迭代重建法与滤波反投影法在冠状动脉CTA检查中的价值

姜浩芝，秦龙泉

（淮安市第一人民医院<南京医科大学附属淮安第一医院>医学影像中心 江苏 淮安 223300）

CTA检查技术主要优势为分辨率较高、成像迅速、损伤轻微[1]。1990年，研究人员首次提出低剂量辐射理论，该理论的核心理念是在检查基础条件维持不变的状态下减小管电流，以实现辐射剂量的有效减少，并确保图像质量符合相关标准要求。如何提高图像质量，减少辐射剂量是近年来医学研究的热点问题[2-3]。相关研究人员曾采用增大螺距、前置心电门控、降低管电压、减小管电流、自动曝光控制等技术，经临床验证符合剂量不同程度降低，但上述技术对患者身体质量指数及心率均有较高要求，图像质量无法得到保证，为此需采取更为合理的技术方案。FBP为冠状动脉CTA检查的常规重建技术，重建耗时较短，费用低廉[4]。临床实践证实，FBP在投影数据不足状态下图像质量显著降低，极易影响疾病诊疗，为此需适当调整重建技术。iDose4迭代重建法为CTA检查的全新重建技术，具体图像质量高及辐射剂量低等技术特点，在胸腹部CT检查中得到广泛应用，并取得良好效果[5]。临床关于冠状动脉CTA检查中应用iDose4迭代重建法的价值尚缺乏系统研究分析，本研究汇总评估院内患者相关基线资料，对比分析iDose4迭代重建法与FBP的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年6月—2021年6月淮安市第一人民医院收治的48例行冠状动脉CTA检查的患者为研究对象，其中男25例，女23例；年龄为36～72岁，平均（54.95±2.66）岁；26例患者BMI＜28kg/m2，22例患者BMI＞28 kg/m2。

纳入标准：①患者临床表现为胸闷、心悸、胸骨后侧疼痛；②情绪激动状态下症状加重者；③无冠脉主动脉CTA检查禁忌者；④患者均签署研究同意书。排除标准：①冠脉严重钙化影响诊断者；②碘造影剂过敏者；③心律不齐者；④生命体征不稳定及其他无法配合研究患者。

1.2 方法

全部患者均行冠状动脉CTA检查，采用双源CT辅助完成检查。选择对比剂跟踪触发技术、心电门控扫描技术，设定触发阈值为120 HU，以肺主动脉窗层面降主动脉为感兴趣区域。达到触发阈值后，医师指导患者屏气，间隔6 s实施扫描，扫描范围为膈肌至气管分叉下方1 cm处。采用高压注射器及套管针经由患者前臂静脉组织注入85 mL碘海醇对比剂（350 mgI/mL），注射速率为5 mL/s，完成注射后等速注入0.9%氯化钠溶液40 mL。冠状动脉CTA扫描参数中螺距设定为0.2，线束准直为0.625 mm，CT球管旋转时间为0.4 s，重建间隔为0.45 mm，重建层厚为0.9 mm。FBP重建期间采用120 kV固定管电压，管电流为800 mA。iDose4迭代重建法依据患者体质量设定管电压，BMI＜28 kg/m2患者采用100 kV管电压，BMI＞28 kg/m2患者采用120 kV管电压，管电流为430～735 mA。扫描图像传输至工作站进行后处理，后处理方法包括容积再现（VR）、曲面重建（CPR）、多平面重建（MRP）。

1.3 评价标准

①对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、iDose4迭代重建法100 kV管电压、FBP 120 kV管电压图像质量评分。选择相同患者冠状动脉主支显示效果较好的同一层面完成相关分析，采用4分法评估原始轴位图像质量。1分为血管边缘存在严重伪影，无法诊断；2分为血管边缘存在中度伪影，管腔显示不清晰，干扰诊断；3分为血管边缘锐利度不佳，存在少量伪影，未干扰诊断；4 分为血管边缘锐利，无伪影，见图1。②对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、iDose4迭代重建法100 kV管电压、FBP 120 kV管电压图像信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）。选择主动脉根部与左主干起始部位水平区域50 mm2范围为感兴趣区域，测定其CT值，标准差计算结果为图像噪声，SNR=主动脉根部CT值/标准差，CNR=（主动脉根部CT值-胸部CT值）/胸肌标准差。③对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、iDose4迭代重建法100 kV管电压、FBP 120 kV管电压辐射剂量，准确记录CT剂量指数，计算CT剂量长度乘积，辐射剂量=CT剂量长度乘积×胸部权重指数。

图1 图像质量评分

1.4 统计学方法

采用SPSS 23.0统计软件分析数据，计量资料以均数±标准差（± s）表示，行t检验；计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，行χ2检验，P＜0.05表示数据差异有统计学意义。

2 结果

2.1 对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、FBP 120 kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR

iDose4迭代重建法120 kV管电压图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR均优于FBP 120 kV管电压，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

表1 对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、FBP 120 kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR（ ± s）

表1 对比iDose4迭代重建法120 kV管电压、FBP 120 kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR（ ± s）

方法 图像质量评分/分 辐射剂量/mSv iDose4迭代重建法120 kV管电压（n=22） 3.29±0.84 5.42±1.38 FBP 120 kV管电压（n=48） 2.89±0.35 8.79±1.62 t 2.824 8.445 P 0.006 0.000

表1 （续）

2.2 对比iDose4迭代重建法100 kV管电压、FBP 120 kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR

iDose4迭代重建法100 kV管电压辐射剂量、CNR均优于FBP 120 kV管电压，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 对比iDose4迭代重建法100kV管电压、FBP 120kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR（ ± s）

表2 对比iDose4迭代重建法100kV管电压、FBP 120kV管电压的图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR（ ± s）

方法 图像质量评分/分 辐射剂量/mSv iDose4迭代重建法100 kV管电压（n=26）3.02±0.41 4.28±6.93 FBP 120 kV管电压（n=48） 2.89±0.35 8.79±1.62 t 1.435 4.319 P 0.156 0.000方法 SNR CNR iDose4迭代重建法100 kV管电压（n=26）13.86±3.01 24.65±7.89 FBP 120 kV管电压（n=48） 13.21±2.84 17.24±6.19 t 0.920 4.456 P 0.360 0.000

2.3 iDose4迭代重建法120 kV管电压、FBP 120 kV管电压图像对比

图2a箭头所指区域冠脉血管边缘锐利程度欠佳，图2b图箭头所致区域冠脉血管边缘锐利。见图2。

图2 iDose4迭代重建法120 kV管电压、FBP 120 kV管电压图像对比

3 讨论

冠心病等心血管疾病临床发病率较高，通过早期治疗有助于改善预后。临床诊断冠心病的金标准为选择行冠脉造影，但该检查方案具有一定盲目性及风险性[6]。伴随医学技术的进步，冠状动脉CTA得到临床广泛应用，该技术图像清晰度较高，医师可准确评估动脉斑块性质、冠脉狭窄程度，也可判断冠脉支架术后血管通畅度[7]。

冠状动脉CTA属于薄层扫描技术，扫描范围广，辐射剂量较大，如何在保证该图像质量的基础上减少辐射剂量是临床研究的热点问题[8]。FBP为冠状动脉CTA图像重建的常规方案，具有重建迅速、整体稳定性良好、图像重建系统成本低廉等技术特点，但FBP算法中预先假定投影数据无噪声，且未考虑系统光学等影响因素，极易产生投影值不完整或错误等问题[9]。同时，低剂量下FBP噪声水平偏高，图像质量显著降低，无法满足低辐射及高图像质量的要求。iDose4迭代重建法为典型快速迭代技术，其主要技术特点为多频重建算法及多模型成像，真实解剖模型、噪声控制模型经由原始数据噪声及对应解剖位置CT值范围自动判断，可维持噪声功率谱恒定，剔除图像中异样成分，进而实现重建加速，并可保证影像质量[10]。iDose4迭代重建法可有效抑制偏心及带状伪影，密度及空间分辨率显著提高，利用补偿降低剂量形成的噪声可显著减少辐射剂量，并可提高图像质量。通过对比分析可知，iDose4迭代重建法无需大量采样信息，并可实现图像噪声、空间分辨率去耦合，可在减少噪声的基础上维持最佳图像空间分辨率。同时，iDose4迭代重建法利用X线辐射量子统计技术模式可实现精确建模，并可获取准确的电子噪声，利用重复循环计算模式高质量处理原始采样数据信息，可最大程度上提升图像信噪比，并可减少辐射剂量，显著提高图像质量。iDose4迭代重建法属于高级算法，可精确控制及刻画噪声，对噪声的频率分布情况无不良影响，有助于提升图像真实度，并可清除伪影，显著提高图像分辨率。

研究数据显示，iDose4迭代重建法120 kV管电压图像质量评分、辐射剂量、SNR、CNR均优于FBP 120 kV管电压，iDose4迭代重建法100 kV管电压辐射剂量、CNR均优于FBP 120 kV管电压，提示对比FBP，iDose4迭代重建法可提高图像质量，减少辐射剂量。采用100 kV管电压可显著减少辐射剂量，但射线穿透力降低，影响图像质量，采用120 kV管电压图像质量较高，但减少辐射剂量效果不及100 kV管电压。通过本研究的综合分析可以认为，FBP属于传统CT影像重建技术，可对不同投影值进行加权、反投影、滤波及校准等处理，但FBP对于采集数据质量要求较高，如辐射剂量偏低，则投影数据采集量无法满足临床实际需求，加之噪声较大的影响，可对重建图像质量产生较大影响。iDose4迭代重建法属于FBP的替代性技术，该技术的主要特点是预先假定某一图像模型为起点，通过精确计算确定预期影像投影，并将实际投影与预期影像投影进行对比分析。iDose4迭代重建法中每次迭代均需进行计算机仿真投影数据与采集数据的综合分析研究。如原始投影数据与重建图像保持一致，则终止迭代。iDose4迭代重建法实施图像重建的过程中可持续降低噪声，通过多次校正更新及迭代处理可最大程度上提高图像质量，降低噪声。iDose4迭代重建法可通过多种信息提高图像的平滑度，并可最大程度上保留各类对比信息，且成像方式可显著减少辐射剂量，操作过程中需要使用的投影总量较少，可在低辐射剂量及不完整数据的条件下达到最佳图像质量。

综上所述，与FBP相比，冠状动脉CTA检查中采用iDose4迭代重建法可提高图像质量，减少辐射剂量，值得全面推广应用。同时，本次研究受相关因素影响，研究开展总时间较短，研究流程设计不够系统完善，纳入研究样本总量不足，未开展多中心对比分析评估，冠状动脉CT血管成像检查中采用迭代重建法与滤波反投影法的相关机制仍需进行深入分析与评估。