最佳時相單扇區(qū)重建技術(shù)改善320排CT支氣管動脈成像圖像質(zhì)量的可行性

王鎮(zhèn)章，郭獻(xiàn)忠，孫厚長，曹國全，毛丹丹，張昭，鄭祥武，陳偉建

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科， 浙江 溫州 325015）

最佳時相單扇區(qū)重建技術(shù)改善320排CT支氣管動脈成像圖像質(zhì)量的可行性

王鎮(zhèn)章，郭獻(xiàn)忠，孫厚長，曹國全，毛丹丹，張昭，鄭祥武，陳偉建

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院 放射科， 浙江 溫州 325015）

目的：探討320排CT最佳時相單扇區(qū)重建技術(shù)提高非預(yù)期自由呼吸患者支氣管動脈及支氣管動脈-肺動脈瘺檢出能力的可行性。方法：2014年10月1日-2016年8月1日連續(xù)收集265例采用320層前瞻性心電門控動態(tài)容積CT行支氣管動脈成像的患者，將其中55例存在嚴(yán)重移動偽影的多扇區(qū)重建圖像進(jìn)行二次單扇區(qū)重建，對比研究兩種重建算法的成像效果及支氣管動脈-肺動脈瘺檢出量。用支氣管動脈的顯示等級（分1、2、3、4四個等級）量化來評價(jià)其圖像質(zhì)量。采用配對t檢驗(yàn)比較兩種重建圖像支氣管動脈平均CT值、圖像噪聲、信噪比及對比噪聲比。結(jié)果：單扇區(qū)重建組各級分支顯示的數(shù)量分別為1級164支（右83，左81）、2級177支（右92，左85）、3級170支（右114，左56）、4級94支（右76，左18），顯著高于多扇區(qū)重建組的1級131支（右65，左66）、2級114支（右59，左55）、3級76支（右55，左21）、4級39支（右33，左6）。單扇區(qū)重建組檢出16處支氣管動脈-肺動脈瘺，顯著高于多扇區(qū)重建組的的4處（P＜0.001）。單扇區(qū)重建組支氣管動脈CT值、圖像噪聲均高于多扇區(qū)重建組（分別為373.3±61.0vs.331.2±65.0，17.3±2.4vs.14.0±2.3，P＜0.001），信噪比明顯低于多扇區(qū)重建組（38.5±6.9vs.48.4±10.6，P＜0.001），兩種重建算法在支氣管動脈主干處的對比噪聲比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.322）。結(jié)論：最佳時相單扇區(qū)重建可改善高心率非預(yù)期自由呼吸患者支氣管動脈圖像移動偽影，顯著提高支氣管動脈細(xì)小分支的顯示能力及支氣管動脈-肺動脈瘺同步檢出率。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；支氣管動脈CT造影；單扇區(qū)重建；多扇區(qū)重建

Abstract: Objective:To assess the feasibility of the best phase half-cycle reconstruction in improving detection capability of bronchial artery and bronchial-pulmonary arterial fistulas for unanticipated free- breathing patients using 320-detector row dynamic volume CT.Methods:Fifty-five patients with severe motion artifacts during bronchial artery CTA were included in the study, who were scanned with prospective ECG-gating 320-detector row dynamic volume CT. All images were reconstructed with the best phase technique using half-cycle reconstruction (HCR) and multi-cycle reconstruction (MCR) methods.Wilcoxon signed-rank test was used to compare the grade (1, 2, 3, 4) of bronchial artery quantitative and pairedt-test was used to compare the average CT values, noise (N), single to noise ratio (SNR), and contrast to noise ratio (CNR).Results:The number of bronchial artery branches at all grades from 1 grade to 4 grade in HCR group were 164, 177, 170, 94, respectively. It’s significantly greater than that in MCR group which were 131, 114, 76, 39, respectively. The bronchial artery CT values and noise in HCR group were greater than in that MCR group (respectively 373.3±61.0vs.331.2±65.0,17.3±2.4vs. 14.0±2.3,P＜0.001). The SNR was significantly lower with HCR (38.5±6.9) than that with MCR(48.4±10.6,P＜0.001). The CNRs had no significantly difference in the main segment of bronchial artery between the two groups (P=0.322).Conclusion:The best phase half-cycle reconstruction can improve image quality of bronchial artery CTA in high heart rates with unanticipated free-breathin, increase the number of tiny bronchialartery and bronchial-pulmonary arterial fistula significantly.

Key words:tomography, X-ray computed; bronchial artery CT angiography; half-cycle reconstruction; multicycle reconstruction

支氣管動脈CT成像（CT angiography，CTA）是一種有利于提高支氣管動脈插管成功率和介入治療效果的檢查手段[1]，但其圖像質(zhì)量易受心臟搏動或呼吸運(yùn)動的影響。研究表明，單扇區(qū)重建（halfcycle reconstruction，HCR）算法可以改善心率大于65次/min的自由呼吸患者冠狀動脈CT血管成像的圖像質(zhì)量[2-3]。本研究采用320排CT心電門控動態(tài)容積掃描模式（dynamic volume CT，DVCT）行支氣管動脈CTA檢查，嘗試通過HCR來改善其圖像質(zhì)量，提高支氣管動脈-肺動脈瘺（bronchial-pulmonary arterial fistula，BPF）CT檢出量。

1 對象和方法

1.1 對象 2014年10月至2016年8月連續(xù)收集265例行支氣管動脈CTA檢查的患者，均采用前瞻性心電門控DVCT模式掃描，將其中55例存在嚴(yán)重移動偽影的多扇區(qū)重建（multicycle reconstruction，MCR）[3]病例納入本研究，進(jìn)行HCR。55例患者中男34例，女21例；年齡18～88歲，平均（58.8±14.9）歲；心率67～101次/min，平均（76.4±7.6）次/min。患者均無碘對比劑過敏史，無心、肝、腎功能不全，無嚴(yán)重腋靜脈栓塞。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 掃描方法：采用東芝Aquilion one 320排640層螺旋CT掃描儀，采用16 cm容積掃描聯(lián)合前瞻性心電門控技術(shù)，掃描范圍以氣管隆突為中心點(diǎn)，上、下各8 cm范圍；掃描參數(shù)：100 kV，設(shè)定智能mA掃描條件，層厚和層間隔均為0.5 mm，矩陣512×512，F(xiàn)OV 35 cm；采集心動周期數(shù)和觸發(fā)時相根據(jù)廠家推薦方案確定，心率＜65次/min采用1個心動周期采集，觸發(fā)時相為60%～80%的R-R間期；心率為66～79次/min采用2個心動周期采集，觸發(fā)時相為30%～80%的R-R間期，心率為80～99次/min采用3個心動周期采集，觸發(fā)時相為30%～80%的R-R間期。應(yīng)用雙筒高壓注射器（Stellant，美國Medrad公司）經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈以6.0 mL/s流率注入對比劑碘海醇（含碘350 mgI/mL）60 mL和0.9%氯化鈉溶液40 mL。采用Sure Start觸發(fā)技術(shù)，目測監(jiān)視肺動脈，當(dāng)降主動脈明顯強(qiáng)化而肺動脈強(qiáng)化程度明顯下降時，手動觸發(fā)掃描。

1.2.2 原始數(shù)據(jù)重建：本組研究的對象均為掃描默認(rèn)生成的最佳時相MCR圖像，心電編輯選擇單一心動周期重建HCR圖像。取任一心動周期，效果不理想時，再選擇其他心動周期進(jìn)行原始數(shù)據(jù)重建，選擇氣管分叉層面，利用Cardio imageXact軟件重建出該層面的動態(tài)變化圖像，從中選擇支氣管動脈顯示最佳的一個或多個絕對時相，重建所選時相的完整圖像。應(yīng)用AIDR 3D軟件standard重建模式降低圖像噪聲。

1.2.3 圖像后處理：將所得原始數(shù)據(jù)圖像上傳至VitreaCore工作站。應(yīng)用容積再現(xiàn)（volume rendering，VR）和圖像融合技術(shù)[4]，分別顯示支氣管動脈的解剖形態(tài)（見圖1）、支氣管動脈與氣管支氣管樹的關(guān)系（見圖2）、氣管動脈與脊柱的關(guān)系，同時結(jié)合橫斷面、多平面重組（multiple planer reconstruction，MPR）、曲面重建（curve planer reconstruction，CPR）和最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）技術(shù)多方位顯示、觀察及測量支氣管動脈。

1.3 圖像評價(jià)

圖1 支氣管動脈VR圖像顯示各支氣管動脈的走行及細(xì)小分支

1.3.1 客觀評價(jià)：由1名住院醫(yī)師進(jìn)行測量。在氣管分叉平面測量降主動脈的CT值和噪聲（CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，SD），以評估圖像信噪比（signal noiseratio，SNR），SNR=降主動脈平均CT值/噪聲。在該平面測量直徑≥1.5 mm支氣管動脈斷面的CT值、肺動脈主干及周圍軟組織的CT值，以評估對比噪聲比（contrast-noise ratio，CNR），CNR=（支氣管動脈或肺動脈平均CT值-周圍軟組織平均CT值）/周圍軟組織CT值的SD。

1.3.2 主觀量化評價(jià)：由1名高年資主治醫(yī)師對2組圖像進(jìn)行后處理重建，由1名住院醫(yī)師記錄每位患者支氣管動脈的各級分支數(shù)量。通過各級分支的顯示能力來評價(jià)其圖像質(zhì)量。因支氣管動脈存在較大的解剖變異，評價(jià)其分支顯示能力尚無標(biāo)準(zhǔn)可循，本研究采用如下認(rèn)定方法：將起源于降主動脈、鎖骨下動脈或胸廓內(nèi)動脈至其下級血管分叉的節(jié)段認(rèn)定為1級，分叉之后至下一級分叉的所有血管節(jié)段認(rèn)定為2級，3級或4級以此類推。解剖分型參考于紅等[5]BA分布類型與數(shù)量的記錄方式，將右、左BA分別標(biāo)記為R、L，支數(shù)標(biāo)記為n，類型記錄為RnLn。1.4 輻射劑量 CT自動計(jì)算得出容積CT劑量指數(shù)（CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），由DLP乘以特定的轉(zhuǎn)換系數(shù)K估算出有效劑量（effective dose，ED），胸部CT特定轉(zhuǎn)換因子K值為0.014 mSv·mGy-1·cm-1[3]。

圖2 支氣管動脈與氣管支氣管的三維融合圖像顯示解剖位置關(guān)系

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。定量資料采用 ±s表示，定性資料采用頻數(shù)表示。2組圖像客觀評價(jià)指標(biāo)的比較采用配對t檢驗(yàn)。2組圖像質(zhì)量評價(jià)為等級計(jì)數(shù)資料，采用配對非參數(shù)檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

HCR組和MCR組在氣管分叉平面測量降主動脈的CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），SD差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），HCR組的SNR明顯低于MCR組（P＜0.001）。支氣管動脈氣管分叉處CT值，HCR組顯著高于MCR組（P＜0.001），但該處的CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩種算法肺動脈CT值及CNR差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表1。

HCR組各級分支顯示的數(shù)量顯著高于MCR組。右側(cè)各級分支2組之間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），左側(cè)除4級分支外其余各級分支2組之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。另外，對于BPF的檢出量，HCR組明顯高于MCR組，對照DSA檢查，其結(jié)果高度一致。見表2。

表1 支氣管動脈CTA圖像質(zhì)量客觀評價(jià)（n=55，±s）

表2 左右支氣管動脈各級分支顯示及BPF計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)（n=55）

HCR組解剖分型以R1L1、R1L2、R2L1、R2L2為主，分別為21例、10例、6例、10例，MCR組以R1L1、R1L2、R2L2為主，分別為25例、6例、8例。見表3。

本次研究的輻射有效劑量水平為1.5～13.2 mSv，平均（4.2±2.3）mSv。

表3 解剖分型計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)[n（%）]

3 討論

3.1 支氣管動脈CTA研究的臨床意義 支氣管動脈CTA的研究對象以咯血患者為主，約90%的咯血責(zé)任血管為支氣管動脈[6]，治療前了解支氣管動脈數(shù)量、解剖結(jié)構(gòu)、變異、起始位置等情況，有利于治療方案的選擇及介入治療效果的評估，并可減少并發(fā)癥。CTA是一種非損傷性血管成像技術(shù)，具有快捷、直觀和可復(fù)等優(yōu)勢，能較完美地從各個角度展示血管的空間解剖和病變特征，可顯示支氣管動脈三維影像解剖特征，為臨床相關(guān)介入治療提供術(shù)前指導(dǎo)。

3.2 支氣管動脈CTA的現(xiàn)狀 前期研究表明，高流率注射對比劑可很好地顯示支氣管動脈的正常解剖及異位起源[7]，盡管如此，支氣管動脈CTA在實(shí)際應(yīng)用中仍有較高的失敗率，本研究中存在嚴(yán)重移動偽影的病例約占所有受檢患者的20.8%（55/265），究其原因主要受心臟大血管搏動[8]和呼吸運(yùn)動的影響。陳亞明等[9]采用心電門控技術(shù)雖可減少心臟大血管搏動引起的偽影，但吸氣末屏氣通常是支氣管動脈CTA的常規(guī)要求[10]。支氣管動脈CTA的研究對象以咯血和肺癌患者為主，該群體患者具有年紀(jì)偏大、屏氣能力弱等特點(diǎn)，氣促、氣急、溝通障礙或昏迷，都將引起嚴(yán)重的呼吸移動偽影，以往研究常將此類患者列為研究的排除對象；其次，心臟大血管搏動亦會引起周圍支氣管動脈的規(guī)律性移動，心旁支氣管動脈的位置及其CTA的圖像質(zhì)量也隨著心動周期時相的變化而變化（見圖3），因此心動周期的時相選擇是影響其支氣管動脈顯示的另一關(guān)鍵因素。

3.3 320排DVCT最佳時相HCR技術(shù)在支氣管動脈CTA檢查中的優(yōu)勢及原理

優(yōu)勢：①16 cm寬探測器基本可以覆蓋支氣管動脈全貌，球管旋轉(zhuǎn)1周，可以完成支氣管動脈CT成像。②動態(tài)容積掃描可以提供最佳時相選擇的時間軸。③單扇區(qū)重建可減少血管失真?zhèn)斡埃岣咧夤軇用}細(xì)小分支的顯示能力，直接影響其解剖分型統(tǒng)計(jì)。④有助于BPF的CT檢出。

原理：MCR理論上可有效改善時間分辨率[11]，但實(shí)際工作中亦受非預(yù)期自由呼吸偽影的影響，存在一定的不穩(wěn)定性：當(dāng)心率波動顯著時或患者屏氣不佳時，導(dǎo)致同一相位所收集的原始數(shù)據(jù)空間位置不一致，此時融合數(shù)據(jù)所重建出的血管就會失真（見圖4A）：當(dāng)血管移動幅度較小時，重建出的VR血管比實(shí)際情況寬，MIP、CPR則表現(xiàn)為血管邊緣模糊；當(dāng)血管移動幅度較大時，所重建出的三維VR像就會出現(xiàn)雙血管偽影；當(dāng)支氣管動脈較細(xì)時，結(jié)果本可以顯示的細(xì)小血管卻無法顯示（見圖4），這也是HCR組各級分支及BPF的檢出量明顯多于MCR組的原因所在。HCR對支氣管動脈有較強(qiáng)的顯示能力，可進(jìn)一步完善支氣管動脈的解剖統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)尸解統(tǒng)計(jì)的量少及選擇性血管造影的易遺漏等缺點(diǎn)。

圖3 CTA的圖像質(zhì)量隨著心動周期時相的變化而變化

BPF亦是咯血的常見病因之一，以往有學(xué)者認(rèn)為CT對細(xì)小BPF的檢出仍存在局限性[12]。本研究發(fā)現(xiàn)HCR對細(xì)小的BPF亦能很好地顯示（見圖5）， 此外筆者采用同時觀察肺動脈、降主動脈密度變化手動觸發(fā)的方法，既保證了支氣管顯示所要的密度，又降低了肺動脈的密度，良好的支氣管動脈-肺動脈密度差是實(shí)現(xiàn)BPF CT檢出的基礎(chǔ)[13]，肺動脈密度的降低有利于支氣管動脈的顯示，尤其是左側(cè)支氣管動脈，它們的解剖位置較為接近。

圖4 HCR提高支氣管與周圍軟組織的對比度

圖5 HCR顯示細(xì)小BPF

HCR可提升支氣管與周圍軟組織的對比度，HCR組在支氣管動脈氣管分叉處的CT值高于MCR組，分析其原因，應(yīng)該與MCR圖像由于多心動周期一致性欠佳而引起的模糊區(qū)存在有關(guān)。2組圖像CNR無顯著差異，由CT值和SD同步增高造成。

3.4 本研究局限性 首先本研究基于320排CT系統(tǒng)；其次本組HCR組相較于MCR組的圖像背景噪聲（氣管分叉平面降主動脈CT值的SD）有所升高，而HCR組的SNR明顯低于MCR組，圖像客觀質(zhì)量有所下降，但HCR組對圖像失真?zhèn)斡暗母纳泼黠@優(yōu)于MCR組，權(quán)衡圖像客觀質(zhì)量的輕微下降相較于圖像失真?zhèn)斡暗母纳瓶梢院雎圆挥?jì)。

雖然采用前瞻性心電門控掃描可以有效降低掃描的輻射劑量[14]，但隨著采集心動周期數(shù)的增加，該檢查的輻射有效劑量也相應(yīng)地增加。

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（本文編輯：丁敏嬌）

The feasibility of the best phase half-cycle reconstruction improve to image quality in 320-row bronchial artery CT angiography

WANG Zhenzhang, GUO Xianzhong, SUN Houzhang, CAO Guoquan, MAO Dandan,ZHANG Zhao, ZHENG Xiangwu, CHEN Weijian. Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325015

R816.41

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.09.002

2017-02-24

浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（Y17H180046）；溫州市科技局科研基金資助項(xiàng)目（Y20150376）。

王鎮(zhèn)章（1981-），男，浙江溫州人，主管技師。

陳偉建，教授，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，Email：wyyycwj@163．com。