集成電子探測器聯(lián)合迭代重建技術(shù)不同層厚重建對(duì)冠脈支架顯示的影響：體外實(shí)驗(yàn)研究

金士琪，王彥懿，楊　帆，初金剛，于　揚(yáng)，戴　旭

（1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽　110001；2.西門子醫(yī)療CT事業(yè)部，遼寧 沈陽　110001）

?心臟、血管影像學(xué)?

集成電子探測器聯(lián)合迭代重建技術(shù)不同層厚重建對(duì)冠脈支架顯示的影響：體外實(shí)驗(yàn)研究

金士琪1，王彥懿1，楊帆1，初金剛1，于揚(yáng)2，戴旭1

（1.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽110001；2.西門子醫(yī)療CT事業(yè)部，遼寧 沈陽110001）

目的：評(píng)價(jià)聯(lián)合集成電子探測器與SAFIRE迭代重建技術(shù)在不同重建層厚下對(duì)不同內(nèi)徑冠脈支架尤其是≤3mm支架顯示的影響。方法：選取不同類型的8枚內(nèi)徑分別為3.5mm、3mm以及2.5mm的支架（編號(hào)1～8），釋放于模擬冠脈血管的體外模型中，行配有集成電子探測器的雙源CT進(jìn)行冠脈前瞻掃描，將掃描后得到的原始數(shù)據(jù)按照不同層厚（0.5mm、0.6mm、0.75mm）進(jìn)行圖像重建分為3組。對(duì)上述3組圖像進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià)，包括圖像質(zhì)量評(píng)分、支架內(nèi)徑差異（Artificial lumen narrowing，ALN）、支架內(nèi)腔衰減（Attenuation）、圖像噪聲及衰減噪聲比（Attenuation－to－noise ratio，ANR）的評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)分析各組間的差異性。結(jié)果：圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性良好 （Kappa=0.797），0.5mm重建組獲得的圖像質(zhì)量明顯高于另兩組 （P值分別為0.008，0.000）。0.5mm層厚組ALN值最低，為40.69%±4.16%，與其他各組間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值分別為0.043，0.018，P＜0.05）。各組之間，衰減值差異、ANR均未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＞0.05）。隨著重建層厚的增加，圖像噪聲逐漸降低，但0.5mm組及0.6mm組之間圖像噪聲無明顯差異。結(jié)論：對(duì)于冠脈支架評(píng)估，集成電子探測器0.5mm層厚重建配合SAFIRE迭代重建技術(shù)獲取的圖像質(zhì)量整體最佳，尤其是對(duì)于≤3mm支架，可為臨床提供更佳質(zhì)量的支架圖像。

支架；冠狀血管造影術(shù)；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)

冠狀動(dòng)脈CT血管造影（CCTA）作為無創(chuàng)性檢查方法現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床，尤其是冠狀動(dòng)脈狹窄的評(píng)價(jià)，而多個(gè)研究顯示CCTA對(duì)于評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈支架再狹窄也具有較高的準(zhǔn)確性[1－3]。而高密度金屬支架所產(chǎn)生的容積重疊偽影及射線硬化偽影影響了支架內(nèi)腔的顯示，大大降低了圖像質(zhì)量，影響了對(duì)其的評(píng)估，尤其是在對(duì)內(nèi)徑≤3mm支架的顯示方面[3－4]。究其原因，最主要的是采集的空間分辨率問題。而集成電子探測器可以通過0.5mm層厚重建的方式來提高圖像的空間分辨率，恰解決了這一難題，但薄層重建時(shí)圖像噪聲會(huì)隨之增加，因此需聯(lián)合使用迭代重建以獲取高質(zhì)量的圖像[5－6]。以往有研究表明，0.6mm層厚重建配合迭代重建技術(shù)對(duì)冠脈支架顯示較為清晰[7－8]，而對(duì)于新型探測器0.5mm層厚配合迭代重建技術(shù)對(duì)冠脈支架的顯示方面未做系統(tǒng)的研究，因此，本實(shí)驗(yàn)意在研究新型探測器0.5mm結(jié)合迭代重建技術(shù)在冠脈支架成像方面的顯示價(jià)值。

1　材料與方法

1.1支架的選取以及模體的制作

本實(shí)驗(yàn)中選取了不同類型的8枚支架 （表1），根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)[3－4，9]，分別定制了3.5mm、3mm以及2.5mm直徑亞格力管模擬人體冠脈血管，管的直徑等同于支架的標(biāo)稱外徑，材料的CT值接近人體冠脈血管壁40HU左右；所有支架均在各自輸送系統(tǒng)的壓力及球囊擴(kuò)張下成功打開并釋放于8支模擬血管內(nèi)；管內(nèi)注入鹽溶液稀釋的造影劑 （碘海醇350mgI/mL），在120 kVp管電壓下使其CT值為350 HU左右[6]；管兩端密封，將其放置在模擬人體胸部的玻璃容器中固定，容器內(nèi)填充植物油來模擬心外膜脂肪組織，在120 kVp下CT值為－70HU左右。

表1　8枚支架基本信息（mm）

1.2CT掃描方式以及重建參數(shù)

所有CT掃描數(shù)據(jù)均在配有集成電子探測器的雙 源 CT（SOMATOMDefinitionFlash；Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）上獲得。掃描過程中，采取虛擬ECG信號(hào)模擬心率60次/min心跳，行120 kV前瞻軸掃。掃描參數(shù)如下[9－10]：常規(guī)掃描使用前瞻軸掃，啟動(dòng)CARE Dose 4D智能管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，管電壓120 kV，質(zhì)量參考電流400mAs/r。掃描時(shí)均在最佳舒張期成像。

將原始數(shù)據(jù)采用不同的層厚以及Safire迭代重建方式進(jìn)行圖像重建（表2），根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果[9]，迭代強(qiáng)度選取為2。所有 CT數(shù)據(jù)傳輸至Syngo Multi Modality Workplace；Siemens Healthcare進(jìn)行后處理，經(jīng)二維和三維重建圖像全面觀察，包括橫軸位及多平面重組（MPR）。

表2　各組的重建方式

1.3圖像質(zhì)量分析

分別從主觀和客觀兩方面對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，比較各組圖像之間在圖像噪聲及支架顯示方面的差異。

1.3.1定性分析

主觀評(píng)價(jià)由兩位有冠脈CT診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生進(jìn)行，對(duì)每幅支架圖像進(jìn)行包括管腔內(nèi)以及支架結(jié)構(gòu)顯示的綜合雙盲評(píng)估。所有圖像均在窗寬1500HU和窗位300HU下顯示[11]，采用Likert五分制[9]：1分：圖像質(zhì)量非常差，管腔受偽影影響無法觀察到內(nèi)部情況，支架結(jié)構(gòu)模糊不清；2分：圖像質(zhì)量差，雖能看到管腔但清晰度很低，受放大偽影影響嚴(yán)重，支架模糊，不能夠診斷；3分：圖像質(zhì)量中等，可以觀察到管腔內(nèi)部，但受圖像噪聲和偽影影響邊界不清；4分：圖像質(zhì)量好，腔內(nèi)的CT值略高于正常水平，但對(duì)管腔內(nèi)評(píng)價(jià)無影響；雖有些許模糊但可以觀察到支架細(xì)小結(jié)構(gòu)；5分：圖像質(zhì)量優(yōu)秀，腔內(nèi)CT值在正常水平，邊界清晰；支架細(xì)小結(jié)構(gòu)銳利分辨清楚。

1.3.2定量分析

客觀評(píng)價(jià)由1位閱片醫(yī)生在不知掃描方式及重建參數(shù)的前提下分別對(duì)圖像噪聲水平，支架內(nèi)徑差異、支架腔內(nèi)衰減值、衰減噪聲比4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估[5，8]。

圖像噪聲水平，圖像噪聲定義為組織背景即支架相鄰油內(nèi) （模擬心外膜脂肪組織）CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（取ROI大小為2 cm2），3次測量后取平均值。

支架內(nèi)徑差異（Artificial lumen narrowing，ALN）通過比較支架測量內(nèi)徑與真實(shí)內(nèi)徑的差異來衡量評(píng)價(jià)支架管腔內(nèi)徑的準(zhǔn)確性。利用工作站自帶軟件卡尺工具對(duì)管腔內(nèi)徑進(jìn)行測量，分別選取3個(gè)不同層面取平均值。支架內(nèi)徑差定義為[9，12]：

其中，IDMeasured為支架測量內(nèi)徑，EDReal為支架真實(shí)外徑，TStruct為支架厚度。

支架腔內(nèi)衰減差異（Attenuation）用于評(píng)估支架放大偽影對(duì)管腔內(nèi)顯示的影響，其定義為模擬血管內(nèi)有支架處（SLA）與無支架處（TLA）CT值的差異。TLA CT值通過測量支架近端及遠(yuǎn)端CT值取平均值得到，SLA CT值軸位選取3個(gè)不同平面測量取平均值，測量時(shí)ROI域要盡可能足夠大且放置于支架內(nèi)腔的中心同時(shí)避開支架管壁[9]。

Attenuation=SLA－TLA

圖像的衰減噪聲比（ANR）定義為支架內(nèi)衰減差異/圖像噪聲[10]。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

所有定量分析數(shù)據(jù)均寫成x±s的形式。對(duì)同一支架不同重建方式得到客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采用Friedman分析及Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)方法，主觀評(píng)分采用Kappa分析計(jì)算其組間的一致性，之后統(tǒng)計(jì)其差異性。所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果均取P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，統(tǒng)計(jì)分析借助SPSS Statistics 19軟件實(shí)現(xiàn)。

2　結(jié)果

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表3。

表3　主客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)表

2.1主觀評(píng)價(jià)

兩名閱片醫(yī)生之間對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)估一致性Kappa值為0.797，一致性較好。

各組主觀評(píng)價(jià)中，0.5mm層厚組的評(píng)分最高為34分，0.6mm層厚組評(píng)分為32分，0.75mm層厚組最低為23.5分，且3組組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.008，0.000和0.000，圖1，2）。

圖1圖1a為0.5mm層厚組，圖1b為0.6mm層厚組，圖1c為0.75mm層厚組，通過3組圖像對(duì)比可以明顯看出圖1a圖像各支架結(jié)構(gòu)及內(nèi)腔顯示優(yōu)于圖1b，1c。圖2圖2a，2b均為支架6，支架內(nèi)徑為3mm，重建層厚左－右依次為0.5mm，0.6mm，0.75mm。圖2b為支架6三種層厚的軸位圖像，通過對(duì)比可以明顯看出0.5mm層厚對(duì)支架結(jié)構(gòu)及內(nèi)腔顯示更好。

Figure 1.Slice thickness of 0.5mm(Figure 1a).Slice thickness of 0.6mm(Figure 1b).Slice thickness of 0.75mm(Figure 1c).Stent lumen and structure are showed better in the image of group A than the other two groups.Figure 2.Both show coronary stent 6 which is 3mm in diameter.Images were reconstructed with 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Axial images of the three groups(Figure 2b).Image of 0.5mm stent shows the stent structure better than the others obviously.

2.2客觀評(píng)價(jià)

2.2.1圖像噪聲

見圖3。當(dāng)掃描條件一致時(shí)，不同層厚重建下的噪聲有明顯差異，F(xiàn)riedman檢驗(yàn)P＜0.05（P=0.002）。隨著重建層厚的增加，噪聲得到明顯抑制，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中0.75mm層厚組噪聲水平最小，為（15.725 0±2.853 4）HU，而0.5mm層厚組與0.6mm層厚組圖像噪聲無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＞0.05（P=0.093），0.75mm層厚組與0.5mm層厚組、0.6mm層厚組之間噪聲水平統(tǒng)計(jì)學(xué)差異分別為P=0.012，0.025（P＜0.05）。

2.2.2ALN

ALN評(píng)價(jià)結(jié)果表明不同層厚重建后支架ALN結(jié)果有差異，F(xiàn)riedman檢驗(yàn)P=0.006＜0.05，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。其中0.5mm重建層厚對(duì)支架的顯示最優(yōu)。0.5mm組重建的圖像ALN值優(yōu)于0.6mm組和0.75mm組，且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P值分別為0.043，0.018，圖4）。0.6mm層厚組與0.75mm層厚組之間ALN值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值=0.225＞0.05）。

2.2.3支架腔內(nèi)衰減差異

各組間支架管腔內(nèi)衰減差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P= 0.135）。

2.2.4ANR

圖3　三組圖像重建后圖像噪聲分析結(jié)果。Figure 3.　The image noise results of three groups of images reconstructed.

圖4　箱線圖顯示各組數(shù)據(jù)集ALN分析結(jié)果。Figure 4.　The box plots showed that the results of each group of data set ALN.

各組間圖像ANR分析顯示，各組之間ANR差異不明顯，無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.325）。

3　討論

3.1集成電子探測器的應(yīng)用可以提高冠脈支架的可視化

目前，CCTA作為非侵入式的檢測方法，及其高靈敏度及精確度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈支架術(shù)后患者的隨訪當(dāng)中[2-3]。但與以往CCTA血管顯示不同，支架成像不僅要顯示血管的走行狀態(tài)，還需達(dá)到對(duì)支架內(nèi)腔的可視化。集成電子探測器的產(chǎn)生，恰解決了這一難題，這是由于它獨(dú)特的Edge光柵技術(shù)排除了元器件間的串?dāng)_，從而可以采用0.5mm層厚在Z軸進(jìn)行重建，大大提高了空間分辨率[5]。而傳統(tǒng)的DC數(shù)字電路探測器技術(shù)只能達(dá)到0.6mm層厚。與此同時(shí)，集成電子探測器還將探測器單元的電子器件與光電二極管整合到一起，有效降低了電子噪聲的干擾，提升了圖像尤其是微小結(jié)構(gòu)圖像的總體顯示質(zhì)量[10，13]。因此集成電子探測器0.5mm層厚重建為3mm以下支架的微細(xì)結(jié)構(gòu)顯示以及管腔內(nèi)評(píng)估提供了新的技術(shù)支持[5，14]。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)3.5mm、3mm 及2.5mm支架進(jìn)行重建，對(duì)比了0.5mm重建與0.6mm，0.75mm重建層厚在支架顯示效果方面的差異，結(jié)果表明采用0.6mm重建就可以診斷3mm以上支架，但對(duì)于≤3mm的支架，0.5mm重建更有助于觀察支架甚至是支架材料間縫隙處的微小結(jié)構(gòu)，更有益于減少金屬支架引起的放大偽影，對(duì)管腔內(nèi)的再狹窄程度的判斷也更準(zhǔn)確。

3.2迭代重建技術(shù)

應(yīng)用迭代重建技術(shù)（SAFIRE）可以降低圖像噪聲，提高支架管腔顯示度。0.5mm圖像重建層厚薄，本應(yīng)該使噪聲水平更高；但由于0.5mm層厚重建在算法上必須搭載了SAFIRE共同使用，因此在圖像質(zhì)量得到了很大提升，噪聲得到了抑制，本實(shí)驗(yàn)也得出0.6mm組與0.5mm層厚組噪聲之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，同時(shí)，三組之間衰減噪聲比也未見明顯差異。

使用0.5mm重建可以得到更好的管腔評(píng)價(jià)水平，尤其是對(duì)管腔內(nèi)狹窄距離的評(píng)估更加準(zhǔn)確。本文中0.5mm組ALN均值達(dá)到40.69%±4.16%，均＜0.6mm 及0.75mm組。André等[15]使用256層CT與第一代雙源CT進(jìn)行3mm以下支架顯示對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其支架內(nèi)徑ALN值為50.8%±7.4%與50.7%±7.2%，與本實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果基本保持一致。

對(duì)于管腔內(nèi)衰減值差異，各組間并沒有發(fā)現(xiàn)顯著性差異。分析其原因，這可能是由測量時(shí)ROI區(qū)域選取有關(guān)。支架掃描時(shí)引起的放大偽影其影響并不像鋼釘?shù)冉饘賯斡澳前忝黠@，僅在金屬結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生模糊放大的作用。而測量管腔內(nèi)CT值時(shí)，一般都要求避開金屬結(jié)構(gòu)。同時(shí)，薄層重建雖然使噪聲增加，從而使CT值增加，但是支架內(nèi)外差異值卻并不受明顯影響。

本研究的局限性在于本研究的樣本量較小，并且僅是在理想條件下對(duì)冠脈支架進(jìn)行研究，其準(zhǔn)確性還需進(jìn)一步應(yīng)用于臨床加以驗(yàn)證。

總之，對(duì)于直徑≤3mm的支架，Stellar探測器0.5mm重建配合SAFIRE迭代重建技術(shù)可以在相對(duì)降低圖像噪聲的情況下提高圖像的空間分辨率，從而提高支架圖像的顯示及支架內(nèi)腔的可視化，值得推薦。

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Coronary artery stent imaging using an integrated electronics detector and different slice reconstructions:in vitro experience

JIN Shi-qi1,WANG Yan-yi1,YANG Fan1,CHU Jin-gang1,YU Yang2,DAI Xu1
(1.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China; 2.Career Department,Siemens Healthcare CT,Shenyang 110001,China)

Objective:To assess the visualization improvement for different coronary stents especially≤3mm,using different image slice thickness reconstructed by integrated electronics.Methods:Eight different coronary stents with inner diameter of 3.5mm,3mm and 2.5mm were placed in plastic tubes filled with contrast agent(iohexol 350mgI/mL)diluted with saline to make sure that the CT value of contrast was about 350HU at 120 kVp.The whole phantom was then settled in an oil tank to mimic the pericardium fatty environment.All the CT scanning data was acquired using Siemens Definition Flash with a integrated electronics detector under prospective coronary CTA mode.Images were reconstructed into 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Two experienced radiologists blinded to each other evaluated the image quality,image noise,artificial lumen narrowing(ALN),lumial attenuation difference and attenuation－to－noise ratio(ANR).Results:Among the 3 groups,0.5mm images reconstructed were rated best for clearly showing the details of the stents and the inner－lumen situations(Kappa=0.797).The ALN value of 0.5mm group was the lowest(40.69%±4.16%),and was superior to 0.6 and 0.75mm groups(P=0.043,0.018,P＜0.05).But the differences of luminal attenuation and ANR among the three groups were not significant(P＞0.05).With the in creasing of the iterative reconstruction slice thickness,the image noise decreased,but the differences between 0.5mm and 0.6mm groups were not statistically significant(P＞0.05).Conclusion:Stent visualization can be benefited from 0.5mm slice thickness image for more accurate lumen narrowing assessment and lower image noise.

Stents;Coronary angiography;Tomography,X－ray computed

R654.2；R814.42；R815

A

1008－1062（2016）07－0467－04

2015－11－26

金士琪（1990－），女，遼寧鞍山人，在讀碩士研究生。E－mail：496218373＠qq.com

戴旭，中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，110001。E－mail：daixudex＠vip.sina.com