集成電子探測器聯合迭代重建技術不同層厚重建對冠脈支架顯示的影響：體外實驗研究

金士琪，王彥懿，楊　帆，初金剛，于　揚，戴　旭

（1.中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽　110001；2.西門子醫療CT事業部，遼寧 沈陽　110001）

?心臟、血管影像學?

集成電子探測器聯合迭代重建技術不同層厚重建對冠脈支架顯示的影響：體外實驗研究

金士琪1，王彥懿1，楊帆1，初金剛1，于揚2，戴旭1

（1.中國醫科大學附屬第一醫院放射科，遼寧 沈陽110001；2.西門子醫療CT事業部，遼寧 沈陽110001）

目的：評價聯合集成電子探測器與SAFIRE迭代重建技術在不同重建層厚下對不同內徑冠脈支架尤其是≤3mm支架顯示的影響。方法：選取不同類型的8枚內徑分別為3.5mm、3mm以及2.5mm的支架（編號1～8），釋放于模擬冠脈血管的體外模型中，行配有集成電子探測器的雙源CT進行冠脈前瞻掃描，將掃描后得到的原始數據按照不同層厚（0.5mm、0.6mm、0.75mm）進行圖像重建分為3組。對上述3組圖像進行主客觀評價，包括圖像質量評分、支架內徑差異（Artificial lumen narrowing，ALN）、支架內腔衰減（Attenuation）、圖像噪聲及衰減噪聲比（Attenuation－to－noise ratio，ANR）的評價，統計分析各組間的差異性。結果：圖像質量主觀評分一致性良好 （Kappa=0.797），0.5mm重建組獲得的圖像質量明顯高于另兩組 （P值分別為0.008，0.000）。0.5mm層厚組ALN值最低，為40.69%±4.16%，與其他各組間均有統計學差異（P值分別為0.043，0.018，P＜0.05）。各組之間，衰減值差異、ANR均未達到統計學意義（P值均＞0.05）。隨著重建層厚的增加，圖像噪聲逐漸降低，但0.5mm組及0.6mm組之間圖像噪聲無明顯差異。結論：對于冠脈支架評估，集成電子探測器0.5mm層厚重建配合SAFIRE迭代重建技術獲取的圖像質量整體最佳，尤其是對于≤3mm支架，可為臨床提供更佳質量的支架圖像。

支架；冠狀血管造影術；體層攝影術，X線計算機

冠狀動脈CT血管造影（CCTA）作為無創性檢查方法現已廣泛應用于臨床，尤其是冠狀動脈狹窄的評價，而多個研究顯示CCTA對于評價冠狀動脈支架再狹窄也具有較高的準確性[1－3]。而高密度金屬支架所產生的容積重疊偽影及射線硬化偽影影響了支架內腔的顯示，大大降低了圖像質量，影響了對其的評估，尤其是在對內徑≤3mm支架的顯示方面[3－4]。究其原因，最主要的是采集的空間分辨率問題。而集成電子探測器可以通過0.5mm層厚重建的方式來提高圖像的空間分辨率，恰解決了這一難題，但薄層重建時圖像噪聲會隨之增加，因此需聯合使用迭代重建以獲取高質量的圖像[5－6]。以往有研究表明，0.6mm層厚重建配合迭代重建技術對冠脈支架顯示較為清晰[7－8]，而對于新型探測器0.5mm層厚配合迭代重建技術對冠脈支架的顯示方面未做系統的研究，因此，本實驗意在研究新型探測器0.5mm結合迭代重建技術在冠脈支架成像方面的顯示價值。

1　材料與方法

1.1支架的選取以及模體的制作

本實驗中選取了不同類型的8枚支架 （表1），根據以往經驗[3－4，9]，分別定制了3.5mm、3mm以及2.5mm直徑亞格力管模擬人體冠脈血管，管的直徑等同于支架的標稱外徑，材料的CT值接近人體冠脈血管壁40HU左右；所有支架均在各自輸送系統的壓力及球囊擴張下成功打開并釋放于8支模擬血管內；管內注入鹽溶液稀釋的造影劑 （碘海醇350mgI/mL），在120 kVp管電壓下使其CT值為350 HU左右[6]；管兩端密封，將其放置在模擬人體胸部的玻璃容器中固定，容器內填充植物油來模擬心外膜脂肪組織，在120 kVp下CT值為－70HU左右。

表1　8枚支架基本信息（mm）

1.2CT掃描方式以及重建參數

所有CT掃描數據均在配有集成電子探測器的雙 源 CT（SOMATOMDefinitionFlash；Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）上獲得。掃描過程中，采取虛擬ECG信號模擬心率60次/min心跳，行120 kV前瞻軸掃。掃描參數如下[9－10]：常規掃描使用前瞻軸掃，啟動CARE Dose 4D智能管電流調節技術，管電壓120 kV，質量參考電流400mAs/r。掃描時均在最佳舒張期成像。

將原始數據采用不同的層厚以及Safire迭代重建方式進行圖像重建（表2），根據前期實驗結果[9]，迭代強度選取為2。所有 CT數據傳輸至Syngo Multi Modality Workplace；Siemens Healthcare進行后處理，經二維和三維重建圖像全面觀察，包括橫軸位及多平面重組（MPR）。

表2　各組的重建方式

1.3圖像質量分析

分別從主觀和客觀兩方面對圖像質量進行評價分析，比較各組圖像之間在圖像噪聲及支架顯示方面的差異。

1.3.1定性分析

主觀評價由兩位有冠脈CT診斷經驗的放射科醫生進行，對每幅支架圖像進行包括管腔內以及支架結構顯示的綜合雙盲評估。所有圖像均在窗寬1500HU和窗位300HU下顯示[11]，采用Likert五分制[9]：1分：圖像質量非常差，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。

1.3.2定量分析

客觀評價由1位閱片醫生在不知掃描方式及重建參數的前提下分別對圖像噪聲水平，支架內徑差異、支架腔內衰減值、衰減噪聲比4個方面進行評估[5，8]。

圖像噪聲水平，圖像噪聲定義為組織背景即支架相鄰油內 （模擬心外膜脂肪組織）CT值的標準差（取ROI大小為2 cm2），3次測量后取平均值。

支架內徑差異（Artificial lumen narrowing，ALN）通過比較支架測量內徑與真實內徑的差異來衡量評價支架管腔內徑的準確性。利用工作站自帶軟件卡尺工具對管腔內徑進行測量，分別選取3個不同層面取平均值。支架內徑差定義為[9，12]：

其中，IDMeasured為支架測量內徑，EDReal為支架真實外徑，TStruct為支架厚度。

支架腔內衰減差異（Attenuation）用于評估支架放大偽影對管腔內顯示的影響，其定義為模擬血管內有支架處（SLA）與無支架處（TLA）CT值的差異。TLA CT值通過測量支架近端及遠端CT值取平均值得到，SLA CT值軸位選取3個不同平面測量取平均值，測量時ROI域要盡可能足夠大且放置于支架內腔的中心同時避開支架管壁[9]。

Attenuation=SLA－TLA

圖像的衰減噪聲比（ANR）定義為支架內衰減差異/圖像噪聲[10]。

1.4統計分析

所有定量分析數據均寫成x±s的形式。對同一支架不同重建方式得到客觀評價數據采用Friedman分析及Wilcoxon符號秩和檢驗方法，主觀評分采用Kappa分析計算其組間的一致性，之后統計其差異性。所有統計結果均取P＜0.05為具有統計學意義，統計分析借助SPSS Statistics 19軟件實現。

2　結果

統計分析結果見表3。

表3　主客觀評價數據表

2.1主觀評價

兩名閱片醫生之間對圖像質量的評估一致性Kappa值為0.797，一致性較好。

各組主觀評價中，0.5mm層厚組的評分最高為34分，0.6mm層厚組評分為32分，0.75mm層厚組最低為23.5分，且3組組間差異均有統計學意義（P值分別為0.008，0.000和0.000，圖1，2）。

圖1圖1a為0.5mm層厚組，圖1b為0.6mm層厚組，圖1c為0.75mm層厚組，通過3組圖像對比可以明顯看出圖1a圖像各支架結構及內腔顯示優于圖1b，1c。圖2圖2a，2b均為支架6，支架內徑為3mm，重建層厚左－右依次為0.5mm，0.6mm，0.75mm。圖2b為支架6三種層厚的軸位圖像，通過對比可以明顯看出0.5mm層厚對支架結構及內腔顯示更好。

Figure 1.Slice thickness of 0.5mm(Figure 1a).Slice thickness of 0.6mm(Figure 1b).Slice thickness of 0.75mm(Figure 1c).Stent lumen and structure are showed better in the image of group A than the other two groups.Figure 2.Both show coronary stent 6 which is 3mm in diameter.Images were reconstructed with 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Axial images of the three groups(Figure 2b).Image of 0.5mm stent shows the stent structure better than the others obviously.

2.2客觀評價

2.2.1圖像噪聲

見圖3。當掃描條件一致時，不同層厚重建下的噪聲有明顯差異，Friedman檢驗P＜0.05（P=0.002）。隨著重建層厚的增加，噪聲得到明顯抑制，且差異有統計學意義，其中0.75mm層厚組噪聲水平最小，為（15.725 0±2.853 4）HU，而0.5mm層厚組與0.6mm層厚組圖像噪聲無統計學意義，P＞0.05（P=0.093），0.75mm層厚組與0.5mm層厚組、0.6mm層厚組之間噪聲水平統計學差異分別為P=0.012，0.025（P＜0.05）。

2.2.2ALN

ALN評價結果表明不同層厚重建后支架ALN結果有差異，Friedman檢驗P=0.006＜0.05，具有統計學差異。其中0.5mm重建層厚對支架的顯示最優。0.5mm組重建的圖像ALN值優于0.6mm組和0.75mm組，且差異均有統計學意義 （P值分別為0.043，0.018，圖4）。0.6mm層厚組與0.75mm層厚組之間ALN值無統計學差異（P值=0.225＞0.05）。

2.2.3支架腔內衰減差異

各組間支架管腔內衰減差異無統計學意義（P= 0.135）。

2.2.4ANR

圖3　三組圖像重建后圖像噪聲分析結果。Figure 3.　The image noise results of three groups of images reconstructed.

圖4　箱線圖顯示各組數據集ALN分析結果。Figure 4.　The box plots showed that the results of each group of data set ALN.

各組間圖像ANR分析顯示，各組之間ANR差異不明顯，無統計學意義（P=0.325）。

3　討論

3.1集成電子探測器的應用可以提高冠脈支架的可視化

目前，CCTA作為非侵入式的檢測方法，及其高靈敏度及精確度，已經廣泛應用于冠狀動脈支架術后患者的隨訪當中[2-3]。但與以往CCTA血管顯示不同，支架成像不僅要顯示血管的走行狀態，還需達到對支架內腔的可視化。集成電子探測器的產生，恰解決了這一難題，這是由于它獨特的Edge光柵技術排除了元器件間的串擾，從而可以采用0.5mm層厚在Z軸進行重建，大大提高了空間分辨率[5]。而傳統的DC數字電路探測器技術只能達到0.6mm層厚。與此同時，集成電子探測器還將探測器單元的電子器件與光電二極管整合到一起，有效降低了電子噪聲的干擾，提升了圖像尤其是微小結構圖像的總體顯示質量[10，13]。因此集成電子探測器0.5mm層厚重建為3mm以下支架的微細結構顯示以及管腔內評估提供了新的技術支持[5，14]。本實驗針對3.5mm、3mm 及2.5mm支架進行重建，對比了0.5mm重建與0.6mm，0.75mm重建層厚在支架顯示效果方面的差異，結果表明采用0.6mm重建就可以診斷3mm以上支架，但對于≤3mm的支架，0.5mm重建更有助于觀察支架甚至是支架材料間縫隙處的微小結構，更有益于減少金屬支架引起的放大偽影，對管腔內的再狹窄程度的判斷也更準確。

3.2迭代重建技術

應用迭代重建技術（SAFIRE）可以降低圖像噪聲，提高支架管腔顯示度。0.5mm圖像重建層厚薄，本應該使噪聲水平更高；但由于0.5mm層厚重建在算法上必須搭載了SAFIRE共同使用，因此在圖像質量得到了很大提升，噪聲得到了抑制，本實驗也得出0.6mm組與0.5mm層厚組噪聲之間無統計學差異，同時，三組之間衰減噪聲比也未見明顯差異。

使用0.5mm重建可以得到更好的管腔評價水平，尤其是對管腔內狹窄距離的評估更加準確。本文中0.5mm組ALN均值達到40.69%±4.16%，均＜0.6mm 及0.75mm組。André等[15]使用256層CT與第一代雙源CT進行3mm以下支架顯示對比實驗，其支架內徑ALN值為50.8%±7.4%與50.7%±7.2%，與本實驗中的結果基本保持一致。

對于管腔內衰減值差異，各組間并沒有發現顯著性差異。分析其原因，這可能是由測量時ROI區域選取有關。支架掃描時引起的放大偽影其影響并不像鋼釘等金屬偽影那般明顯，僅在金屬結構周圍產生模糊放大的作用。而測量管腔內CT值時，一般都要求避開金屬結構。同時，薄層重建雖然使噪聲增加，從而使CT值增加，但是支架內外差異值卻并不受明顯影響。

本研究的局限性在于本研究的樣本量較小，并且僅是在理想條件下對冠脈支架進行研究，其準確性還需進一步應用于臨床加以驗證。

總之，對于直徑≤3mm的支架，Stellar探測器0.5mm重建配合SAFIRE迭代重建技術可以在相對降低圖像噪聲的情況下提高圖像的空間分辨率，從而提高支架圖像的顯示及支架內腔的可視化，值得推薦。

[1]Harald S,Murat O,Rainer R,et al.64-Versus 16-slice CT angiography for coronary artery stent assessment:in vitro experience [J].Invest Radiol,2006,41(1):22-27.

[2]Ehara M,Surmely JF,Kawai M,et al.Diagnostic accuracy of 64－slice computed tomography for detecting angiographically significant coronary artery stenosis in an unselected consecutive patient population:comparison with conventional invasive angiography[J].Cir J Off J Jap Cir Soc,2006,70(5):564－571.

[3]Patel MR,Dehmer GJ,Hirshfeld JW,et al.ACCF/SCAI/STS/ AATS/AHA/ASNC2009Appropriateness Criteriafor Coronary Revascularization:a report by the American College of Cardiology Foundation Appropriateness Criteria Task Force,Society for Cardiovascular Angiography andInterventions,Society of Thoracic Surgeons,American Association for Thoracic Surgery,American Heart Association,and the American Society of Nuclear Cardiology Endorsed by the American Society of Echocardiography,the Heart Failure Society of America,and the Society of Cardiovascular Computed Tomography[J].J Am Coll Cardiol,2009,53(6): 530－553.

[4]Florian A,Grigorios K,Waldemar H,et al.Performance of dual source versus 256－slice multi－slice CT in the evaluation of 16 coronary artery stents[J].Eur J Radiol,2013,82(4):601－607.

[5]Fabian M,Lotus D,AndréP,et al.Stenosis quantification in coronary CT angiography:impact of an itegrated circuit detector with iterative reconstruction[J].Invest Radiol,2013,48(1):32－40.

[6]Donati OF,Burg MC,Desbiolles L.High－pitch 128－slice dualsource CT for the assessment of coronary stents in a phantom model[J].Acad Radiol,2010,17(11):1366－1374.

[7]Eisentopf J,Achenbach S,Ulzheimer S,et al.Low－dose dualsource CT angiography with iterative reconstruction for coronary artery stent evaluation[J].Jacc Cardiovascular Imaging,2013,6(4): 458－465.

[8]Ulrich A,Burg MC,Raupach R,et al.Coronary stent imaging with dual－source CT:assessment of lumen visibility using different convolution kernels and postprocessing filters[J].Acta Radiol, 2015,56(1):42－50.

[9]王彥懿，初金剛，于揚，等.不同迭代重建強度對冠狀動脈小內徑支架顯示影響的體外實驗 [J].中國醫學影像技術，2015，31（8）：1271－1275.

[10]Achenbach S,Ropers U,Kuettner A,et al.Randomized comparison of 64－slice single－and dual－source computed tomography coronary angiography for the detection of coronary artery disease[J].Jacc Cardiovasc Imaging,2008,1(2):177－186.

[11]Spiczak JV,Morsbach F,Winklhofer S,et al.Coronary artery stent imaging with CT using an integrated electronics detector and iterative reconstructions:first in vitro experience[J].J Cardiovasc Comput Tomogr,2013,7(4):215－222.

[12]Yang WJ,Chen KM,Pang LF,et al.High－definition computed tomography for coronary artery stent imaging:a phantom study [J].Kor J Radiol Offic J Kor Radiol Soc,2012,13(1):20－26.

[13]Martin C.Effective dose:how should it be applied to medical exposures[J].Br J Radiol,2014,80(956):639－647.

[14]Fabian M,Sebastian B,Wanner GA,et al.Reduction of metal artifacts from hip prostheses on CT images of the pelvis:value of iterative reconstructions[J].Radiology,2013,268(1):237－244.

[15]AndréF,Müller D,Korosoglou G,et al.In vitro assessment of coronary artery stents in 256－multislice computed tomography angiography[J].Bmc Research Notes,2014,7(1):1－10.

Coronary artery stent imaging using an integrated electronics detector and different slice reconstructions:in vitro experience

JIN Shi-qi1,WANG Yan-yi1,YANG Fan1,CHU Jin-gang1,YU Yang2,DAI Xu1
(1.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China; 2.Career Department,Siemens Healthcare CT,Shenyang 110001,China)

Objective:To assess the visualization improvement for different coronary stents especially≤3mm,using different image slice thickness reconstructed by integrated electronics.Methods:Eight different coronary stents with inner diameter of 3.5mm,3mm and 2.5mm were placed in plastic tubes filled with contrast agent(iohexol 350mgI/mL)diluted with saline to make sure that the CT value of contrast was about 350HU at 120 kVp.The whole phantom was then settled in an oil tank to mimic the pericardium fatty environment.All the CT scanning data was acquired using Siemens Definition Flash with a integrated electronics detector under prospective coronary CTA mode.Images were reconstructed into 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Two experienced radiologists blinded to each other evaluated the image quality,image noise,artificial lumen narrowing(ALN),lumial attenuation difference and attenuation－to－noise ratio(ANR).Results:Among the 3 groups,0.5mm images reconstructed were rated best for clearly showing the details of the stents and the inner－lumen situations(Kappa=0.797).The ALN value of 0.5mm group was the lowest(40.69%±4.16%),and was superior to 0.6 and 0.75mm groups(P=0.043,0.018,P＜0.05).But the differences of luminal attenuation and ANR among the three groups were not significant(P＞0.05).With the in creasing of the iterative reconstruction slice thickness,the image noise decreased,but the differences between 0.5mm and 0.6mm groups were not statistically significant(P＞0.05).Conclusion:Stent visualization can be benefited from 0.5mm slice thickness image for more accurate lumen narrowing assessment and lower image noise.

Stents;Coronary angiography;Tomography,X－ray computed

R654.2；R814.42；R815

A

1008－1062（2016）07－0467－04

2015－11－26

金士琪（1990－），女，遼寧鞍山人，在讀碩士研究生。E－mail：496218373＠qq.com

戴旭，中國醫科大學附屬第一醫院放射科，110001。E－mail：daixudex＠vip.sina.com