FC56锐利算法重建技术对冠状动脉CT造影图像的优化作用

满意，郑葵葵，王镇章，李娜，陈伟建，曹国全

（温州医科大学附属第一医院 放射科，浙江 温州 325015）

随着多层螺旋CT技术的发展，冠状动脉CT造影（coronary CT angiography，CCTA）已经成为冠心病临床筛查的重要手段之一[1-2]。基于多中心的Meta分析结果提示，CCTA的敏感度和特异度均较高，其中CCTA阴性预测值可以达到97%～99%[3-6]。然而CCTA的阳性预测值较低，仅有68%～91%，因此CCTA对冠心病患者的冠状动脉狭窄程度评估准确性仍不 高[7]。TANAMI等[8]对冠状动脉支架尝试使用高清重建技术，通过CT体模研究发现与常规的CT重建技术比较，高清重建技术可以提高图像的空间分辨率，但是图像高清处理后，图像的噪声值会急剧增加，严重影响图像质量，对冠状动脉狭窄程度测量的准确度改善不明显。本研究尝试应用FC56锐利算法重建技术（filter convolution 56 reconstruction，FR）在图像噪声增加不显著的前提下提高图像的空间分辨率，为冠状动脉狭窄诊断提供更好的图像基础。

1 对象和方法

1.1 对象 回顾性搜集2017年11月1日至2018年3月1日在温州医科大学附属第一医院住院接受经皮冠状动脉介入术（invasive coronary artery angiography，ICA）并在术前3个月内进行过320排CCTA检查的冠心病患者。体模采用美国生产的Catphan 500体模。纳入患者的排除标准为：①有碘对比剂过敏史；②心、肝、肾功能不全，严重腋静脉栓塞 等；③心率不能控制在70次/min以下；④有冠状动脉支架置入史或者冠状动脉搭桥史的患者。本研究通过了本院伦理委员会的伦理审查，所有入组患者均已签署知情同意书。

1.2 CT检查方法

1.2.1 扫描方法：体模及CCTA检查采用相同设备及扫描参数。设备为东芝Aquilion one 320排螺旋CT扫描仪。扫描参数：100 kV，125 mA，矩阵512× 512，FOV 35 cm；CCTA运用16 cm容积扫描联合前瞻性心电门控技术，Sure Start触发技术，自动触发扫描。注射对比剂采用双筒高压注射器（Stellant， 美国Medrad公司）经右侧肘正中静脉以6.0 mL/s流率注入碘海醇（含碘350 mgI/mL）60 mL和0.9%氯化钠溶液40 mL。

1.2.2 原始数据重建：CCTA容积数据利用Cardio image Xact软件重建左冠或者右冠起始部层面的所扫描心动周期的动态变化图像，从中选择显示最佳的时相再重建完整图像；若效果不理想，再选择原始数据进行再次重建。体模和CCTA的容积数据均分别采用FR、常规重建技术（routine recstruction，RR）联合三维自适应迭代算法（adaptive iterative dose reduction 3D，AIDR 3D）重建出FR图像和RR图像。RR与FR图像均设定层厚0.5 mm，层间距0.5 mm。

1.2.3 CCTA图像后处理：将所得CCTA的FR及RR图像上传至VitreaCore工作站，行容积再现和图像融合、横断面、多平面重组、曲面重建和最大密度投影等多方法图像后处理重建，多方位显示、观察及测量冠状动脉。

1.3 ICA检查 经股动脉或桡动脉穿刺途径，行左冠及右冠常规体位造影。左冠状动脉造影通常选取蜘蛛位、左肩位、右肩位及肝位4个投照体位。右冠状动脉造影采用左前斜位、右前斜位及头位3个投照体位，必要时可加做1～2个体位以充分暴露冠状动脉。

1.4 图像评价 体模数据直接在图像上读取线对数。FR及RR图像各由2名高年资主治及以上职称医师进行后处理重建，根据美国心血管协会冠状动脉15段分段方法[9]，将所有患者的冠状动脉进行分段，并测量每一节段冠状动脉的管径及狭窄程度，有分歧时由两人商议后判定。冠状动脉狭窄评价采用国际心血管CT协会的指导标准采用6分制半定量评价：0分为正常，狭窄率25%以下为1分，狭窄率25%～50%为2分，狭窄率50%～75%为3分，狭窄率75%～99%为4分，闭塞计为5分。ICA结果由2位心内科医师目测血管狭窄程度。评价FR图像、RR图像及ICA医师事先相互均不知结果。

1.5 统计学处理方法 采用SPSS19.0软件进行统计学分析。计量资料采用±s形式表示，计数资料采用频数表示。对FR图像、RR图像与ICA的冠状动脉狭窄评分进行Wilcoxon符号检验，并做一致性分析，计算Kappa值（Kappa≥0.8为两者几乎一致，0.8＞Kappa≥0.6为两者一致性较高，0.6＞Kappa≥0.4为两者一致性一般，0.4＞Kappa≥0.2为两者一致性较差）。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 体模扫描结果 FR图像的空间分辨率达到 9l p/cm，RR图像的空间分辨率为7l p/cm（见图1）。

2.2 入组患者基本情况 本研究共纳入患者55例，其中，男38例，女18例，年龄44～77岁。依据15段分段法将冠状动脉进行分段，排除不存在及无法分析的节段，共709段冠状动脉纳入研究。

A：FR；B：RR

2.3 入组冠状动脉节段的分析 所有709段冠状动脉节段，对照ICA结果，RR图像上检测冠状动脉狭窄的敏感度为94.7%，特异度为97.5%，阳性预测值为91.2%，阴性预测值为98.5%；FR图像上检测冠状动脉狭窄的敏感度为94.9%，特异度为98.9%，阳性预测值为96.1%，阴性预测值为98.6%。以ICA为标准，筛选狭窄冠状动脉片段共159段，并对比其在ICA、RR图像、FR图像上的狭窄评分（见表1）。159段狭窄冠状动脉片段，RR图像与ICA上的冠状动脉狭窄评分进行比较，差异有统计学意义（P=0.041）；对两者进行一致性分析，Kappa=0.324，提示一致性较差；FR图像与ICA上的冠状动脉狭窄评分差异无统计学意义（P=0.532）；对两者进行一致性分析，Kappa= 0.828，提示2种方法基本一致；FR与RR图像的冠状动脉狭窄评分进行比较，结果提示2种方法差异有统计学意义（P=0.008）。对于ICA结果提示3分以上的狭窄片段，RR图像与ICA上的冠状动脉狭窄评分Kappa=0.240，说明一致性较差；FR图像与ICA上的冠状动脉狭窄评分进行比较，Kappa=0.849，提示2种方法基本一致。

159段狭窄片段按照血管管径，分为管径≥ 1.5 mm组及管径＜1.5 mm组，其中管径≥1.5 mm组111段，管径＜1.5 mm组48段。管径≥1.5 mm组冠状动脉狭窄评分在FR图像与RR图像上差异有统计学意义（P=0.031），但在FR图像及ICA上差异无统计学意义（P=0.623），Kappa=0.842。冠状动脉狭窄评分在RR图像及ICA上差异无统计学意义（P=0.041），Kappa=0.330。管径＜1.5 mm组狭窄冠状动脉，冠状动脉狭窄评分在FR图像与RR图像上差异无统计学意义（P=0.121），在RR图像上与ICA的差异无统计学意义（P=0.300），在FR与ICA不存在统计学差异（P=0.719）。FR图像上与ICA的冠状动脉狭窄评分的Kappa=0.786，RR图像上与ICA的冠状动脉狭窄评分的Kappa=0.297。见图2-3。

表1 不同冠状动脉狭窄评分下RR、FR、ICA下的狭窄片段数

3 讨论

CCTA目前已经广泛被使用于临床作为冠心病患者的筛查手段之一，以ICA作为金标准，CCTA对于冠状动脉狭窄的筛查可靠性较高[10]。本实验亦证实这一点，FR和RR图像检测冠状动脉狭窄与否的特异性和敏感性均高。但有研究[11-12]认为CCTA的诊断在冠状动脉狭窄程度达50%及以上时，CCTA的诊断准确率降低。导致这一现象的主要原因在于目前CT图像的空间分辨率不足。

空间分辨率又称高对比度分辨率，是指在高对比度（密度分辨率大于10%）的情况下鉴别细微的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力[13]。图像的极限空间分辨率是探测器宽度决定的，但是因为焦点尺寸带来的图像不清晰度以及由重建算法和探测器带来的图像噪声等不利因素的共同影响下，CT 图像很难达到极限空间分辨率[14]。本研究通过调节重建算法的滤过函数，将常规冠状动脉扫描所采用的FC08调整为FC56，结合AIDR 3D标准重建模式降低图像噪声，依据体模实验结果，FR图像的空间分辨率比RR图像的空间分辨率明显提高。

图2 冠心病患者左前降支近、中段的狭窄片段

图3 冠心病患者右侧冠状动脉近段狭窄片段

本研究将FC56重建算法运用于CCTA，对比普通的高清算法，该算法对噪声值的提高并不显著，并且本实验采用AIDR 3D技术进行噪声抑制，因此，提高的噪声并不会对冠状动脉的评价造成明显的干扰。对比常规重建技术，最后结果显示FR图像与RR图像上的冠状动脉狭窄评分有着统计学差异，且FR图像上的冠状动脉狭窄评分与ICA结果有更高的一致性，这说明FR图像对冠状动脉管腔和板块的显示更为清晰和精确。并且对于临床上更需要治疗的3分以上狭窄程度和管径相对粗大的冠状动脉，FR图像的显示较RR图像亦更具优势，而对于1.5 mm以下的冠状动脉节段，FR图像与ICA的冠状动脉评分一致性虽然有所减低，但较RR图像仍有明显提高。由本实验结果可见，无论冠状动脉狭窄程度或管径，采用FC56滤过函数重建图像，可以提高CCTA上冠状动脉狭窄评分的准确性，与ICA结果更为接近。FR算法的使用，虽然提高了图像噪声，但会大大减少局部容积平均效应的影响。为获得平滑的图像，RR图像上存有局部容积平均效应，即指CT值相差比较大的两种相邻的物质，会出现一种射线的按比例衰减，因此边缘会出现两种物质CT值平均并出现图像模糊的现象[15]。在CCTA图像中，冠状动脉斑块的密度相比冠状动脉血管内的对比剂的密度差值较大，局部容积平均效应使得冠状动脉斑块与管腔的边界显示不清，即导致空间分辨率不足，减低冠状动脉狭窄程度评价的精确度，尤其是对3分以上狭窄或本身管径较小的狭窄冠状动脉。FR重建算法虽然使得图像的信噪比有所减低，但由于CCTA检查中冠状动脉管腔中对比剂密度和管壁或斑块的密度差异甚大，噪声的干扰影响相对轻微，而图像的空间分辨率提高的优势远超过轻度的信噪比减低的影响，更为清晰地显示斑块的形态和边界，提高冠状动脉狭窄程度评价的精确性。

本研究中的部分病例，在ICA上提示为狭窄程度为4分的片段，在RR图像上看不到管腔内造影剂的显示，因此误诊为闭塞，但是FR图像上可以清晰地看到管腔内少量造影剂的通过。如图2所示病例，在LAD中段位置，RR图像上显示为该片段造影剂缺失，诊断为闭塞，但是FR图像可以清晰显示残余管腔，因此诊断为次全闭塞。FR图像可以有效地将次全闭塞和闭塞的冠状动脉病变片段准确地区分出来，极大地提高了对于极重度狭窄的冠状动脉片段的诊断准确率。

本研究存在的不足：首先，本实验为单中心实验，病例数量不大，实验纳入对象人群比较局限，必要时需要联合多中心进行实验以证实这一技术是否可行；其次，本实验基于320排东芝CT系统，尚不知其他CT系统是否可以用FR技术进行改良；再次，本实验中，我们采用了AIDR 3D技术来抑制图像的噪声，在评价CT值差距较大的物质时，几乎不会对诊断造成影响，但是会干扰对密度接近的物质的评价，因此，FR技术目前无法应用于对其他系统的检查。

综上所述，FR重建技术优化了CCTA的图像质量，提高空间分辨率，有效改善了对于冠状动脉狭窄程度的诊断，为未来量化分析冠状动脉情况奠定了基础。