双源CT低管电压结合迭代重建评估冠状动脉支架成像的可行性

江 杰 JIANG Jie

谢晓洁 XIE Xiaojie

吴 莉 WU Li

赵迅冉 ZHAO Xunran

韩 丹 HAN Dan

双源CT低管电压结合迭代重建评估冠状动脉支架成像的可行性

江 杰 JIANG Jie

谢晓洁 XIE Xiaojie

吴 莉 WU Li

赵迅冉 ZHAO Xunran

韩 丹 HAN Dan

作者单位
昆明医科大学第一附属医院医学影像科云南昆明 650032

目的 探讨第二代双源CT低管电压（100 kV）扫描联合基于原始数据的迭代重建（SAFIRE）在冠状动脉支架成像中的可行性。资料与方法 156例患者冠状动脉支架植入术后行CT冠状动脉成像，其中86例采用100 kV结合SAFIRE重建，70例采用120 kV结合滤波反投影重建，比较两组图像主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉的平均CT值、图像噪声、信噪比（SNR）、支架内CT值净增比（SAIR）、图像质量主观评分、支架显示情况、辐射剂量等。结果 100 kV组主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉平均CT值高于120 kV组（t=2.75、11.77、3.19，P＜0.05），图像噪声及SAIR低于120 kV组（t=－2.53、－9.51，P＜0.05）；100 kV组与120 kV组主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉SNR差异无统计学意义（t=－1.34、－0.95、－1.67，P＞0.05)。100 kV、SAFIRE重建图像质量主观评分与120 kV、滤波反投影重建差异无统计学意义（t=－0.203，P＞0.05）；两组共显示243个支架，其中右冠状动脉67个，左前降支123个，回旋支36个，其他分支17个；支架长度3.8～98.7 mm，平均（27.5±16.4）mm。100 kV组容积CT剂量指数、剂量长度乘积、有效剂量均低于120 kV组（t=－11.03、－9.41、－9.41，P＜0.05），采用100 kV扫描时有效剂量降低约51.5%。结论 第二代双源CT低管电压（100 kV）联合SAFIRE重建技术评价冠状动脉支架不会增加图像噪声及支架射束硬化伪影，能满足诊断要求，并显著降低辐射剂量。

冠心病；血管成形术，经腔，经皮冠状动脉；支架；冠状血管造影术；体层摄影术，X线计算机；迭代重建算法；辐射剂量

冠状动脉支架植入术（percutaneous coronary intervention，PCI）是冠心病最有效的治疗手段，但需长期多次随访评估术后支架内情况。冠状动脉造影评估冠状动脉支架术后改变在临床上广泛应用，但CT引起的辐射剂量不可避免，如何降低辐射剂量是冠状动脉支架检查中面临的主要问题。传统降低辐射剂量的方法包括降低管电压、管电流、增加螺距等，其中降低管电压可使辐射剂量成指数倍降低，但采用低管电压用于支架可以导致图像噪声及射束硬化伪影增加，临床并不推荐。与滤波反投影（filtered back projection，FBP）重建相比，采用迭代重建（iterative reconstruction，IR）可以降低图像噪声，减少射束硬化伪影，并具有降低辐射剂量的潜在作用[1-2]，近年IR技术主要用于心血管成像研究，对评估冠状动脉硬斑及冠状动脉支架有一定的价值[3-5]。然而既往研究主要分析相同管电压扫描结合两种不同重建技术的图像差异，对采用较低管电压扫描结合IR的研究鲜有报道。因此，本研究通过与常规管电压（120 kV）结合FBP重建比较，探讨第二代双源CT低管电压（100 kV）扫描结合基于原始数据的迭代重建（sinogram-affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）技术在评价冠状动脉支架成像中的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2012年1月—2013年6月昆明医科大学第一附属医院行冠状动脉CT造影检查的156例PCI术后患者，排除碘过敏试验阳性者、严重心肾功能不全、严重心律失常、体重指数（BMI）＞28 kg/m2者。其中男110例，女46例；年龄32～86岁，平均（63.10±11.17）岁。156例患者随机分为100 kV组86例和120 kV组70例。两组患者年龄、心率、BMI及扫描长度差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。所有患者均签署知情同意书，并顺利完成检查。

表1 156例PCI术后患者基本资料比较

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Definition Flash第二代双源CT机，采用回顾性序列扫描模式，扫描范围包括气管分叉下方1 cm至心膈面，心率54～100次/min。扫描参数：采用智能最佳管电压扫描技术，管电压设为100 kV、120 kV，参考管电压120 kV，电流400 mAs，CARE Dose 4D on，准直2×128×0.6 mm，自动螺距（范围0.2～0.5）。对比剂采用碘普罗胺注射液（370 mgI/ml），流速5 ml/s，用量50～70 ml，然后注射40 ml生理盐水。采用对比剂团注跟踪技术（Bolus Tracking），监测平面选择主动脉根部，触发阈值100 HU，延迟时间5 s。

1.3 图像后处理 选择最佳期相（运动伪影最小）进行图像重建。100 kV组：采用SAFIRE重建，重建强度3；120 kV组：采用FBP重建，卷积核分别为I46f、B46f，重建层厚0.6 mm，重建间隔0.4 mm。将重建数据传至相匹配的后处理工作站（syngo MMWP，version 2008A；Siemens Medical Solutions），运用3D和Circulation软件进行分析测量。

1.4 图像分析 由2名从事心血管影像诊断工作5年以上的主治医师独立分析，意见不一致时请上级医师综合分析达成共识。观察内容包括CT值、图像噪声、信噪比（SNR）、支架内CT值净增比（stent-lumen attenuation increase ratio，SAIR），观察支架显示情况、图像质量主观评分等。CT值测量包括主动脉根部、支架近端冠状动脉及支架内CT值（近段、中段、远段平均值），其中主动脉根部感兴趣区约为2 cm2，支架内感兴趣区测量范围尽可能大，但需避开闭塞处及密度不均区。图像噪声以标准差表示，SNR[6]及SAIR[7]计算方法见公式（1）、公式（2）。支架显示情况包括支架长度、是否断裂、脱落、移位、支架近端、远端及支架内部密度、通畅度等。图像质量主观评分标准[8]：4分：各节段显示清晰，无伪影，图像质量优；3分：部分节段稍模糊，伪影少，图像质量良；2分：部分节段模糊，管腔尚连续，较多伪影，图像质量一般；1分：多个节段走形不连续、离断，无法评估。2分及以上能满足诊断要求。

1.5 辐射剂量计算 包括容积CT剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose-length product，DLP）及有效剂量（effective dose，ED）。CTDIvol、DLP由机器自动生成，ED计算方法见公式（3）：

其中k为转换系数，采用欧盟CT质量标准指南k=0.014 mSv/（mGy·cm）[9]。

1.6 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，100 kV组与120 kV组图像的CT值、图像噪声、SNR、SAIR、辐射剂量比较采用成组样本t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组CT值、图像噪声、SNR、SAIR比较 100 kV组主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉的平均CT值均显著大于120 kV组，差异有统计学意义（t=2.75、11.77、3.19，P＜0.05）；100 kV组噪声及SAIR均低于120 kV组，差异有统计学意义（t=－2.53、－9.51，P＜0.05）。主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉的SNR比较差异均无统计学意义（t=－1.34、－0.95、－1.67，P＞0.05）。两组图像的平均CT值、SNR、噪声、SAIR比较见表2。

表2 两组图像的平均CT值、SNR、噪声、SAIR比较

2.2 支架显示情况 156例共计243个支架，其中右冠状动脉67个，左前降支123个，回旋支36个，其他分支17个；支架长度3.8～98.7 mm，平均（27.5±16.4）mm。无一例出现断裂及脱位。35例支架近端出现斑块，23例支架远端出现斑块，18例支架内出现斑块。见图1。

2.3 图像质量主观评分 100 kV组图像质量主观评分略低于120 kV组，但差异无统计学意义（t=－0.203，P＞0.05）。见表3。

2.4 辐射剂量 100 kV组CTDIvol、DLP、ED均低于120 kV组，差异有统计学意义（t=－11.03、－9.41、－9.41，P＜0.05）。见表3。100 kV组ED较120 kV组降低约51.5%。

表3 两组扫描的辐射剂量及图像质量主观评分比较

图1 A、C为120 kV FBP重建，B、D为100 kV SAFIRE重建。A.支架内多发小低密度影，无法确定是支架金属伪影还是小软斑形成；B.支架内清晰，金属伪影较少；C.支架内通畅，支架少许伪影，未见明显斑块形成，支架上方的冠状动脉软斑形成，管腔轻度狭窄；D.支架内通畅、清晰，未见金属伪影，远端小钙化，支架上方的冠状动脉混斑形成，管腔轻度狭窄

3 讨论

冠状动脉CTA成像是目前筛查冠心病的首选检查方法，在临床上广泛应用。冠心病的主要治疗手段是PCI，支架植入术后因炎症与血栓形成、血管内膜增生及血管重塑等因素会导致支架内再狭窄，其术后支架内再狭窄的发生率高达20%[9]，需多次进行CT复查，导致患者接受较大的辐射剂量。如何降低辐射剂量成为关注的热点，其中低管电压扫描是一个重要手段。采用低管电压可以使辐射剂量成指数倍降低，基于BMI的低管电压检查图像质量稍降低，可以满足临床诊断要求。随着迭代重建方式的改进，采用低管电压检查也不会降低图像质量。迭代重建技术不仅可以改善图像质量，降低图像噪声、减少射束硬化伪影，并具有降低辐射剂量的潜在作用[2,10-14]。而射束硬化伪影是影响冠状动脉支架评估最主要的因素，因此本研究采用低管电压联合迭代重建评估冠状动脉支架的可行性。

通过与常规管电压（120 kV）扫描FBP重建比较，采用低管电压（100 kV）扫描联合SAFIRE重建，主动脉根部、支架内、支架上方冠状动脉的平均CT值、图像噪声、SAIR值比较均有显著差异，即100 kV扫描CT值高于120 kV，CT值随着管电压的升高而降低，这与管电压越大，图像衰减值越低相吻合。管腔内CT值增加可能使小软斑、血栓或内膜增厚衬托得更清楚。本研究中通过测量SAIR值间接反映支架内CT值的变化情况，刘新等[15]报道通过测量支架内CT值的变化有助于诊断支架内再狭窄。本研究结果显示，100 kV SAFIRE的SAIR值低于120 kV FBP，推测SAFIRE重建受支架射束硬化伪影影响较FBP更小。理论上，低管电压扫描会使图像CT值明显增加，并增加图像噪声及冠状动脉支架射束硬化伪影，而本研究采用SAFIRE技术重建图像，降低图像噪声及射束硬化伪影，抵消低管电压带来的副作用，改善射束硬化伪影，更客观地反映支架内情况，与既往研究[2,14]结果一致。此外，本研究采用的是第二代双源CT，其配备有补偿滤线器（锡滤过器），可以吸收部分低能射线，降低射束硬化伪影的影响。两组图像质量主观评分无显著差异，均可以满足诊断要求；主动脉根部、支架内、支架近端冠状动脉的SNR均无显著差异。比较100 kV扫描与120 kV扫描辐射剂量，前者可以明显降低辐射剂量，有效辐射剂量大约降低1倍。

本研究的局限性在于对冠状动脉支架观察缺乏“金标准”参照，而且未对支架材料、直径、厚度等进行分析，未对BMI进行详细分组；第二代双源CT对冠状动脉扫描有更多的降低辐射剂量的个性化扫描方案，本研究未对不同扫描方案所获取的图像进行分析，有待进一步深入研究。

总之，在正常体重范围内，采用第二代双源CT低管电压（100 kV）扫描结合SAFIRE技术获得的冠状动脉支架图像与常规管电压（120 kV）扫描FBP重建图像相当，并不增加图像噪声，也不会增加冠状动脉支架射束硬化伪影，能满足对支架的诊断要求，并可以显著降低辐射剂量。

[1] Renker M, Nance JW, Schoepf UJ, et al. Evaluation of heavily calcified vessels with coronary CT angiography: comparison of iterative and filtered back projection image reconstruction. Radiology, 2011, 260(2): 390-399.

[2] Ebersberger U, Tricarico F, Schoepf UJ, et al. CT evaluation of coronary artery stents with iterative image reconstruction: improvements in image quality and potential for radiation dose reduction. Eur Radiol, 2013, 23(1): 125-132.

[3] Gosling O, Loader R, Venables P, et al. A comparison of radiation doses between state-of-the-art multislice CT coronary angiography with iterative reconstruction, multislice CT coronary angiography with standard filtered back-projection and invasive diagnostic coronary angiography. Heart, 2010, 96(12): 922-926.

[4] Moscariello A, Takx RA, Schoepf UJ, et al. Coronary CT angiography: image quality, diagnostic accuracy, and potential for radiation dose reduction using a novel iterative image reconstruction technique-comparison with traditional filtered back projection. Eur Radiol, 2011, 21(10): 2130-2138.

[5] Han BK, Grant KL, Garberich R, et al. Assessment of an iterative reconstruction algorithm (SAFIRE) on image quality in pediatric cardiac CT datasets. J Cardiovasc Comput Tomogr, 2012, 6(3): 200-204.

[6] Price RR, Axel L, Morgan T, et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging: report of AAPM nuclear magnetic resonance Task Group No. 1. Med Phys, 1990, 17(2): 287-295.

[7] Yang WJ, Pan ZL, Zhang H, et al. Evaluation of coronary artery in-stent restenosis with prospectively ECG-triggered axial CT angiography versus retrospective technique: a phantom study. Radiol Med, 2011, 116(2): 189-196.

[8] Herzog BA, Husmann L, Burkhard N, et al. Low-dose CT coronary angiography using prospective ECG-triggering: impact of mean heart rate and heart rate variability on image quality. Acad Radiol, 2009, 16(1): 15-21.

[9] 江杰, 何波, 康绍磊, 等. 正弦图确定迭代重建在评价冠状动脉支架中的应用. 中国医学影像技术, 2013, 29(6): 1023-1027.

[10] 王妍焱, 谭晔, 吴国庚, 等. 宝石CT高清模式与标准模式冠状动脉支架成像质量比较. 中国医学影像学杂志, 2012, 20(1): 22-24, 28.

[11] 王明友, 张忠涛. CT冠状动脉成像与冠状动脉造影诊断冠心病对照研究. 中国医学影像学杂志, 2014, 22(11): 846-848, 852.

[12] Hwang HJ, Seo JB, Lee HJ, et al. Low-dose chest computed tomography with sinogram-affirmed iterative reconstruction, iterative reconstruction in image space, and filtered back projection: studies on image quality. J Comput Assist Tomogr, 2013, 37(4): 610-617.

[13] Kalra MK, Woisetschläger M, Dahlström N, et al. Radiation dose reduction with sinogram affirmed iterative reconstruction technique for abdominal computed tomography. J Comput Assist Tomogr, 2012, 36(3): 339-346.

[14] Wang R, Schoepf UJ, Wu R, et al. Image quality and radiation dose of low dose coronary CT angiography in obese patients: sinogram affirmed iterative reconstruction versus filtered back projection. Eur J Radiol, 2012, 81(11): 3141-3145.

[15] 刘新, 李颖, 杨立, 等. 64层螺旋CT评价冠状动脉支架内再狭窄的价值. 中华放射学杂志, 2006, 40(8): 808-811.

（本文编辑 张春辉）

Feasibility of Dual Source CT Low Tube Voltage Combined with Iterative Reconstruction in Evaluating Coronary Artery Stents

Purpose To investigate the second generation dual source CT low tube voltage (100 kV) combined with sonogram-affirmed iterative reconstruction (SAFIRE) in assessing coronary artery stents. Materials and Methods One hundred and fifty-six patients underwent CT coronary angiography after implanted coronary artery stents. Among all the patients, 86 cases were performed with 100 kV combined with SAFIRE, and 70 cases with 120 kV combined with filtered back projection reconstruction (FBP). Mean CT values, image noise, SNR, SAIR, image quality scores, stents detecting and radiation dose of aortic root, inner-stent, and the coronary artery proximal to the stent were compared. Results The mean CT value of aortic root, inner-stent, and the coronary artery proximal to the stent of 100 kV group was higher than that of 120 kV group (t=2.75, 11.77 and 3.19, P＜0.05), while image noise and SAIR of 100 kV group were lower than those of 120 kV group (t=－2.53 and －9.51, P＜0.05). SNR of aortic root, inner-stent, and the coronary artery proximal to the stent was not statistically different between the two groups (t=－1.34, －0.95 and 1.67, P＞0.05). There was no statistic difference of image quality score between the two groups (t=－0.203, P＞0.05). Totally there were 243 stents detected, including 67 of right coronary artery, 123 of left anterior descending, 36 of left circumflex, and 17 of other branches. Stent length ranged 3.8 to 98.7 mm and averaged (27.5±16.4) mm. The CTDIvol, DLP and ED of 100 kV group were lower than those of 120 kV group (t=－11.03, －9.41 and －9.41, P＜0.05). The effective dosage reduced about 51.5% in 100 kV group when compared with that of 120 kV group. Conclusion The second generation dual source CT low tube voltage (100 kV) combined with SAFIRE in assessing coronary artery stent could meet the diagnostic requirement and reduce the radiation dosage, without increasing image noise and beam hardening artifacts.

Coronary disease; Angioplasty, transluminal, percutaneous coronary; Stents; Coronary angiography; Tomography, X-ray computed; Iterative reconstruction algorithm; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.04.011

韩 丹

Department of Medical Imaging, the First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, China

Address Correspondence to: HAN Dan

E-mail: kmhandan@sina.com

R445.3

2014-10-10

修回日期：2015-02-06

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第4期：289-292

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(4): 289-292