多层螺旋CT联合多模型迭代重建算法用于高体质量指数患者冠状动脉成像

张楚珍，姜慧杰，赵成磊，刘新顶，代艳美，孙 冉

(哈尔滨医科大学附属第二医院影像科，黑龙江 哈尔滨 150086)

冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)是导致人类死亡最主要的疾病之一[1]。冠状动脉CT成像(coronary artery CT angiography, CCTA)现已广泛用于诊断冠心病[2]，其高辐射剂量暴露和碘对比剂带来的对比剂肾病(contrast-induced nephropathy, CIN)问题亦已成为关注焦点。降低管电压能明显降低辐射剂量，但对高体质量指数(body mass index, BMI)患者常需增加管电压和管电流，方能获得满意的图像质量；而低管电压增加图像噪声，使图像质量明显下降[3]。多模型迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction Veo, ASIR-V)[4]重建速度快且降噪能力强[5]，根据BMI及体质量选择对比剂用量及流率，可减少对比剂用量及CIN发生率。目前CCTA多以BMI≤25 kg/m2者为样本进行多层螺旋CT(multi-slice spiral CT, MSCT)联合ASIR-V研究以降低辐射及对比剂剂量，对高BMI者鲜有报道。本研究探讨MSCT联合ASIR-V对高BMI患者行CCTA的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年10月—2020年1月60例于哈尔滨医科大学附属第二医院临床诊断或疑诊冠心病的高BMI患者，男20例，女40例，年龄26～75岁，平均(54.4±10.9)岁；BMI 26～30 kg/m2。排除标准：妊娠及哺乳期；碘对比剂过敏，低血压(收缩压≤90 mmHg)，肝肾功能不全，严重心律不齐，冠状动脉搭桥术后及无法配合CCTA扫描。将患者随机分为2组：研究组(n=30)BMI 26～30 kg/m2，体质量62.5～105.0 kg，心率56～97次/分；其中8例体质量<70 kg，16例70～90 kg，6例>90 kg；对照组(n=30)BMI 26～30 kg/m2，体质量67.0～110.0 kg，心率53～98次/分。本研究经院医学伦理委员会批准(批准号：KY2019-163)，检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用256层GE Revolution CT机，前瞻性心电门控扫描，于单个心动周期内完成数据采集。嘱患者仰卧，经肘正中静脉注射非离子型对比剂(370 mgI/ml)后进行扫描。研究组：管电压100 kVp，采用自动管电流调制技术，根据BMI及体质量(0.8 ml/kg体质量)确定对比剂用量，对体质量<70 kg者流率4～5 ml/s，70～90 kg者流率5 ml/s，>90 kg者流率5～6 ml/s。对照组：管电压120 kVp，采用自动管电流调制技术，对比剂70 ml，流率5 ml/s。于降主动脉根部层面选择ROI，监测CT值，以智能心电门控自动选择曝光时相。采用快照冻结(snapshot freeze, SSF)重组技术行冠状动脉运动校正。扫描结束后对原始数据采用ASIR-V重建，权重分别为20%、40%、60%及80%。记录CT容积剂量指数(volume CT dosimetry index, CTDIvol)、剂量长度乘积(dose-length product, DLP)及辐射有效剂量(effective dose, ED)。

1.3 图像质量评价

1.3.1 客观评价 分别于主动脉(aorta, AO)根部、左冠状动脉主干(left main coronary artery, LM)、左前降支(left anterior descending branch, LAD)近段、左旋支(left circumflex, LCX)近段、右冠状动脉(right coronary artery, RCA)近段及相邻心外膜脂肪放置ROI，使腔内ROI约占管腔横截面积的75%，避开斑块和血管壁，测量其CT值和CT值标准差(standard deviation, SD)。以脂肪SD值为背景噪声值，计算血管的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio， CNR)。

1.3.2 主观评价 由2名具有5年以上心血管影像学诊断经验的主治医师采用双盲法评估图像质量，意见不一时经讨论决定。将冠状动脉分为18个节段[6]，管腔直径≥1.5 mm的节段纳入分析，支架所在节段及闭塞血管远段不计入分析，采用李克特量表(Likert scale)图像质量评分法制定分级标准：1级，血管边界清晰且强化明显，无血管中断及阶梯样伪影；2级，血管边界略模糊但强化良好，有轻度伪影；3级，血管强化欠佳但可用于诊断，有中度伪影；4级，血管显示不清，有中断/严重阶梯伪影，不可用于诊断；对应评分为1～4分，≤3分为满足诊断要求。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，以中位数(上下四分位数)表示不符合者。计数资料采用χ2检验。以独立样本t检验比较组间相同权重ASIR-V重建图像客观评价指标的差异，以单因素方差分析比较组内不同权重ASIR-V重建图像客观评价指标的差异，两两比较采用Tukey检验。以Mann-WhitneyU检验比较组间相同权重ASIR-V重建图像各血管节段主观质量评分差异，采用Kruscal-Wallis检验比较组内不同权重图像主观质量评分差异，两两比较采用Nemenyi法。以Kappa检验评价2名医师评估图像主观质量的一致性，Kappa>0.80为一致性优。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组间临床资料及ED比较 组间年龄、性别、体质量、BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)。研究组ED及对比剂剂量较对照组分别降低41.50%和11.66%(P均<0.05)，见表1。

2.2 客观图像质量分析 相同权重ASIR-V重建图像中，研究组各血管节段CT值均高于对照组(t=5.11～6.86，P均<0.05)，而SNR及CNR与对照组差异均无统计学意义(P均>0.05)。随ASIR-V权重增加，组内各血管节段CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)，SNR及CNR逐渐增加(P均<0.05)。见表2。

2.3 主观图像质量 共617个冠状动脉节段纳入分析，研究组309节段、对照组308节段，主观评分≤3分者分别占93.20%(288/309)及95.77%(295/308)。2名医师对2组内不同权重ASIR-V重建图像主观评分的一致性佳(Kappa=0.87～0.94，P均<0.05)。2组相同权重ASIR-V重建图像间主观评分差异无统计学意义(P均>0.05)。2组内不同权重ASIR-V图像主观评分差异均有统计学意义(P均<0.01)。两两比较，研究组及对照组内ASIR-V 20%图像主观评价与ASIR-V 80%差异无统计学意义(P>0.05)，其他不同权重ASIR-V图像主观评分差异均有统计学意义(P均<0.05)，以ASIR-V 60%图像主观评分最高，见表3及图1、2。

表1 60例接受CCTA的高BMI患者一般资料、ED及对比剂剂量比较

表2 60例接受CCTA的高BMI患者不同权重ASIR-V重建图像中各血管节段CT值、SNR及CNR比较

续表

表3 60例接受CCTA的高BMI患者不同权重ASIR-V图像主观评分比较[中位数(上下四分位数)]

图1 研究组患者，女，59岁，冠心病，BMI 27.6 kg/m2，LAD近段图像 A.ASIR-V 20%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为401.30 HU、14.43和18.94； B.ASIR-V 40%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为404.70 HU、17.83和23.39； C.ASIR-V 60%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为406.10 HU、24.17和31.76； D.ASIR-V 80%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为408.50 HU、26.51和35.01

图2 对照组患者，男，63岁，冠心病，BMI 28 kg/m2，RCA近段图像 A.ASIR-V 20%图像，血管CT值、SN和CNR分别为383.70 HU、15.74和20.11； B.ASIR-V 40%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为385.80 HU、19.40和24.8； C.ASIR-V 60%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为391.20 HU、20.69和26.68； D.ASIR-V 80%图像，血管CT值、SNR和CNR分别为392.30 HU、26.33和33.80

3 讨论

管电压改变时，物质X线衰减系数发生改变，导致CT值改变；降低管电压后，高密度物质如含碘血管等CT值升高，结合ASIR-V能补偿低电压引起的噪声增高，为降低对比剂剂量提供前提条件[7]。晏子旭等[8]对2组BMI正常患者分别采用100 kVp和120 kVp进行CCTA，发现图像质量差异无统计学意义。本研究中，研究组血管CT值较对照组增高，与ARAKI等[9]的结果相符，提示在增强CT检查中减少对比剂用量与降低管电压，可获得相同成像效果；随ASIR-V权重增加，图像的SNR及CNR增加，图像主观评价亦升高，其中ASIR-V 80%图像客观质量最高，而ASIR-V 60%图像主观评价最高。较高权重ASIR-V可改善空间分辨率，减少条纹伪影和噪声，使图像质量更佳[10]；但ASIR-V 100%重建图像可能存在蜡状伪影[11]，降低主观质量评分，故未分滤波反投影法(filtered back projection, FBP)重建(即ASIR-V 0%)及ASIR-V 100%重建图像。

CCTA中，高BMI者ED更大，其皮下增厚的软组织会引起更多光子衰减，增加图像噪声[12]。辐射剂量与管电压的2～5次方成正比[13]，故本研究将管电压从常规的120 kVp降低为100 kVp，以降低辐射剂量；同时，为克服增加的噪声和伪影，将ASIR-V用于CCTA。ASIR算法利用简化校正模型最大程度消除噪声，并保持图像的真实信息，重建速度比传统迭代算法更快；基于模型的迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)算法同时建立系统统计模型和光学模型，可比ASIR显著减少硬化伪影[14]，但计算量过大、成本高昂，且重建时间过长。ASIR-V将物体模型、物理模型和系统噪声模型三者结合，同时去除光学模型[15]，通过改变权重比例达到不同程度的降噪效果,具备与ASIR相似重建速度，图像质量与MBIR相似[16]。本研究以MSCT联合ASIR-V，采用相对较低的100 kVp管电压对BMI 26～30 kg/m2者行CCTA，发现与对照组相比，研究组可在获得良好图像质量的同时使ED降低 41.5%。

“充分水合”是目前最有效的非药物防治CIN措施，且应结合患者病史及现状尽可能降低碘对比剂用量。本研究中对研究组患者根据BMI及体质量选择碘对比剂剂量及流率，明显降低了注射剂量及发生CIN的风险。

本研究的主要局限性：①样本量较少，且未纳入BMI>30 kg/m2者；②未分析胸壁软组织厚度对CCTA质量的影响；③未评估具体冠状动脉斑块、冠状动脉支架管腔内通畅与否等，且未与冠状动脉造影(金标准)进行对照。

总之， MSCT联合ASIR-V在管电压100 kVp下对高BMI者行CCTA，可在显著降低辐射剂量及对比剂用量的同时获得满意的图像质量。