不同重建算法對能譜CT冠狀動脈去鈣化效果的影響

姚新宇，杜祥穎，李鵬雨，李倩文

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 放射科，北京 100053

不同重建算法對能譜CT冠狀動脈去鈣化效果的影響

姚新宇，杜祥穎，李鵬雨，李倩文

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 放射科，北京 100053

目的 探討不同重建算法對能譜CT冠狀動脈去鈣化效果的影響。方法 對22例冠狀動脈鈣化患者行能譜CT冠狀動脈成像。分別采用Detail和Standard兩種不同的圖像重建算法進行冠狀動脈薄層圖像重建，使用獨立后處理工作站中的物質(zhì)分離軟件對冠狀動脈鈣化節(jié)段去鈣化。由2位放射科醫(yī)師采用4分法對能譜CT成像的去鈣化效果進行評分，并采用χ2檢驗對兩組的去鈣化效果進行比較。結(jié)果 22例患者中，能譜CT共清晰顯示85個冠狀動脈鈣化灶，兩種方法的去鈣化效果有非常顯著的差異，其中Detail算法的去鈣化效果更好。結(jié)論 能譜CT冠狀動脈成像中，Detail算法可更好地去除鈣化，但會影響血管管腔的顯示，Standard算法不能完全去除鈣化，但與單能量成像結(jié)合，有助于更準(zhǔn)確地評價鈣化局部的血管管腔。

冠狀動脈；去鈣化；能譜CT成像；薄層圖像重建

冠狀動脈CT血管成像（CT Coronary Angiography，CTCA）是無創(chuàng)性診斷及隨訪冠心病的一種有效手段[1]。與有創(chuàng)性冠狀動脈造影相比，CTCA具有無創(chuàng)、簡便、分辨率高、顯示全面等特點。但迄今為止，冠狀動脈管壁鈣化仍是影響冠狀動脈狹窄程度判斷的主要因素，甚至可能會導(dǎo)致相應(yīng)節(jié)段冠狀動脈無法評價[2]。很多研究表明，鈣化是影響多排螺旋CT對冠狀動脈病變診斷準(zhǔn)確性的主要因素之一[3-6]。如果能夠消除或者降低冠狀動脈管壁鈣化對于管腔成像的影響，將會提高CT對管腔狹窄程度判斷的準(zhǔn)確性。CT能譜成像的出現(xiàn)為物質(zhì)分離和特定成分的消除提供了有效手段，目前，這一技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用于心臟和冠狀動脈的成像。本研究對22例冠狀動脈鈣化患者進行能譜CT成像，并采用兩種不同的重建算法進行薄層圖像重建，旨在探討其去鈣化效果及對血管管腔的顯示情況。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選擇2013年3～9月于我院經(jīng)CTCA檢查確診的22例冠狀動脈鈣化患者，年齡50～80歲，平均（60.3±8.35）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 掃描時心率＜65次/min，平穩(wěn)波動范圍＜3次/min，且鈣化積分平掃時發(fā)現(xiàn)至少一處冠狀動脈有鈣化；② 可配合屏氣，無造影劑應(yīng)用禁忌證，且檢查過程中無心律不齊；③ 所有患者對本實驗完全知情并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 未能完成檢查的患者；② 掃描過程中因屏氣不佳、心率不齊造成嚴(yán)重運動偽影的患者；③ 鈣化積分掃描時所有冠狀動脈主干及大分支均未發(fā)現(xiàn)明顯鈣化的患者。

1.2 儀器與方法

采用GE寶石能譜CT（Discovery HD 750）進行掃描。檢查前患者應(yīng)用β受體阻滯劑將心率控制在65 次/min以下。掃描前對患者進行嚴(yán)格的呼吸訓(xùn)練以保證掃描范圍合理準(zhǔn)確。掃描序列包括定位像掃描、鈣化積分掃描、小劑量預(yù)試驗法（testbolus）掃描和CTCA掃描。

鈣化積分掃描主要用于判斷冠狀動脈是否存在鈣化，其掃描條件為管電壓120kV，管電流200mA。發(fā)現(xiàn)至少一處冠狀動脈有鈣化者，則采用前瞻性心電門控行心臟寶石能譜成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI）掃描。心臟GSI掃描參數(shù)：管電壓80/140kV（0.5ms瞬時切換），球管旋轉(zhuǎn)時間0.35s，準(zhǔn)直器寬度40mm（0.625mm×64）。

本研究采用Testbolus法確定CTCA掃描延遲時間，監(jiān)測水平選擇左冠狀動脈開口層面，其掃描條件為管電壓80kV，管電流100mA，造影劑和生理鹽水注射速率均為5mL/s，用量均為15mL，造影劑采用優(yōu)維顯370（碘普羅胺，370mgI/mL，拜耳先靈公司），測定時間密度曲線并獲得達峰時間，CTCA掃描延遲時間=達峰時間+4s。CTCA掃描管電流為400～650mA（根據(jù)患者體重指數(shù)確定），掃描范圍包括全部冠狀動脈，造影劑和生理鹽水用量分別為65mL、40mL，注射速率均為5mL/s。

1.3 圖像重建和后處理

常規(guī)重建75％R-R間期70keV薄層圖像，判斷圖像質(zhì)量，如圖像質(zhì)量欠佳，則重建70％及80％R-R間期70keV薄層圖像，選擇左右冠狀動脈運動偽影最小時相為最佳重建時相。在最佳重建時相下分別采用Detail和Standard兩種重建算法進行薄層圖像重建，層厚0.625mm，層間距0.625mm，采用40％自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）以降低圖像噪聲。將所得的薄層圖像傳送至AW4.6工作站，利用GSI的物質(zhì)分離功能選擇碘-羥基磷灰石對鈣化的冠狀動脈進行去鈣化處理，然后分別評價兩種重建算法的去鈣效果及血管顯示情況。

1.4 圖像評價

依據(jù)美國心臟病學(xué)會（AHA）的15段分段法[7]對冠狀動脈進行分段，并根據(jù)鈣化去除效果進行評分。鈣化去除效果評分采用4分法：① 0分，鈣化基本無變化，沒有被消除；② 1分，鈣化輪廓不變但相對密度下降或偽影消除；③ 2分，鈣化部分消除；④ 3分，鈣化完全消除。血管管徑≥1.5mm納入評價范圍。由2位具有豐富CTCA診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師分別對重建的薄層圖像進行評價，意見不一致時由第3位具有豐富經(jīng)驗的放射科醫(yī)師決定最終結(jié)果，所有被評價圖像順序打亂，以避免相互干擾。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行處理，兩種去鈣化效果的比較采用配對χ2檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

本研究納入的22例患者共有90個鈣化的冠狀動脈節(jié)段，排除5個圖像質(zhì)量較差的節(jié)段，對其余85個節(jié)段進行評價。去鈣化效果評分：Standard算法中，2個節(jié)段為3分，31個節(jié)段為2分，45個節(jié)段為1分，7個節(jié)段為0分；Detail算法對應(yīng)節(jié)段的評分?jǐn)?shù)為23個、50個、9個和3個。經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析表明，兩種方法均可有效去除鈣化，但去鈣化效果有非常顯著的差異，Detail算法對鈣化的消除更完全（χ2=47.697，P＜0.001）。兩種重建算法去鈣化前后的圖像，見圖1～2。

圖1 Standard重建算法去鈣化前后的圖像

圖2 Detail的重建算法去鈣化前后的圖像

3 討論

能譜CT采用單個球管進行能量成像，其利用高低壓（140/80kV）瞬時切換，幾乎可同時得到兩組不同能量的X線衰減信息，因此可以獲得40～140keV共101個單能圖像，可以有效減少硬化偽影和CT值偏移，也可用于物質(zhì)定量分析，甚至組織成分的定性。通過基物質(zhì)配對（如碘-水、碘-鈣），能譜CT可進行物質(zhì)分離，去骨和去鈣化。臨床上，能譜CT廣泛用于消除金屬植入物偽影、提高血管造影圖像質(zhì)量、增加病灶檢出率和提高病變的定性準(zhǔn)確性，因具有以上諸多優(yōu)勢而成為近幾年影像研究領(lǐng)域的熱點[8-9]。

冠狀動脈粥樣硬化斑塊中鈣化的發(fā)生率較高，曾有報道統(tǒng)計其發(fā)生率可達70％～80％[10]，而在CTCA檢查中，明顯的鈣化會影響冠狀動脈狹窄程度的判斷，管壁鈣化可以不同程度地干擾對相應(yīng)部位冠脈管腔狹窄的判斷，以致夸大管腔狹窄的程度，影響對冠心病的診斷及分級[11]。Abdulla J等[12]曾對1634名患者的冠狀動脈鈣化情況進行研究分析，發(fā)現(xiàn)明顯的鈣化使得冠心病的診斷指標(biāo)普遍下降，其中診斷的特異性和診斷比值比的下降較為明顯。通過特殊的成像及后處理手段消除鈣化偽影甚至去除鈣化，以清晰顯示冠狀動脈管腔，是目前關(guān)注的焦點。其中，CT能譜成像及其以物質(zhì)分離為基礎(chǔ)的去鈣化技術(shù)是比較有發(fā)展?jié)摿Φ囊粋€研究方向[13]。

動脈粥樣硬化鈣化病灶的主要成分為羥基磷灰石，因此在能譜成像的去鈣化中，采用了碘-羥基磷灰石這一基物質(zhì)對。理想狀態(tài)下，這一基物質(zhì)對的圖像可以消除鈣化，從而更加清晰地顯示血管管腔和血管狹窄。但是，受斑塊及血液成分復(fù)雜性和CT成像噪聲的影響，鈣化的去除并不能達到理想的效果。此外，圖像的重建算法會影響圖像空間和密度分辨率，因此，也可能會對能譜成像的去鈣化效果產(chǎn)生影響。

除受病變組織成分復(fù)雜性和圖像噪聲的影響外，重建算法也會影響鈣化的去除效果。本研究采用兩種具有不同針對性的重建算法，評估其對能譜CT冠狀動脈去鈣化的影響，Standard算法針對密度分辨率，而Detail算法側(cè)重的是空間分辨率。本研究顯示，兩種重建算法均可部分或全部消除大部分鈣化。但與Standard算法相比，采用Detail算法的鈣化去除效果更好。本研究還發(fā)現(xiàn)，目前應(yīng)用能譜CT成像去除冠狀動脈鈣化的技術(shù)還不成熟，在有效去除鈣化的同時，會顯著降低圖像的空間分辨率和密度分辨率，造成圖像的失真。本研究中，Detail算法可更好地去除鈣化，但會影響血管管腔的顯示，Standard算法不能完全去除鈣化，但與單能量成像結(jié)合，有助于更準(zhǔn)確地評價鈣化局部的血管管腔。此外，鈣化的大小、形態(tài)、密度以及強化掃描的增強效果均可能對冠狀動脈管腔和鈣化的顯示產(chǎn)生影響，其具體情況還有待于進一步研究。

綜上所述，采用CT冠狀動脈能譜成像的去鈣化技術(shù)，可以有效消除鈣化但也伴隨著圖像質(zhì)量及血管管腔顯示效果的下降。應(yīng)用能譜成像消除冠狀動脈鈣化對CTCA成像效果的影響，還需進一步的研究。

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Influence of Two Different Reconstruction Algorithms on Calcification Elimination of Coronary Spectral CT

YAO Xin-yu, DU Xiang-ying, LI Peng-yu, LI Qian-wen
Department of Radiology, Xuanwu Hospital, CapitalMedical University, Beijing 100053, China

Objective Todiscuss the influence of twodifferent reconstruction algorithms on calcification elimination of coronaryspectral imaging.Methods Altogether 22cases of patients with coronary calcification underwent coronaryspectral imaging. All coronarysegments with calcification were reconstructed with twodifferent algorithms （Detail versus Standard） and processed with the materialdifferentiation （MD）software to remove calcification. Two radiologists evaluated the effectiveness of calcification removal according to a 4-score method.Moreover, the χ2verification method was applied to compare the calcification elimination between two groups. Results Among 22cases, 85coronary calcification lesions were revealed clearly. There wassignificantdifference between Detail Group and Standard Group in effectiveness of calcification removal. Calcification lesions in Detail Group was removed more completely. Conclusion Among two reconstruction algorithms of coronaryspectral CT imaging, the Detail algorithm could eliminate calcification more effectively, but influenced thedisplay of of vascular lumen. The Standard algorithm cannot remove the coronary wall calcification completely, but was helpful to accurately assess the local calcified vascular lumenin combination withsingle energy imaging.

coronary artery；calcification elimination；spectral computed tomography imaging；thin-slice imaging reconstruction

R541.4；R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.015

1674-1633（2015）08-0050-03

2015-03-17

修回日期：2015-05-25

作者郵箱：314985151@qq.com