深度學(xué)習(xí)重建算法聯(lián)合低濃度對比劑在冠狀動(dòng)脈CTA中的應(yīng)用

[摘" "要]" "目的：評價(jià)不同濃度對比劑（370、350、320 mgI/mL碘海醇）聯(lián)合不同重建算法[迭代重建（iterative reconstruction， IR）、深度學(xué)習(xí)重建（deep learning reconstruction， DLR）]對冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層血管造影（computed tomography angiography， CTA）的影響。方法：前瞻性納入2021年3—11月于南通大學(xué)附屬南通第三醫(yī)院行冠狀動(dòng)脈CTA檢查患者共150例，隨機(jī)分成3組（每組50例）：對照組（350 mgI/mL碘海醇聯(lián)合IR）、低濃度組（320 mgI/mL碘海醇聯(lián)合DLR）和高濃度組（370 mgI/mL碘海醇聯(lián)合IR）。測量并計(jì)算3組冠狀動(dòng)脈CTA圖像的動(dòng)脈血管CT值、圖像噪聲、信噪比（signal noise ratio， SNR）和對比噪聲比（contrast to noise ratio， CNR）。結(jié)果：低濃度組的CT值冠狀動(dòng)脈更高，且圖像噪聲明顯降低。3組圖像中CT值左心室（P=0.136）和CT值冠狀動(dòng)脈（P=0.089）的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3組圖像中低濃度組SNR左心室、SNR冠狀動(dòng)脈、CNR左心室和CNR冠狀動(dòng)脈均高于對照組和高濃度組（均Plt;0.001）。低濃度組圖像的主觀評分明顯高于其他兩組（Plt;0.001）。結(jié)論：在冠狀動(dòng)脈CTA中，DLR聯(lián)合低濃度對比劑優(yōu)于IR聯(lián)合高濃度對比劑組。

[關(guān)鍵詞]" "深度學(xué)習(xí)重建；迭代重建；對比劑；冠狀動(dòng)脈；計(jì)算機(jī)斷層血管造影

[中圖分類號]" "R816.2" " " " " " " "[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]" "B" " " " " " " "[文章編號]" "1674-7887（2024）05-0486-04

計(jì)算機(jī)斷層血管造影（computed tomography angiography， CTA）廣泛應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈血管性疾病的檢查。CTA圖像具有良好的血管均勻性和血管強(qiáng)化，有助于檢出異常血管[1-2]。冠狀動(dòng)脈增強(qiáng)時(shí)建議CT值gt;250 Hu，可以更好地評價(jià)冠狀動(dòng)脈CTA的動(dòng)脈粥樣硬化情況和狹窄程度[3]。

通常，血管增強(qiáng)是由掃描采集和重建參數(shù)（掃描時(shí)間、管電壓和管電流）、患者因素（心率、體質(zhì)量）、對比劑注射速率和濃度決定的[4]。降低管電壓可以減少輻射劑量，改善血管CT值，但會(huì)增加圖像噪聲和偽影[5-6]。研究[7-8]也探討了對比劑注射參數(shù)（總量、流速和濃度、生理鹽水）與血管衰減程度之間的線性關(guān)系，增加對比劑的注射速率會(huì)導(dǎo)致對比劑外滲。因此，選擇較高碘濃度的對比劑以低注射速率可獲得更大的血管強(qiáng)化。也有學(xué)者[9]不建議心血管疾病患者使用高濃度的碘對比劑，因?yàn)檫@類人群易發(fā)生對比劑腎病。因此，使用低濃度對比劑的有效注射方法對于患者的安全性和評價(jià)CTA血管的變化是可行的。

深度學(xué)習(xí)重建算法（deep learning reconstruction， DLR）在不增加CTA對比劑碘濃度的情況下，改善血管強(qiáng)化效果。以往研究[10]主要集中于DLR的優(yōu)勢，通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其高質(zhì)量的基于模型的迭代重建（model based iterative reconstruction， MBIR）或?yàn)V波反投影（filtered back projection， FBP）訓(xùn)練圖像來降低圖像噪聲，提高空間分辨率。多項(xiàng)臨床研究[10-12]表明，DLR在低劑量胸部CT、腹部CT、頭顱CTA、冠狀動(dòng)脈CTA的病變檢出率和圖像質(zhì)量均高于迭代重建（iterative reconstruction， IR）；但很少有研究探討DLR聯(lián)合低濃度對比劑對冠狀動(dòng)脈CTA的影響。本研究的目的是評價(jià)在相同注射速率下低濃度對比劑（320 mgI/mL碘海醇）聯(lián)合DLR對冠狀動(dòng)脈CTA的影響。

1" "資料和方法

1.1" "一般資料" "本研究為前瞻性研究，且獲得南通大學(xué)附屬南通第三醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)（EK2023151），均獲得受試者書面知情同意。將2021年3—11月于南通大學(xué)附屬南通第三醫(yī)院行冠狀動(dòng)脈CTA檢查患者共150例納入研究，其中男83例，女67歲；年齡23～79歲，平均（63.13±12.3）歲；BMI（24.3±4.1） kg/m2；既往患有糖尿病32例、高血壓65例、高脂血癥73例，有心血管疾病家族史23例，吸煙史48例。采用隨機(jī)數(shù)字表法進(jìn)行分組，分成3組（每組50例）：對照組（350 mgI/mL碘海醇聯(lián)合IR）、低濃度組（320 mgI/mL碘海醇聯(lián)合DLR）和高濃度組（370 mgI/mL碘海醇聯(lián)合IR）。對比劑的用量和注射速率是相同的。排除標(biāo)準(zhǔn)：有碘過敏史患者，妊娠患者，嚴(yán)重肝腎功能不全患者，甲狀腺功能亢進(jìn)癥患者，精神障礙或無法配合的患者。

1.2" "檢查方法" "使用高壓注射器（Ulrich Medical，Germany）注射對比劑，速率為4.5 mL/s，注射位置為肘正中靜脈，對比劑量為60 mL，再以相同速率注射40 mL生理鹽水沖洗。使用智能追蹤技術(shù)在胸降主動(dòng)脈進(jìn)行觸發(fā)掃描（觸發(fā)閾值為150 Hu）。所有冠狀動(dòng)脈CTA均使用Philips 256層iCT完成。每例患者完成平掃并進(jìn)行冠狀動(dòng)脈鈣化分析，再行冠狀動(dòng)脈CTA掃描。冠狀動(dòng)脈CTA掃描參數(shù)：準(zhǔn)直寬度130 mm×0.5 mm；FOV 380 mm；轉(zhuǎn)速0.27 s；層厚0.9 mm；管電壓100 kV。管電流采用自動(dòng)曝光控制。所有檢查均采用回顧性重建方法，重建時(shí)相為40%～80%?；颊咝穆士刂圃趌t;90次/s?；颊叩脑紨?shù)據(jù)使用以下兩種算法進(jìn)行重建：IR與DLR（數(shù)坤軟件）。

1.3" "圖像分析

1.3.1" "客觀分析" "計(jì)算每例患者圖像相同位置的CT值、圖像噪聲、信噪比（signal noise ratio， SNR）和對比噪聲比（contrast to noise ratio， CNR）。在左心室、冠狀動(dòng)脈近段放置感興趣區(qū)（region of interest， ROI）來測量CT值，包括右冠狀動(dòng)脈（right coronary artery， RCA）、左冠狀動(dòng)脈（left coronary artery， LCA）、左回旋動(dòng)脈（left circumflex artery， LCX）和左前降支（left anterior descending artery， LAD）。ROI放置在冠狀動(dòng)脈血管的中心，避免包含血管壁。以肌肉[標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation， SD），ROI=20 mm2]的圖像噪聲為參考，計(jì)算SNR和CNR。計(jì)算公式如下：

SNR=CT動(dòng)脈/SD肌肉，CNR＝（CT動(dòng)脈-CT肌肉）/SD肌肉。

1.3.2" "主觀分析" "圖像由兩名放射科醫(yī)師（分別具有3年和8年的放射診斷經(jīng)驗(yàn)）進(jìn)行主觀評分。觀察者不知道圖像的重建方法，隨機(jī)評價(jià)整體圖像質(zhì)量、偽影和圖像噪聲。采用5點(diǎn)Likert量表進(jìn)行評分。按照美國心臟協(xié)會(huì)的分類方法[13-14]將冠狀動(dòng)脈分為15段，血管評分：5=血管壁完美；4=非常好；3=血管壁清晰度良好；2=血管壁清晰度差；1=血管壁不清晰。

1.4" "統(tǒng)計(jì)學(xué)方法" "使用SPSS 23.0（IBM）軟件對數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。使用Kolmogorov-Smirnov法對計(jì)量資料行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以ｘ±s表示，符合正態(tài)分布且方差齊性計(jì)量資料采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法。采用單因素方差分析比較3組圖像的CT值、CNR、SNR和圖像噪聲。計(jì)數(shù)資料比較采用χ2檢驗(yàn)。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2" "結(jié)" " " 果

2.1" "3組患者客觀評分比較" "由表1可見，低濃度組圖像噪聲明顯低于對照組和高濃度組（Plt;0.001）；低濃度組CT值左心室、CT值冠狀動(dòng)脈均高于其余兩組，但3組間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均Pgt;0.05）；低濃度組的SNR左心室、CNR左心室、SNR冠狀動(dòng)脈、CNR冠狀動(dòng)脈均高于高濃度組（均Plt;0.05）。雖然對照組與低濃度組之間CT值左心室、CT值冠狀動(dòng)脈差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），但低濃度組使用DLR可顯著提高SNR左心室 、CNR左心室和SNR冠狀動(dòng)脈、CNR冠狀動(dòng)脈。

2.2" "3組患者主觀評分比較" "低濃度組主觀評分明顯高于其余兩組（Plt;0.05），見表2。與IR相比，DLR在低碘濃度下的圖像質(zhì)量均可接受且具有較小的偽影和圖像噪聲，見圖1。

3" "討" " " 論

本研究探討了兩種不同的圖像重建聯(lián)合不同濃度對比劑對冠狀動(dòng)脈CTA的影響。在使用低濃度對比劑情況下，DLR的CT值左心室和CT值冠狀動(dòng)脈稍高于IR，且其噪聲明顯降低。低濃度組血管的CT值與對照組和高濃度組相當(dāng)，而DLR具有更高的SNR、CNR和主觀評分。

在較低濃度下，較高的對比劑注射速率可以有效地實(shí)現(xiàn)CTA的對比增強(qiáng)。M.M.LUBBERS等[15]評價(jià)了碘二醇270（等滲對比劑，注射速率5.6 mL/s）和碘丙胺300（低滲對比劑，注射速率5.0 mL/s或5.8 mL/s）對比劑的腔內(nèi)混濁和圖像質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)部分患者的熱不適感與對比劑的高注射速率有關(guān)。同樣，C.MIHL等[6]也認(rèn)為使用低濃度碘對比劑高注射速率（對比劑320 mgI/mL， 9 mL/s）與7.2 mL/s注射速率的350 mgI/mL對比劑相當(dāng)，CT值冠狀動(dòng)脈差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

本研究在相同注射速率下，320 mgI/mL對比劑聯(lián)合DLR和350 mgI/mL對比劑聯(lián)合IR時(shí)，CT值左心室和CT值冠狀動(dòng)脈差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外，與350 mgI/mL對比劑聯(lián)合IR相比，320 mgI/mL對比劑聯(lián)合DLR在SNR、CNR和圖像主觀評分方面效果更好。因此，無論碘濃度如何，DLR組的CT值左心室和CT值冠狀動(dòng)脈均明顯高于IR。

研究[11]表明，與IR相比，使用DLR的冠狀動(dòng)脈CTA的圖像質(zhì)量明顯更好，圖像噪聲更低，SNR更高，CNR更高，圖像更清晰。本研究中，與IR相比，320 mgI/mL對比劑聯(lián)合DLR可以獲得更高的圖像質(zhì)量，包括更高的CNR、更高的SNR和更少的圖像噪聲。與370 mgI/mL對比劑聯(lián)合IR相比，雖然低濃度對比劑聯(lián)合DLR的CT值冠狀動(dòng)脈有所降低，但SNR冠狀動(dòng)脈、CNR冠狀動(dòng)脈和主觀評分更高，DLR獲得更好的圖像質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示低濃度對比劑（320 mgI/mL）聯(lián)合DLR增加對比劑的注射速率，可以獲得高濃度對比劑（370 mgI/mL）聯(lián)合IR相當(dāng)?shù)腃T值。因此使用DLR可以明顯強(qiáng)化左心室和冠狀動(dòng)脈。

有研究[16]探討低管電壓方案，以較低的輻射劑量獲得更好的CT值。但這種方法不適用于體質(zhì)量較大的患者。此外，血管中的鈣化和較高的放射狀偽影導(dǎo)致冠狀血管模糊，從而導(dǎo)致誤診和產(chǎn)生條紋偽影[16-17]。有報(bào)道[18]稱DLR在較低的管電壓下可以得到較低的圖像噪聲。與IR相比，DLR會(huì)明顯降低放射狀偽影[11]。這些優(yōu)點(diǎn)可以用于低輻射劑量掃描方案的DLR。CTA的診斷價(jià)值取決于血管強(qiáng)化程度。因此，需要進(jìn)一步研究使用DLR的對比增強(qiáng)技術(shù)對冠狀動(dòng)脈CTA的影響。

本研究存在一定的局限性：首先，沒有評價(jià)使用對比劑期間的血流動(dòng)力學(xué)變化（心率、血壓和患者不適）。不同濃度對比劑均采用相同的注射速率。有研究[15]探討高流速、高碘濃度對比劑的應(yīng)用與患者發(fā)生疼痛、發(fā)熱等不適癥狀的相關(guān)性。然而，使用低濃度對比劑檢查時(shí)腎功能不全患者的不適感較少。其次，這是一個(gè)小樣本量的單中心研究，需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本，評價(jià)低濃度對比劑聯(lián)合DLR的診斷性能。

綜上所述，在冠狀動(dòng)脈CTA成像中使用DLR聯(lián)合320 mgI/mL對比劑方案優(yōu)于IR聯(lián)合350 mgI/mL或370 mgI/mL對比劑方案。

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[收稿日期] 2024-04-08