256排CT管電壓及重建方式對(duì)小內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架模型顯示的影響

楊蕾，徐怡*，祝因蘇，王玲玲，唐立鈞，施海彬

1.南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，江蘇南京 210029；2.通用電氣醫(yī)療，上海 201203；

經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（percutaneous coronary intervention，PCI）是目前治療冠心病的重要方法[1]。支架內(nèi)再狹窄（in-stent restenosis，ISR）是PCI術(shù)后的一個(gè)主要并發(fā)癥，發(fā)生率為15%～35%[2]。冠狀動(dòng)脈CT血管成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）是一種無(wú)創(chuàng)、安全的檢查方法。Meta分析顯示，與冠狀動(dòng)脈造影相比，CCTA評(píng)估冠狀動(dòng)脈ISR的靈敏度、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為91%、91%、68%及98%，表明其診斷ISR的可靠性[3]。

2010年美國(guó)CCTA專家共識(shí)指出，內(nèi)徑3.5 mm以上的支架可通過(guò)64排CT被完全評(píng)估；80%的3 mm支架及33%的小于3 mm支架可被評(píng)估，即大部分內(nèi)徑小于3 mm的支架難以通過(guò)CT評(píng)估[4]。Cassese等[5]報(bào)道，小內(nèi)徑支架置入術(shù)后可能更易發(fā)生ISR。因而，顯示小內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架具有重要的臨床意義。CT技術(shù)的發(fā)展、空間分辨率的不斷提高以及迭代算法的更新更有利于支架腔內(nèi)的顯示[6]。但對(duì)于小內(nèi)徑支架（3 mm及以下）腔內(nèi)顯示的可行性及圖像質(zhì)量影響因素研究較少。本研究分析256排CT不同管電壓及重建方式對(duì)體外小內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架模型的顯示效果。

1 材料與方法

1.1 支架的選取及模體制作 選取2枚內(nèi)徑分別為2.5 mm和3 mm的冠狀動(dòng)脈支架，詳細(xì)信息見(jiàn)表1。各支架成功打開(kāi)并放于同軸由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹(shù)脂（ABS樹(shù)脂）制成的模擬血管內(nèi)，支架內(nèi)放置同軸狹窄率為70%（直徑法）的ABS樹(shù)脂材料管模擬ISR。管內(nèi)注入鹽溶液稀釋的對(duì)比劑（歐乃派克350 mgI/ml）。在120 kVp管電壓下，其平均CT值約為 400 HU。材料管兩端密封，將其置于正方體玻璃容器中固定，模擬人體胸部，所有支架均沿掃描儀z軸方向，容器內(nèi)填充滿水（圖1）。

表1 支架一般情況

圖1 體外冠狀動(dòng)脈支架放置模型（A）及所選小內(nèi)徑支架，3號(hào)為2.5 mm、6號(hào)為3 mm（箭，B）

1.2 儀器與方法 使用 GE 256排 CT（Revolution CT），掃描參數(shù)：心臟掃描模式（心電監(jiān)控模擬心率70次/min），準(zhǔn)直器寬度160 mm，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.28 s。開(kāi)啟高清掃描模式，基于多模型的自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR-V）設(shè)為60%，噪聲指數(shù)（noise index，NI）為35 HU，管電壓分別設(shè)為70、80、100、120 kVp進(jìn)行多次掃描（每種管電壓條件下重復(fù)掃描5次），管電流自動(dòng)調(diào)節(jié)，所得圖像分別采用高清標(biāo)準(zhǔn)重建算法（HD standard）及高清細(xì)節(jié)重建算法（HD detail）進(jìn)行重建，重建層厚0.625 mm，層間距0.625 mm。將所有CT數(shù)據(jù)傳輸至工作站進(jìn)行多平面重組，固定窗寬1200 HU，窗位650 HU[7]。

1.3 圖像質(zhì)量分析 分別從主觀評(píng)分和客觀測(cè)量?jī)煞矫鎸?duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行分析，比較各組圖像在支架顯示方面的差異。

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由 2名具有 5年以上 CCTA診斷經(jīng)驗(yàn)的影像科副主任醫(yī)師在不知支架內(nèi)徑、管電壓及重建方式的條件下對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行雙盲評(píng)分。主觀評(píng)分存在差異時(shí)，經(jīng)協(xié)商后得出一致結(jié)論。采用Likert五分制法：1分表示圖像質(zhì)量非常差，管腔內(nèi)部情況基本不可見(jiàn)，支架結(jié)構(gòu)模糊不清；2分表示圖像質(zhì)量差，盡管能看到管腔但清晰度很低，支架結(jié)構(gòu)模糊不清，不能夠診斷；3分表示圖像質(zhì)量一般，可觀察到管腔內(nèi)部，但管壁顯示欠清，診斷困難；4分表示圖像質(zhì)量好，管壁結(jié)構(gòu)基本可見(jiàn)，有少許偽影，診斷信心大；5分表示圖像質(zhì)量?jī)?yōu)秀，腔內(nèi)顯示清楚，邊界清晰，支架細(xì)小、結(jié)構(gòu)銳利分辨清楚，完全滿足診斷要求[8]。

1.3.2 客觀評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)指標(biāo)包括支架內(nèi)造影劑密度CT值、支架內(nèi)噪聲值、信噪比（SNR）及對(duì)比噪聲比（CNR）[9-10]。由1名影像科副主任醫(yī)師在未知支架內(nèi)徑、管電壓及重建方式的前提下進(jìn)行測(cè)量。感興趣區(qū)（ROI）置于支架內(nèi)腔的中心，約占管腔截面積的75%以上，同時(shí)避開(kāi)支架管壁，分別測(cè)量支架上、中、下3處CT值，取其平均值。圖像噪聲定義為組織背景即水的CT值標(biāo)準(zhǔn)差，ROI大小為3 cm2，測(cè)量模型右上角、左上角及右下角3處水的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，取平均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 23.0軟件。計(jì)量資料以±s表示，兩樣本計(jì)量資料采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，多樣本計(jì)量資料采用ANOVA分析。兩樣本等級(jí)資料采用 Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，多樣本等級(jí)資料采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同管電壓對(duì)支架顯示的影響

2.1.1 主觀評(píng)價(jià) HD detail重建算法下，2.5 mm內(nèi)徑支架主觀評(píng)分80 kVp組最高（總分23分），與100 kVp組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但顯著高于70 kVp組及120 kVp組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3 mm內(nèi)徑支架主觀評(píng)分80 kVp組最高（總分25分），與70kVp和100 kVp比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但顯著高于120 kVp組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)圖2。

圖2 不同管電壓條件下各支架圖像比較，重建方式均為HD detail。A～D：均為2.5 mm內(nèi)徑支架，管電壓分別為70、80、100、120 kVp；E～H：均為3 mm內(nèi)徑支架，管電壓分別為70、80、100、120 kVp

HD standard重建算法下，2.5 mm內(nèi)徑支架主觀評(píng)分80 kVp組最高，與100 kVp組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），但顯著高于70 kVp組及120 kVp組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；3 mm內(nèi)徑支架主觀評(píng)分80 kVp組最高，與70、100、120 kVp組比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.1.2 客觀評(píng)價(jià) HD detail重建算法下，隨著管電壓的升高，2.5 mm及3 mm內(nèi)徑支架管腔內(nèi)造影劑CT值、SNR及CNR逐漸降低，各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；100 kVp組圖像噪聲顯著低于其他3組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)圖 3。HD standard重建算法與HD detail算法結(jié)果一致。

圖3 不同管電壓條件下小內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架圖像客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)比較，重建算法均為HD detail；A～C分別為不同管電壓條件下2.5 mm及3 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架模型管腔內(nèi)CT值、SNR、CNR比較，2.5 mm及3 mm內(nèi)徑支架管腔內(nèi)造影劑CT值、SNR及CNR各組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；D為不同管電壓條件下圖像噪聲比較，70 kVp組與80 kVp組間、100 kVp組與120 kVp組間噪聲無(wú)顯著差異，其余各組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（*P＜0.05）

不同管電壓比較結(jié)果一致顯示，80 kVp對(duì)2.5 mm和3 mm內(nèi)徑支架的顯示主觀評(píng)分最高，且客觀指標(biāo)較優(yōu)。故以80 kVp為對(duì)象，進(jìn)一步比較不同重建方法對(duì)支架顯示效果的影響。

2.2 不同重建方法對(duì)支架顯示的影響

2.2.1 主觀評(píng)價(jià) HD detail重建組主觀評(píng)分（總分23分）高于HD standard組（總分19分），2.5 mm內(nèi)徑支架兩種重建方式間主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），3 mm內(nèi)徑支架HD detail重建方式（總分25分）主觀評(píng)分顯著高于HD standard（總分21分），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)圖4、5。

圖4 管電壓80 kVp條件下，不同重建方式各支架圖像比較，HD detail主觀評(píng)分高于 HD standard。A、B分別為采用HD standard和HD detail重建2.5 mm內(nèi)徑支架圖像；C、D分別為采用HD standard和HD detail重建3 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架

圖5 Metlab比較不同重建算法冠狀動(dòng)脈支架圖像CT值。A.以80 kVp、HD detail條件下2.5 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架圖像為例，水平經(jīng)支架劃線（A中橫線所示）作為測(cè)量區(qū)；曲線代表 A中紅線所經(jīng)過(guò)區(qū)域 CT密度值的變化情況，虛線代表 HD standard算法的圖像，實(shí)線代表HD detail算法的圖像；B. 2.5 mm內(nèi)徑支架不同重建算法圖像；C. 3 mm內(nèi)徑支架不同重建算法圖像；均為HD detail重建算法峰度高于HD standard

2.2.2 客觀評(píng)價(jià) HD standard與 HD detail兩組管腔內(nèi)造影劑密度、圖像噪聲、SNR及CNR比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見(jiàn)表 2。

表2 兩種重建方式圖像質(zhì)量客觀評(píng)分（ ±s）

表2 兩種重建方式圖像質(zhì)量客觀評(píng)分（ ±s）

注：SNR：信噪比；CNR：對(duì)比噪聲比

項(xiàng)目?jī)?nèi)徑（mm）HD standard HD detail F值P值管腔內(nèi)造影劑密（HU）2.5 717.87±17.97 682.47±54.26 2.628＞0.05 3 652.00±100.41 717.73±70.29 0.729＞0.05 SNR 2.5 14.27±1.74 13.60±0.89 1.134＞0.05 3 18.34±3.88 14.27±1.74 3.219＞0.05 CNR 2.5 14.17±1.73 13.51±0.89 1.084＞0.05 3 18.23±3.87 14.17±1.73 3.210＞0.05噪聲（HU）35.87±2.09 50.13±1.26 0.396＞0.05

3 討論

CCTA是評(píng)估支架內(nèi)再狹窄的重要方法，其對(duì)冠狀動(dòng)脈支架內(nèi)再狹窄（in-stent restenosis，ISR）的診斷敏感性和特異性較高，但仍有約10%的管腔無(wú)法評(píng)估[3]，主要影響原因?yàn)榻饘僦Ъ鼙谒a(chǎn)生的開(kāi)花樣偽影、硬化線束偽影以及部分容積效應(yīng)[4]。支架固有管徑是影響其觀察最主要的原因之一。支架內(nèi)徑越小，支架內(nèi)再狹窄診斷準(zhǔn)確率越低。Zhang等[11]運(yùn)用64排CT研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于內(nèi)徑≥3 mm的冠狀動(dòng)脈支架診斷準(zhǔn)確率高達(dá)94.4%～96.0%；而對(duì)于內(nèi)徑＜3 mm的支架診斷準(zhǔn)確率僅為33.3%～70.0%。

256排CT高清掃描模式采用X線球管的動(dòng)態(tài)變焦技術(shù)提高圖像采樣頻率[約為普通掃描模式的3倍，最大采樣率可達(dá)8914次/s（0.28 s轉(zhuǎn)速下）]，因此可大幅提高空間分辨率，減小硬化線束偽影及部分容積效應(yīng)。Tanami等[12]研究發(fā)現(xiàn)，高清掃描模式比非高清掃描模式的支架內(nèi)徑顯示率提高約13.3%～14.7%。張文佳[13]研究發(fā)現(xiàn)，高清掃描模式支架內(nèi)徑顯示率提高約32%，證實(shí)了高清掃描模式的先進(jìn)性。但研究多限于內(nèi)徑≥3 mm的冠狀動(dòng)脈支架。本研究采用高清掃描模式對(duì)小內(nèi)徑支架的最佳顯示條件進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)80 kVp聯(lián)合HD detail重建方式對(duì)于小內(nèi)徑體外冠狀動(dòng)脈支架均可得到良好的顯示。

低管電壓掃描會(huì)使冠狀動(dòng)脈內(nèi)CT值明顯增加，增加血管腔與周圍組織的對(duì)比度，有利于 ISR的診斷[14]。但低管電壓會(huì)同時(shí)增加圖像噪聲及金屬的硬化線束偽影，使圖像質(zhì)量下降。Zhao等[15]及Oda等[16]研究證實(shí)使用迭代重建算法結(jié)合低管電壓等技術(shù)顯示冠狀動(dòng)脈支架的可行性。本研究嘗試使用 ASiR-V迭代算法及高清掃描模式減少低管電壓所引起的高噪聲及硬化線束偽影，結(jié)果顯示對(duì)于2.5 mm及3 mm內(nèi)徑支架，均為低管電壓80 kVp組主觀評(píng)分最好，在最低管電壓70 kVp條件下，3 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架仍能得到較好的顯示；但2.5 mm內(nèi)徑支架由于腔內(nèi)密度過(guò)高而難以較好地顯示。

HD standard及HD detail重建方式是Revolution CT特有的重建方式。通過(guò)整合高清掃描模式下3倍采樣率獲得的數(shù)據(jù)，HD detail重建模式可有效減少混疊偽影，提高視野邊緣圖像顯示的準(zhǔn)確性以及抑制高密度組織周圍的條狀偽影。盡管 HD detail較 HD standard增加了圖像噪聲，但同時(shí)增加了支架管壁的銳利度，更有利于冠狀動(dòng)脈支架的腔內(nèi)顯示。本研究表明，對(duì)于2.5 mm及3 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架HD detail重建方式的主觀圖像質(zhì)量均高于HD standard。結(jié)合Metlab結(jié)果圖，對(duì)于2.5 mm及3 mm內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架HD detail重建算法峰度均高于HD standard，表明HD detail重建算法管壁及管腔CT值差異較大，管壁及管腔圖像對(duì)比度更高。

本研究中2.5 mm及3 mm內(nèi)徑支架在80 kVp條件下腔內(nèi) CT值分別為（682.47±54.26）HU 及（713.73±70.29）HU，高于CCTA的最佳CT值[17]，其可能原因?yàn)楸狙芯款A(yù)先在造影劑中注入鹽溶液進(jìn)行稀釋，使其在120 kVp管電壓下的平均CT值約為400 HU，再將稀釋后的造影劑注入支架，此時(shí)在120 kVp條件下支架內(nèi)造影劑密度約為370 HU。以120 kVp為起始值，降低管電壓，管腔內(nèi)CT值也隨之升高。因此在本研究中，低管電壓條件下得到的CT值偏高。此外，支架內(nèi)徑較小，腔內(nèi)造影劑密度測(cè)量時(shí)周邊高密度支架影造成的部分容積效應(yīng)亦增加了腔內(nèi)的CT值。

本研究的局限性：①采用離體冠狀動(dòng)脈支架模型，與真實(shí)的冠狀動(dòng)脈環(huán)境仍存在差異；②未研究不同支架材質(zhì)及不同支架壁厚度對(duì)圖像質(zhì)量的影響；③未研究重疊重建對(duì)支架顯示的影響。

總之，256排CT在高清掃描模式下選用80 kVp管電壓聯(lián)合HD detail重建算法最有利于體外小內(nèi)徑冠狀動(dòng)脈支架的顯示。

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