多層螺旋CT聯(lián)合多模型迭代重建算法用于高體質(zhì)量指數(shù)患者冠狀動(dòng)脈成像

張楚珍，姜慧杰，趙成磊，劉新頂，代艷美，孫 冉

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院影像科，黑龍江 哈爾濱 150086)

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)是導(dǎo)致人類死亡最主要的疾病之一[1]。冠狀動(dòng)脈CT成像(coronary artery CT angiography, CCTA)現(xiàn)已廣泛用于診斷冠心病[2]，其高輻射劑量暴露和碘對(duì)比劑帶來的對(duì)比劑腎病(contrast-induced nephropathy, CIN)問題亦已成為關(guān)注焦點(diǎn)。降低管電壓能明顯降低輻射劑量，但對(duì)高體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)患者常需增加管電壓和管電流，方能獲得滿意的圖像質(zhì)量；而低管電壓增加圖像噪聲，使圖像質(zhì)量明顯下降[3]。多模型迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASIR-V)[4]重建速度快且降噪能力強(qiáng)[5]，根據(jù)BMI及體質(zhì)量選擇對(duì)比劑用量及流率，可減少對(duì)比劑用量及CIN發(fā)生率。目前CCTA多以BMI≤25 kg/m2者為樣本進(jìn)行多層螺旋CT(multi-slice spiral CT, MSCT)聯(lián)合ASIR-V研究以降低輻射及對(duì)比劑劑量，對(duì)高BMI者鮮有報(bào)道。本研究探討MSCT聯(lián)合ASIR-V對(duì)高BMI患者行CCTA的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年10月—2020年1月60例于哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院臨床診斷或疑診冠心病的高BMI患者，男20例，女40例，年齡26～75歲，平均(54.4±10.9)歲；BMI 26～30 kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：妊娠及哺乳期；碘對(duì)比劑過敏，低血壓(收縮壓≤90 mmHg)，肝腎功能不全，嚴(yán)重心律不齊，冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)后及無法配合CCTA掃描。將患者隨機(jī)分為2組：研究組(n=30)BMI 26～30 kg/m2，體質(zhì)量62.5～105.0 kg，心率56～97次/分；其中8例體質(zhì)量<70 kg，16例70～90 kg，6例>90 kg；對(duì)照組(n=30)BMI 26～30 kg/m2，體質(zhì)量67.0～110.0 kg，心率53～98次/分。本研究經(jīng)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào)：KY2019-163)，檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用256層GE Revolution CT機(jī)，前瞻性心電門控掃描，于單個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集。囑患者仰臥，經(jīng)肘正中靜脈注射非離子型對(duì)比劑(370 mgI/ml)后進(jìn)行掃描。研究組：管電壓100 kVp，采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，根據(jù)BMI及體質(zhì)量(0.8 ml/kg體質(zhì)量)確定對(duì)比劑用量，對(duì)體質(zhì)量<70 kg者流率4～5 ml/s，70～90 kg者流率5 ml/s，>90 kg者流率5～6 ml/s。對(duì)照組：管電壓120 kVp，采用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，對(duì)比劑70 ml，流率5 ml/s。于降主動(dòng)脈根部層面選擇ROI，監(jiān)測(cè)CT值，以智能心電門控自動(dòng)選擇曝光時(shí)相。采用快照凍結(jié)(snapshot freeze, SSF)重組技術(shù)行冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)校正。掃描結(jié)束后對(duì)原始數(shù)據(jù)采用ASIR-V重建，權(quán)重分別為20%、40%、60%及80%。記錄CT容積劑量指數(shù)(volume CT dosimetry index, CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product, DLP)及輻射有效劑量(effective dose, ED)。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 客觀評(píng)價(jià) 分別于主動(dòng)脈(aorta, AO)根部、左冠狀動(dòng)脈主干(left main coronary artery, LM)、左前降支(left anterior descending branch, LAD)近段、左旋支(left circumflex, LCX)近段、右冠狀動(dòng)脈(right coronary artery, RCA)近段及相鄰心外膜脂肪放置ROI，使腔內(nèi)ROI約占管腔橫截面積的75%，避開斑塊和血管壁，測(cè)量其CT值和CT值標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)。以脂肪SD值為背景噪聲值，計(jì)算血管的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio， CNR)。

1.3.2 主觀評(píng)價(jià) 由2名具有5年以上心血管影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用雙盲法評(píng)估圖像質(zhì)量，意見不一時(shí)經(jīng)討論決定。將冠狀動(dòng)脈分為18個(gè)節(jié)段[6]，管腔直徑≥1.5 mm的節(jié)段納入分析，支架所在節(jié)段及閉塞血管遠(yuǎn)段不計(jì)入分析，采用李克特量表(Likert scale)圖像質(zhì)量評(píng)分法制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：1級(jí)，血管邊界清晰且強(qiáng)化明顯，無血管中斷及階梯樣偽影；2級(jí)，血管邊界略模糊但強(qiáng)化良好，有輕度偽影；3級(jí)，血管強(qiáng)化欠佳但可用于診斷，有中度偽影；4級(jí)，血管顯示不清，有中斷/嚴(yán)重階梯偽影，不可用于診斷；對(duì)應(yīng)評(píng)分為1～4分，≤3分為滿足診斷要求。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合者。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)。以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較組間相同權(quán)重ASIR-V重建圖像客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異，以單因素方差分析比較組內(nèi)不同權(quán)重ASIR-V重建圖像客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異，兩兩比較采用Tukey檢驗(yàn)。以Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較組間相同權(quán)重ASIR-V重建圖像各血管節(jié)段主觀質(zhì)量評(píng)分差異，采用Kruscal-Wallis檢驗(yàn)比較組內(nèi)不同權(quán)重圖像主觀質(zhì)量評(píng)分差異，兩兩比較采用Nemenyi法。以Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2名醫(yī)師評(píng)估圖像主觀質(zhì)量的一致性，Kappa>0.80為一致性優(yōu)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 組間臨床資料及ED比較 組間年齡、性別、體質(zhì)量、BMI差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。研究組ED及對(duì)比劑劑量較對(duì)照組分別降低41.50%和11.66%(P均<0.05)，見表1。

2.2 客觀圖像質(zhì)量分析 相同權(quán)重ASIR-V重建圖像中，研究組各血管節(jié)段CT值均高于對(duì)照組(t=5.11～6.86，P均<0.05)，而SNR及CNR與對(duì)照組差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。隨ASIR-V權(quán)重增加，組內(nèi)各血管節(jié)段CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，SNR及CNR逐漸增加(P均<0.05)。見表2。

2.3 主觀圖像質(zhì)量 共617個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段納入分析，研究組309節(jié)段、對(duì)照組308節(jié)段，主觀評(píng)分≤3分者分別占93.20%(288/309)及95.77%(295/308)。2名醫(yī)師對(duì)2組內(nèi)不同權(quán)重ASIR-V重建圖像主觀評(píng)分的一致性佳(Kappa=0.87～0.94，P均<0.05)。2組相同權(quán)重ASIR-V重建圖像間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。2組內(nèi)不同權(quán)重ASIR-V圖像主觀評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01)。兩兩比較，研究組及對(duì)照組內(nèi)ASIR-V 20%圖像主觀評(píng)價(jià)與ASIR-V 80%差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，其他不同權(quán)重ASIR-V圖像主觀評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，以ASIR-V 60%圖像主觀評(píng)分最高，見表3及圖1、2。

表1 60例接受CCTA的高BMI患者一般資料、ED及對(duì)比劑劑量比較

表2 60例接受CCTA的高BMI患者不同權(quán)重ASIR-V重建圖像中各血管節(jié)段CT值、SNR及CNR比較

續(xù)表

表3 60例接受CCTA的高BMI患者不同權(quán)重ASIR-V圖像主觀評(píng)分比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))]

圖1 研究組患者，女，59歲，冠心病，BMI 27.6 kg/m2，LAD近段圖像 A.ASIR-V 20%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為401.30 HU、14.43和18.94； B.ASIR-V 40%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為404.70 HU、17.83和23.39； C.ASIR-V 60%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為406.10 HU、24.17和31.76； D.ASIR-V 80%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為408.50 HU、26.51和35.01

圖2 對(duì)照組患者，男，63歲，冠心病，BMI 28 kg/m2，RCA近段圖像 A.ASIR-V 20%圖像，血管CT值、SN和CNR分別為383.70 HU、15.74和20.11； B.ASIR-V 40%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為385.80 HU、19.40和24.8； C.ASIR-V 60%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為391.20 HU、20.69和26.68； D.ASIR-V 80%圖像，血管CT值、SNR和CNR分別為392.30 HU、26.33和33.80

3 討論

管電壓改變時(shí)，物質(zhì)X線衰減系數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致CT值改變；降低管電壓后，高密度物質(zhì)如含碘血管等CT值升高，結(jié)合ASIR-V能補(bǔ)償?shù)碗妷阂鸬脑肼曉龈?，為降低?duì)比劑劑量提供前提條件[7]。晏子旭等[8]對(duì)2組BMI正?；颊叻謩e采用100 kVp和120 kVp進(jìn)行CCTA，發(fā)現(xiàn)圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究中，研究組血管CT值較對(duì)照組增高，與ARAKI等[9]的結(jié)果相符，提示在增強(qiáng)CT檢查中減少對(duì)比劑用量與降低管電壓，可獲得相同成像效果；隨ASIR-V權(quán)重增加，圖像的SNR及CNR增加，圖像主觀評(píng)價(jià)亦升高，其中ASIR-V 80%圖像客觀質(zhì)量最高，而ASIR-V 60%圖像主觀評(píng)價(jià)最高。較高權(quán)重ASIR-V可改善空間分辨率，減少條紋偽影和噪聲，使圖像質(zhì)量更佳[10]；但ASIR-V 100%重建圖像可能存在蠟狀偽影[11]，降低主觀質(zhì)量評(píng)分，故未分濾波反投影法(filtered back projection, FBP)重建(即ASIR-V 0%)及ASIR-V 100%重建圖像。

CCTA中，高BMI者ED更大，其皮下增厚的軟組織會(huì)引起更多光子衰減，增加圖像噪聲[12]。輻射劑量與管電壓的2～5次方成正比[13]，故本研究將管電壓從常規(guī)的120 kVp降低為100 kVp，以降低輻射劑量；同時(shí)，為克服增加的噪聲和偽影，將ASIR-V用于CCTA。ASIR算法利用簡(jiǎn)化校正模型最大程度消除噪聲，并保持圖像的真實(shí)信息，重建速度比傳統(tǒng)迭代算法更快；基于模型的迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)算法同時(shí)建立系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型和光學(xué)模型，可比ASIR顯著減少硬化偽影[14]，但計(jì)算量過大、成本高昂，且重建時(shí)間過長(zhǎng)。ASIR-V將物體模型、物理模型和系統(tǒng)噪聲模型三者結(jié)合，同時(shí)去除光學(xué)模型[15]，通過改變權(quán)重比例達(dá)到不同程度的降噪效果,具備與ASIR相似重建速度，圖像質(zhì)量與MBIR相似[16]。本研究以MSCT聯(lián)合ASIR-V，采用相對(duì)較低的100 kVp管電壓對(duì)BMI 26～30 kg/m2者行CCTA，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，研究組可在獲得良好圖像質(zhì)量的同時(shí)使ED降低 41.5%。

“充分水合”是目前最有效的非藥物防治CIN措施，且應(yīng)結(jié)合患者病史及現(xiàn)狀盡可能降低碘對(duì)比劑用量。本研究中對(duì)研究組患者根據(jù)BMI及體質(zhì)量選擇碘對(duì)比劑劑量及流率，明顯降低了注射劑量及發(fā)生CIN的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究的主要局限性：①樣本量較少，且未納入BMI>30 kg/m2者；②未分析胸壁軟組織厚度對(duì)CCTA質(zhì)量的影響；③未評(píng)估具體冠狀動(dòng)脈斑塊、冠狀動(dòng)脈支架管腔內(nèi)通暢與否等，且未與冠狀動(dòng)脈造影(金標(biāo)準(zhǔn))進(jìn)行對(duì)照。

總之， MSCT聯(lián)合ASIR-V在管電壓100 kVp下對(duì)高BMI者行CCTA，可在顯著降低輻射劑量及對(duì)比劑用量的同時(shí)獲得滿意的圖像質(zhì)量。