心臟CTA心腔內(nèi)成像VR閾值不透明度曲線的調(diào)制與應(yīng)用研究

劉家驥 王倩 張穎 馮秋秋 楊熹

(遵義市第一人民醫(yī)院，貴州 遵義 563002)

心臟CTA心腔內(nèi)成像VR閾值不透明度曲線的調(diào)制與應(yīng)用研究

劉家驥1王倩2張穎1馮秋秋1楊熹1

(遵義市第一人民醫(yī)院，貴州 遵義 563002)

目的 探討通過調(diào)整容積再現(xiàn)成像閾值不透明度曲線以顯示心腔結(jié)構(gòu)的可行性。方法 收集整理行心電門控冠狀動(dòng)脈CTA檢查的96例患者資料，采用手動(dòng)編輯的梯形閾值不透明度曲線對(duì)其進(jìn)行容積再現(xiàn)成像處理，使用虛擬手術(shù)刀技術(shù)剖開心腔后，對(duì)左右心室腔的成像效果進(jìn)行5分法評(píng)分，同時(shí)測(cè)量左右心室與室間隔CT值，通過spearman秩相關(guān)系數(shù)分析心室腔成像效果與心室CT值及心室/室間隔濃度比的相關(guān)性。結(jié)果 心腔成像的效果與心室CT值及心室/室間隔濃度比呈高度正相關(guān)(rs=0.840、0.897，P均<0.01)，對(duì)比劑充盈良好的左心室4分以上的病例達(dá)90.7%。結(jié)論 具有足夠?qū)Ρ葎舛鹊男那慌浜线m當(dāng)?shù)拈撝挡煌该鞫惹€可以獲取滿足診斷需要的圖像，在對(duì)于以了解心腔或心臟瓣膜情況為目的的心臟CTA掃描中，調(diào)制出適合各自CT后處理工作站心腔內(nèi)閾值不透明度曲線并將其應(yīng)用到圖像三維重建和診斷中是很有意義的。

心臟； 容積再現(xiàn)成像； 體層攝影術(shù)； X線計(jì)算機(jī)

隨著CT掃描在時(shí)間及空間分辨率的進(jìn)步，該項(xiàng)技術(shù)在心臟檢查中的應(yīng)用越來越廣泛，除了冠狀動(dòng)脈CTA已作為冠心病篩查常用的檢查手段外，對(duì)于先天性心臟病、心瓣膜疾病方面的檢查，CT掃描也有著越來越廣泛的應(yīng)用[1-3]。與前者著眼于對(duì)心臟表面的冠狀動(dòng)脈情況進(jìn)行評(píng)估不同，對(duì)于先天性心臟病、心瓣膜疾病為目的心臟CTA檢查，則更多地想了解心腔內(nèi)結(jié)構(gòu)的情況。本文主要探討一種通過調(diào)整容積再現(xiàn)成像(volume rendering imaging，VR)閾值不透明度曲線以顯示心腔結(jié)構(gòu)的方法的可行性。

1 資料與方法

1.1 基本資料

隨機(jī)抽取2015年3-5月在我院行以冠狀動(dòng)脈檢查為目的心臟CTA檢查患者96例，男52例，女44例；年齡40～91歲，平均63歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：心腔對(duì)比劑充盈均勻，冠狀動(dòng)脈顯示清晰,無明顯運(yùn)動(dòng)偽影。掃描機(jī)型號(hào)為西門子Definition Flash炫速雙源CT，心電門控采集，對(duì)比劑使用碘佛醇，濃度為320 gL/100 mL，給藥量為70 mL ，注射速率5.0 mL /s。掃描完成后系統(tǒng)自動(dòng)重建最佳收縮期和最佳舒張期圖像。

1.2 后處理方法及圖像評(píng)分

掃描完成，將掃描數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入西門子Syngo.via后處理工作站進(jìn)行后處理。選擇VR成像，調(diào)整心臟位置，通過虛擬手術(shù)刀技術(shù)，采用平面剪裁工具剖開心腔后，調(diào)整閾值不透明曲線顯示心腔，閾值不透明度曲線為手動(dòng)編輯模式。采用梯形曲線，梯形中間部分設(shè)置為顯示，兩端設(shè)置為不顯示，顯示部分的CT值范圍下界低于-30 HU，上界在100～700 HU間調(diào)節(jié)，根據(jù)心腔對(duì)比劑濃度不同調(diào)整上界范圍(圖1c)，確保心腔內(nèi)高密度對(duì)比劑不顯示為標(biāo)準(zhǔn)，采用系統(tǒng)默認(rèn)的光照和陰影效果。然后分別在標(biāo)準(zhǔn)四腔心位觀察室間隔和心室乳頭肌、房室瓣結(jié)構(gòu)。對(duì)圖像質(zhì)量按5分法進(jìn)行評(píng)分(5分：心室腔完全透明化，心室乳頭肌顯示清晰，瓣葉顯示清晰；4分：心腔完全透明化，心室乳頭肌顯示清晰，瓣葉顯示欠清晰或部分顯示；3分：心腔部分透明化，乳頭肌顯示尚清晰，瓣葉基本不能顯示；2分：心腔部份透明化，心室乳頭肌顯示不清，瓣葉不能顯示；1分：心腔不能透明化，左心室乳頭肌不能顯示，瓣葉不能顯示)。通過評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，4分以上的心腔內(nèi)三維重建圖像能滿足對(duì)心腔結(jié)構(gòu)的診斷。為更全面地評(píng)估心室對(duì)比劑濃度不同對(duì)成像效果的影響，除將對(duì)比劑濃度較高的左室納入評(píng)價(jià)外，另將對(duì)比劑濃度較低的右心室也納入評(píng)價(jià)。

1.3 測(cè)量及統(tǒng)計(jì)學(xué)掃描

通過多平面重組調(diào)整經(jīng)二尖瓣瓣口的四腔心斷面，分別測(cè)量左、右心室及室間隔中部的CT值，并計(jì)算左、右心室與室間隔密度的比值。為評(píng)估心腔對(duì)比劑濃度與圖像質(zhì)量間的相關(guān)性，將心室/室間隔濃度比與圖像質(zhì)量進(jìn)行秩相關(guān)雙變量關(guān)聯(lián)性分析，統(tǒng)計(jì)量采用spearman秩相關(guān)系數(shù)，統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件采用SPSS 19.0，取α=0.05為檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié) 果

96例患者共192個(gè)心室均完成圖像重組與評(píng)估，其中左心室CT值(492±118) HU，4分以上的病例88例，占到總數(shù)的90.7%；右心室CT值(118±24) HU，室間隔CT值(176±90) HU，4分以上的病例2例。不同評(píng)分組對(duì)應(yīng)數(shù)量及心室CT值范圍見表1。

表1 不同評(píng)分組例數(shù)、心室濃度及心室/室間隔密度比表

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，心室濃度及心室/室間隔濃度比與圖像質(zhì)量評(píng)分間的spearman系數(shù)分別為0.840與0.897，P值均<0.01，可以認(rèn)為圖像質(zhì)量與心室CT值濃度及心室/室間隔濃度比均呈顯著正相關(guān)，其中與心室/室間隔濃度比相關(guān)度更高。提示在CT檢查時(shí)，心室有足夠的對(duì)比劑濃度，是獲得良好心腔成像圖像的關(guān)鍵。

3 討 論

一直以來，心臟多普勒超聲檢查占據(jù)著心臟影像學(xué)檢查的主導(dǎo)地位。隨著CT設(shè)備的進(jìn)步，CT時(shí)間分辨率得到了極大提升，使心臟的成像能力顯著提高[4]。配合心電門控的心臟CTA掃描模式可以使原來顯示不佳的心腔內(nèi)結(jié)構(gòu)如瓣膜、心室壁等結(jié)構(gòu)得到較清晰地顯示。西門子炫速雙源CT對(duì)心臟掃描的時(shí)間分辨率達(dá)到了75 ms[5]，使其在對(duì)心臟運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的顯示方面具有先天優(yōu)勢(shì)。由于心腔的解剖較為復(fù)雜，且其長(zhǎng)軸與身體長(zhǎng)軸呈45°夾角，無論超聲還是CT斷面檢查均難以全面反映心臟形態(tài)和結(jié)構(gòu)，尤其對(duì)于心腔內(nèi)一些不規(guī)則的較小病灶，僅靠斷面更是容易造成誤判，雖然通過多平面重組技術(shù)可以對(duì)診斷提供幫助，但如果能獲得三維立體的圖像對(duì)病變的展示無疑是有較大幫助的。在后處理工作站常規(guī)三維重建函數(shù)庫內(nèi)，常用的表面遮蓋投影(surface shade display,SSD)還是VR協(xié)議均主要是對(duì)臟器的外觀進(jìn)行展示，缺乏對(duì)心腔顯示良好的協(xié)議，對(duì)管腔顯示主要依靠仿真內(nèi)窺鏡(virtual endoscope, VE)技術(shù)展示，但VE由于模擬內(nèi)窺鏡廣角鏡頭的關(guān)系，其獲得的圖像存在一定的廣角畸變，造成局部解剖結(jié)構(gòu)顯示的失真，對(duì)于主動(dòng)脈、氣道等規(guī)則管腔雖可以將視角調(diào)整到管腔中心來減少畸變[6]，但對(duì)于心腔這種形態(tài)不規(guī)則的結(jié)構(gòu)這樣的畸變是難以避免的，這對(duì)于心腔結(jié)構(gòu)的顯示來說是不利的。

相對(duì)三維重建的基礎(chǔ)來說，有足夠的密度差異配合相應(yīng)的閾值不透明度曲線即可分割出不同組織結(jié)構(gòu)獲得相應(yīng)的三維圖像[7]。針對(duì)心腔顯示的要求，通過VR配合適當(dāng)?shù)拈撝挡煌该鞫惹€，本組資料選擇了梯形曲線加以調(diào)制，選擇僅顯示軟組織密度區(qū)間的物質(zhì)與結(jié)構(gòu)，對(duì)較高和較低密度的物質(zhì)與結(jié)構(gòu)不加以顯示， 使VR圖像上僅顯示心肌而隱藏高密度的心腔與低密度的肺組織，以達(dá)到使心腔透明化的目的，配合虛擬手術(shù)刀技術(shù)，切開部分組織，即可觀察心腔內(nèi)的結(jié)構(gòu)。由于顯示是基于VR的，避免了圖像失真，能更好地評(píng)估病灶情況，了解病灶與周圍解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系(圖1a-c、圖2)，為進(jìn)一步的診治提供更翔實(shí)的依據(jù)。對(duì)于所需的密度差異，本組數(shù)據(jù)顯示，常規(guī)冠脈檢查所達(dá)到的左心室充盈濃度已基本滿足心腔內(nèi)成像所需的對(duì)比劑要求，其評(píng)分4分以上的圖像占到90.7%，并且對(duì)于那些僅需了解病灶與周圍解剖關(guān)系的應(yīng)用，評(píng)分3分的圖像也可以獲得較好的效果。

圖1a-c：室間隔缺損(ventricular septal defect, VSD)患者。a.軸位圖像：能顯示VSD的存在()，但缺乏形象化，對(duì)缺損形態(tài)及周圍關(guān)系不佳。b. 仿真內(nèi)窺鏡成像：雖能較好顯示VSD形態(tài)()，但由于圖像的畸變，影像判斷病灶的位置和周圍關(guān)系。c. VR心腔內(nèi)成像：右下角為曲線方案，兩腔心切面，同時(shí)能顯示VSD()、左、右心室腔，并清楚顯示VSD與主動(dòng)脈及心室嵴的關(guān)系。圖1 病灶與周圍解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系

注：通過心腔內(nèi)成像顯示主動(dòng)脈下方室間隔膜部的不規(guī)則形態(tài)缺損()。圖2 法洛氏四聯(lián)癥患者左室長(zhǎng)軸切面

由于在顯示心腔時(shí)需要采用虛擬手術(shù)刀技術(shù)剖開心臟表面，對(duì)于切開的角度的選擇很重要。為與傳統(tǒng)的觀察角度保持一致，在角度選擇上保證有四腔心位、兩腔心位和一個(gè)左心室長(zhǎng)軸位是很有必要的，能更好地對(duì)心腔內(nèi)病灶的位置、大小、形態(tài)及與周圍大血管的關(guān)系做出全面顯示，以對(duì)病變情況加以準(zhǔn)確評(píng)估，這對(duì)房室間隔缺損及房室與大血管連接等的顯示應(yīng)該有益的。而對(duì)于心臟瓣膜來說，我們可以觀察到瓣膜的形態(tài)與心室壁的關(guān)系，配合回顧性心電門控，甚至可以重組出瓣膜運(yùn)動(dòng)的情況。而將這樣制作的三維圖像配合3D打印技術(shù)，可以直接打印出立體模型，達(dá)到真正所見即所得的效果,從而用于手術(shù)計(jì)劃的制定或仿真[8-9]。 所以，在對(duì)于以了解心腔或心臟瓣膜情況為目的的心臟CTA掃描中，調(diào)制出適合各自CT后處理工作站心腔內(nèi)閾值不透明都曲線并將其應(yīng)用到圖像的三維重組和診斷中是很有意義的。

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Research on modulation and application of intracardiac imaging VR threshold opacity curve in cardiac CTA

LiuJiaji1,WangQian2,ZhangYin1,FengQiuqiu1,YangXi1.

1.DepartmentofRadiology，theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.2.DepartmentofCardiology,theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.

Objective To investigate the feasibility of a new method displaying heart chamber structure by adjusting threshold opacity curve of volume rendering imaging. Methods It was collected and organized records of 96 patients accepting ECG-gated coronary artery CTA, conducted VR imaging process by manually editing trapezoidal threshold opacity curve, and applied 5-score evaluating system to assess imaging result of right and left ventricular chambers after opened cardiac chambers with virtual scalpel. Meanwhile, CT value of right ventricle and left ventricle and ventricular septum were measured. It was analyzed the correlation among ventricular chamber imaging result, ventricle CT value, and ventricle/ Ventricular septum concentration ratio through Spearman's Rank Correlation Coefficient. Results There were a highly positive correlation between heart chamber imaging result and ventricle CT value & ventricle/ventricular septum concentration ratio (rs=0.840 & 0.807,P<0.01). 90.7% of left ventricles with good contrast media filling had shown 4-score above imaging quality. Conclusion The combination of heart chamber with adequate contract media concentration and appropriate threshold opacity curve can produce image required by diagnosis. For cadiac CTA scanning aiming at examination of heart chamber or cardiac valves, it is significant to modulate intracardiac threshold opacity curve adapted to corresponding CT post-processing working station and apply it into three-dimension image reconstruction & diagnosis.

Cardiac； Volume rendering imaging； Tomography； X-ray computed

貴州省省市科技合作專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(NO：省市科合[2015]54)

R861.2

A

1000-744X(2016)08-0817-03

2016-03-26)