高級的基于模型的迭代重建對冠脈支架顯示的影響

王艷，姚新宇，蘇壯志，祝小蓮，杜祥穎，李坤成

首都醫科大學宣武醫院 放射科，北京100053；北京磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100069

高級的基于模型的迭代重建對冠脈支架顯示的影響

王艷，姚新宇，蘇壯志，祝小蓮，杜祥穎，李坤成

首都醫科大學宣武醫院 放射科，北京100053；北京磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100069

目的評價西門子3代雙源CT不同級別的高級的基于模型的迭代重建（Advanced Modelled Iterative Reconstruction，ADMIRE）對于冠脈支架顯示的影響。方法使用西門子第3代雙源CT對21例冠脈支架術后的患者進行常規掃描（共33枚支架），分別采用ADMIRE 1～5級別進行重建后處理。圖像評價包括：① 主觀評價。由2位經驗豐富的醫生進行雙盲評估，包括支架和管腔內部的顯示。采用5分制，1分最差，5分最佳；② 客觀評價。評價內容包括支架內徑、支架腔內衰減值、圖像噪聲、信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR），統計分析各組間差異性。結果主觀評價結果：圖像質量主觀評分一致性良好（Kappa=0.836）。ADMIRE 4組和ADMIRE 5組總分一致，圖像質量最佳；客觀評價結果：① 支架內徑、支架腔內衰減值在5組間無統計學差異（P＞0.05）；② 圖像噪聲ADMIRE 1組最高（28.18±14.253），ADMIRE 5組最低（12.82±5.282），SNR及CNR ADMIRE 1組最低（分別為27.02±32.383、30.20±39.174），ADMIRE 5組最高（分別為69.05±51.748、75.96±52.636）；③ 圖像噪聲在ADMIRE 4與5組間差異無統計學意義（P=0.061），分別與另外3組之間有統計學差異（P＜0.05)，SNR及CNR在ADMIRE 1～4組間無統計學差異（P＞0.05），分別與ADMIRE 5組有統計學差異（P＜0.05）。結論ADMIRE 重建技術可以提高冠脈支架的圖像質量，推薦使用較高級別的ADMIRE 進行重建。

冠狀動脈疾病；X線計算機；體層攝影；冠脈支架；圖像噪聲

引言

經皮冠狀動脈介人治療（Percutaneous Coronary Intervention，PCI）[1-2]已經成為冠心病的主要治療手段，廣泛用于臨床。隨著CT技術的不斷發展尤其是64層螺旋CT應用于臨床后，冠狀動脈支架置入術方面的價值已經得到了臨床的證實。目前冠狀動脈CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）已經成為支架術后復查的首選無創性檢查。但是，由于CT的部分容積效應以及金屬支架的線束硬化偽影影響，對支架內管腔的準確評估仍存在一定困難，尤其對小于3.0 mm的小管徑支架顯示不理想[3]。2010年美國心血管計算機斷層掃描學會（SCCT）冠狀動脈CTA專家共同提出，由于容積重疊偽影和線束硬化偽影的限制，只有80%的3 mm和33%的＜3 mm的支架可被評估[4]。因此，冠脈支架對冠脈CTA提出了重大的技術挑戰。

西門子第3代雙源CT（Force）在圖像重建時采用高級的基于模型的迭代重建（Advanced Modelled Iterative Reconstruction，ADMIRE）技術。ADMIRE是繼第二代基于正弦圖的迭代重建（Sinogram-Aff rmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）算法之后的一種更為先進的重建模式。相較于SAFIRE算法，ADMIRE算法的數據分析技術更為復雜，它使用了加權的濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法[5-6]，在CT成像時，可以降低圖像的噪聲，提高圖像質量。本實驗目的在于分析不同級別的ADMIRE對于冠脈支架顯示的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2016年3月～2016年6月行冠狀動脈CTA檢查的33例冠狀動脈支架植入術后患者，所有患者均無碘對比劑過敏史、嚴重心功能不全、嚴重腎功能不全、嚴重心律失常，并未行冠狀動脈旁路移植術。所有患者均采用Turbo Flash 掃描模式。所有患者在檢查前均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Siemens 第3代雙源CT進行CTA檢查。掃描前患者無需進行呼吸訓練。掃描范圍自氣管分叉至心臟膈面下1 cm左右。準直器為192 mm×0.6 mm。管電壓由CARE kV自動調節，參考管電壓（Ref kV 100）；管電流由 CARE Dose4D自動調節，參考管電流（Ref mAs 280/圈）。Turbo Flash模式的螺距為3.2。

Turbo Flash模式掃描方案：感興趣區（ROI）設定在升主動脈根部，觸發閾值為100 HU，延遲4 s后啟動Flash掃描。心率＜70 bpm，觸發時相為R-R間期的60%，心率＞70 bpm，觸發時相為R-R間期的40%。

注藥方案：采用 MED TRONAG雙筒高壓注射器，經右側肘正中靜脈注射碘普羅胺（370 mgI/ml），根據每公斤體重0.8 mL/kg計算注藥總量，注藥速度為3.5～5.0 mL/s。尾隨注射40 mL生理鹽水，以4 mL/s速率沖刷。

掃描結束后，分別采用ADMIRE 1～5級別進行圖像重建。所有圖像均傳至西門子Syngo.via后處理工作站進行圖像的主觀評分和客觀測量。

1.3 圖像質量分析

圖像質量分別從主觀和客觀兩方面進行分析，比較各組圖像之間的差異。主觀評價由兩位有豐富冠脈CT診斷經驗的放射科醫生進行，包括管腔內以及支架結構顯示的雙盲評估。所有圖像均在窗寬1200 HU和窗位650 HU下評價[7]。采用Likert五分制[8]：1分。圖像質量很差，管腔受偽影影響無法觀察到內部情況，支架結構模糊不清；2分。圖像質量差，雖能看到管腔但清晰度很低，受放大偽影影響嚴重，支架模糊，不能夠診斷；3分。圖像質量中等，可以觀察到管腔內部，但受圖像噪聲和偽影影響邊界不清；4分。圖像質量好，腔內的CT值略高于正常水平，但對管腔內評價無影響，雖有些許模糊但可以觀察到支架細小結構；5分。圖像質量優秀，腔內CT值在正常水平，邊界清晰，支架細小結構銳利分辨清楚。

客觀評價：客觀評價由一位閱片醫生在不知重建級別的前提下分別對支架腔內衰減值、支架內徑、圖像噪聲、信噪比（SNR）及對比噪聲比（CNR）5個方面進行評價。支架腔內衰減差異用于評估支架放大偽影對管腔內顯示的影響，其定義為有支架處與無支架處管腔內CT值的差異。無支架處CT值通過測量支架兩端CT值取平均值獲得；有支架處CT值為軸位選取3個不同平面測量取均值，測量時ROI要盡量大，放置于支架內腔的中心且避開支架壁。

選取主動根部層面測量CT值（定義為CT管腔），ROI面積1 cm2。選取左冠脈開口層面，測量左主干血管周圍組織的CT值（定義為CT組織），ROI面積為0.2 cm2，以測得CT值的標準差作為背景圖像噪聲。支架腔內衰減差異=有支架處CT值均值-支架內遠端CT值均值，SNR=CT管腔/噪聲，CNR=（CT管腔-CT組織）/噪聲。

1.4 統計學分析

主觀評分采用Kappa檢驗分析兩位醫生評分的一致性。所有定量分析數據均表示成均值±標準差（±s）的形式。不同組間客觀評價參數均值的統計學差異采用方差分析ANOV進行檢驗，之后對存在差異的參數進行均數的兩兩比較（q檢驗SNK和LSD法）。所有統計結果均采取P＜0.05為差異具有統計學意義，統計學分析借助SPSS 22.0軟件實現。

2 結果

2.1 主觀定性評估結果

兩名閱片醫生之間圖像質量的評估一致性較好（Kappa=0.836）。不同級別ADMIRE重建組主觀評價結果中，ADMIRE 1組評分最低，ADMIRE 4和5組評分一致且最高。不同級別ADMIRE重建后冠脈支架的顯示情況見圖1。

圖1 不同級別ADMIRE重建后支架的顯示情況

2.2 客觀定量評估結果

統計學分析結果見表1～5，圖2。

表1 不同級別ADMIRE重建后各客觀評價參數均值

表2 不同組間定量評價參數均值差異的統計結果

表4 SNR均值組間兩兩比較結果

表5 CNR均值組間兩兩比較結果

圖2 不同級別ADMIRE重建組間圖像噪聲、SNR、CNR折線圖

（1）支架腔內衰減值分析。支架腔內衰減值在ADMIRE 1組最低（160.97±143.856），ADMIRE 5組最高（204.15±181.433），但是5組間沒有統計學差異（P=0.832，＞0.05）。

（2）支架內徑測量值分析。支架內徑測量值ADMIRE 1組最高（30.06±5.567），ADMIRE 5組最低（28.61±6.280），但是5組間沒有統計學差異（P=0.898，＞0.05）。

（3）圖像噪聲分析。ADMIRE 1為（28.18±14.253），ADMIRE 5為（12.82±5.282）。隨著ADMIRE級別的增高，圖像的噪聲呈顯著遞減趨勢。經過統計學分析，ADMIRE4組和ADMIRE 5組之間無顯著性差異（P=0.061，＞0.05），分別與另外3組間有顯著性差異（P＜0.05）。

（4）SNR以及CNR分析。ADMIRE 1組的SNR、CNR均 值 分 別 為（27.02±32.383）、（30.20±39.174）；ADMIRE 5組的SNR、CNR均值分別為（69.05±51.748）、（75.96± 52.636）。隨著ADMIRE級別的增高，圖像SNR以及CNR呈顯著遞增趨勢。ADMRE 1～4組間沒有顯著性差異（P＞0.05），分別與ADMIRE 5組間存在顯著性差異（P＜0.05）。

3 討論

冠狀動脈支架術后的并發癥（如支架再狹窄、支架斷裂、支架內血栓形成等）的發生率高達10%～46%，因此，對冠狀動脈支架植入術后進行無創、精確的隨訪觀測成為臨床工作越來越重要和不可或缺的部分。但是由于金屬支架偽影的干擾，對圖像質量提出了更高的要求。

多個研究表明，采用迭代重建（Iterative Reconstruction，IR）可以降低圖像噪聲，減少射束硬化偽影，對評估冠脈支架有一定價值[9-15]。西門子第3代雙源CT的ADMIRE重建技術是一種更為先進的迭代重建模式，對冠狀動脈支架的顯示及腔內準確的評估提供了新的技術支持。本實驗的研究結果一方面進一步驗證了迭代重建技術對于噪聲的抑制作用；另一方面定量的分析了不同級別的ADMIRE對噪聲的抑制水平有所差異，ADMIRE 4和5對于圖像噪聲的抑制水平最佳，且沒有統計學差異。使用ADMIRE 4和5重建后，能夠有效的減少金屬支架偽影的干擾，在支架顯示方面有很大的提高，圖像的噪聲有了明顯的降低，圖像信噪比及對比噪聲比更高。因此，更有利于對冠脈支架的顯示及評估，為臨床提供更多的信息，有利于冠脈支架術后的隨訪觀察。

不足之處：① 有文獻報道，支架成像的圖像質量還與支架材料以及藥物情況有著明顯的關系[16-17]。在本實驗中由于樣本數量的限制，沒有對不同材料的支架進行分組，因此對于此方面的研究未做統計學分析。在今后的研究當中，擴大樣本量，對不同材料的支架進行分組，進一步驗證本實驗的結果是否適用于所有材料的支架；② 本實驗所收集的病例，大部分支架位于前降支及右冠脈，支架的直徑大多在3 mm左右。只有2枚支架位于對角支，支架直徑在2.5 mm以下，對于2.5 mm以下支架術后的病例收集困難，因此對于2.5 mm以下支架顯示的研究有待體模實驗進一步證實。

4 結論

不同級別ADMIRE重建后對于噪聲的抑制水平有所差異。ADMIRE 4和5能夠有效降低冠狀動脈支架的偽影，提高圖像質量，能夠更好的顯示支架內外的情況，有助于冠脈支架術后的臨床隨訪工作。因此，對于冠脈支架植入術后的冠狀動脈CTA檢查，推薦使用4或5級別的ADMIRE重建技術。

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Impact of Advanced Modelled Iterative Reconstruction on Coronary Stent Visualization

ObjectiveTo evaluate the impact of ADMIRE (Advanced Modelled Iterative Reconstruction) on coronary artery stent visualization by using third generation dual-source CT.Methods21 patients (33 stents totally) who underwent Coronary Computed Tomography Angiography (CCTA) on a third generation dual source CT scanner were included in the study. CCTA datasets were reconstructed by using different levels of ADMIRE (1～5). Double-blinded and independent qualitative evaluation of image quality was performed by two readers using a five-point scale (5 as the best). Quantitative assessment including stent diameter, luminal attenuation difference, image noise, Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Contrast-to-Noise Ratio (CNR) were also performed, and analysis of the differences between the groups was made.ResultsThe inter-observer agreement for the subjective image quality scores was substantial (Kappa=0.836). The image quality of ADMIRE 4 and ADMIRE 5 Group were the highest. a. The difference between stent diameter and luminal attenuation were not statistically signif cant between f ve groups (P＞0.05); b. The noise of ADMIRE 1 was the highest (28.18±14.253), ADMIRE 5 was the lowest (12.82±5.282); The CNR and SNR of ADMIRE 1 were the lowest (27.02±32.383, 30.20±39.174), ADMIRE 5 were the highest (69.05±51.748, 75.96±52.636); c. The difference of noise between ADMIRE 5 and ADMIRE 4 was not statistically signif cant (P＞0.05), there was statistically signif cant difference with the other three groups (P＜0.05), the difference of CNR and SNR between ADMIRE 1～4 were not statistically signif cant (P＞0.05), there was statistically signif cant difference with ADMIRE 5.ConclusionADMIRE can be used to improve the image quality of stents in CCTA, a higher iterative strength level of ADMIRE should be preferred.

coronary disease; X-ray computer; layer radiography; coronary stent; image noise

WANG Yan, YAO Xin-yu, SU Zhuang-zhi, ZHU Xiao-lian, DU Xiang-ying, LI Kun-cheng
Department of Radiology, Xuanwu Hospital Capital Medical University, Beijing 100053, China; Beijing Key Laboratory of Magnetic Resonance Imaging and Brain Informatics, Beijing 100069, China

TP391.41；R541.4

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.012

1674-1633(2016)12-0049-04

2016-08-04

2016-09-06

基金課題：國家十二五科技支撐計劃課題項目（2012BAI10B04）；北京市醫院管理局重點醫學專業發展計劃（ZYLX201609)。

杜祥穎，主任醫師。研究方向：心血管影像學。

通訊作者郵箱：duxying_xw@163.com