256排CT管电压及重建方式对小内径冠状动脉支架模型显示的影响

杨蕾，徐怡*，祝因苏，王玲玲，唐立钧，施海彬

1.南京医科大学第一附属医院影像科，江苏南京 210029；2.通用电气医疗，上海 201203；

经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）是目前治疗冠心病的重要方法[1]。支架内再狭窄（in-stent restenosis，ISR）是PCI术后的一个主要并发症，发生率为15%～35%[2]。冠状动脉CT血管成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）是一种无创、安全的检查方法。Meta分析显示，与冠状动脉造影相比，CCTA评估冠状动脉ISR的灵敏度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为91%、91%、68%及98%，表明其诊断ISR的可靠性[3]。

2010年美国CCTA专家共识指出，内径3.5 mm以上的支架可通过64排CT被完全评估；80%的3 mm支架及33%的小于3 mm支架可被评估，即大部分内径小于3 mm的支架难以通过CT评估[4]。Cassese等[5]报道，小内径支架置入术后可能更易发生ISR。因而，显示小内径冠状动脉支架具有重要的临床意义。CT技术的发展、空间分辨率的不断提高以及迭代算法的更新更有利于支架腔内的显示[6]。但对于小内径支架（3 mm及以下）腔内显示的可行性及图像质量影响因素研究较少。本研究分析256排CT不同管电压及重建方式对体外小内径冠状动脉支架模型的显示效果。

1 材料与方法

1.1 支架的选取及模体制作 选取2枚内径分别为2.5 mm和3 mm的冠状动脉支架，详细信息见表1。各支架成功打开并放于同轴由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS树脂）制成的模拟血管内，支架内放置同轴狭窄率为70%（直径法）的ABS树脂材料管模拟ISR。管内注入盐溶液稀释的对比剂（欧乃派克350 mgI/ml）。在120 kVp管电压下，其平均CT值约为 400 HU。材料管两端密封，将其置于正方体玻璃容器中固定，模拟人体胸部，所有支架均沿扫描仪z轴方向，容器内填充满水（图1）。

表1 支架一般情况

图1 体外冠状动脉支架放置模型（A）及所选小内径支架，3号为2.5 mm、6号为3 mm（箭，B）

1.2 仪器与方法 使用 GE 256排 CT（Revolution CT），扫描参数：心脏扫描模式（心电监控模拟心率70次/min），准直器宽度160 mm，机架转速0.28 s。开启高清扫描模式，基于多模型的自适应统计迭代重建算法（adaptive statistical iterative reconstruction，ASiR-V）设为60%，噪声指数（noise index，NI）为35 HU，管电压分别设为70、80、100、120 kVp进行多次扫描（每种管电压条件下重复扫描5次），管电流自动调节，所得图像分别采用高清标准重建算法（HD standard）及高清细节重建算法（HD detail）进行重建，重建层厚0.625 mm，层间距0.625 mm。将所有CT数据传输至工作站进行多平面重组，固定窗宽1200 HU，窗位650 HU[7]。

1.3 图像质量分析 分别从主观评分和客观测量两方面对图像质量进行分析，比较各组图像在支架显示方面的差异。

1.3.1 主观评价 由 2名具有 5年以上 CCTA诊断经验的影像科副主任医师在不知支架内径、管电压及重建方式的条件下对图像质量进行双盲评分。主观评分存在差异时，经协商后得出一致结论。采用Likert五分制法：1分表示图像质量非常差，管腔内部情况基本不可见，支架结构模糊不清；2分表示图像质量差，尽管能看到管腔但清晰度很低，支架结构模糊不清，不能够诊断；3分表示图像质量一般，可观察到管腔内部，但管壁显示欠清，诊断困难；4分表示图像质量好，管壁结构基本可见，有少许伪影，诊断信心大；5分表示图像质量优秀，腔内显示清楚，边界清晰，支架细小、结构锐利分辨清楚，完全满足诊断要求[8]。

1.3.2 客观评价 评价指标包括支架内造影剂密度CT值、支架内噪声值、信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR）[9-10]。由1名影像科副主任医师在未知支架内径、管电压及重建方式的前提下进行测量。感兴趣区（ROI）置于支架内腔的中心，约占管腔截面积的75%以上，同时避开支架管壁，分别测量支架上、中、下3处CT值，取其平均值。图像噪声定义为组织背景即水的CT值标准差，ROI大小为3 cm2，测量模型右上角、左上角及右下角3处水的CT值及标准差，取平均值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 23.0软件。计量资料以±s表示，两样本计量资料采用独立样本t检验，多样本计量资料采用ANOVA分析。两样本等级资料采用 Mann-WhitneyU检验，多样本等级资料采用Kruskal-WallisH检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同管电压对支架显示的影响

2.1.1 主观评价 HD detail重建算法下，2.5 mm内径支架主观评分80 kVp组最高（总分23分），与100 kVp组间差异无统计学意义（P＞0.05），但显著高于70 kVp组及120 kVp组，差异有统计学意义（P＜0.05）；3 mm内径支架主观评分80 kVp组最高（总分25分），与70kVp和100 kVp比较，差异无统计学意义（P＞0.05），但显著高于120 kVp组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见图2。

图2 不同管电压条件下各支架图像比较，重建方式均为HD detail。A～D：均为2.5 mm内径支架，管电压分别为70、80、100、120 kVp；E～H：均为3 mm内径支架，管电压分别为70、80、100、120 kVp

HD standard重建算法下，2.5 mm内径支架主观评分80 kVp组最高，与100 kVp组比较，差异无统计学意义（P＞0.05），但显著高于70 kVp组及120 kVp组，差异有统计学意义（P＜0.05）；3 mm内径支架主观评分80 kVp组最高，与70、100、120 kVp组比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。

2.1.2 客观评价 HD detail重建算法下，随着管电压的升高，2.5 mm及3 mm内径支架管腔内造影剂CT值、SNR及CNR逐渐降低，各组间差异有统计学意义（P＜0.05）；100 kVp组图像噪声显著低于其他3组，差异有统计学意义（P＜0.05），见图 3。HD standard重建算法与HD detail算法结果一致。

图3 不同管电压条件下小内径冠状动脉支架图像客观评价指标比较，重建算法均为HD detail；A～C分别为不同管电压条件下2.5 mm及3 mm内径冠状动脉支架模型管腔内CT值、SNR、CNR比较，2.5 mm及3 mm内径支架管腔内造影剂CT值、SNR及CNR各组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；D为不同管电压条件下图像噪声比较，70 kVp组与80 kVp组间、100 kVp组与120 kVp组间噪声无显著差异，其余各组间差异均有统计学意义（*P＜0.05）

不同管电压比较结果一致显示，80 kVp对2.5 mm和3 mm内径支架的显示主观评分最高，且客观指标较优。故以80 kVp为对象，进一步比较不同重建方法对支架显示效果的影响。

2.2 不同重建方法对支架显示的影响

2.2.1 主观评价 HD detail重建组主观评分（总分23分）高于HD standard组（总分19分），2.5 mm内径支架两种重建方式间主观评分差异无统计学意义（P＞0.05），3 mm内径支架HD detail重建方式（总分25分）主观评分显著高于HD standard（总分21分），差异有统计学意义（P＜0.05）。见图4、5。

图4 管电压80 kVp条件下，不同重建方式各支架图像比较，HD detail主观评分高于 HD standard。A、B分别为采用HD standard和HD detail重建2.5 mm内径支架图像；C、D分别为采用HD standard和HD detail重建3 mm内径冠状动脉支架

图5 Metlab比较不同重建算法冠状动脉支架图像CT值。A.以80 kVp、HD detail条件下2.5 mm内径冠状动脉支架图像为例，水平经支架划线（A中横线所示）作为测量区；曲线代表 A中红线所经过区域 CT密度值的变化情况，虚线代表 HD standard算法的图像，实线代表HD detail算法的图像；B. 2.5 mm内径支架不同重建算法图像；C. 3 mm内径支架不同重建算法图像；均为HD detail重建算法峰度高于HD standard

2.2.2 客观评价 HD standard与 HD detail两组管腔内造影剂密度、图像噪声、SNR及CNR比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表 2。

表2 两种重建方式图像质量客观评分（ ±s）

表2 两种重建方式图像质量客观评分（ ±s）

注：SNR：信噪比；CNR：对比噪声比

项目内径（mm）HD standard HD detail F值P值管腔内造影剂密（HU）2.5 717.87±17.97 682.47±54.26 2.628＞0.05 3 652.00±100.41 717.73±70.29 0.729＞0.05 SNR 2.5 14.27±1.74 13.60±0.89 1.134＞0.05 3 18.34±3.88 14.27±1.74 3.219＞0.05 CNR 2.5 14.17±1.73 13.51±0.89 1.084＞0.05 3 18.23±3.87 14.17±1.73 3.210＞0.05噪声（HU）35.87±2.09 50.13±1.26 0.396＞0.05

3 讨论

CCTA是评估支架内再狭窄的重要方法，其对冠状动脉支架内再狭窄（in-stent restenosis，ISR）的诊断敏感性和特异性较高，但仍有约10%的管腔无法评估[3]，主要影响原因为金属支架壁所产生的开花样伪影、硬化线束伪影以及部分容积效应[4]。支架固有管径是影响其观察最主要的原因之一。支架内径越小，支架内再狭窄诊断准确率越低。Zhang等[11]运用64排CT研究发现，对于内径≥3 mm的冠状动脉支架诊断准确率高达94.4%～96.0%；而对于内径＜3 mm的支架诊断准确率仅为33.3%～70.0%。

256排CT高清扫描模式采用X线球管的动态变焦技术提高图像采样频率[约为普通扫描模式的3倍，最大采样率可达8914次/s（0.28 s转速下）]，因此可大幅提高空间分辨率，减小硬化线束伪影及部分容积效应。Tanami等[12]研究发现，高清扫描模式比非高清扫描模式的支架内径显示率提高约13.3%～14.7%。张文佳[13]研究发现，高清扫描模式支架内径显示率提高约32%，证实了高清扫描模式的先进性。但研究多限于内径≥3 mm的冠状动脉支架。本研究采用高清扫描模式对小内径支架的最佳显示条件进行研究，发现80 kVp联合HD detail重建方式对于小内径体外冠状动脉支架均可得到良好的显示。

低管电压扫描会使冠状动脉内CT值明显增加，增加血管腔与周围组织的对比度，有利于 ISR的诊断[14]。但低管电压会同时增加图像噪声及金属的硬化线束伪影，使图像质量下降。Zhao等[15]及Oda等[16]研究证实使用迭代重建算法结合低管电压等技术显示冠状动脉支架的可行性。本研究尝试使用 ASiR-V迭代算法及高清扫描模式减少低管电压所引起的高噪声及硬化线束伪影，结果显示对于2.5 mm及3 mm内径支架，均为低管电压80 kVp组主观评分最好，在最低管电压70 kVp条件下，3 mm内径冠状动脉支架仍能得到较好的显示；但2.5 mm内径支架由于腔内密度过高而难以较好地显示。

HD standard及HD detail重建方式是Revolution CT特有的重建方式。通过整合高清扫描模式下3倍采样率获得的数据，HD detail重建模式可有效减少混叠伪影，提高视野边缘图像显示的准确性以及抑制高密度组织周围的条状伪影。尽管 HD detail较 HD standard增加了图像噪声，但同时增加了支架管壁的锐利度，更有利于冠状动脉支架的腔内显示。本研究表明，对于2.5 mm及3 mm内径冠状动脉支架HD detail重建方式的主观图像质量均高于HD standard。结合Metlab结果图，对于2.5 mm及3 mm内径冠状动脉支架HD detail重建算法峰度均高于HD standard，表明HD detail重建算法管壁及管腔CT值差异较大，管壁及管腔图像对比度更高。

本研究中2.5 mm及3 mm内径支架在80 kVp条件下腔内 CT值分别为（682.47±54.26）HU 及（713.73±70.29）HU，高于CCTA的最佳CT值[17]，其可能原因为本研究预先在造影剂中注入盐溶液进行稀释，使其在120 kVp管电压下的平均CT值约为400 HU，再将稀释后的造影剂注入支架，此时在120 kVp条件下支架内造影剂密度约为370 HU。以120 kVp为起始值，降低管电压，管腔内CT值也随之升高。因此在本研究中，低管电压条件下得到的CT值偏高。此外，支架内径较小，腔内造影剂密度测量时周边高密度支架影造成的部分容积效应亦增加了腔内的CT值。

本研究的局限性：①采用离体冠状动脉支架模型，与真实的冠状动脉环境仍存在差异；②未研究不同支架材质及不同支架壁厚度对图像质量的影响；③未研究重叠重建对支架显示的影响。

总之，256排CT在高清扫描模式下选用80 kVp管电压联合HD detail重建算法最有利于体外小内径冠状动脉支架的显示。

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