賈德召，王一婧，馬躍，馬少衛(wèi)，侯陽*

1.中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧沈陽 110004；2.河北省人民醫(yī)院影像科，河北石家莊 050051；

冠狀動脈鈣化積分（coronary artery calcium score，CACS）作為公認的冠心病危險度分層的一個重要指標得到廣泛應(yīng)用[1-2]，如何在保持CACS 穩(wěn)定的情況下降低檢查的輻射劑量是備受矚目的問題。在降低劑量的條件下，采用傳統(tǒng)的濾波反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）重建算法會增加圖像噪聲及鈣化偽影，導致CACS 增加，從而影響患者的危險度分層[3]。近年來，迭代重建（iterative reconstruction，IR）算法的應(yīng)用使圖像噪聲顯著降低，大幅減少輻射劑量，使得低劑量下獲得較準確的CACS 成為可能[4]。然而，低劑量下IR 算法評價CACS 的研究多采用混合型迭代重建（hybrid iterative reconstruction，HIR），且結(jié)果并不一致，可能與各家研究采用HIR 的類型不同及掃描劑量設(shè)置的差異有關(guān)[5]。目前，采用全模型迭代重建（iterative model reconstruction，IMR）評價CACS的研究多為模體[6]或離體實驗[7]，應(yīng)用于臨床常規(guī)檢查的報道較少。本研究將IMR 及HIR（iDose4）與FBP重建的CACS 進行定量比較，探討常規(guī)劑量及低劑量下不同IR 技術(shù)對CACS 定量及患者危險度分層的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2016年10月—2017年2月中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院臨床疑診為冠心病并行冠狀動脈CT血管成像檢查的188例患者進行前瞻性研究。納入標準：常規(guī)劑量下FBP 重建圖像顯示存在冠狀動脈鈣化。排除標準：心律不齊，冠狀動脈旁路移植術(shù)后，支架術(shù)后，心臟機械瓣膜置換術(shù)后，起搏器及電除顫器植入術(shù)后，運動偽影及錯層偽影。本研究經(jīng)中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院倫理委員會批準（2016PS392K），所有患者掃描前均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法和圖像重建 采用Philips Brilliance 256 iCT 進行常規(guī)劑量及低劑量CT 兩次掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，常規(guī)劑量管電流分別為50 mAs（體重≤90 kg）/80 mAs（體重>90 kg）；低劑量管電流分別為20 mAs（體重≤90 kg）/30 mAs（體重>90 kg）。球管轉(zhuǎn)速0.27 s/周，準直器寬度128×0.625 mm，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm。采用前置心電門控掃描，觸發(fā)時相為R-R 間期75%。心率≥70次/min 者口服β 受體阻滯劑（酒石酸美托洛爾片）25～50 mg，保證掃描時心率低于70次/min。常規(guī)劑量掃描的原始數(shù)據(jù)分別采用FBP、iDose4及IMR 算法進行重建，分別命名為常規(guī)FBP組、常規(guī)iDose4組及常規(guī)IMR組；低劑量掃描的原始數(shù)據(jù)分別采用iDose4及IMR 算法進行重建，分別命名為低劑量iDose4組、低劑量IMR組。iDose4迭代等級采用3級，IMR 迭代等級采用1級。重建層厚2.5 mm，層間距2.5 mm。采用CT 容積劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTDI）、劑量長度乘積（dose-length product，DLP）及有效輻射劑量（effective dose，ED）評價患者的吸收劑量。記錄掃描過程中CTDI及DLP值，根據(jù)公式（1）計算ED。

其中k 為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取0.014 mSv/（mGy·cm）[8]。

1.3 CACS 測量 應(yīng)用CACS 軟件（Heartbeat CS v3.5.0.2254）半自動得出患者的Agatston 評分。Agatston 法：對于斑塊面積≥1 mm2、CT值≥130 Hu 的區(qū)域認定為鈣化，在每一個鈣化區(qū)域，以其最高CT值計算其積分，CT值130～199、200～299、300～399、≥400 Hu 分別對應(yīng)1～4分，然后將所有鈣化區(qū)域的密度積分乘以面積，并求和即為總Agatston 積分[9]。將常規(guī)劑量FBP 重建的CACS>0 的受檢者，按照Agatston 積分危險度分類進一步分為4個亞組：低風險（1～10分），低中風險（11～99分），中風險（100～399分），高風險（>400分）[10]。

1.4 統(tǒng)計學方法 應(yīng)用SPSS 19.0軟件，不符合正態(tài)分布的連續(xù)變量以中位數(shù)（四分位數(shù)間距）表示。以常規(guī)劑量FBP 重建方法的CACS 為“金標準”，采用非參數(shù)Friedman 檢驗分別比較不同劑量下iDose4組及IMR組與常規(guī)劑量FBP組CACS 的總體差異，組間比較采用Wilcoxon 符號秩和檢驗，P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義，校正P<0.017。應(yīng)用Kappa 檢驗評價不同重建算法危險度分層的一致性，從而驗證不同重建算法是否會導致危險度評級的改變。并計算重新分類率，重新分類率=（分類改變例數(shù)/原組例數(shù)）×100%。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)劑量及低劑量掃描有效劑量 188例患者的一般資料、常規(guī)劑量及低劑量掃描有效劑量見表1。低風險、低中風險、中風險、高風險各亞組分別有20、67、74、27例，圖1顯示應(yīng)用迭代重建會導致鈣化減少。

2.2 常規(guī)劑量下不同重建算法組CACS 比較 在常規(guī)劑量下，F(xiàn)BP組與IMR組總體CACS 差異有統(tǒng)計學意義（P<0.017），iDose4組總體評分與FBP組比較，差異無統(tǒng)計學意義，而IMR組明顯低于FBP組及iDose4組。且在4個危險度分層亞組內(nèi)，IMR組CACS 均較FBP組及iDose4組降低，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.017，表2）。

表1 188例患者一般資料及掃描有效劑量（±s）

表1 188例患者一般資料及掃描有效劑量（±s）

注：CTDI 為CT 容積劑量指數(shù)，DLP 為劑量長度乘積，ED 為有效輻射劑量

項目 數(shù)值年齡（歲） 59.9±8.7 106/82 體重指數(shù)（kg/m2） 24.4±3.0 性別（男/女，例） 常規(guī)劑量 CTDI（mGy） 4.17±0.17 DLP（mGy·cm） 46.66±6.02 ED（mSv） 0.65±0.08 低劑量 CTDI（mGy） 1.67±0.08 DLP（mGy·cm） 18.77±2.38 ED（mSv） 0.26±0.03

2.3 低劑量下迭代重建算法組與常規(guī)劑量FBP組CACS 比較 低劑量條件下，低劑量IMR組總體評分及各亞組評分均低于常規(guī)FBP組及低劑量iDose4組。低劑量iDose4組總體評分與常規(guī)FBP組比較，差異無統(tǒng)計學意義，但是在高風險組，其CACS 高于常規(guī)FBP組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.017，表3）。

2.4 迭代重建算法對患者危險度分層的影響 常規(guī)FBP組與常規(guī)iDose4組、常規(guī)IMR組、低劑量iDose4組及低劑量IMR組受檢者危險度分層的一致性：Kappa值=0.969、0.786、0.853、0.633，iDose4重建與FBP 重建組分層的一致性優(yōu)于IMR。其中常規(guī)劑量下iDose4一致性最好，低劑量下IMR 最差。迭代重建各組的重新分類率為1.6%～26.1%。

與常規(guī)FBP組相比，常規(guī)iDose4組有3例患者危險度分層發(fā)生改變，均下降1個風險度等級。常規(guī)IMR組27例發(fā)生改變，均下降1個風險度等級。低劑量iDose4組19例發(fā)生改變，其中13例下降1個風險度等級，6例提高1個風險度等級。低劑量IMR組49例發(fā)生改變，其中46例降低1個風險度等級，2例降低2個風險度等級，1例提升1個風險度等級（表4）。

圖1 47歲，冠狀動脈前降支近段鈣化。A～E 分別為常規(guī)FBP組、常規(guī)iDose4組、常規(guī)IMR組、低劑量iDose4組、低劑量IMR組的重建圖像，鈣化大小分別6.26、6.10、5.65、5.99、4.27。常規(guī)FBP組與應(yīng)用iDose4 重建方法的兩組無顯著差異，但明顯高于應(yīng)用IMR 重建方法的兩組

表2 常規(guī)劑量下不同重建算法組CACS 比較[M（Q1，Q3）]

表3 低劑量迭代重建算法組與常規(guī)劑量FBP組CACS 比較[M（Q1，Q3）]

表4 各組患者基于CACS 危險度分層分布情況[例（%）]

3 討論

本研究表明，混合型迭代重建iDose4在常規(guī)劑量及低劑量下均與FBP 重建的CACS值無顯著差異。兩種算法具有較好的危險度分層一致性。而全模型迭代重建IMR 較FBP 重建低估CACS，從而使冠心病危險度分層發(fā)生改變。

3.1 IMR 重建算法對CACS 的影響 IMR 為完全型迭代重建，該算法整合了數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖像統(tǒng)計和系統(tǒng)模型，在保證圖像質(zhì)量的前提下可以顯著降低輻射劑量[11]。然而，本研究結(jié)果表明，應(yīng)用IMR 在常規(guī)劑量及低劑量下冠狀動脈鈣化斑塊邊緣更為清晰，部分低CT值的鈣化斑塊在應(yīng)用IMR 重建后CT值會減低，甚至發(fā)生鈣化消失的現(xiàn)象，導致積分值均較常規(guī)劑量FBP 重建算法減少。這一發(fā)現(xiàn)與既往應(yīng)用IMR進行冠狀動脈CTA 評價的文獻一致，IMR 重建會使冠狀動脈CTA 中血管的邊緣更為清晰，尤其是在有鈣化斑塊的節(jié)段[12]。Willemink 等[13]對于離體心臟標本的冠狀動脈進行不同劑量掃描并結(jié)合不同等級的IMR 重建，發(fā)現(xiàn)IMR 重建算法下Agatston 積分減低。Karolyi 等[11]的研究結(jié)果同樣顯示在常規(guī)劑量下，IMR重建會明顯減少鈣化體積。上述結(jié)果均反映IMR 算法可以降低鈣化斑塊的“光暈”偽影和部分容積效應(yīng)，從而使斑塊邊緣顯示更為清晰，CACS值較傳統(tǒng)FBP算法更小。

3.2 iDose4重建算法對CACS 的影響 常規(guī)劑量下，iDose4組與FBP組的CACS 基本一致。在低劑量下，iDose4算法高危亞組的CACS 有升高的傾向。既往研究同樣觀察到低管電流下會導致CACS 增高，這種現(xiàn)象可能是由于低劑量下圖像噪聲及嚴重鈣化斑塊的暈狀偽影增加導致[13]，而iDose4重建算法無法完全抑制嚴重的鈣化斑塊的暈狀偽影。

此外，迭代等級也會影響CACS 的定量評估。Takx 等[14]、王勇等[15]及van der Werf 等[16]的研究表明，隨著迭代等級增高，CACS 減低。本研究應(yīng)用中等迭代等級的iDose4重建算法，常規(guī)劑量下總體、各亞組及低劑量下總體CACS 與常規(guī)劑量FBP組差異無統(tǒng)計學意義。這一結(jié)果與Takx 等[14]的研究結(jié)果基本一致[11]，表明迭代等級與劑量降低的程度匹配才能維持CACS 定量的穩(wěn)定性。

3.3 迭代重建算法對患者危險度分層的影響 迭代重建算法會導致患者危險度分層的改變。其中IMR 重建算法的改變較大，常規(guī)劑量及低劑量下IMR組的重新分類率分別為14.4%和26.1%；iDose4重建對危險分層影響較小，常規(guī)劑量及低劑量下iDose4組的重新分類率分別為1.6%和10.1%，與既往研究結(jié)果[17]類似，表明應(yīng)用IMR 重建會明顯導致CACS 的危險分層改變。因為危險度的改變可能會影響患者的臨床治療，所以在高危險度分層合并高危因素（高血壓、糖尿病等）的情況下尤其應(yīng)該注意這種現(xiàn)象，本研究發(fā)現(xiàn)，常規(guī)劑量下3例患者由高危險度再分類到中危險度，低劑量下4例由高危險度再分類至中危險度，這部分患者在應(yīng)用IMR 重建時需要注意，避免由于重建算法的不同對臨床決策發(fā)生不利的影響[7]。值得注意的是，應(yīng)用IMR 重建算法時，常規(guī)劑量組6例、低劑量組12例出現(xiàn)CACS為零的情況，表明應(yīng)用IMR重建在低風險組可能會導致假陰性。但鑒于低風險組的危險度較小，不會產(chǎn)生明顯的臨床意義。而中等迭代等級的iDose4算法對CACS 危險度分層影響較小，因此應(yīng)用iDose4算法的CACS 定量無論是常規(guī)劑量還是低劑量下，均可以相對安全地應(yīng)用于臨床危險度評估。

本研究的局限性：①病例數(shù)較少，尚需大樣本研究進一步驗證結(jié)果。②掃描設(shè)定的劑量水平及迭代重建的等級比較單一，需進一步探討不同的掃描劑量及迭代重建等級組合的結(jié)果，更全面地分析迭代重建技術(shù)的最佳適應(yīng)劑量及迭代等級。③所有測量均由同一人完成，但是這也會減少觀察者的誤差。

總之，中等迭代等級的HIR（iDose4）技術(shù)對CACS及危險度分層評價的影響無明顯差異，IMR 會對CACS 定量及危險度分層產(chǎn)生明顯影響。因此，IMR應(yīng)用于評定臨床CACS 時應(yīng)謹慎。