濾波反投影與迭代算法的圖像質量及左心室功能評價準確性的比較研究

李佩玲，蔣 娜，趙 宇，趙 麗，李松柏

（中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽 110001）

濾波反投影與迭代算法的圖像質量及左心室功能評價準確性的比較研究

李佩玲，蔣 娜，趙 宇，趙 麗，李松柏

（中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽 110001）

目的：比較濾波反投影 （Filtered back projection，FBP）與迭代算法 （Sinogram-affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）的圖像質量及左心室功能評價的準確性。材料與方法：納入我院先后3天內行冠狀動脈CT檢查和心臟MR檢查者82例為研究對象，分別采用FBP和SAFIRE重建系列圖像。將82例按照體質量指數（BMI）分成A組（BMI≤24 kg/m2，共30例）和B組（BMI＞24 kg/m2，共52例），測量主動脈根部及皮下脂肪組織CT值及標準差，計算圖像信噪比（SNR）和對比噪聲（CNR），分別比較兩個BMI組不同重建方法的圖像質量。利用心功能分析軟件測量兩種重建圖像的左心室舒張末期容積（EDV）、收縮末期容積（ESV）、每搏輸出量（SV）和射血分數（EF），并以MRI心功能測量結果作為金標準，對比分析兩種重建方法評價左心室功能的準確性。統計分析采用配對t檢驗和Pearson相關分析。結果：A組和B組SAFIRE重建圖像噪聲分別下降18．98%和17．40%，SNR和CNR分別提高23．99%、32．54%和22．07%、31．73%，差異均有顯著的統計學意義（P＜0．001）。與MRI相比較，兩種重建算法測得的左心室EDV、ESV、SV和EF值均無統計學差異（P＞0．05），經Pearson相關分析，兩種重建方法與MRI的結果均具有相關性。結論：SAFIRE重建較FBP重建可提高圖像質量。兩組重建方法測量左心室功能與MRI均具有相關性，SAFIRE重建圖像測量結果更為準確。

心室功能，左；體層攝影術，X線計算機；血管造影術

心功能評價對臨床上心臟病患者評估療效及判斷預后具有重要意義。超聲心動圖目前已成為臨床上首選的心功能評價方法[1]。多層螺旋CT冠狀動脈血管造影（CT Angiography，CTA）可重建出心動周期中不同時相的系列圖像，利用心功能分析軟件亦可對心臟功能作出評價，但不同重建方法對評價結果的影響國內未見文獻報道。本研究收集臨床上先后行冠狀動脈CTA檢查和心臟磁共振（MRI）檢查者82例，CT圖像分別采用濾波反投影法（Filtered back projection，FBP）和迭代算法（Sinogram-affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）重建，比較兩種重建方法的圖像質量，并以MRI心功能評價結果作為金標準，對比分析兩種重建方法評價左心室功能的準確性。

1 材料與方法

1．1 病例收集

本研究前瞻性收集2013年12月—2014年8月就診我院并于3 d內分別行冠狀動脈CTA及心臟MRI檢查者84例，男40例，女44例，年齡21～71歲，平均（54．21±10．92）歲。其中確診或疑診冠心病患者49例、高血壓26例、肥厚型心肌病3例、心律不齊2例、先天性心臟病2例、風濕性心臟病1例、心包炎1例。

納入及排除標準：凡在我院門診就診或住院患者均可納入本研究。排除標準：①對含碘對比劑過敏；②活動性甲亢；③嚴重心、肝、腎功能不全；④各種原因不能配合屏氣者；⑤圖像采集過程中出現心律不齊或屏氣欠佳致圖像不滿意者。本研究中2例心律不齊者，MRI圖像不能用于心功能分析被排除，共有82例納入研究。將所有病例依據體質量指數（BMI）分為2組，A組：BMI≤24 kg/m2，共30例，平均BMI為（21．68±1．74）kg/m2；B組：BMI＞24 kg/m2，共52例，平均BMI為（27．22±2．55）kg/m2。所有患者檢查前均簽署知情同意書。

1．2 CT檢查方法與圖像后處理

使用西門子雙源CT掃描儀 （Siemence Flash，德國生產）。所有患者均未控制心率，于掃描前5min舌下含服硝酸甘油0．5mg，并對患者進行嚴格的屏氣訓練。掃描方法：患者仰臥位，先行定位掃描，然后行冠狀動脈鈣化評分掃描，掃描范圍為氣管分叉下10mm至心臟隔面，掃描參數：管電壓100 kV，管電流100mAs，掃描時間7～11 s。CTA增強掃描時，掃描范圍自左主干開口上方10mm的層面至心臟隔面，覆蓋整個心臟，管電壓100 kV，管電流為CARE Dose 4D調制管電流，準直器寬度0．6×128mm，層厚0．6mm。增強掃描采用自動示蹤技術自動啟動，監測層面為升主動脈，啟動閾值90HU，延遲時間6 s。對比劑使用高濃度對比劑（370mgI/mL），經肘靜脈以5．0mL/s流速注射75～80mL，接著以相同流速團注生理鹽水40mL沖洗。圖像重建分別采用：常規FBP重建，卷積核選擇B26f（圖1a，2a）；SAFIRE重建卷積核選擇i26f，迭代等級3（圖1b，2b），重建層厚及層間隔分別為0．75mm和0．5mm。兩種方法均行多期相重建，共獲得R-R間期0%～90%（間隔10%）的20組系列圖像。

CT圖像后處理：在后處理工作站利用心功能軟件進行圖像分析。先選擇左心室標準切面，即四腔心平面、左心室短軸、兩腔心平面，確定舒張末期和收縮末期的重建期相。通常收縮末期位于R-R間期的40%～50%，舒張末期位于90%～0%。利用左心室功能分析軟件，利用Simpson法計算，從而得出左心室舒張末期容積（EDV）、收縮末期容積（ESV）、每搏輸出量（SV）和射血分數（EF）。

1．3 心臟MRI檢查方法及心功能測量

使用GE 1．5T超導磁共振掃描儀 （Signal HD，GE Medical System），采用8通道心臟專用線圈，加用呼吸門控和心電門控?；颊哐雠P位足先進，掃描前行嚴格屏氣訓練。采用二維快速平衡穩態進動序列（Fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA）屏氣狀態進行掃描。掃描參數如下：TR= 3．2ms，TE=1．3ms，翻轉角：45°，層厚10mm，層間距0mm，每一心動周期采集20幀圖像。掃描步驟：①完成快速三平面定位后利用2D FIESTA實時成像獲得水平長軸位、垂直長軸位及短軸兩腔心層面。②利用2D FIESTA電影序列，在矢狀位定位像及水平、垂直長軸位層面上獲取標準的四腔心層面（二尖瓣中點到心尖連線），在標準四腔心層面上獲取左室長軸位圖像和多層面左室短軸像（圖1c，2c）。所有圖像均于呼氣末屏氣狀態下獲得，每次屏氣約11 s，短軸位圖像掃描范圍覆蓋整個左心室，一般10～12層。③于左心室短軸基底段與兩腔心平面定位三腔心，并于三腔心圖像上平行于左室流出道定位主動脈根部圖像。

心功能測量：使用GE專用心臟后處理軟件Report Card 3．7進行圖像后處理。分別選擇垂直長軸位及短軸位序列圖像，確定為舒張末期及收縮末期圖像，乳頭肌包含在心血池內。計算機軟件將自動探測勾畫出心內膜、心外膜輪廓，然后使用手動方式加以修正后，軟件將自動計算左室功能參數。

1．4 圖像質量評價與心功能分析指標

所有病例的圖像測量和心肌勾畫分別由2位高年資醫生完成，取其均值。圖像質量采用客觀評價方法，測量主動脈根部的CT值（CTA）及標準差（SDA），同時測量皮下脂肪組織CT值（CTF），計算圖像的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），計算公式：SNR= CTA/SDA，CNR=（CTA-CTF）/SDF，其中SDF代表皮下脂肪組織的標準差。心功能分析指標主要包括EDV、ESV、SV和EF。

1．5 統計學分析

采用SPSS 17．0統計軟件進行統計分析，圖像質量及心功能指標均以均數±標準差（±s）表示，采用t檢驗進行比較；心功能指標組間相關性比較采用Pearson相關分析，以r值為0．1～＜0．3代表低度相關，0．3～＜0．5中度相關，0．5～1．0高度相關。P＜0．05認為差異有統計學意義。

2 結果

2．1 圖像質量客觀評價結果

依據BMI分組后，A組的實際管電流為（295．38±36．90）mAs，增強掃描序列的有效輻射劑量為（6．08±2．36）mSv；B組分別為（329．09±25．78）mAs 和 （7．93±2．85）mSv。兩組病例分別在FBP重建與SAFIRE重建圖像上所測得的主動脈根部CT值、圖像噪聲、SNR、CNR計算結果及統計分析結果見表1。A組和B組的FBP與SAFIRE兩種方法分別比較，主動脈平均CT值差異均無統計學意義 （P＞0．05），而A組和B組SAFIRE重建圖像噪聲分別下降18．98%和17．40%，SNR和CNR分別為23．99%、32．54%和22．07%、31．73%。圖像噪聲、SNR和CNR差異均有統計學意義（P＜0．001）。

2．2 心功能測量結果

所有病例的兩種CT重建圖像及MRI圖像所測得的每組數據，均先行方差齊性檢驗，樣本總體符合正態分布。心功能分析軟件所獲得的測量結果及統計分析結果見表2。從表2中可以看出，兩種重建算法分別與MRI相比較，左心室EDV、ESV、SV和EF值均無統計學差異（P＞0．05），四項指標均無過度評估或低估，除了EF值外，其余3項指標CT測量值普遍高于MRI，SAFIRE更接近MRI。經Pearson相關分析，除ESV、SAFIRE與MRI間EDV的r值為高度相關外，其余指標均為中度相關。

表1 按BMI分組后2種重建算法所測得的圖像質量結果及比較

表2 2種CT重建圖像與MRI的左心室功能測量結果及比較（n=82）

圖1 女，48歲。BMI 22．39 kg/m2。左心室短軸像。圖1a：FBP圖像；圖1b：SAFIRE圖像顯示圖像噪聲降低，心肌壁變清晰，較FBP圖像略有改善；圖1c：MRI圖像。 圖2 男，63歲。BMI 26．17 kg/m2。左心室短軸像。圖2a：FBP圖像；圖2b：SAFIRE圖像，顯示圖像噪聲降低，心肌壁變清晰，較FBP圖像明顯改善；圖2c：MRI圖像。

Figure 1.A 48-year-old female patient with BMI 22．39 kg/m2．Short-axis view of left ventricle．Figure 1a:FBP image．Figure 1b: SAFIRE image shows image noise decreasing and myocardiac edge clear．The image quality is improved slightly．Figure 1c:MRI image．Figure 2. A 63-year-old male patient with BMI 26．17 kg/m2．Short-axis view of left ventricle．Figure 2a:FBP image．Figure 2b: SAFIRE image shows image noise decreasing and myocardiac edge much clear．The image quality is improved obviously．Figure 2c:MRI image．

3 討論

SAFIRE利用原始數據將圖像噪聲建模去除圖像偽影，如線束硬化偽影、螺旋偽影等，通過分析原始數據來評估圖像每一個像素中的噪聲部分，然后將噪聲從圖像中去除，同時也利用原始數據進行圖像空間分辨率的改善 。近年來，關于SAFIRE的文獻報道很多，絕大多數結果證實SAFIRE重建算法可以有效的降低輻射劑量、改善圖像質量、降低噪聲、提高SNR及CNR[3-4]，現已成為了臨床工作中重要的圖像重建算法，尤其是低劑量掃描時配合SAFIRE重建可保證圖像質量不衰減。但由于隨著管電壓的下降，X線的光電效應所占的比例增加，康普頓效應比例減少，CT圖像表現為含碘量高的組織CT值提高明顯，而輕微強化的軟組織CT值增加卻不明顯，因此，降低電壓掃描配合SAFIRE重建的最佳應用部位為包括心臟在內的CT血管成像。本研究結果表明掃描條件相同的情況下，SAFIRE能有效降低圖像的噪聲水平，A組和B組均較FBP平均降低約18%，SNR和CNR均提高約22%以上，CNR提高超過30%，而對主動脈強化后CT值影響不大，經統計學分析兩種重建算法差異均無統計學意義。盡管圖像質量提高的幅度不盡相同，但變化的趨勢與文獻報道基本一致[5-6]。

近年來，文獻報道多層螺旋CT心功能評價多與超聲心動圖進行相關分析，得出的結論基本一致，即兩種檢查方法具有相關性，特別是左心室EDV和左心室ESV更是具有高度相關性[7-8]。但關于心功能多層螺旋 CT評價與 MRI的對照研究較少[9]。Mahnken等[10]利用多層螺旋CT與MRI對同組16例患者的心功能評價結果進行比較，得出的4項主要心功能指標結果及心肌質量均有高度的一致性。趙希剛等[11]對30例臨床疑診冠心病者進行了增強螺旋CT和MRI檢查，研究結果發現增強螺旋CT與MRI的心功能測量結果亦具有高度的相關性，兩種方法的測量值均無統計學差異，CT測量的結果略高于MRI。本研究通過與MRI的心功能測量結果對比分析，發現兩種重建方法獲得的心功能測量結果均與MRI無統計學差異，二者的檢查結果均與MRI非常接近。相比較而言，SAFIRE重建測得的左心室EDV、ESV和SV更接近MRI，而左心室EF值略低于MRI測量結果。本研究及大量文獻已經證實SAFIRE較FBP重建能夠提高圖像質量，增加組織對比度，這樣更有利于心肌血池的對比觀察及心內膜與心外膜的勾畫，因而使心功能的評價結果更為準確。

然而，本研究中從表2還可以看出多排螺旋CT左心功能測量值與MRI之間存在一定的差異，分析其原因可能是因為CT檢查時用于心功能評價的期相常常并非最佳期相，圖像質量有一定程度的下降，導致血池心壁對比度變差；其次，冠脈CT檢查的最佳延遲時間常常右心室內幾乎無對比劑存留，使室間隔處心外膜的界限不甚清晰，從而導致測量中主觀誤差被引入；此外，增強CT檢查時快速團注對比劑及生理鹽水也會對心臟功能產生一定的影響，從而在一定程度上導致測量結果的變化。另外，本研究中研究對象的入選條件沒有對心功能狀態加以限制，并不具有特定的代表性，因此心功能測量結果不能用作臨床評價心功能狀態的參考標準。文獻報道的心功能測量結果之間存在的差異也可能與研究對象的入選條件不甚一致有關。

總之，雙源CT冠脈成像可以在評價冠狀動脈病變的同時準確地定量評估左心功能，SAFIRE與FBP兩種重建方法心功能測量結果與MRI均具有良好的相關性，SAFIRE重建圖像噪聲明顯降低，圖像質量得到改善，測量結果亦更為準確。

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Com parative study of image quality and accuracy of evaluation of left ventricular function between sinogram-affirmed iterative reconstruction and filtered back projection

LI Pei-ling,JIANG Na,ZHAO Yu,ZHAO Li,LI Song-bai
(Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China)

Objective:To compare the image quality and the accuracy of contrast computed tomography(CT)for left ventricular function assessment between sinogram-affirmed iterative reconstruction(SAFIRE)and filtered back projection(FBP)．Methods:A total of 82 patients prospectively underwent cardiac examination with Dual-source CT and MRI(as reference standard)within 3 days．All CT images were reconstructed with FBP and SAFIRE techniques，respectively．All patients were divided into group A(BMI≤24 kg/m2，n=30)and group B(BMI＞24 kg/m2，n=52)．The CT values and standard deviations of aorta and subcutaneous fat tissue were measured and SNRs and CNRs were calculated．Image quality was assessed for both reconstruction techniques．From these two different reconstruction images，ESV，EDV，SV and EF were determined using the Simpson's method and compared with MRI．Paired-t test and Pearson's correlation were used for statistical analysis．Results:The image noises on SAFIRE images decreased by 18．98%and 17．40%and SNRs/CNRs increased by 23．99%/32．54%(group A) and 22．07%/31．73%(group B)compared with FBP images，respectively(all P＜0．001)．There was no significantly overestimation and underestimation of EDV，ESV，SV and EF by FBP and SAFIRE compared to MRI(all P＞0．05)，respectively．All LV function measurements of CT images showed statistically intraclass correlations with MRI．Conclusion:SAFIRE may improve image quality．LV function measurements acquired by SAFIRE and FBP image data sets all were statistically related to MRI．The LV function results derived by SAFIRE images were more accurate．

Ventricular function，left;Tomography，X-ray computed;Angiography

R541；R814．42；R814．43

A

1008-1062（2015）12-0869-04

2015-03-03；眼

2015-06-04

李佩玲（1967-），女，遼寧營口人，副教授。

遼寧省自然科學基金資助項目（項目編號2014021072）。