最佳时相单扇区重建技术改善320排CT支气管动脉成像图像质量的可行性

王镇章，郭献忠，孙厚长，曹国全，毛丹丹，张昭，郑祥武，陈伟建

（温州医科大学附属第一医院 放射科， 浙江 温州 325015）

最佳时相单扇区重建技术改善320排CT支气管动脉成像图像质量的可行性

王镇章，郭献忠，孙厚长，曹国全，毛丹丹，张昭，郑祥武，陈伟建

（温州医科大学附属第一医院 放射科， 浙江 温州 325015）

目的：探讨320排CT最佳时相单扇区重建技术提高非预期自由呼吸患者支气管动脉及支气管动脉-肺动脉瘘检出能力的可行性。方法：2014年10月1日-2016年8月1日连续收集265例采用320层前瞻性心电门控动态容积CT行支气管动脉成像的患者，将其中55例存在严重移动伪影的多扇区重建图像进行二次单扇区重建，对比研究两种重建算法的成像效果及支气管动脉-肺动脉瘘检出量。用支气管动脉的显示等级（分1、2、3、4四个等级）量化来评价其图像质量。采用配对t检验比较两种重建图像支气管动脉平均CT值、图像噪声、信噪比及对比噪声比。结果：单扇区重建组各级分支显示的数量分别为1级164支（右83，左81）、2级177支（右92，左85）、3级170支（右114，左56）、4级94支（右76，左18），显著高于多扇区重建组的1级131支（右65，左66）、2级114支（右59，左55）、3级76支（右55，左21）、4级39支（右33，左6）。单扇区重建组检出16处支气管动脉-肺动脉瘘，显著高于多扇区重建组的的4处（P＜0.001）。单扇区重建组支气管动脉CT值、图像噪声均高于多扇区重建组（分别为373.3±61.0vs.331.2±65.0，17.3±2.4vs.14.0±2.3，P＜0.001），信噪比明显低于多扇区重建组（38.5±6.9vs.48.4±10.6，P＜0.001），两种重建算法在支气管动脉主干处的对比噪声比差异无统计学意义（P=0.322）。结论：最佳时相单扇区重建可改善高心率非预期自由呼吸患者支气管动脉图像移动伪影，显著提高支气管动脉细小分支的显示能力及支气管动脉-肺动脉瘘同步检出率。

体层摄影术，X线计算机；支气管动脉CT造影；单扇区重建；多扇区重建

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

支气管动脉CT成像（CT angiography，CTA）是一种有利于提高支气管动脉插管成功率和介入治疗效果的检查手段[1]，但其图像质量易受心脏搏动或呼吸运动的影响。研究表明，单扇区重建（halfcycle reconstruction，HCR）算法可以改善心率大于65次/min的自由呼吸患者冠状动脉CT血管成像的图像质量[2-3]。本研究采用320排CT心电门控动态容积扫描模式（dynamic volume CT，DVCT）行支气管动脉CTA检查，尝试通过HCR来改善其图像质量，提高支气管动脉-肺动脉瘘（bronchial-pulmonary arterial fistula，BPF）CT检出量。

1 对象和方法

1.1 对象 2014年10月至2016年8月连续收集265例行支气管动脉CTA检查的患者，均采用前瞻性心电门控DVCT模式扫描，将其中55例存在严重移动伪影的多扇区重建（multicycle reconstruction，MCR）[3]病例纳入本研究，进行HCR。55例患者中男34例，女21例；年龄18～88岁，平均（58.8±14.9）岁；心率67～101次/min，平均（76.4±7.6）次/min。患者均无碘对比剂过敏史，无心、肝、肾功能不全，无严重腋静脉栓塞。本研究经本院伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

1.2 检查方法

1.2.1 扫描方法：采用东芝Aquilion one 320排640层螺旋CT扫描仪，采用16 cm容积扫描联合前瞻性心电门控技术，扫描范围以气管隆突为中心点，上、下各8 cm范围；扫描参数：100 kV，设定智能mA扫描条件，层厚和层间隔均为0.5 mm，矩阵512×512，FOV 35 cm；采集心动周期数和触发时相根据厂家推荐方案确定，心率＜65次/min采用1个心动周期采集，触发时相为60%～80%的R-R间期；心率为66～79次/min采用2个心动周期采集，触发时相为30%～80%的R-R间期，心率为80～99次/min采用3个心动周期采集，触发时相为30%～80%的R-R间期。应用双筒高压注射器（Stellant，美国Medrad公司）经右侧肘正中静脉以6.0 mL/s流率注入对比剂碘海醇（含碘350 mgI/mL）60 mL和0.9%氯化钠溶液40 mL。采用Sure Start触发技术，目测监视肺动脉，当降主动脉明显强化而肺动脉强化程度明显下降时，手动触发扫描。

1.2.2 原始数据重建：本组研究的对象均为扫描默认生成的最佳时相MCR图像，心电编辑选择单一心动周期重建HCR图像。取任一心动周期，效果不理想时，再选择其他心动周期进行原始数据重建，选择气管分叉层面，利用Cardio imageXact软件重建出该层面的动态变化图像，从中选择支气管动脉显示最佳的一个或多个绝对时相，重建所选时相的完整图像。应用AIDR 3D软件standard重建模式降低图像噪声。

1.2.3 图像后处理：将所得原始数据图像上传至VitreaCore工作站。应用容积再现（volume rendering，VR）和图像融合技术[4]，分别显示支气管动脉的解剖形态（见图1）、支气管动脉与气管支气管树的关系（见图2）、气管动脉与脊柱的关系，同时结合横断面、多平面重组（multiple planer reconstruction，MPR）、曲面重建（curve planer reconstruction，CPR）和最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）技术多方位显示、观察及测量支气管动脉。

1.3 图像评价

图1 支气管动脉VR图像显示各支气管动脉的走行及细小分支

1.3.1 客观评价：由1名住院医师进行测量。在气管分叉平面测量降主动脉的CT值和噪声（CT值的标准差，SD），以评估图像信噪比（signal noiseratio，SNR），SNR=降主动脉平均CT值/噪声。在该平面测量直径≥1.5 mm支气管动脉断面的CT值、肺动脉主干及周围软组织的CT值，以评估对比噪声比（contrast-noise ratio，CNR），CNR=（支气管动脉或肺动脉平均CT值-周围软组织平均CT值）/周围软组织CT值的SD。

1.3.2 主观量化评价：由1名高年资主治医师对2组图像进行后处理重建，由1名住院医师记录每位患者支气管动脉的各级分支数量。通过各级分支的显示能力来评价其图像质量。因支气管动脉存在较大的解剖变异，评价其分支显示能力尚无标准可循，本研究采用如下认定方法：将起源于降主动脉、锁骨下动脉或胸廓内动脉至其下级血管分叉的节段认定为1级，分叉之后至下一级分叉的所有血管节段认定为2级，3级或4级以此类推。解剖分型参考于红等[5]BA分布类型与数量的记录方式，将右、左BA分别标记为R、L，支数标记为n，类型记录为RnLn。1.4 辐射剂量 CT自动计算得出容积CT剂量指数（CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），由DLP乘以特定的转换系数K估算出有效剂量（effective dose，ED），胸部CT特定转换因子K值为0.014 mSv·mGy-1·cm-1[3]。

图2 支气管动脉与气管支气管的三维融合图像显示解剖位置关系

1.5 统计学处理方法 采用SPSS17.0软件进行统计学分析。定量资料采用 ±s表示，定性资料采用频数表示。2组图像客观评价指标的比较采用配对t检验。2组图像质量评价为等级计数资料，采用配对非参数检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

HCR组和MCR组在气管分叉平面测量降主动脉的CT值差异无统计学意义（P＞0.05），SD差异有统计学意义（P＜0.001），HCR组的SNR明显低于MCR组（P＜0.001）。支气管动脉气管分叉处CT值，HCR组显著高于MCR组（P＜0.001），但该处的CNR差异无统计学意义（P＞0.05）。两种算法肺动脉CT值及CNR差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

HCR组各级分支显示的数量显著高于MCR组。右侧各级分支2组之间的差异均有统计学意义（P＜0.001），左侧除4级分支外其余各级分支2组之间差异均有统计学意义（P＜0.001）。另外，对于BPF的检出量，HCR组明显高于MCR组，对照DSA检查，其结果高度一致。见表2。

表1 支气管动脉CTA图像质量客观评价（n=55，±s）

表2 左右支气管动脉各级分支显示及BPF计数统计（n=55）

HCR组解剖分型以R1L1、R1L2、R2L1、R2L2为主，分别为21例、10例、6例、10例，MCR组以R1L1、R1L2、R2L2为主，分别为25例、6例、8例。见表3。

本次研究的辐射有效剂量水平为1.5～13.2 mSv，平均（4.2±2.3）mSv。

表3 解剖分型计数统计[n（%）]

3 讨论

3.1 支气管动脉CTA研究的临床意义 支气管动脉CTA的研究对象以咯血患者为主，约90%的咯血责任血管为支气管动脉[6]，治疗前了解支气管动脉数量、解剖结构、变异、起始位置等情况，有利于治疗方案的选择及介入治疗效果的评估，并可减少并发症。CTA是一种非损伤性血管成像技术，具有快捷、直观和可复等优势，能较完美地从各个角度展示血管的空间解剖和病变特征，可显示支气管动脉三维影像解剖特征，为临床相关介入治疗提供术前指导。

3.2 支气管动脉CTA的现状 前期研究表明，高流率注射对比剂可很好地显示支气管动脉的正常解剖及异位起源[7]，尽管如此，支气管动脉CTA在实际应用中仍有较高的失败率，本研究中存在严重移动伪影的病例约占所有受检患者的20.8%（55/265），究其原因主要受心脏大血管搏动[8]和呼吸运动的影响。陈亚明等[9]采用心电门控技术虽可减少心脏大血管搏动引起的伪影，但吸气末屏气通常是支气管动脉CTA的常规要求[10]。支气管动脉CTA的研究对象以咯血和肺癌患者为主，该群体患者具有年纪偏大、屏气能力弱等特点，气促、气急、沟通障碍或昏迷，都将引起严重的呼吸移动伪影，以往研究常将此类患者列为研究的排除对象；其次，心脏大血管搏动亦会引起周围支气管动脉的规律性移动，心旁支气管动脉的位置及其CTA的图像质量也随着心动周期时相的变化而变化（见图3），因此心动周期的时相选择是影响其支气管动脉显示的另一关键因素。

3.3 320排DVCT最佳时相HCR技术在支气管动脉CTA检查中的优势及原理

优势：①16 cm宽探测器基本可以覆盖支气管动脉全貌，球管旋转1周，可以完成支气管动脉CT成像。②动态容积扫描可以提供最佳时相选择的时间轴。③单扇区重建可减少血管失真伪影，提高支气管动脉细小分支的显示能力，直接影响其解剖分型统计。④有助于BPF的CT检出。

原理：MCR理论上可有效改善时间分辨率[11]，但实际工作中亦受非预期自由呼吸伪影的影响，存在一定的不稳定性：当心率波动显著时或患者屏气不佳时，导致同一相位所收集的原始数据空间位置不一致，此时融合数据所重建出的血管就会失真（见图4A）：当血管移动幅度较小时，重建出的VR血管比实际情况宽，MIP、CPR则表现为血管边缘模糊；当血管移动幅度较大时，所重建出的三维VR像就会出现双血管伪影；当支气管动脉较细时，结果本可以显示的细小血管却无法显示（见图4），这也是HCR组各级分支及BPF的检出量明显多于MCR组的原因所在。HCR对支气管动脉有较强的显示能力，可进一步完善支气管动脉的解剖统计数据，弥补尸解统计的量少及选择性血管造影的易遗漏等缺点。

图3 CTA的图像质量随着心动周期时相的变化而变化

BPF亦是咯血的常见病因之一，以往有学者认为CT对细小BPF的检出仍存在局限性[12]。本研究发现HCR对细小的BPF亦能很好地显示（见图5）， 此外笔者采用同时观察肺动脉、降主动脉密度变化手动触发的方法，既保证了支气管显示所要的密度，又降低了肺动脉的密度，良好的支气管动脉-肺动脉密度差是实现BPF CT检出的基础[13]，肺动脉密度的降低有利于支气管动脉的显示，尤其是左侧支气管动脉，它们的解剖位置较为接近。

图4 HCR提高支气管与周围软组织的对比度

图5 HCR显示细小BPF

HCR可提升支气管与周围软组织的对比度，HCR组在支气管动脉气管分叉处的CT值高于MCR组，分析其原因，应该与MCR图像由于多心动周期一致性欠佳而引起的模糊区存在有关。2组图像CNR无显著差异，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系统；其次本组HCR组相较于MCR组的图像背景噪声（气管分叉平面降主动脉CT值的SD）有所升高，而HCR组的SNR明显低于MCR组，图像客观质量有所下降，但HCR组对图像失真伪影的改善明显优于MCR组，权衡图像客观质量的轻微下降相较于图像失真伪影的改善可以忽略不计。

虽然采用前瞻性心电门控扫描可以有效降低扫描的辐射剂量[14]，但随着采集心动周期数的增加，该检查的辐射有效剂量也相应地增加。

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（本文编辑：丁敏娇）

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

浙江省自然科学基金资助项目（Y17H180046）；温州市科技局科研基金资助项目（Y20150376）。

王镇章（1981-），男，浙江温州人，主管技师。

陈伟建，教授，主任医师，硕士生导师，Email：wyyycwj@163．com。