探討靶重建結(jié)合高權(quán)重基于多模型迭代重建算法對(duì)GSI 腹部CTA 微細(xì)血管顯示的影響

王旭，劉義軍，姜艷，張子敬，趙明月，李貝貝，馬志明，周宇婧

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011）

腹部CTA 檢查具有快速、無(wú)創(chuàng)的優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用廣泛，診斷價(jià)值高[1-2]，常用于顯示動(dòng)脈血管的起源、走形及變異血管等情況，明確占位與血管及載瘤動(dòng)脈的關(guān)系，為手術(shù)方案的選擇及治療評(píng)估提供重要的影像學(xué)信息[3-5]。但常規(guī)視野（DFOV）下行腹部CTA 檢查，對(duì)于微細(xì)血管的分支顯示不佳，不利于判斷細(xì)小分支血管的起源和走行，影響載瘤動(dòng)脈的顯示。而利用靶重建技術(shù)可以在掃描完成后對(duì)需要觀察的感興趣區(qū)進(jìn)行更高分辨率的重建。本研究采用靶重建技術(shù)同時(shí)結(jié)合高權(quán)重基于多模型迭代重建算法（Adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASIR-V）來(lái)顯示腹部動(dòng)脈微細(xì)分支，與常規(guī)DFOV下圖像進(jìn)行對(duì)比，探討小DFOV 提高腹部微細(xì)血管顯示能力的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料和方法

1.1 研究對(duì)象

選取2021 年3—5 月臨床疑似腹部疾病于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院接受腹部CTA 掃描的患者60例，其中男35例，女25例，年齡35～80歲，平均（63.62±9.50）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：年滿18 周歲，臨床懷疑腹部疾病需行腹部CTA 檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：甲狀腺功能亢進(jìn)和糖尿病患者，碘對(duì)比劑過(guò)敏者，腹部CTA檢查失敗者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

所有患者均采用美國(guó)GE 公司Revolution CT機(jī)進(jìn)行檢查?；颊哌x取仰臥位，腳先進(jìn)，雙手上舉置于頭頂。采用GSI 掃描模式，掃描參數(shù)：管電壓80～140 kVp 瞬切，管電流400 mA，寬體探測(cè)器80 mm，掃描層厚5 mm，旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/r，螺距0.992∶1，Stnd圖像，矩陣512×512。對(duì)比劑注射方案：使用Ulrich雙通道高壓注射器，建立肘正中靜脈注射通道，對(duì)比劑為碘佛醇（320 mgI/mL），注射劑量95 mL，注射速率4.5 mL/s，再以相同速率團(tuán)注生理鹽水20 mL。采用SMART Prep 自動(dòng)閾值觸發(fā)技術(shù)，監(jiān)控層面為膈下腹主動(dòng)脈，診斷延遲10 s，監(jiān)控時(shí)間間隔1 s，當(dāng)腹主動(dòng)脈感興趣區(qū)（ROI）達(dá)到預(yù)設(shè)觸閾值180 HU時(shí)，延遲5.9 s 自動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)始掃描。掃描范圍為自膈肌上緣至恥骨聯(lián)合下緣。

1.3 圖像分析

1.3.1 圖像重建

本研究對(duì)雙側(cè)腎動(dòng)脈血管分支的顯示進(jìn)行評(píng)估，A 組圖像重建參數(shù)：在原始數(shù)據(jù)上分別重建小DFOV 結(jié)合60%～100%ASIR-V（間隔10%）的70 keV單能量圖像，層厚0.625 mm，重建小DFOV 以雙腎最大截面的腹主動(dòng)脈為中心，大小包括雙腎及其病變，按迭代權(quán)重分為5 個(gè)亞組，分別為A1（60%ASIR-V）、A2（70%ASIR-V）、A3（80%ASIR-V）、A4（90%ASIR-V）、A5（100%ASIR-V）。B 組圖像重建參數(shù)：采用常規(guī)DFOV 結(jié)合50%ASIR-V 的70 keV 單能量圖像，層厚0.625 mm。記錄兩組的DFOV 大小。重建完成后，將重建圖像傳入GE Healthcare AW4.7 工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。

1.3.2 圖像客觀評(píng)價(jià)

于橫斷面上分別測(cè)量左腎動(dòng)脈、右腎動(dòng)脈最大截面以及相鄰上下層面和同層面右側(cè)豎脊肌，分別放置3 個(gè)ROI，ROI 面積占血管截面的70%～80%，豎脊肌的ROI 面積平均值為200 mm2，測(cè)量時(shí)盡量選擇密度均勻區(qū)。記錄每個(gè)ROI 的CT值和噪聲（SD）值，對(duì)所測(cè)量的3 個(gè)ROI值進(jìn)行平均，平均值為腎動(dòng)脈的平均CT值和SD值，將豎脊肌的平均SD值作為圖像噪聲，分別計(jì)算信噪比（Signal to noise ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（Contrast to noise ratio，CNR），公式如下：SNR=CT腎動(dòng)脈/SD腎動(dòng)脈，CNR=（CT腎動(dòng)脈-CT豎脊?。?SD豎脊肌。

1.3.3 圖像主觀評(píng)價(jià)

對(duì)各組所獲得的橫斷面圖像進(jìn)行容積再現(xiàn)（Volume rendering，VR）、最大密度投影（Maximum intensity projection，MIP）重組，由兩名具有5 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師在MIP 圖像上統(tǒng)計(jì)血管顯示級(jí)數(shù)，采用5 分評(píng)價(jià)法[6-7]對(duì)血管分支的對(duì)比度、偽影、噪聲和疾病診斷信心進(jìn)行雙盲法主觀評(píng)分。3分以上滿足臨床診斷需求（表1）。

表1 具體評(píng)分參照標(biāo)準(zhǔn)

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 24.0 軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，組內(nèi)圖像CT值、SD值、SNR值、CNR值間比較采用單因素方差進(jìn)行分析，組間比較采用配對(duì)樣本t 檢驗(yàn)進(jìn)行分析。圖像質(zhì)量評(píng)分為等級(jí)資料，兩名觀察者主觀評(píng)分的一致性分析采用Kappa 檢驗(yàn)，Kappa值＜0.2 為一致性很差，0.2～<0.4 為一致性較差，0.4～<0.6 為一致性一般，0.6～<0.8 為一致性較好，≥0.8 為一致性很好。對(duì)組內(nèi)圖像血管的主觀評(píng)分分析采用Friedman 檢驗(yàn)，組間比較采用Wilcoxon 檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 DFOV 統(tǒng)計(jì)

A、B 組DFOV 分別為（23.52±1.77）cm、（44.95±2.23）cm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=61.122，P＜0.05）。

2.2 客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

各組圖像左腎動(dòng)脈、右腎動(dòng)脈及背景CT值間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），血管SD值、SNR、CNR 及背景噪聲間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。隨著ASIR-V 權(quán)重的增加，A 組腎動(dòng)脈CT值的變化無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），血管及背景SD值逐漸降低（P＜0.05），SNR 和CNR 逐漸增加（P＜0.05）。A1、A2組左、右腎動(dòng)脈及背景SD值高于B 組（P＜0.05），血管SNR、CNR 低于B 組（P＜0.05）。A3、B 兩組血管及背景SD值、SNR 和CNR 間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。A4、A5 組左右腎動(dòng)脈及背景SD值低于B 組（P＜0.05），血管SNR、CNR 高于B 組（P＜0.05）（表2）。

表2 不同重建方式下腎動(dòng)脈客觀參數(shù)比較

2.3 主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

兩名影像科醫(yī)師對(duì)腎動(dòng)脈血管的各項(xiàng)主觀評(píng)分具有很好的一致性（Kappa值均＞0.75，P＜0.05）。A 組重建圖像血管分支、血管對(duì)比度主觀評(píng)分顯著高于B 組（P＜0.05）。A 組隨著ASIR-V 重建比例增加，噪聲評(píng)分逐漸增加，偽影和診斷信心評(píng)分在A1 至A5組先增加后下降，采用80%ASIR-V 重建圖像（A3組）時(shí)，綜合主觀評(píng)分最高，且優(yōu)于B 組（P＜0.05）（表3，圖1～4）。

表3 不同重建方式下腎動(dòng)脈成像主觀評(píng)分

3 討論

腹部CTA 是腹部疾病檢查的重要手段，可術(shù)前準(zhǔn)確判斷血管解剖變異、病變供血血管、累及范圍，用于幫助外科醫(yī)師制定手術(shù)方案[8]。但腹部臟器血管解剖復(fù)雜，病變血供多樣，特別對(duì)于微細(xì)血管的觀察，需在高空間分辨率下明確其毗鄰關(guān)系[9]，常規(guī)DFOV 下空間分辨率不佳，對(duì)病變微細(xì)血管評(píng)估及后處理重建較為困難，而通過(guò)對(duì)常規(guī)腹部CTA 掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行靶重建，重建小DFOV 下的圖像空間分辨率會(huì)明顯提升，可以顯著提高對(duì)腹部臟器微細(xì)血管的顯示程度，以期獲得更佳的診斷信心。

CT 空間分辨率是在高對(duì)比情況下顯示小病灶或微細(xì)組織結(jié)構(gòu)的能力，受像素大小、層厚、噪聲等多種因素影響，其中像素為主要影響因素之一[10]。像素是構(gòu)成CT 圖像的最小單位，其大小決定了圖像的細(xì)節(jié)，越小則圖像的空間分辨率越高。根據(jù)像素=DFOV/矩陣，在矩陣不變的前提下，降低DFOV 可以使像素值變小，從而提高空間分辨率[11]。本研究中針對(duì)腎臟進(jìn)行小DFOV 重建，重建DFOV 最大為19.9 cm，遠(yuǎn)小于常規(guī)DFOV 范圍（40.7～50.0 cm），像素縮小了10%～15%，有效提高了圖像空間分辨率。

靶重建是基于掃描原始數(shù)據(jù)，按所需范圍重建圖像，使用薄層與小DFOV 相結(jié)合的后處理技術(shù)。靶重建特點(diǎn)：①薄層重建。層厚0.625 mm，低于臨床常規(guī)層厚（5 mm）。有研究表明，薄層可減輕周?chē)g隙效應(yīng)，更真實(shí)的反應(yīng)組織CT值，且使像素的縱向向量縮小，提高縱向空間分辨率，更有利于疾病及細(xì)微結(jié)構(gòu)的顯示與觀察[12]。②小DFOV。在矩陣不變時(shí)，DFOV 的減小，會(huì)使像素減小，圖像空間分辨率增加。靶重建技術(shù)除了可以提高圖像質(zhì)量外，還具有以下優(yōu)勢(shì)：對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，無(wú)需再次掃描，不會(huì)增加患者的輻射劑量；在原有掃描范圍內(nèi)，可自由選擇重建區(qū)域，對(duì)不同部位結(jié)構(gòu)、不同性質(zhì)的病變進(jìn)行特異性顯示，獲得更多的圖像信息。目前該技術(shù)多用于肺部結(jié)節(jié)的回顧性分析，準(zhǔn)確測(cè)量結(jié)節(jié)直徑，判斷內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)特征、邊緣形態(tài)特征以及與背景肺結(jié)構(gòu)的相關(guān)性[11，13-14]。已有研究表明靶重建技術(shù)可敏感檢出動(dòng)脈斑塊[15]。但對(duì)于腹部血管，尤其是微細(xì)血管少有相關(guān)研究。本研究采用小DFOV 重建，表明靶重建在腎動(dòng)脈微細(xì)血管中的應(yīng)用價(jià)值，該技術(shù)可操作性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，也可拓展應(yīng)用至胃周動(dòng)脈、膽囊動(dòng)脈、直腸動(dòng)脈等重建顯示。

但是，靶重建在提高圖像空間分辨率的同時(shí)，隨著DFOV 的減小，單位像素光子量減少，使圖像噪聲顯著增加，圖像質(zhì)量下降。ASIR-V 迭代重建算法應(yīng)用廣泛，已有大量文獻(xiàn)研究表明其可以平衡圖像噪聲和空間分辨率，顯著降低噪聲[16-19]。本研究通過(guò)聯(lián)合高權(quán)重的ASIR-V 來(lái)彌補(bǔ)DFOV 縮小帶來(lái)的噪聲增高的問(wèn)題，使腎動(dòng)脈及其分支的噪聲減小，SNR、CNR 提高。本研究結(jié)果顯示，小DFOV下，血管對(duì)比度、偽影和診斷信心的主觀評(píng)分在一定ASIR-V 權(quán)重下，與權(quán)重比例呈正比，而噪聲的主觀評(píng)分隨權(quán)重增加不斷升高，與客觀噪聲值不斷下降相對(duì)應(yīng)，但過(guò)高權(quán)重ASIR-V 會(huì)使圖像出現(xiàn)蠟狀偽影或模糊效應(yīng)，這也是超過(guò)80%ASIR-V時(shí)，除噪聲外，其余主觀評(píng)分下降的原因，這些偽影會(huì)對(duì)診斷造成影響[20]。任占麗等[7]的研究中，采用ASIR-V 評(píng)價(jià)腎動(dòng)脈也出現(xiàn)了類似的變化趨勢(shì)，其研究表明70%ASIR-V 重建腎動(dòng)脈CTA 圖像質(zhì)量最佳，但本研究中80%ASIR-V 重建圖像質(zhì)量最佳，這可能是因?yàn)楸狙芯恐袙呙钘l件和DFOV 的改變所致，同時(shí)，大膽推測(cè)小DFOV 下可能會(huì)使ASIR-V 降噪性能得到更好的發(fā)揮，但高權(quán)重所帶來(lái)的蠟狀偽影仍不可避免。

本研究的不足：只對(duì)腎動(dòng)脈進(jìn)行了重建與分析，未結(jié)合疾病進(jìn)行分析，且對(duì)腹部其他微細(xì)血管未進(jìn)行重建評(píng)估，需進(jìn)一步擴(kuò)大研究；未深入探討DFOV變化和ASIR-V 重建比例是否存在代償關(guān)系；均采用70 keV 重建，未探討小DFOV 下最佳單能量對(duì)腎動(dòng)脈CTA 微細(xì)血管的顯示。

綜上所述，針對(duì)單器官CTA，靶重建技術(shù)可以作為檢查必要的補(bǔ)充手段，基于原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，無(wú)需再次掃描，不會(huì)增加患者的輻射劑量，且明顯提高了圖像的空間分辨率，同時(shí)輔以高權(quán)重ASIR-V降噪，能顯著提高腹部CTA 的圖像質(zhì)量，更好的顯示腹部動(dòng)脈微細(xì)血管分支，為臨床提供更多的診斷依據(jù)，具有可靠的臨床實(shí)用性。