双能CT单能谱应用对冠脉小内径支架显示的影响

王彦懿，初金刚，于　扬，赵　宇，戴　旭

（1.中国医科大学附属第一医院放射科，辽宁 沈阳　110001；2.西门子医疗CT事业部，辽宁 沈阳　110001）

双能CT单能谱应用对冠脉小内径支架显示的影响

王彦懿1，初金刚1，于扬2，赵宇1，戴旭1

（1.中国医科大学附属第一医院放射科，辽宁 沈阳110001；2.西门子医疗CT事业部，辽宁 沈阳110001）

目的：评价双能CT单能谱技术不同能级对3 mm及以下冠脉支架显示的影响。方法：选取不同材质7枚内径3 mm或2.5 mm支架，模拟冠脉血管模型，行双源CT双能量冠脉扫描，将获得的两种不同能量（100及140 kV）数据采用单能谱技术重建处理，分别得到60～140 keV（间隔10 keV）及线性融合120 kV 10组图像；对上述10组图像进行双盲主观评价以及包括支架内径差异、支架内腔衰减和图像噪声的客观评价，统计分析各组间差异性。结果：图像质量主观评分一致性良好（Kappa= 0.833），80 keV组获得的图像质量总评分最高，为31分，除与90 keV组及120 kV组差异未达到统计学意义外（P均＞0.05），与其他各组间均有显著统计学差异（P值均＜0.05）；80 keV组支架内径差异值最低，为36.1%±3.7%，明显低于其他各能级组，差异均有统计学意义（P值＜0.05）；各组间支架管腔内衰减差异未达统计学差异（P=0.151）。80 keV组噪声最低，为（12.51±1.27）HU，与其各组间均有统计学差异（P值＜0.05）。结论：对于3 mm及以下支架的评估，80 keV能级图像重组获得的图像质量最佳，更符合临床工作需求，值得推荐使用。

支架；冠状血管；体层摄影术，X线计算机

经皮冠状动脉介入治疗（Percutaneous coronary intervention，PCI）是重症冠心病的主要治疗手段［1］，在临床已普遍应用［2-3］。随着CT技术的不断发展，多层CT已成为临床支架术后复查的首选无创性检查［4-8］。而2010年美国心血管计算机断层扫描学会（SCCT）冠状动脉CTA专家共识提出，由于容积重叠伪影和射线硬化伪影的限制，只有80%的3 mm和33%的小于3 mm的支架可被评估，高密度金属支架带来的放大效应降低了支架内管腔的图像质量，影响了对支架内腔的评估［9-10］。这也是当今放射科医生面临的主要难题之一［2，11］。

近年来双能CT的诞生，使这一局限性有望得以改善。双源CT双能量成像采用高低千伏双能量同时扫描，利用高低千伏两份数据计算出每一个体素内碘基衰减和水基衰减构成比例，进而计算出在不同光子能级的单能谱图。采用该原理可以获得不同于形态学信息的特殊细节信息，因此对提升冠脉支架的显示效果也有一定的改善。如今双源CT双能量单能谱技术在金属置入物，如骨折金属内、外固定及关节置换等去金属伪影方面的应用已得到广泛地证实且被临床上接受［12-13］。然而对金属支架显示效果的提升却鲜有研究，尤其就不同能级对支架显示效果的差异。本实验旨在研究双能量单能谱技术不同能级以及线性融合120 kV对冠脉支架显示方面的影响。

1　材料与方法

1.1支架的选取及模体制作

本实验选取不同厂家7枚支架，其具体情况见表1。

表1　所有支架的一般情况

依据以往文献经验［2，4，9，14-15］，定制了3mm及2.5mm直径亚格力管模拟人体冠脉血管，材料CT值接近人体冠脉血管壁CT值40 HU左右；所有支架均在各自输送系统压力（9 atm）及球囊扩张下成功打开释放于7支管内，管的直径等同于支架的标称外径；管内注入盐溶液稀释的造影剂（碘帕醇370 mgI/mL），在120kVp管电压下其CT值为400HU；管两端密封，将其放置在模拟人体胸部的玻璃容器中固定（26cm× 10.8 cm×9.3 cm），所有支架的固定均沿扫描仪Z轴方向［16］；容器内填充植物油模拟心外膜脂肪组织，在120 kVp下CT值为-70 HU左右（图1）。

图1　模体。Figure 1.Phantom.

1.2CT扫描方式以及重建参数

所有CT扫描数据均由双源CT（Somatom Definition Flash；Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）扫描获得。采取虚拟ECG信号模拟心率60次/分，行双能量（100 kV/Sn140 kV）前瞻式轴扫（SEQ）模式。扫描参数如下［17-18］：使用前瞻式心电门控，启动CARE Dose4D智能管电流调节技术，A管球电压100 kV，质量参考电流220 mAs/rot；B管球使用加锡过滤的140 kV电压，质量参考电流187 mAs/rot；转速0.28 s/rot，螺距0.21 mm，最佳舒张期成像。扫描完成后获得三组数据，包括100 kV、140 kV以及两种能量按比例融合图像（相当于平均加权120 kV图像）。将原始数据进行层厚0.5 mm、层间隔0.3 mm、重建卷积核I46f、迭代强度为3（厂家推荐）［19］重建。所有CT数据传输至工作站（Syngo Multimodality Workplace；Siemens Healthcare），双能量数据导入Syngo Via Dual Energy Monoenergetic应用中，通过调整图像对比度浮动条调节光子能量，进行60～140 keV（间隔10 keV）单能谱重构重建成像［20］，对上述9组及120 kV组图像作多平面重构（MPR）。

1.3图像质量分析

图像质量分别从主观和客观两方面进行分析，比较各组图像之间差异。

1.3.1定性分析

主观评价由两位有丰富冠脉CT诊断经验的放射科医生进行，对每幅支架图像进行包括管腔内以及支架结构显示的双盲评估。所有图像均在窗宽1 200 HU和窗位650 HU下显示［4，18］，采用Likert五分制［21］：1分：图像质量很差，管腔受伪影影响无法观察到内部情况，支架结构模糊不清；2分：图像质量差，虽能看到管腔但清晰度很低，受放大伪影影响严重，支架模糊，不能够诊断；3分：图像质量中等，可以观察到管腔内部，但受图像噪声和伪影影响边界不清；4分：图像质量好，腔内的CT值略高于正常水平，但对管腔内评价无影响；虽有些许模糊但可以观察到支架细小结构；5分：图像质量优秀，腔内CT值在正常水平，边界清晰，支架细小结构锐利分辨清楚。

1.3.2定量分析

客观评价由一位阅片医生在不知重建能级前提下分别对支架内径差异（Artificial lumen narrowing，ALN）、支架腔内衰减值以及图像噪声三方面进行评估［14］。

ALN通过比较测量内径与真实内径的差异来衡量评价支架内径的准确性。利用工作站自带软件卡尺工具对管腔内径进行测量，分别选取3个不同层面取平均值。ALN定义为［9，14］：

其中，IDMeasured为测量内径，EDReal为支架真实外径，TStruct为支架厚度。

支架腔内衰减差异用于评估支架放大伪影对管腔内显示的影响，其定义为模拟血管内有支架处与无支架处CT值的差异。无支架处CT值通过测量支架两端CT值取平均值获得，有支架处CT值为轴位选取3个不同平面测量取均值，测量时感兴趣区（ROI）尽量大，放置于支架内腔的中心且避开支架管壁。

图像噪声定义为组织背景即支架相邻油内CT值的标准差（取ROI大小为2 cm2）。

1.4统计分析

所有定量分析数据均表示成均值±标准差的形式。不同能级的各组间统计学差异采用非参数Friedman方法进行检验，之后对存在差异的定量指标进行Post Hoc分析，再采用Wilcoxon符号秩和检验法；主观评分首先进行Kappa分析计算其间的一致性，再采用Wilcoxon符号秩和检验法，统计其差异性。所有统计结果均取P＜0.05为具有统计学意义，统计分析借助IBM SPSS Statistics 19软件实现。

2　结果

统计分析结果见表2。

表2　不同能级下支架图像显示定量指标比较数据集

2.1主观定性评估结果

两名阅片医生之间图像质量的评估一致性较好（P＜0.05，Kappa=0.833）。

各组主观评价结果中单能谱80 keV重建组图像评分最高，为31分，单能谱60 keV组评分最低，仅为13分，且80 keV组与60 keV、70 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV以及140 keV各组间差异均有统计学意义（P值分别为0.016、0.015、0.046、0.014、0.016、0.017、0.017），80 keV组与90 keV组及120 kV组组间评分差异未达到统计学意义（P分别为0.564、0.317，图2）。

2.2客观定量评估结果

2.2.1ALN分析

ALN客观评价表明双能量单能谱技术对在支架内径的评价有积极作用。80 keV能级组的ALN值最低，为36.1%±3.7%，明显低于其他各能级组（60 keV、 70 keV、90 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV、140 keV及120 kV组），且差异均有统计学意义（P值分别为＜0.001、0.005、0.010、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001，图3）。

2.2.2支架腔内衰减差异分析

各组间支架管腔内衰减差异，不同能级重建结果间差异不明显，没有统计学差异（P=0.151，图4）。

2.2.3图像噪声分析

80 keV组噪声水平最低，为（12.514±1.268）HU，与其他各能级组及线性融合120 kV组组间噪声差异均有显著统计学意义（P值均＜0.05，图5）。

3　讨论

有文献［3，9］报道支架术后并发症（如再狭窄、支架断裂及支架内血栓形成等）的发生率高达10%～46%，虽然药物支架的出现减少了支架内再狭窄的发生，但仍有10%以上再狭窄的发生率，所以对支架植入术后进行无创、精确的随访检测成为临床工作越来越重要和不可或缺的部分。

图2　不同能级重建结果。图2a～2j分别为120 kV、60 keV、70 keV、80 keV、90 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV、140 keV组重建图像。Figure 2.　The reconstruction results of different energy levels.Figure 2a～2j：The reconstruction images of 120 kV，60 keV，70 keV，80 keV，90 keV，100 keV，110 keV，120 keV，130 keV，140 keV groups，respectively.

图3　各组ALN分析结果分布图。Figure 3.Box plots illustrating the ALN in the various image data sets.

图4　各组支架腔内衰减差异分析结果分布图。Figure 4.　Box plots illustrating the luminal attenuation difference in the various image data sets.

图5　不同能级各组图像噪声结果。Figure 5.　Box plots illustrating the image noise in the various image data sets.

双能量单能谱技术可减少线束硬化伪影，为小内径支架的显示以及腔内的准确评估提供了新的技术支持［22］。同时，我们结合0.5 mm最薄层厚，图像的锐利度、支架与管腔及背景组织的对比度更高。本实验针对3 mm及以下支架对比双能量单能谱不同能级重建及传统单能120 kV在支架显示效果方面的差异，结果表明80 keV能级对小支架的显示效果最好，能够减少金属支架引起的放大伪影，更有助于观察支架内腔的评估以及细节的观察。

虽然在主观评分中，80keV与90keV组及120kV组间差异不明显，但客观评分中80 keV组ALN值及噪声均较这两组低，且有统计学差异。80 keV组总评分也最高。

双能量单能谱成像存在着一个问题，即在将能谱keV调高时，会牺牲图像对比度。80 keV组对比度很明显要低于120 kV组的对比度。因此在实际应用中，要相应调整双能量显示窗宽窗位以得到更好地显示效果。

在支架内径评估方面，80 keV能级组最准确，ALN值最低，达36.1%±3.7%。André等［2］使用256层CT与第一代双源CT进行3 mm以下支架显示对比实验，其支架内径ALN值为50.8%±7.4%与50.7%± 7.2%；Yang等［9］在HDCT进行支架评价实验，其中回顾式心电门控组的ALN为31%±5.8%，本实验的结果基本与之一致。

对于管腔内衰减值差异，各组间并没有发现显著性差异。分析其原因，可能与测量时ROI区域选取有关。支架扫描时引起的放大伪影在金属结构周围产生模糊放大的作用，而在测量管腔内CT值时，一般都要求避开金属结构，所以在测量管腔内CT值时大多都避开了放大伪影的影响。这也提示我们对于管腔内衰减值差异的分析应选取更为有效的方法或者评价手段。

在噪声方面，双能量单能谱80 keV重建组噪声最低，仅为（12.51±1.27）HU。目前业界最高的140kV管电压其平均光子能量才仅为75 keV，因此80 keV单能谱成像相当于使用了更高的管电压，因此可以得到更低的图像噪声但却没有增加辐射计量。

此外，据之前文献［2，4，9，14-15］报道，支架成像图像质量还与支架材料以及药物情况有着明显的关系。在本实验中由于样本数量限制，对于此方面的研究缺乏统计学价值故未进行。在未来有必要扩大样本数量就此以及本文中提到的结果进行大样本的研究。

总之，双能量单能谱成像技术可降低金属支架的放大伪影，提高冠脉支架图像质量，进一步提高支架内腔的可视化。80 keV能级图像重组可获得最佳图像质量，更符合临床工作的需求，值得推荐使用。其有待于进一步的体内实验来加以证实。

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Visual improvement for 3mm or less coronary artery stent imaging by using monoenergetic imaging of dual-energy CT

WANG Yan-yi1，CHU Jin-gang1，YU Yang2，ZHAO Yu1，DAI Xu1
（1.Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of China Medical University，Shenyang 110001，China；2.Siemens Healthcare CT Career Department，Shenyang 110001，China）

Objective：To evaluate the improvement for 3 mm or less coronary artery stent visualization by using monoenergetic imaging of dual-energy CT.Methods：We selected seven 3 mm or 2.5 mm coronary artery stents of different materials to make in-vitro coronary artery model，and then underwent perspective coronary artery scan using dual-energy CT，then reconstruct the two different data（100 and 140 kV）using dual-energy scanning sequence with monoenergetic technique，monoenergetic software was used to post-process with the flowing 9 photon energies：60～140 keV（interval 10 keV）and average weighted 120 kV images with different data at 100 and 140 simulation of coronary vascular model.Double-blind and independent qualitative evaluation and quantitative assessment including artificial lumen narrowing（ALN），luminal attenuation difference and image noise in the groups were performed，and analysis the differences between the groups.Results：The interobserver agreement for the image subjective quality scores was substantial（Kappa=0.833），the image quality of the 80 keV group was the highest total score，for 31 points，in addition to the difference with 90 keV group and 120 kV group did not reach statistical significance（P＞0.05），there was statistically significant difference with the other groups（P＜0.05）.The ALN value of the 80 keV group was the lowest（36.1%±3.7%），which was much lower than the other groups，and the difference with other groups was statistically significant（P＜0.05）.But the value of the stent luminal attenuation difference between the ten groups all did not reach statistical significance（P=0.151）.The noise value of the 80 keV group was the lowest（（12.51±1.27）HU），and the difference with other groups was statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：To visually evaluate 3 mm or less coronary artery stents，the best image quality is to using the 80 keV energy level，more conform to the requirements of clinical work，recommended to use.

Stents；Coronary vessels；Tomography，X-ray computed

R543.3；R814.42

A

1008-1062（2015）06-0400-05

2014-12-25

王彦懿（1988-），女，吉林白山人，在读硕士研究生。

戴旭，中国医科大学附属第一医院放射科，110001。