賈德召,王一婧,馬躍,馬少衛(wèi),侯陽(yáng)*
1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科,遼寧沈陽(yáng) 110004;2.河北省人民醫(yī)院影像科,河北石家莊 050051;
冠狀動(dòng)脈鈣化積分(coronary artery calcium score,CACS)作為公認(rèn)的冠心病危險(xiǎn)度分層的一個(gè)重要指標(biāo)得到廣泛應(yīng)用[1-2],如何在保持CACS 穩(wěn)定的情況下降低檢查的輻射劑量是備受矚目的問(wèn)題。在降低劑量的條件下,采用傳統(tǒng)的濾波反投影(filtered back projection,F(xiàn)BP)重建算法會(huì)增加圖像噪聲及鈣化偽影,導(dǎo)致CACS 增加,從而影響患者的危險(xiǎn)度分層[3]。近年來(lái),迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法的應(yīng)用使圖像噪聲顯著降低,大幅減少輻射劑量,使得低劑量下獲得較準(zhǔn)確的CACS 成為可能[4]。然而,低劑量下IR 算法評(píng)價(jià)CACS 的研究多采用混合型迭代重建(hybrid iterative reconstruction,HIR),且結(jié)果并不一致,可能與各家研究采用HIR 的類型不同及掃描劑量設(shè)置的差異有關(guān)[5]。目前,采用全模型迭代重建(iterative model reconstruction,IMR)評(píng)價(jià)CACS的研究多為模體[6]或離體實(shí)驗(yàn)[7],應(yīng)用于臨床常規(guī)檢查的報(bào)道較少。本研究將IMR 及HIR(iDose4)與FBP重建的CACS 進(jìn)行定量比較,探討常規(guī)劑量及低劑量下不同IR 技術(shù)對(duì)CACS 定量及患者危險(xiǎn)度分層的影響。
1.1 研究對(duì)象 收集2016年10月—2017年2月中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院臨床疑診為冠心病并行冠狀動(dòng)脈CT血管成像檢查的188例患者進(jìn)行前瞻性研究。納入標(biāo)準(zhǔn):常規(guī)劑量下FBP 重建圖像顯示存在冠狀動(dòng)脈鈣化。排除標(biāo)準(zhǔn):心律不齊,冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后,支架術(shù)后,心臟機(jī)械瓣膜置換術(shù)后,起搏器及電除顫器植入術(shù)后,運(yùn)動(dòng)偽影及錯(cuò)層偽影。本研究經(jīng)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(2016PS392K),所有患者掃描前均簽署知情同意書。
1.2 掃描方法和圖像重建 采用Philips Brilliance 256 iCT 進(jìn)行常規(guī)劑量及低劑量CT 兩次掃描。掃描參數(shù):管電壓120 kV,常規(guī)劑量管電流分別為50 mAs(體重≤90 kg)/80 mAs(體重>90 kg);低劑量管電流分別為20 mAs(體重≤90 kg)/30 mAs(體重>90 kg)。球管轉(zhuǎn)速0.27 s/周,準(zhǔn)直器寬度128×0.625 mm,F(xiàn)OV 200 mm×200 mm。采用前置心電門控掃描,觸發(fā)時(shí)相為R-R 間期75%。心率≥70次/min 者口服β 受體阻滯劑(酒石酸美托洛爾片)25~50 mg,保證掃描時(shí)心率低于70次/min。常規(guī)劑量掃描的原始數(shù)據(jù)分別采用FBP、iDose4及IMR 算法進(jìn)行重建,分別命名為常規(guī)FBP組、常規(guī)iDose4組及常規(guī)IMR組;低劑量掃描的原始數(shù)據(jù)分別采用iDose4及IMR 算法進(jìn)行重建,分別命名為低劑量iDose4組、低劑量IMR組。iDose4迭代等級(jí)采用3級(jí),IMR 迭代等級(jí)采用1級(jí)。重建層厚2.5 mm,層間距2.5 mm。采用CT 容積劑量指數(shù)(CT dose index volume,CTDI)、劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product,DLP)及有效輻射劑量(effective dose,ED)評(píng)價(jià)患者的吸收劑量。記錄掃描過(guò)程中CTDI及DLP值,根據(jù)公式(1)計(jì)算ED。
其中k 為轉(zhuǎn)換系數(shù),取0.014 mSv/(mGy·cm)[8]。
1.3 CACS 測(cè)量 應(yīng)用CACS 軟件(Heartbeat CS v3.5.0.2254)半自動(dòng)得出患者的Agatston 評(píng)分。Agatston 法:對(duì)于斑塊面積≥1 mm2、CT值≥130 Hu 的區(qū)域認(rèn)定為鈣化,在每一個(gè)鈣化區(qū)域,以其最高CT值計(jì)算其積分,CT值130~199、200~299、300~399、≥400 Hu 分別對(duì)應(yīng)1~4分,然后將所有鈣化區(qū)域的密度積分乘以面積,并求和即為總Agatston 積分[9]。將常規(guī)劑量FBP 重建的CACS>0 的受檢者,按照Agatston 積分危險(xiǎn)度分類進(jìn)一步分為4個(gè)亞組:低風(fēng)險(xiǎn)(1~10分),低中風(fēng)險(xiǎn)(11~99分),中風(fēng)險(xiǎn)(100~399分),高風(fēng)險(xiǎn)(>400分)[10]。
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 19.0軟件,不符合正態(tài)分布的連續(xù)變量以中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示。以常規(guī)劑量FBP 重建方法的CACS 為“金標(biāo)準(zhǔn)”,采用非參數(shù)Friedman 檢驗(yàn)分別比較不同劑量下iDose4組及IMR組與常規(guī)劑量FBP組CACS 的總體差異,組間比較采用Wilcoxon 符號(hào)秩和檢驗(yàn),P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,校正P<0.017。應(yīng)用Kappa 檢驗(yàn)評(píng)價(jià)不同重建算法危險(xiǎn)度分層的一致性,從而驗(yàn)證不同重建算法是否會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)度評(píng)級(jí)的改變。并計(jì)算重新分類率,重新分類率=(分類改變例數(shù)/原組例數(shù))×100%。
2.1 常規(guī)劑量及低劑量掃描有效劑量 188例患者的一般資料、常規(guī)劑量及低劑量掃描有效劑量見(jiàn)表1。低風(fēng)險(xiǎn)、低中風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)各亞組分別有20、67、74、27例,圖1顯示應(yīng)用迭代重建會(huì)導(dǎo)致鈣化減少。
2.2 常規(guī)劑量下不同重建算法組CACS 比較 在常規(guī)劑量下,F(xiàn)BP組與IMR組總體CACS 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.017),iDose4組總體評(píng)分與FBP組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而IMR組明顯低于FBP組及iDose4組。且在4個(gè)危險(xiǎn)度分層亞組內(nèi),IMR組CACS 均較FBP組及iDose4組降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.017,表2)。
表1 188例患者一般資料及掃描有效劑量(±s)
表1 188例患者一般資料及掃描有效劑量(±s)
注:CTDI 為CT 容積劑量指數(shù),DLP 為劑量長(zhǎng)度乘積,ED 為有效輻射劑量
項(xiàng)目 數(shù)值年齡(歲) 59.9±8.7 106/82 體重指數(shù)(kg/m2) 24.4±3.0 性別(男/女,例) 常規(guī)劑量 CTDI(mGy) 4.17±0.17 DLP(mGy·cm) 46.66±6.02 ED(mSv) 0.65±0.08 低劑量 CTDI(mGy) 1.67±0.08 DLP(mGy·cm) 18.77±2.38 ED(mSv) 0.26±0.03
2.3 低劑量下迭代重建算法組與常規(guī)劑量FBP組CACS 比較 低劑量條件下,低劑量IMR組總體評(píng)分及各亞組評(píng)分均低于常規(guī)FBP組及低劑量iDose4組。低劑量iDose4組總體評(píng)分與常規(guī)FBP組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但是在高風(fēng)險(xiǎn)組,其CACS 高于常規(guī)FBP組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.017,表3)。
2.4 迭代重建算法對(duì)患者危險(xiǎn)度分層的影響 常規(guī)FBP組與常規(guī)iDose4組、常規(guī)IMR組、低劑量iDose4組及低劑量IMR組受檢者危險(xiǎn)度分層的一致性:Kappa值=0.969、0.786、0.853、0.633,iDose4重建與FBP 重建組分層的一致性優(yōu)于IMR。其中常規(guī)劑量下iDose4一致性最好,低劑量下IMR 最差。迭代重建各組的重新分類率為1.6%~26.1%。
與常規(guī)FBP組相比,常規(guī)iDose4組有3例患者危險(xiǎn)度分層發(fā)生改變,均下降1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)。常規(guī)IMR組27例發(fā)生改變,均下降1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)。低劑量iDose4組19例發(fā)生改變,其中13例下降1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí),6例提高1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)。低劑量IMR組49例發(fā)生改變,其中46例降低1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí),2例降低2個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí),1例提升1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)度等級(jí)(表4)。
圖1 47歲,冠狀動(dòng)脈前降支近段鈣化。A~E 分別為常規(guī)FBP組、常規(guī)iDose4組、常規(guī)IMR組、低劑量iDose4組、低劑量IMR組的重建圖像,鈣化大小分別6.26、6.10、5.65、5.99、4.27。常規(guī)FBP組與應(yīng)用iDose4 重建方法的兩組無(wú)顯著差異,但明顯高于應(yīng)用IMR 重建方法的兩組
表2 常規(guī)劑量下不同重建算法組CACS 比較[M(Q1,Q3)]
表3 低劑量迭代重建算法組與常規(guī)劑量FBP組CACS 比較[M(Q1,Q3)]
表4 各組患者基于CACS 危險(xiǎn)度分層分布情況[例(%)]
本研究表明,混合型迭代重建iDose4在常規(guī)劑量及低劑量下均與FBP 重建的CACS值無(wú)顯著差異。兩種算法具有較好的危險(xiǎn)度分層一致性。而全模型迭代重建IMR 較FBP 重建低估CACS,從而使冠心病危險(xiǎn)度分層發(fā)生改變。
3.1 IMR 重建算法對(duì)CACS 的影響 IMR 為完全型迭代重建,該算法整合了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖像統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)模型,在保證圖像質(zhì)量的前提下可以顯著降低輻射劑量[11]。然而,本研究結(jié)果表明,應(yīng)用IMR 在常規(guī)劑量及低劑量下冠狀動(dòng)脈鈣化斑塊邊緣更為清晰,部分低CT值的鈣化斑塊在應(yīng)用IMR 重建后CT值會(huì)減低,甚至發(fā)生鈣化消失的現(xiàn)象,導(dǎo)致積分值均較常規(guī)劑量FBP 重建算法減少。這一發(fā)現(xiàn)與既往應(yīng)用IMR進(jìn)行冠狀動(dòng)脈CTA 評(píng)價(jià)的文獻(xiàn)一致,IMR 重建會(huì)使冠狀動(dòng)脈CTA 中血管的邊緣更為清晰,尤其是在有鈣化斑塊的節(jié)段[12]。Willemink 等[13]對(duì)于離體心臟標(biāo)本的冠狀動(dòng)脈進(jìn)行不同劑量掃描并結(jié)合不同等級(jí)的IMR 重建,發(fā)現(xiàn)IMR 重建算法下Agatston 積分減低。Karolyi 等[11]的研究結(jié)果同樣顯示在常規(guī)劑量下,IMR重建會(huì)明顯減少鈣化體積。上述結(jié)果均反映IMR 算法可以降低鈣化斑塊的“光暈”偽影和部分容積效應(yīng),從而使斑塊邊緣顯示更為清晰,CACS值較傳統(tǒng)FBP算法更小。
3.2 iDose4重建算法對(duì)CACS 的影響 常規(guī)劑量下,iDose4組與FBP組的CACS 基本一致。在低劑量下,iDose4算法高危亞組的CACS 有升高的傾向。既往研究同樣觀察到低管電流下會(huì)導(dǎo)致CACS 增高,這種現(xiàn)象可能是由于低劑量下圖像噪聲及嚴(yán)重鈣化斑塊的暈狀偽影增加導(dǎo)致[13],而iDose4重建算法無(wú)法完全抑制嚴(yán)重的鈣化斑塊的暈狀偽影。
此外,迭代等級(jí)也會(huì)影響CACS 的定量評(píng)估。Takx 等[14]、王勇等[15]及van der Werf 等[16]的研究表明,隨著迭代等級(jí)增高,CACS 減低。本研究應(yīng)用中等迭代等級(jí)的iDose4重建算法,常規(guī)劑量下總體、各亞組及低劑量下總體CACS 與常規(guī)劑量FBP組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一結(jié)果與Takx 等[14]的研究結(jié)果基本一致[11],表明迭代等級(jí)與劑量降低的程度匹配才能維持CACS 定量的穩(wěn)定性。
3.3 迭代重建算法對(duì)患者危險(xiǎn)度分層的影響 迭代重建算法會(huì)導(dǎo)致患者危險(xiǎn)度分層的改變。其中IMR 重建算法的改變較大,常規(guī)劑量及低劑量下IMR組的重新分類率分別為14.4%和26.1%;iDose4重建對(duì)危險(xiǎn)分層影響較小,常規(guī)劑量及低劑量下iDose4組的重新分類率分別為1.6%和10.1%,與既往研究結(jié)果[17]類似,表明應(yīng)用IMR 重建會(huì)明顯導(dǎo)致CACS 的危險(xiǎn)分層改變。因?yàn)槲kU(xiǎn)度的改變可能會(huì)影響患者的臨床治療,所以在高危險(xiǎn)度分層合并高危因素(高血壓、糖尿病等)的情況下尤其應(yīng)該注意這種現(xiàn)象,本研究發(fā)現(xiàn),常規(guī)劑量下3例患者由高危險(xiǎn)度再分類到中危險(xiǎn)度,低劑量下4例由高危險(xiǎn)度再分類至中危險(xiǎn)度,這部分患者在應(yīng)用IMR 重建時(shí)需要注意,避免由于重建算法的不同對(duì)臨床決策發(fā)生不利的影響[7]。值得注意的是,應(yīng)用IMR 重建算法時(shí),常規(guī)劑量組6例、低劑量組12例出現(xiàn)CACS為零的情況,表明應(yīng)用IMR重建在低風(fēng)險(xiǎn)組可能會(huì)導(dǎo)致假陰性。但鑒于低風(fēng)險(xiǎn)組的危險(xiǎn)度較小,不會(huì)產(chǎn)生明顯的臨床意義。而中等迭代等級(jí)的iDose4算法對(duì)CACS 危險(xiǎn)度分層影響較小,因此應(yīng)用iDose4算法的CACS 定量無(wú)論是常規(guī)劑量還是低劑量下,均可以相對(duì)安全地應(yīng)用于臨床危險(xiǎn)度評(píng)估。
本研究的局限性:①病例數(shù)較少,尚需大樣本研究進(jìn)一步驗(yàn)證結(jié)果。②掃描設(shè)定的劑量水平及迭代重建的等級(jí)比較單一,需進(jìn)一步探討不同的掃描劑量及迭代重建等級(jí)組合的結(jié)果,更全面地分析迭代重建技術(shù)的最佳適應(yīng)劑量及迭代等級(jí)。③所有測(cè)量均由同一人完成,但是這也會(huì)減少觀察者的誤差。
總之,中等迭代等級(jí)的HIR(iDose4)技術(shù)對(duì)CACS及危險(xiǎn)度分層評(píng)價(jià)的影響無(wú)明顯差異,IMR 會(huì)對(duì)CACS 定量及危險(xiǎn)度分層產(chǎn)生明顯影響。因此,IMR應(yīng)用于評(píng)定臨床CACS 時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。