鄭志碩，李 鋒，梁長華，梁 盼

(1.新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科/新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第四臨床學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院放射科，河南 衛(wèi)輝 453100；3.鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，河南 鄭州 450003)

冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)體層攝影血管造影(coronary computed tomography angiography,CCTA)已廣泛應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈疾病的評估，然而，高輻射劑量所致的潛在癌變風(fēng)險(xiǎn)也引起了人們廣泛關(guān)注。目前有多種方式可降低CT掃描輻射劑量，如降低管電壓和管電流、大螺距技術(shù)、前瞻性心電觸發(fā)掃描技術(shù)、迭代重建技術(shù)等[1-2]。近年來，隨著人工智能技術(shù)不斷完善，深度學(xué)習(xí)技術(shù)已逐漸應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。深度學(xué)習(xí)圖像重建(deep learning image reconstruction,DLIR)，利用設(shè)計(jì)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在保持低X射線劑量和例行CT正常處理能力的同時(shí)，生成高質(zhì)量的CT圖像，該圖像具有出色的空間分辨率、低對比度可檢測性和自然的圖像紋理。研究顯示，高權(quán)重深度學(xué)習(xí)圖像重建(high-strength deep learning image reconstruction,DLIR-H)在保證診斷準(zhǔn)確性的前提下，可以顯著降低約43%的圖像噪聲，提高約62%的圖像質(zhì)量[3-4]。本研究旨在探討低管電壓和低流速低劑量對比劑聯(lián)合DLIR-H在CCTA中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料選擇2022年5～7月新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院收治的疑似冠狀動(dòng)脈性心臟病患者為研究對象。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)20～27 kg·m-2；(2)經(jīng)CT圖像后處理分析冠狀動(dòng)脈鈣化積分<400；(3)患者均采用256排寬體探測器CT行CCTA前瞻性心電門控掃描。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)對比劑過敏；(2)腎功能不全；(3)既往行冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)；(4)心力衰竭，紐約心臟病協(xié)會(huì)心功能分級Ⅲ、Ⅳ級。本研究共納入疑似冠狀動(dòng)脈性心臟病患者60例，按隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為觀察組和對照組，每組30例。觀察組：男16例，女14例；年齡34～80(52.96±11.61)歲，BMI 21.2～26.7(24.46±1.80)kg·m-2。對照組：男19例，女11例；年齡38～84(52.50±11.20)歲，BMI 21.1～27.0(24.87±1.57)kg·m-2。2組患者的性別、年齡、BMI比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本研究經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者和(或)家屬簽署知情同意書。

1.2 CCTA檢查方法所有患者采用256排寬體探測器CT行CCTA前瞻性心電門控掃描，使用GE Revolution Apex 256排寬體探測器CT(美國GE公司)，單心跳軸掃模式；足先進(jìn)，仰臥位，雙手上舉置于頭部兩側(cè)，掃描范圍為左、右主支氣管分叉處至心底。觀察組掃描參數(shù)設(shè)置：管電壓80 kV、自動(dòng)管電流500～1 300 mA，對比劑注射流速3.5～4.0 mL·s-1，對比劑碘海醇(350 g·L-1)劑量35～40 mL，采用DLIR-H法重建。對照組掃描參數(shù)設(shè)置：管電壓100 kV、自動(dòng)管電流500～1 040 mA，對比劑注射流速5.0～5.5 mL·s-1，對比劑碘海醇(350 g·L-1)劑量 50～55 mL，采用多模型迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction-V,ASIR-V)50%算法重建。其他參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)速0.28 s·r-1，掃描層厚0.625 mm；團(tuán)注跟蹤技術(shù)，在降主動(dòng)脈設(shè)置感興趣區(qū)，閾值150 HU，延遲時(shí)間8 s，平靜呼吸屏氣曝光掃描；使用CT設(shè)備自帶的智能時(shí)相技術(shù)自動(dòng)推薦最佳心臟時(shí)相，采用快速凍結(jié)技術(shù)(snap shot freeze,SSF)進(jìn)行心臟搏動(dòng)偽影校正。

1.3 圖像質(zhì)量分析

1.3.1 定量分析運(yùn)用工作站的右鍵Clone功能進(jìn)行測量，以保證感興趣區(qū)選擇的形態(tài)及大小一致。由2位高年資醫(yī)師在同期相同層面分別測量主動(dòng)脈根部(aorta,AO)和鄰近胸壁脂肪組織的CT值及其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)；同時(shí)測量左前降支(left anterior descending,LAD)、左旋支(left circumflex,LCX)、右冠狀動(dòng)脈(right coronary artery,RCA)近段血管的CT值及其SD值，以及同層面目標(biāo)血管鄰近胸壁脂肪組織的CT值及其SD值，計(jì)算冠狀動(dòng)脈CT圖像信噪比(signal to noise ratio,SNR)及對比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR)。計(jì)算公式：冠狀動(dòng)脈CT圖像SNR=冠狀動(dòng)脈CT值/SD值；CNR=(冠狀動(dòng)脈CT值-胸壁脂肪CT值)/脂肪組織SD值。

1.3.2 定性分析由2位高年資醫(yī)師分別對圖像質(zhì)量進(jìn)行雙盲定性評價(jià)，當(dāng)評價(jià)結(jié)果不一致時(shí)經(jīng)過討論達(dá)成統(tǒng)一。定性評價(jià)指標(biāo)包括圖像條紋偽影、血管邊緣銳利度及總體圖像質(zhì)量[4-5]。圖像條紋偽影評分：1分：條紋偽影嚴(yán)重且不可評估；2分：條紋偽影干擾冠狀動(dòng)脈評估；3分：條紋偽影尚可，不干擾冠狀動(dòng)脈評估；4分：條紋偽影低于平均水平；5分：條紋偽影很少或不存在。血管邊緣銳利度評分：1分：血管邊緣模糊且不可評估；2分：血管邊緣銳利度比平均水平差；3分：血管邊緣銳利度處于平均水平；4分：血管邊緣銳利度好于平均水平；5分：血管邊緣清晰。總體圖像質(zhì)量評分：1分：總體圖像質(zhì)量不可接受；2分：總體圖像質(zhì)量差；3分：總體圖像質(zhì)量尚可；4分：總體圖像質(zhì)量好；5分：總體圖像質(zhì)量優(yōu)秀。評價(jià)圖像時(shí)允許調(diào)整窗寬及窗位。

1.4 輻射劑量掃描結(jié)束后，按照系統(tǒng)自動(dòng)生成的CT劑量指數(shù)(CT dose index,CTDI)、放射劑量長度乘積(dose length product,DLP)來計(jì)算患者接受的有效輻射劑量(effective dose,ED)，ED=k×DLP，k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，k=0.014 mSV。

2 結(jié)果

2.1 2組患者圖像質(zhì)量定量指標(biāo)比較結(jié)果見表1。觀察組患者AO、LAD和RCA的CT值顯著高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；2組患者LCX的CT值比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。觀察組患者冠狀動(dòng)脈CT圖像的SNR顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；觀察組患者冠狀動(dòng)脈CT圖像的CNR顯著高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表1 2組患者冠狀動(dòng)脈各分支的CT值和圖像噪聲比較

2.2 2組患者圖像質(zhì)量定性指標(biāo)比較結(jié)果見表2。觀察組患者冠狀動(dòng)脈CT圖像條紋偽影、血管邊緣銳利度及總體圖像質(zhì)量的評分顯著高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表2 2組患者總體圖像質(zhì)量、圖像條紋偽影及血管邊緣銳利度的評分比較

2.3 2組患者CT輻射劑量比較結(jié)果見表3。觀察組患者ED、DLP、CTDI顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表3 2組患者CT輻射劑量比較

3 討論

隨著CT血管造影檢查的廣泛應(yīng)用，CCTA憑借其無創(chuàng)、便捷等優(yōu)勢，已成為診斷冠狀動(dòng)脈疾病首選的影像學(xué)方法。同時(shí)，保證CT圖像質(zhì)量的前提下如何降低伴隨而來的高輻射劑量一直是業(yè)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題，目前已有多種降低CT掃描輻射劑量的文獻(xiàn)報(bào)道。雖然越來越多的CT設(shè)備具備低千伏(70～100 kV)掃描能力，但是為了保證CT圖像質(zhì)量就需要提高掃描圖像中冠狀動(dòng)脈的CT值，以便更好地顯示血管，鑒于低管電壓可以顯著提升碘的CT值，因此，在相同碘流率的情況下，使用更低的管電壓掃描可以獲得更高的CT值。此外，為了保證圖像質(zhì)量，低管電壓掃描需要更高的管電流，但是當(dāng)管電流超過球管的限制時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，因此還需要考慮低管電壓下的最大管電流限制。目前，GE Revolution Apex CT掃描設(shè)備可以在80 kV管電壓下提供500～1 300 mA管電流，并且不影響圖像質(zhì)量。

以往為了獲得高質(zhì)量的冠狀動(dòng)脈CT圖像，常規(guī)應(yīng)用120 kV管電壓和370 g·L-1對比劑[6-9]，但高管電壓和高濃度對比劑會(huì)造成潛在輻射劑量和對比劑腎病風(fēng)險(xiǎn)增加，鑒于此，在保證圖像質(zhì)量的前提下，最大程度地降低患者的輻射劑量和對比劑注射流速、注射用量就顯得非常必要[10]。DLIR-H是以濾波反投影法圖像為“金標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行訓(xùn)練，對比2組圖像的噪聲、噪聲紋理、低對比度分辨率等多個(gè)參數(shù)，將得出的差異反饋于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)供其修改，并多次重復(fù)該過程，直至輸出圖像與相同數(shù)據(jù)高劑量圖像達(dá)到精確匹配。本研究采用 80 kV管電壓、自動(dòng)管電流500～1 300 mA掃描、對比劑注射流速3.5～4.0 mL·s-1、350 g·L-1對比劑用量35～40 mL的掃描方案聯(lián)合DLIR-H算法，結(jié)果顯示，觀察組AO、LAD和RCA的CT值顯著高于對照組，且冠狀動(dòng)脈CT圖像條紋偽影、血管邊緣銳利度及總體圖像質(zhì)量的評分顯著高于對照組，ED、DLP、CTDI顯著低于對照組，提示觀察組所獲得的CT圖像質(zhì)量優(yōu)于對照組，且能滿足診斷要求，有效降低輻射劑量。

80 kV管電壓的應(yīng)用使X線平均電子能量更接近于碘原子的K緣，對比劑衰減效果增強(qiáng)，目標(biāo)血管CT值明顯增加，可保證大幅度降低對比劑用量，降低注射流速，從而有效減少對比劑不良反應(yīng)的發(fā)生，降低對比劑外滲的風(fēng)險(xiǎn)[11]。與ASIR-V 50%算法不同，DLIR-H擁有較大的降噪能力，通過厚層圖像創(chuàng)建的薄層圖像虛擬可改善空間分辨率，同時(shí)可有效改善線束硬化偽影，且由于噪聲和輻射劑量密切相關(guān)，DLIR-H可實(shí)現(xiàn)更低的輻射劑量、注射流速和對比劑用量[12-13]。深度學(xué)習(xí)重建利用設(shè)計(jì)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在保持低X射線劑量和CT正常處理能力的同時(shí)，可生成高質(zhì)量的CT圖像，該圖像具有較高的空間分辨率、低對比度可檢測性和自然的圖像紋理[14-15]。本研究結(jié)果顯示，觀察組患者冠狀動(dòng)脈CT圖像的SNR顯著低于對照組，CNR顯著高于對照組，提示采用80 kV管電壓聯(lián)合DLIR-H具有更佳的圖像修正能力，DLIR-H具有良好的降噪能力。

本研究尚存在一些不足之處：(1)本研究時(shí)間較短，納入患者偏少，需要增加樣本量進(jìn)一步研究；(2)本研究入組患者BMI為20～27 kg·m-2，未對超重及肥胖患者進(jìn)行研究，可能會(huì)存在選擇性偏倚；(3)本研究未納入冠狀動(dòng)脈支架植入術(shù)后及冠狀動(dòng)脈嚴(yán)重鈣化患者，DLIR-H對此類患者的臨床應(yīng)用效果有待進(jìn)一步探究。

綜上所述，采用80 kV管電壓聯(lián)合DLIR-H獲得的CT圖像的質(zhì)量優(yōu)于100 kV管電壓聯(lián)合ASIR-V 50%算法，且輻射劑量降低。因此，對于BMI為 20～27 kg·m-2的患者，80 kV管電壓、低對比劑用量、低對比劑流速的掃描方案聯(lián)合DLIR-H是可行的，可有效降低輻射劑量及對比劑用量，同時(shí)改善CCTA掃描圖像質(zhì)量。