混合迭代重建混合权重对心脏CT冠状动脉钙化积分影响

张卓璐， 刘卓， 洪楠

冠状动脉疾病(coronary artery disease，CAD)是临床常见疾病之一且患病率持续上升。早期发现和积极干预有助于控制疾病进展。基于心脏CT图像冠状动脉钙化积分(coronary artery calcium score，CACS) 是常用量化分析冠状动脉钙化程度指标，是冠状动脉疾病独立预测因素，对预测急性冠状动脉事件有明确价值，可作为急性冠状动脉事件危险程度分层依据。相关指南与专家共识中推荐在冠状动脉CT血管成像(coronary computedtomographyangiography，CCTA)前行钙化积分扫描并计算钙化积分[1-4]。

需要注意是钙化积分扫描曝光条件与图像重建参数对钙化积分计算结果有较大影响，包括管电压、管电流、图像层厚、显示视野、重建算法等[5-11]。本研究旨在评价自适应统计迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction veo,ASIR-V)混合权重对心脏CT冠状动脉钙化积分影响。

材料与方法

1.研究对象

回顾性分析2019年1月本院完成CCTA 检查100例，其中男59例，女41例，平均年龄60±10.6岁(37～84岁)。CCTA增强扫描前受检者常规接受心电门控钙化积分扫描。扫描时受检者平均心率73±11.4次/分(46～106次/分)。

2.扫描方案

扫描设备选择256排探测器CT(Revolution CT；GE Healthcare)。受试者取仰卧位，双手抱头。扫描范围由气管分叉下1 cm至心底。准直器最大宽度0.625 mm×256。机架旋转速度0.28 s/r。据Agatston积分方法要求钙化积分扫描管电压选择120 kVp。开启自动曝光控制功能，管电流10～650 mA。初始重建(primary reconstruction)层厚、间隔0.625 mm。混合迭代重建(ASIR-V)权重选择50%，并选择标准重建类型。预设噪声指数(noise index，NI)选择35 HU。检查前连接心电门控电极。心率<65次/分受检者曝光时间窗设在75% R-R间期。心率≥65次/分受检者曝光时间窗设在45% R-R间期。

3.二次重建

分别利用滤波反投影(filtered back projection，FBP)即ASIR-V0%、 ASIR-V20%、ASIR-V40%、ASIR-V60%、ASIR-V80%、ASIR-V100%对原始数据进行二次重建(secondary reconstruction)。二次重建层厚、间隔2.5 mm。显示视野(displayfieldofview，DFOV)25 cm。二次重建选择标准重建类型(卷积核)。

4.CT值测量和钙化积分以及危险分层

图像传输至后处理工作站(advantageworkstation，AW 4.7；GE Healthcare)，在升主动脉根部勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，记录CT值平均值、标准差。以标准差作为评价图像噪声水平指标。以钙化斑块为中心放置ROI,面积>斑块且不包括骨骼，该区域最大CT值记为钙化斑块最大CT值。利用钙化积分半自动测量软件(smartscore 4.0；GE Healthcare)计算Agatston积分、体积积分(mm3)及质量积分(mg)。据Agatston积分计算冠脉钙化危险分层，计算标准见表1[12]。

表1 冠状动脉钙化危险分层标准

5.辐射剂量

据剂量报告记录容积CT剂量指数(volume CT doseindex，CTDIvol)、剂量长度乘积(doselengthproduct，DLP)。计算有效剂量(effectivedose，ED)，ED=DLP×0.014。

6.统计方法

计量资料以平均值±标准差表示。正态分布数据采用单因素重复测量方差分析；非正态分布数据采用Friedman检验。P<0.05为具有统计学意义。使用SPSS 20.0统计软件进行统计学分析。

结 果

1.钙化积分

不同混合权重对钙化积分的影响如表2，图1、2。随ASIR-V权重增加Agatston积分、体积积分及质量积分均逐渐下降，差异具有统计学意义(P<0.05)。100位受检者中27人FBP所得Agatston积分为0。FBP所得积分为0，则其它算法所得积分均为0。

图1 男，84岁，右冠钙化斑块(箭)。a,b) FBP； c,d) ASIR-V20; e,f) ASIR-V40; g,h) ASIR-V60; 斑块最大CT值超过130HU，软件可识别(红色标记)；i、j) ASIR-V80; k,l) ASIR-V100。斑块最大CT值低于130HU，软件不识别。

2.升主动脉和钙化斑块CT值

不同混合权重所得图像升主动脉CT值平均值、标准差，钙化斑块(65枚)最大CT值测量结果如表2、图3。随ASIR-V权重增加升主动脉CT值标准差逐渐下降，差异有统计学意义(P<0.05)，说明图像噪声水平逐渐降低；升主动脉CT值平均值差异无统计学意义(P=0.631)。65枚斑块分别来自65位受检者，其中26枚最大CT值随混合权重增加而升高(图4)；27枚最大CT值随混合权重增加而降低；12枚最大CT值无明显变化(差异<2HU)。钙化斑块最大CT值差异无统计学意义(P=0.852)。

图2 ASIR-V混合权重对钙化积分影响。 图3 ASIR-V混合权重对升主动脉CT值(HU)影响。

图4 女，54岁，前降支钙化斑块。a) FBP； b) ASIR-V20; c) ASIR-V40; d) ASIR-V60; e) ASIR-V80; f) ASIR-V100。升主动脉CT值标准差逐渐降低，平均值无明显变化(ROI 1)，钙化斑块最大CT值逐渐升高(ROI 2)。

表2 不同ASIR-V混合权重图像CT值测量结果及钙化积分

3.危险分层

相较于FBP算法，ASIR-V算法导致Agatston钙化积分降低从而有可能导致危险分层降低。100位受检者中10人危险分层在不同重建算法间发生变化。其中8位受检者危险分层由低危险(Ⅰ级)降至极低危险(0级)；2位受检者由中度危险Ⅱ级降至低危险Ⅰ级(表3)。

表3 10位受检者危险分层在不同混合权重间发生变化

4.辐射剂量

容积CT剂量指数(CTDIvol)：(3.69±1.18)mGy(1.50～6.74mGy)；剂量长度乘积(DLP)：(52.37±16.82)mGy·cm(20.94～94.33mGy·cm)；有效剂量(ED)：(0.7±0.2)mSv(0.3～1.3mSv)。

讨 论

CAD是目前临床多发，致死率、致残率较高疾病之一。冠状动脉疾病防治主要目的是减少急性冠状动脉事件发生。据冠状动脉CT图像获得血管狭窄情况、斑块情况与未来急性冠状动脉事件之间关系始终受到临床关注[13，14]。危险程度分层目的是利用冠状动脉粥样硬化CT征象对患者进行危险程度评估，从而为冠心病临床诊治提供依据。钙化积分对预测急性冠状动脉事件具有较高价值。基于CT图像钙化积分方法包括Agatston积分、体积积分及质量积分等。大量研究证明利用Agatston积分对急性冠状动脉事件危险程度进行分层已被临床广泛认可。Greenland等发现15.4%钙化积分>300受检者7年内发生了急性冠状动脉事件。Petretta等[15-16]发现近50%钙化积分>400分受检者两年以后发生了急性冠状动脉事件，显著高于低钙化积分受检者。需要注意的是钙化积分会受到多种成像参数的影响包括曝光条件即管电压、管电流等，以及重建参数即重建层厚、显示视野、重建算法等。本研究旨在评价混合迭代重建算法(ASIR-V)混合权重对钙化积分及危险分层的影响。

目前，相较于传统滤波反投影(FBP)重建算法，迭代重建(iterative reconstruction,IR)算法应用更为广泛。迭代重建算法可显著降低图像噪声，提高密度分辨率、空间分辨率，从而改善图像质量并给辐射剂量降低提供空间。迭代重建算法包括混合(hybrid)迭代及完全(fully)迭代两种类型[17]，前者应用更为广泛。混合迭代重建算法所得图像由IR图像与FBP图像按一定比例混合而成。以ASIR-V为例ASIR-V20%表示图像由IR图像与FBP图像以2:8的比例混合而成；ASIR-V0%即FBP图像；ASIR-V100%即IR图像[18，19]。

本研究显示与FBP算法相比ASIR-V算法可明显降低图像噪声且随着混合权重的增加噪声水平逐渐降低。ASIR-V混合权重也影响钙化斑块最大CT值。同时，混合权重增加还会导致钙化积分降低甚至危险分层的降低。100位受检者中共有10人的危险分层随着ASIR-V混合权重升高而改变。其中8位受检者危险分层由低危险(Ⅰ级)降至极低危险(0级)；2位受检者由中度危险(Ⅱ级)降至低危险(Ⅰ级)。笔者认为本研究仅纳入100位受检者，若样本量扩大则极有可能出现危险分层由高危险(Ⅲ级)降至中度危险(Ⅱ级)的情况。危险分层改变会直接影响临床治疗方案的制定，造成不良后果。

本研究尚存不足的是所有测量与计算仅由一套钙化积分测量软件完成，未使用其它软件。不同软件所得结果是否相同待进一步研究。其次，笔者尚无法解释ASIR-V权重增加导致钙化积分降低原因。如何选择合适迭代算法评估患者危险分层有待研究。

综上所述，本研究结果显示与FBP算法相比混合迭代重建算法(ASIR-V)会降低冠状动脉钙化积分且随着混合权重的增加积分逐渐降低。钙化积分降低可能导致危险分层降低。在计算钙化积分与危险分层时须特别注意图像重建参数。