容积CT数字减影血管造影与人工智能技术对头颈CTA减影效果的比较

重庆医科大学附属第一医院 放射科，重庆 400016

引言

头颈CT血管成像技术（CT Angiography，CTA）常用的主要有容积CT数字减影血管造影技术（Volume Computed Tomographic Digital Subtraction Angiography，VCTDSA）[1-2]和匹配蒙片去骨技术（Matched Mask Bone Elimination，MMBE）[3-4]。姜雪等[5-7]的前期研究通过对两种血管成像技术的对比，得出了图像质量的显示上VCTDSA法更好，且VCTDSA法在颅内动脉瘤以及动静脉畸形上的显示优于MMBE法的结论。故实际临床工作中，常用的技术是VCTDSA法。然而当今人工智能技术（Artificial Intelligence Technology，AI）已经应用于医学影像的各个方面[8-12]。众所周知AI的一大优势就是方便快捷，能够提高工作效率，但AI在头颈血管方面的显示，是否优于图像质量较好的VCTDSA法还有待研究。针对AI血管后处理的相关研究，国外少有涉及，仅Lang等[13]研究探讨了3D数字血管减影造影术（The Three-Dimensional Digital Subtraction Angiography，3D-DSA）和基于AI系统的3D血管造影术（Artificial Intelligence-Based 3D Angiography，3DA） 之 间 的对比，并肯定了3DA的价值，认为3DA能够可靠的显示脑血管并有减少患者辐射计量的可能，而国内则仅有冠脉CTA的相关研究[14-15]。故本研究拟对VCTDSA和AI两种技术进行对比，评价正常人头颈CTA减影的效果，以明确AI能否替代VCTDSA法而提高放射科后处理的工作效率。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾分析2018年1月至8月我院70名行头颈CTA检查的正常人的影像及临床资料。排除标准：① 严重颅内及头颈血管疾病：颅脑外伤、肿瘤、脑出血、血管闭塞等；② 明显的运动或金属伪影干扰。共纳入70例患者，平均年龄（61.14±12.80）岁；男性32例，平均年龄（59.72±12.69）岁；女性38例，平均年龄（62.34±12.93）岁。

1.2 仪器与方法

扫描方式：采用GE Discovery HD750 CT机，先小剂量团注测试，后按照头颈部VCTDSA的顺序扫描患者。参数：管电压平扫为100 kV、增强为120 kV；管电流为250～450 mA；层厚及层间距为5 mm；螺距为0.969；FOV为20～24 cm。原始图像重建层厚为0.625 mm。

对比剂使用情况：使用高压注射器经肘静脉先注射对比剂（优维显，370 mgI/mL），后跟注生理盐水。小剂量团注测试对比剂用量4.0 mL，生理盐水用量15.0 mL，速率为4.0 mL/s ；VCTDSA对比剂用量45.0～55.0 mL，生理盐水用量40.0 mL，速率同前[1]。

1.3 图像后处理

将VCTDSA图像分别导入AW4.6工作站（美国GE）和人工智能软件（中国 数坤）[16]，同一操作者对其进行减影后处理，并对减影后的图像进行评价。减影过程中计算两者对头颈CTA的减影时间。由于无论是VCTDSA还是AI，数据的重建均为后台处理，该过程均不会占用操作者的时间，所以不纳入后台重建时间，仅计算减影的时间。并记录两个后处理方法所需图像的患者辐射计量。

1.4 图像评价及指标

由2位有经验的放射科医师对AW4.6工作站和人工智能软件减影后的图像进行质量评价，意见不一致时协商决定。

通过VR和MIP图对头颈主要血管进行分段评价，分别为：① 动脉系统：颈总动脉、颈内动脉颅外段、颈内动脉颅内段、椎动脉颅外段、椎动脉颅内段、大脑前动脉、大脑中动脉、大脑后动脉；② 静脉系统：上矢状窦、横窦、乙状窦。

根据血管完整性、光滑程度以及残留杂质的情况对血管进行评分。评价标准：Ⅰ级：血管完整、光滑且无杂质；Ⅱ级：血管完整，较为光滑，或少量杂质干扰；Ⅲ级：血管完整但粗糙，或中量杂质干扰，尚能进行影像诊断；Ⅳ级：血管未显示、中断或大量杂质干扰，无法做出影像学诊断。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 两种方法减影时间的差异

VCTDSA法和AI技术所需时间差异有统计学意义（P＜0.001）（表 1）。

表1 VCTDSA和AI所需时间对比

2.2 两种方法患者辐射计量对比

VCTDSA需要平扫及增强扫描，患者的平均CTDI为（30.12±2.05）mGy；DLP 为（1147.04±105.75）mGy.cm ；AI仅需要动脉期扫描，患者的平均CTDI为（18.72±2.03）mGy；DLP为（713.30±91.02）mGy.cm。

2.3 两种方法减影效果的评价

AI在颈总动脉、颈内动脉颅内段以及椎动脉颅外段的显示上，优于VCTDSA法，差异均有统计学意义；而VCTDSA在上矢状窦、横窦以及乙状窦的显示上，优于AI，差异均有统计学意义（图1～2，表2）。

图1 VCTDSA和AI减影效果对比图-后位静脉图

由于患者平扫和增强扫描未保持完全一致，故VCTDSA减影用时34 min 24 s，且多数血管显示差，而AI减影仅需3.71 s，所示血管好。

VCTDSA减影用时301 s，且静脉系统显示良好，AI减影仅需2.55 s，但静脉系统完全无法显示。

表2 VCTDSA和AI减影效果对比[n(%)]

图2 VCTDSA和AI减影效果对比图-后位静脉图

3 讨论

3.1 两种技术所需时间及辐射计量对比

尽管AI目前未大量应用于头颈CTA后处理中，但本研究结果显示，AI既省时省力又降低了患者的辐射计量，使得该技术在临床工作中具有高度的可行性。VCTDSA法需要动脉期数据减去平扫期数据，从而得到仅剩对比剂充盈的血管图像，然后后处理人员在此基础上进行手动减影，去除血管以外残留的杂质以使图像达到诊断水平[5]。这需要患者两期扫描保持完全一致，若出现了些许运动，则会出现不匹配从而导致自动减影效果差的情况[17]，这就增加了后处理人员手动减影的难度以及时间。AI算法仅需要动脉期数据，对颅内主要大血管进行分割处理，从而只获得颅内主要大血管图像，而大量的算法运算时间都在后台进行，不耽误后处理人员的工作时间，这也是在时间消耗上AI优于VCTDSA法的根本原因。同样也因为AI较VCTDSA法而言所需数据少了一个平扫期，所以该技术大大降低了患者的辐射计量。

3.2 两种技术减影效果对比

AI在头颈CTA后处理中的减影图像效果是其能否运行于临床的重要条件，故本研究将其与减影效果较好的VCTDSA法做对比，则可得到更准确的数据。在颈总动脉、颈内动脉颅内段以及椎动脉颅外段的显示上，AI优于VCTDSA法（图1）。主要的原因有：① 其他结构的遮挡，比如未完全去除的甲状腺、海绵窦则可分别导致颈总动脉、颈内动脉颅内段显示欠佳；② 当血管CT值较高且离骨组织较近时，易被误认为是骨组织而分割失败[5]，出现血管壁毛糙或骨组织残留，比如颈内动脉颅内段近床突处、椎动脉颅外段近横突处。在上矢状窦、横窦以及乙状窦的显示上，VCTDSA法明显优于AI（图2）。由于AI算法的原因，目前的版本无法分割颅内大的静脉系统，故AI不利于部分患者病变的显示，比如颅内静脉血栓、靠近脑表面的动静脉畸形等。本研究和Lang等[13]的研究主要区别是：① 对比的技术不同。本研究主要对比的是VCTDSA法和AI在头颈血管减影的效果，后者则主要对比的是3D-DSA和3DA之间的对比；② 涉及对比的主要血管不同。他们只针对wilis环作对比，而本研究扩大了对比范围（增加了颈总动脉、颈内动脉颅外段以及椎动脉和颅内主要静脉）；③ 样本量的不同。本研究70例样本远远多于后者的15例样本。但总的来讲，两个研究的结果均证实了AI在颅内动脉系统有着极好的显示作用。

3.3 结论

本研究通过对比VCTDSA和AI两种技术在正常人头颈CTA减影中的时间、辐射计量以及图像质量等方面的研究，分析并总结得出：临床医生若对颅内动静脉均有需求，可选择动静脉均显示较好的VCTDSA法；若仅对颅内动脉有需求，AI可替代VCTDSA法。

本研究创新于探讨头颈CTA后处理常规VCTDSA技术和AI的对比，同样也发现了一些不足：① 本研究主要对比的是头颈主要动静脉的一二级分支，并未涉及到远段分支血管，如何使减影技术将远段血管显示清楚值得深入探讨研究；② 本研究并未探讨AI技术对于头颈血管性疾病（动脉瘤、动静脉畸形、肿瘤性病变的血供情况）的减影效果，而这也将是本团队下一步的研究方向。当前正是AI技术发展的黄金时代，不停学习完善的AI技术也将为临床应用的发展奠定基础。