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        能譜CT單能量重建結(jié)合迭代算法對(duì)冠狀動(dòng)脈優(yōu)化顯示的初步探討

        2016-05-30 01:31:41潘存雪古麗娜阿扎提劉文亞
        關(guān)鍵詞:冠狀動(dòng)脈

        潘存雪 邢 艷 古麗娜·阿扎提 黨 軍 劉文亞

        作者單位:新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心

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        能譜CT單能量重建結(jié)合迭代算法對(duì)冠狀動(dòng)脈優(yōu)化顯示的初步探討

        潘存雪 邢 艷 古麗娜·阿扎提 黨 軍 劉文亞*

        作者單位:新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心

        【摘要】目的:評(píng)價(jià)能譜CT單能量重建技術(shù)結(jié)合ASIR重建算法對(duì)冠脈優(yōu)化顯示的作用;方法:前瞻性收集能譜冠狀動(dòng)脈CT檢查20例,患者均采用能譜掃描模式、單源瞬時(shí)(0.5 ms)管電壓(140、80 kVp)切換技術(shù)行心臟能譜CT檢查。將掃描獲得的原始圖像采用40%自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重組技術(shù)重組為軸位單能量圖像(60、70、80、90、100、110、120、130、140 keV),并常規(guī)重組軸位混合能量圖像。在不同重建模式下,分別測(cè)量主動(dòng)脈根部、左主干、前降支中段、右冠狀動(dòng)脈根部、右冠狀動(dòng)脈中段血管腔內(nèi)的噪聲,信噪比、對(duì)比噪聲比。將9個(gè)單能量水平的上述測(cè)量指標(biāo)分別與混合能量的對(duì)應(yīng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析比較,統(tǒng)計(jì)學(xué)比較方法均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析。結(jié)果:①噪聲:混合能量水平主動(dòng)脈根部、左主干、右冠狀動(dòng)脈根部、前降支中段、右冠狀動(dòng)脈中段血管腔內(nèi)的噪聲分別為(24.32±5.84)HU、(25.65±10.83)HU、(33.27±11.95)HU、(42.16±15.52)HU、(35.58±13.21)HU,隨著keV上升噪聲逐漸下降,與混合能量相比,所測(cè)冠脈噪聲均在90~140keV水平得到了改善(P均<0.05),其中除主動(dòng)脈根部血管腔內(nèi)噪聲在130keV達(dá)到最低水平(10.85±2.49)HU外,余各測(cè)量位置血管腔內(nèi)的噪聲均在140keV水平達(dá)到最低水平,分別為左主干(10.65±6.55)HU、右冠狀動(dòng)脈根部(13.07±5.06)HU、前降支中段(21.94±8.31)HU、右冠中段(16.83±6.05)HU;②信噪比:混合能量水平主動(dòng)脈根部、左主干、右冠狀動(dòng)脈根部、前降支中段、右冠狀動(dòng)脈中段血管腔內(nèi)的信噪比分別11.47±1.97、15.23±7.51、10.19±3.98、6.94±2.85、7.60±3.28,與混合能量相比,上述測(cè)量點(diǎn)信噪比分別在60~90keV、60~80keV、60~70keV、60keV、60~70keV水平得到明顯改善(P均<0.05),且均在60keV水平得到最佳改善,分別為22.20±5.74、23.82±11.19、16.61±8.15、8.78±3.67、8.91±4.12;3、對(duì)比噪聲比:混合能量水平主動(dòng)脈根部、左主干、右冠狀動(dòng)脈根部、前降支中段、右冠狀動(dòng)脈中段血管腔內(nèi)的對(duì)比噪聲比分別18.68±6.90、18.74±7.12、17.58±6.56、12.29±2.40、17.88±7.16,與混合能量相比,上述測(cè)量點(diǎn)對(duì)比噪聲比分別在60~80keV、60~80keV、60~80keV、60~70keV、60~70keV水平得到明顯改善(P均<0.05),其中前降支中段的對(duì)比噪聲比在60keV得到了最佳改善,為17.82±5.40,余各測(cè)量點(diǎn)的對(duì)比噪聲比均在70keV水平得到了最佳改善,分別為主動(dòng)脈根部29.73±8.46、左主干28.69±7.65、右冠狀動(dòng)脈根部25.70±7.59、右冠狀動(dòng)脈中段21.62±10.23;結(jié)論:冠狀動(dòng)脈能譜CT成像的單能量圖像結(jié)合迭代重建算法,能夠有效降低冠脈的噪聲,提高冠脈信噪比及對(duì)比噪聲比,從而達(dá)到優(yōu)化冠脈顯示的目的。

        【關(guān)鍵詞】冠狀動(dòng)脈;能譜CT成像;迭代重建

        中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志,2016,22:176-181

        Chin Comput Med Imag,2016,22:176-181

        Imaging Center, The First Affiliated Hospital of Xingjiang MedicalUniversity Ad

        dress: 137 South Liyushan Rd, Urumqi 830054, P.R.C.

        Address Correspondence to LIU Wen-ya (E-mail: 13999202977@163.com)

        Foundation item: Science and technology Foundation of Urumqi Technology Bureau .No. Y121320019

        冠狀動(dòng)脈CT造影(CT coronary angiography,CTCA)是目前臨床無(wú)創(chuàng)診斷冠脈狹窄性疾病的最常用檢查手段[1-2],然而由于支架、鈣化等產(chǎn)生的偽影常導(dǎo)致常規(guī)冠脈CTA對(duì)冠脈狹窄的過(guò)度診斷,有初步研究認(rèn)為雙能量CT能夠改善這種現(xiàn)象[3-4],加之最新的能譜純化技術(shù)已經(jīng)可以與自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技術(shù)結(jié)合使用,允許操作者根據(jù)需要選擇不同水平的ASIR重建單能量圖像,從而在不增加輻射計(jì)量的同時(shí)進(jìn)一步提高冠脈CTA的圖像質(zhì)量[5-7]。目前,本研究擬通過(guò)對(duì)單源雙能量冠狀動(dòng)脈CTA檢查40%ASIR重建的單能keV圖像與常規(guī)混合能量kVp圖像的比較分析,評(píng)價(jià)能譜CT單能量重建技術(shù)結(jié)合迭代重建算法對(duì)冠狀動(dòng)脈優(yōu)化顯示的作用。

        方 法

        1.臨床資料

        連續(xù)收集2013年10月至2014年1月間在新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像中心成功行單源雙能量CTCA掃描的患者27例,按照擬定的納入排除標(biāo)準(zhǔn),將其中20例納入研究,其中男性11例,女性9例,年齡范圍36~68歲,平均年齡54.75±9.97歲。納入標(biāo)準(zhǔn):以往未曾行冠狀動(dòng)脈介入術(shù)的疑似冠心病患者。排除標(biāo)準(zhǔn):①既往有心肌梗死、冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形術(shù)、冠狀動(dòng)脈支架置入術(shù)及冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)史;②復(fù)雜先天性心臟病;③起搏器或內(nèi)部除顫器植入患者;④心律失?;蛐膭?dòng)過(guò)速;⑤血清肌酐水平大于1.5 mg / dl;⑥已知的碘過(guò)敏;⑦懷孕婦女;⑧BMI>35。

        2.CT檢查方法

        所有檢查均在GE寶石CT(HDCT 750,GE Healthcare,Milwaukee,WI)完成。①掃描前準(zhǔn)備:研究對(duì)象均為竇性心律,必要時(shí)檢查前使用倍他樂(lè)克25~50 mg口服,使掃描時(shí)心率控制在65次/min以下;掃描前先用22 G套管針穿刺肘靜脈,連接心電門控,對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練等準(zhǔn)備工作;②掃描模式:寶石能譜掃描(Gemstone Spectral Imaging,GSI),采用單源瞬時(shí)(0.5ms)kVp(140kVp和80kVp)切換技術(shù),管電流為600mA,機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度為0.35s/轉(zhuǎn),探測(cè)器寬度40mm。掃描延遲時(shí)間均根據(jù)小劑量預(yù)注射時(shí)間確定,掃描范圍自氣管隆突下2 cm至膈下2 cm;③對(duì)比劑注射:采用高壓注射器(德國(guó) Ulrich Missouri XD2314 ) 自肘前靜脈團(tuán)注碘海醇(350mgI/ml),對(duì)比劑用量(ml)=體重(kg)×0.8ml/kg,采用相同的對(duì)比劑注射時(shí)間(12s),對(duì)比劑流率(ml/s)=對(duì)比劑用量(ml)/12s[8]。

        3.圖像分析

        將掃描獲得的原始圖像按間隔10keV,使用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)(40% ASIR)分別重建60~140KeV的軸位圖像,并常規(guī)重建混合能量的圖像,層厚層間距均為0.625mm。采用原始軸位圖像,對(duì)10組圖像在相同層面同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。分別選取在主動(dòng)脈根部(aorta root,AO-r)、左主干(left main artery, LMA)、前降支中段(mid-left anterior descending artery ,mid-LAD )、右冠狀動(dòng)脈根部(right coronary artery root, RCA-r)、右冠狀動(dòng)脈中段(mid-right coronary artery, mid-RCA)進(jìn)行冠脈CT值的測(cè)量,感興趣區(qū)(ROI)放在各感興趣血管段腔內(nèi),主動(dòng)脈根部ROI面積200mm2,余分支ROI面積5 mm2,可根據(jù)血管直徑大小選擇圓形或橢圓形,并盡量避開(kāi)鈣化、斑塊及狹窄;同時(shí)測(cè)量主動(dòng)脈根旁脂肪組織,左心室中部前壁心肌,四腔心層面右房室間溝脂肪作為計(jì)算對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise-ratio, CNR)時(shí)的背景,ROI面積均為20mm2。CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation, SD)定義為圖像噪聲(Image Noise)。 信噪比(signal-to-noise-ratio, SNR)=血管CT值/血管噪聲;對(duì)比噪聲比CNR=(血管CT值-血管周圍背景組織CT值)/血管周圍背景組織噪聲,其中AO、LMA根部、RCA根部的背景組織選取為主動(dòng)脈根旁脂肪組織,LAD中段的背景組織選取為左心室中部前壁心肌,RCA中段的背景組織選取為四腔心層面右房室間溝脂肪。

        4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

        使用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。不同單能量水平血管SD,SNR,CNR與混合能量水平對(duì)應(yīng)指標(biāo)的比較,均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)的方差分析,檢驗(yàn)水準(zhǔn)取0.05。

        結(jié) 果

        1、SD

        與混合能量相比,所有測(cè)量點(diǎn)的冠脈噪聲均在80~140 keV水平得到了改善(P均<0.05),且隨著keV的上升,冠脈噪聲逐漸下降。具體見(jiàn)表1。

        2、SNR

        與混合能量相比,AO-r、LMA、RCA-r、mid-LAD、mid-RCA的SNR分別在60~90keV、60~80keV、60~70keV、60keV、60~70keV水平得到明顯改善(P均<0.05),且均在60keV水平得到最佳改善,相比于混合能量SNR提高的程度分別為93.55%、56.4%、63%、26.51%、17.23%。具體結(jié)果見(jiàn)表2。

        3、CNR

        與混合能量相比,AO-r、LMA、RCA-r、mid-LAD、mid-RCA的CNR分別在60~80keV、60~80keV、60~80keV、60~70keV、60~70keV水平得到明顯改善(P均<0.05),其中前降支中段的對(duì)比噪聲比在60Kev得到了最佳改善,相比于混合能量CNR提高程度為45%,余各測(cè)量點(diǎn)CNR均在70keV水平得到了最佳改善,相比于混合能量CNR提高程度分別為AO-r 69%、LMA 63.34%、RCA-r 57.45%、mid-LAD25.28%。具體結(jié)果見(jiàn)表3。

        4、輻射劑量

        本組患者具體輻射劑量如下:CTDI (65.24±8.43)mGy,DLP(333.96±32.67)mGy×cm,ED (4.68±0.46)mSv。

        表1 噪聲(SD)

        表2 信噪比(SNR )

        表3 對(duì)比噪聲比 (CNR)

        圖1 A~C.分別為常規(guī)混合能量、60keV+40%Asir、140keV+40%Asir重建條件下LCX的MPR圖像,LCX近段可見(jiàn)一混合斑塊,合并局部管腔輕度狹窄,LCX遠(yuǎn)段可見(jiàn)一鈣斑,合并局部管腔輕度狹窄;相對(duì)于常規(guī)混合能量圖像(A),140keV+40%Asir(C)圖像噪聲下降,但組織對(duì)比度亦下降,LCX管壁及病變邊緣顯示清晰度欠佳,60keV+40%Asir(B)圖像噪聲明顯下降,LCX管壁及病變的邊緣顯示更加清晰銳利。

        討 論

        近年來(lái),CT的發(fā)展日新月異,各種成像及重組技術(shù)極大地促進(jìn)了CT在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用,CT能譜成像技術(shù)更是把CT成像帶入了一個(gè)全新的時(shí)代,其可對(duì)原始圖像進(jìn)行重建,生成40~140 keV的101個(gè)單能量圖像,并能夠進(jìn)一步對(duì)人體組織進(jìn)行定性與定量分析,大量研究顯示雙能量CT成像的單能量圖像能夠降低圖像噪聲,提高信噪比及對(duì)比噪聲比,去除硬化偽影,從而達(dá)到優(yōu)化圖像質(zhì)量的目的[9-11]。迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法是目前研究低劑量冠脈成像的熱點(diǎn),它能夠在保證冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)強(qiáng)化程度不變的同時(shí)明顯降低圖像噪聲,改善圖像質(zhì)量,減低放射線劑量[12-14]。不同程度的迭代對(duì)圖像質(zhì)量的改善程度不同,隨著迭代程度的增加,圖像的噪聲逐漸下降,SNR及CNR逐漸增加,而過(guò)度迭代則可導(dǎo)致“蠟像樣偽影”。有學(xué)者研究證明,40%~60%的迭代重建能夠最大程度的改善圖像質(zhì)量,提升診斷者的信心[12]。本研究即通過(guò)40%ASIR重建單能量圖像與常規(guī)混合能量圖像的比較分析來(lái)探討能譜CT單能量重建技術(shù)結(jié)合迭代重建算法對(duì)冠狀動(dòng)脈優(yōu)化顯示的作用。

        該研究在計(jì)算CNR時(shí),考慮到心包不同部位脂肪密度及不同部位冠脈臨近組織分布特點(diǎn)存在一定程度差異,故在選擇冠脈背景組織時(shí),根據(jù)血管的分布走行特點(diǎn),選取了幾種不同的背景組織:其中AO-r、LMA、RCA的背景組織均選取為主動(dòng)脈根旁脂肪組織;mid-LAD因走行往往與心肌臨近,且好發(fā)心肌橋,故背景組織選取為左心室中部前壁心肌;mid-RCA因走行于右側(cè)房室間溝內(nèi),且該部位受心臟搏動(dòng)偽影較大,故背景組織選取為四腔心層面右房室間溝脂肪。

        研究結(jié)果顯示與混合能量相比,AO-r、LMA、RCA-r、mid-LAD、mid-RCA的SNR得到明顯改善的單能量水平個(gè)數(shù)分別為4、3、2、1、2,最佳改善程度分別為93.55%、56.4%、63%、26.51%、17.23%, CNR得到明顯改善的Kev個(gè)數(shù)分別為3、3、3、2、2,最佳改善程度分別為69%、63.34%、57.45%、45%、25.28%,從上述數(shù)據(jù)我們可以看出,冠脈近心端管腔內(nèi)(LMA,RCA-r)的SNR 及CNR得到改善的單能量水平個(gè)數(shù)均較冠脈遠(yuǎn)心端(mid-LAD、mid-RCA)多,且改善程度也較高,這可能與冠脈遠(yuǎn)心端血管直徑較近心端血管直徑細(xì),且遠(yuǎn)心端血管受心臟搏動(dòng)影響更大有關(guān)。隨著keV的上升,各測(cè)量位置冠脈管腔內(nèi)噪聲均呈逐漸下降趨勢(shì),并在140keV+40%Asir的重建條件下達(dá)到最低,而SNR及CNR則在60keV+40%Asir、70keV+40%Asir的重建條件下得到最佳改善,相對(duì)于常規(guī)混合能量圖像,60keV+40%Asir較140keV+40%Asir提供可更加清晰可靠的圖像,見(jiàn)圖1。

        本研究的局限性在于研究樣本含量較少,這在一定程度上限制了研究的效能;其次本研究未將能譜Kev CTCA圖像與常規(guī)120kVp CTCA圖像做對(duì)比,這些不足都有待進(jìn)一步研究來(lái)完善。

        綜上所述,能譜CT單能量重建技術(shù)結(jié)合ASiR算法能夠有效降低冠狀動(dòng)脈噪聲,提高信噪比及對(duì)比噪聲比,從而達(dá)到優(yōu)化冠狀動(dòng)脈顯示的目的。

        參 考 文 獻(xiàn)

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        Monochromatic Imaging Combined with ASIR of Dual Energy Spectral CT for Optimized Coronary Artery Imaging

        PAN Cun-xue, XING Yan, GULINA Azhati, DANG Jun, LIU Wen-ya

        【Abstract】Purpose: To evaluate the image quality of monochromatic reconstruction combined with ASIR of coronary artery CT angiography (CCTA) by the use of Gemstone Spectral Imaging (GSI). Methods: Twenty patients who received CCTA on single-source dual-energy CT were enrolled in this study prospectively. The scanning mode was GSI, single-source instantaneous (0.5ms) kVp (140kVp and 80kVp) switch. The original images acquired were reconstructed into monochromatic energy (60, 70, 80, 90, 100, 110, 120, 130, 140 keV) axial images via 40% ASIR and the polychromatic axial images. The standard deviation (SD), signal-to-noise ratios(SNR) and contrast-to-noise ratios(CNR) were measured in aortic root, LMA, RCA root, mid-LAD and mid-RCA at different monochromatic energy levels and polychromatic images. Randomized block designed ANOVA were used to compare the difference of SD, SNR, CNR between monochromatic images and polychromatic images. Results: 1. The SD of aortic root,LMA, RCA root, mid-LAD, and mid-RCA at polychromatic images were (24.32±5.84) HU, (25.65±10.83) HU,(33.27±11.95) HU, (42.16±15.52) HU, and (35.58±13.21) HU. They were decreased when keV was increased, and all got the lowest level at 140keV images [SDLMA (10.65±6.55) HU, SDmid-LAD (21.94±8.31) HU, SDRCA root (13.07±5.06) HU and SDmid-RCA (16.83±6.05) HU] except SDaortic root got the lowest level (10.85±2.49)HU at 130 keV images; 2. The SNR of aortic root, LMA, RCA root, mid-LAD, and mid-RCA at polychromatic images were 11.47±1.97, 15.23±7.51, 10.19±3.98, 6.94±2.85, and 7.60±3.28, they were improved at (60-90)keV, (60-80)keV, (60-70)keV, 60keV and (60-70)keV images (P<0.05), and got the highest level at 60keV images (SNRaortic root 22.20±5.74, SNRLMA 23.82±11.19, SNRmid-LAD8.78±3.67, SNRRCA root 16.61±8.15 and SNRmid-RCA 8.91±4.12); 3. The CNR of aortic root, LMA, RCA root, mid-LAD and mid-RCA at polychromatic images were 18.68±6.90, 18.74±7.12, 17.58±6.56, 12.29±2.40, and 17.88±7.16, they were improved at (60-80)keV, (60-80)keV, (60-80)keV, (60-70)keV, (60-70)keV images (P<0.05), and got the highest level at 60keV images in LAD (17.82±5.40), at 70 keV images in all the other locations (CNRaortic root 29.73±8.46, CNRLMA 28.69±7.65,CNRRCA root 25.70±7.59 and CNRmid-RCA 21.62±10.23). Conclusion: Compared with the polychromatic images,monochromatic energy images combined with ASIR resulted in significant SD reduction and SNR, CNR increment,thus coronary artery imaging could be optimized.

        【Key words】Coronary artery; Spectral CT imaging; Iterative reconstruction

        收稿時(shí)間:(2015.03.19;修回時(shí)間:2016.01.20)

        基金項(xiàng)目:新疆烏魯木齊市科技局科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目,Y121320019

        通信作者:劉文亞 (電子郵箱:13999202977@163.com)

        通信地址:新疆烏魯木齊市 鯉魚(yú)山南路137號(hào) ,烏魯木齊 830054

        中圖分類號(hào):R814.42

        文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

        文章編號(hào):1006-5741(2016)-02-0176-06

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