果的影響。方法 對(duì)22例冠狀動(dòng)脈鈣化患者行能譜CT冠狀動(dòng)脈成像。分別采用Detail和Standard兩種不同的圖像重建算法進(jìn)行冠狀動(dòng)脈薄層圖像重建，使用獨(dú)立后處理工作站中的物質(zhì)分離軟件對(duì)冠狀動(dòng)脈鈣化節(jié)段去鈣化。由2位放射科醫(yī)師采用4分法對(duì)能譜CT成像的去鈣化效果進(jìn)行評(píng)分，并采用χ2檢驗(yàn)對(duì)兩組的去鈣化效果進(jìn)行比較。結(jié)果 22例患者中，能譜CT共清晰顯示85個(gè)冠狀動(dòng)脈鈣化灶，兩種方法的去鈣化效果有非常顯著的差異，其中Detail算法的去鈣化效果更好。結(jié)論 能譜CT冠狀動(dòng)脈成像中，Detail算法可更好地去除鈣化，但會(huì)影響血管管腔的顯示，Standard算法不能完全去除鈣化，但與單能量成像結(jié)合，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)鈣化局部的血管管腔。

冠狀動(dòng)脈；去鈣化；能譜CT成像；薄層圖像重建

冠狀動(dòng)脈CT血管成像（CT Coronary Angiography，CTCA）是無(wú)創(chuàng)性診斷及隨訪冠心病的一種有效手段[1]。與有創(chuàng)性冠狀動(dòng)脈造影相比，CTCA具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、分辨率高、顯示全面等特點(diǎn)。但迄今為止，冠狀動(dòng)脈管壁鈣化仍是影響冠狀動(dòng)脈狹窄程度判斷的主要因素，甚至可能會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)節(jié)段冠狀動(dòng)脈無(wú)法評(píng)價(jià)[2]。很多研究表明，鈣化是影響多排螺旋CT對(duì)冠狀動(dòng)脈病變?cè)\斷準(zhǔn)確性的主要因素之一[3-6]。如果能夠消除或者降低冠狀動(dòng)脈管壁鈣化對(duì)于管腔成像的影響，將會(huì)提高CT對(duì)管腔狹窄程度判斷的準(zhǔn)確性。CT能譜成像的出現(xiàn)為物質(zhì)分離和特定成分的消除提供了有效手段，目前，這一技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用于心臟和冠狀動(dòng)脈的成像。本研究對(duì)22例冠狀動(dòng)脈鈣化患者進(jìn)行能譜CT成像，并采用兩種不同的重建算法進(jìn)行薄層圖像重建，旨在探討其去鈣化效果及對(duì)血管管腔的顯示情況。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選擇2013年3～9月于我院經(jīng)CTCA檢查確診的22例冠狀動(dòng)脈鈣化患者，年齡50～80歲，平均（60.3±8.35）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 掃描時(shí)心率＜65次/min，平穩(wěn)波動(dòng)范圍＜3次/min，且鈣化積分平掃時(shí)發(fā)現(xiàn)至少一處冠狀動(dòng)脈有鈣化；② 可配合屏氣，無(wú)造影劑應(yīng)用禁忌證，且檢查過(guò)程中無(wú)心律不齊；③ 所有患者對(duì)本實(shí)驗(yàn)完全知情并簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 未能完成檢查的患者；② 掃描過(guò)程中因屏氣不佳、心率不齊造成嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)偽影的患者；③ 鈣化積分掃描時(shí)所有冠狀動(dòng)脈主干及大分支均未發(fā)現(xiàn)明顯鈣化的患者。

1.2 儀器與方法

采用GE寶石能譜CT（Discovery HD 750）進(jìn)行掃描。檢查前患者應(yīng)用β受體阻滯劑將心率控制在65 次/min以下。掃描前對(duì)患者進(jìn)行嚴(yán)格的呼吸訓(xùn)練以保證掃描范圍合理準(zhǔn)確。掃描序列包括定位像掃描、鈣化積分掃描、小劑量預(yù)試驗(yàn)法（testbolus）掃描和CTCA掃描。

鈣化積分掃描主要用于判斷冠狀動(dòng)脈是否存在鈣化，其掃描條件為管電壓120kV，管電流200mA。發(fā)現(xiàn)至少一處冠狀動(dòng)脈有鈣化者，則采用前瞻性心電門(mén)控行心臟寶石能譜成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI）掃描。心臟GSI掃描參數(shù)：管電壓80/140kV（0.5ms瞬時(shí)切換），球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.35s，準(zhǔn)直器寬度40mm（0.625mm×64）。

本研究采用Testbolus法確定CTCA掃描延遲時(shí)間，監(jiān)測(cè)水平選擇左冠狀動(dòng)脈開(kāi)口層面，其掃描條件為管電壓80kV，管電流100mA，造影劑和生理鹽水注射速率均為5mL/s，用量均為15mL，造影劑采用優(yōu)維顯370（碘普羅胺，370mgI/mL，拜耳先靈公司），測(cè)定時(shí)間密度曲線并獲得達(dá)峰時(shí)間，CTCA掃描延遲時(shí)間=達(dá)峰時(shí)間+4s。CTCA掃描管電流為400～650mA（根據(jù)患者體重指數(shù)確定），掃描范圍包括全部冠狀動(dòng)脈，造影劑和生理鹽水用量分別為65mL、40mL，注射速率均為5mL/s。

1.3 圖像重建和后處理

常規(guī)重建75％R-R間期70keV薄層圖像，判斷圖像質(zhì)量，如圖像質(zhì)量欠佳，則重建70％及80％R-R間期70keV薄層圖像，選擇左右冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)偽影最小時(shí)相為最佳重建時(shí)相。在最佳重建時(shí)相下分別采用Detail和Standard兩種重建算法進(jìn)行薄層圖像重建，層厚0.625mm，層間距0.625mm，采用40％自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）以降低圖像噪聲。將所得的薄層圖像傳送至AW4.6工作站，利用GSI的物質(zhì)分離功能選擇碘-羥基磷灰石對(duì)鈣化的冠狀動(dòng)脈進(jìn)行去鈣化處理，然后分別評(píng)價(jià)兩種重建算法的去鈣效果及血管顯示情況。

1.4 圖像評(píng)價(jià)

依據(jù)美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)（AHA）的15段分段法[7]對(duì)冠狀動(dòng)脈進(jìn)行分段，并根據(jù)鈣化去除效果進(jìn)行評(píng)分。鈣化去除效果評(píng)分采用4分法：① 0分，鈣化基本無(wú)變化，沒(méi)有被消除；② 1分，鈣化輪廓不變但相對(duì)密度下降或偽影消除；③ 2分，鈣化部分消除；④ 3分，鈣化完全消除。血管管徑≥1.5mm納入評(píng)價(jià)范圍。由2位具有豐富CTCA診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師分別對(duì)重建的薄層圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，意見(jiàn)不一致時(shí)由第3位具有豐富經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師決定最終結(jié)果，所有被評(píng)價(jià)圖像順序打亂，以避免相互干擾。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，兩種去鈣化效果的比較采用配對(duì)χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究納入的22例患者共有90個(gè)鈣化的冠狀動(dòng)脈節(jié)段，排除5個(gè)圖像質(zhì)量較差的節(jié)段，對(duì)其余85個(gè)節(jié)段進(jìn)行評(píng)價(jià)。去鈣化效果評(píng)分：Standard算法中，2個(gè)節(jié)段為3分，31個(gè)節(jié)段為2分，45個(gè)節(jié)段為1分，7個(gè)節(jié)段為0分；Detail算法對(duì)應(yīng)節(jié)段的評(píng)分?jǐn)?shù)為23個(gè)、50個(gè)、9個(gè)和3個(gè)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，兩種方法均可有效去除鈣化，但去鈣化效果有非常顯著的差異，Detail算法對(duì)鈣化的消除更完全（χ2=47.697，P＜0.001）。兩種重建算法去鈣化前后的圖像，見(jiàn)圖1～2。

圖1 Standard重建算法去鈣化前后的圖像

圖2 Detail的重建算法去鈣化前后的圖像

3 討論

能譜CT采用單個(gè)球管進(jìn)行能量成像，其利用高低壓（140/80kV）瞬時(shí)切換，幾乎可同時(shí)得到兩組不同能量的X線衰減信息，因此可以獲得40～140keV共101個(gè)單能圖像，可以有效減少硬化偽影和CT值偏移，也可用于物質(zhì)定量分析，甚至組織成分的定性。通過(guò)基物質(zhì)配對(duì)（如碘-水、碘-鈣），能譜CT可進(jìn)行物質(zhì)分離，去骨和去鈣化。臨床上，能譜CT廣泛用于消除金屬植入物偽影、提高血管造影圖像質(zhì)量、增加病灶檢出率和提高病變的定性準(zhǔn)確性，因具有以上諸多優(yōu)勢(shì)而成為近幾年影像研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)[8-9]。

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中鈣化的發(fā)生率較高，曾有報(bào)道統(tǒng)計(jì)其發(fā)生率可達(dá)70％～80％[10]，而在CTCA檢查中，明顯的鈣化會(huì)影響冠狀動(dòng)脈狹窄程度的判斷，管壁鈣化可以不同程度地干擾對(duì)相應(yīng)部位冠脈管腔狹窄的判斷，以致夸大管腔狹窄的程度，影響對(duì)冠心病的診斷及分級(jí)[11]。Abdulla J等[12]曾對(duì)1634名患者的冠狀動(dòng)脈鈣化情況進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)明顯的鈣化使得冠心病的診斷指標(biāo)普遍下降，其中診斷的特異性和診斷比值比的下降較為明顯。通過(guò)特殊的成像及后處理手段消除鈣化偽影甚至去除鈣化，以清晰顯示冠狀動(dòng)脈管腔，是目前關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，CT能譜成像及其以物質(zhì)分離為基礎(chǔ)的去鈣化技術(shù)是比較有發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€(gè)研究方向[13]。

動(dòng)脈粥樣硬化鈣化病灶的主要成分為羥基磷灰石，因此在能譜成像的去鈣化中，采用了碘-羥基磷灰石這一基物質(zhì)對(duì)。理想狀態(tài)下，這一基物質(zhì)對(duì)的圖像可以消除鈣化，從而更加清晰地顯示血管管腔和血管狹窄。但是，受斑塊及血液成分復(fù)雜性和CT成像噪聲的影響，鈣化的去除并不能達(dá)到理想的效果。此外，圖像的重建算法會(huì)影響圖像空間和密度分辨率，因此，也可能會(huì)對(duì)能譜成像的去鈣化效果產(chǎn)生影響。

除受病變組織成分復(fù)雜性和圖像噪聲的影響外，重建算法也會(huì)影響鈣化的去除效果。本研究采用兩種具有不同針對(duì)性的重建算法，評(píng)估其對(duì)能譜CT冠狀動(dòng)脈去鈣化的影響，Standard算法針對(duì)密度分辨率，而Detail算法側(cè)重的是空間分辨率。本研究顯示，兩種重建算法均可部分或全部消除大部分鈣化。但與Standard算法相比，采用Detail算法的鈣化去除效果更好。本研究還發(fā)現(xiàn)，目前應(yīng)用能譜CT成像去除冠狀動(dòng)脈鈣化的技術(shù)還不成熟，在有效去除鈣化的同時(shí)，會(huì)顯著降低圖像的空間分辨率和密度分辨率，造成圖像的失真。本研究中，Detail算法可更好地去除鈣化，但會(huì)影響血管管腔的顯示，Standard算法不能完全去除鈣化，但與單能量成像結(jié)合，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)鈣化局部的血管管腔。此外，鈣化的大小、形態(tài)、密度以及強(qiáng)化掃描的增強(qiáng)效果均可能對(duì)冠狀動(dòng)脈管腔和鈣化的顯示產(chǎn)生影響，其具體情況還有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，采用CT冠狀動(dòng)脈能譜成像的去鈣化技術(shù)，可以有效消除鈣化但也伴隨著圖像質(zhì)量及血管管腔顯示效果的下降。應(yīng)用能譜成像消除冠狀動(dòng)脈鈣化對(duì)CTCA成像效果的影響，還需進(jìn)一步的研究。

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Influence of Two Different Reconstruction Algorithms on Calcification Elimination of Coronary Spectral CT

YAO Xin-yu, DU Xiang-ying, LI Peng-yu, LI Qian-wen
Department of Radiology, Xuanwu Hospital, CapitalMedical University, Beijing 100053, China

Objective Todiscuss the influence of twodifferent reconstruction algorithms on calcification elimination of coronaryspectral imaging.Methods Altogether 22cases of patients with coronary calcification underwent coronaryspectral imaging. All coronarysegments with calcification were reconstructed with twodifferent algorithms （Detail versus Standard） and processed with the materialdifferentiation （MD）software to remove calcification. Two radiologists evaluated the effectiveness of calcification removal according to a 4-score method.Moreover, the χ2verification method was applied to compare the calcification elimination between two groups. Results Among 22cases, 85coronary calcification lesions were revealed clearly. There wassignificantdifference between Detail Group and Standard Group in effectiveness of calcification removal. Calcification lesions in Detail Group was removed more completely. Conclusion Among two reconstruction algorithms of coronaryspectral CT imaging, the Detail algorithm could eliminate calcification more effectively, but influenced thedisplay of of vascular lumen. The Standard algorithm cannot remove the coronary wall calcification completely, but was helpful to accurately assess the local calcified vascular lumenin combination withsingle energy imaging.

coronary artery；calcification elimination；spectral computed tomography imaging；thin-slice imaging reconstruction

R541.4；R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.015

1674-1633（2015）08-0050-03

2015-03-17

修回日期：2015-05-25

作者郵箱：314985151@qq.com