宝石高清CT不同重建算法对冠状动脉细小分支CTA图像质量影响的初步研究

何珍，张继扬，傅菲，徐勐，李艳，邓欣，万业达

（天津医院放射一科，天津300210）

宝石高清CT不同重建算法对冠状动脉细小分支CTA图像质量影响的初步研究

何珍，张继扬，傅菲，徐勐，李艳，邓欣，万业达

（天津医院放射一科，天津300210）

目的：探讨宝石高清（HD）CT四种重建算法（Standard，Detail，HD standard，HD detail）对冠状动脉细小分支CT血管造影（CTA）图像质量的影响。方法：30例采用宝石HDCT完成CCTA检查,且结果为冠状动脉主要分支面积狭窄率＜25％病例入组。采用Auto Coronary Analysis获得四种重建算法下窦房结动脉（SANA）、右圆锥支（RCB）、第一前室间隔支（FSB）的曲面重组（CPR）图像，同时自动获得各细小分支管径平均值。在75％R-R间期原始横断面图像上，分别测量并计算上述细小分支的管腔CT值、噪声、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。采用单因素方差分析比较四种重建算法上述客观指标是否存在统计学差异。对于有统计学差异的指标采用LSD进行Post Hoc组内两两比较。对各细小分支四种重建算法CPR图像质量进行评分，为4分制（1分血管边缘模糊，2分血管边缘清楚，3分血管边缘锐利，4分血管边缘十分锐利）。采用配对Wilcoxon rank sum test分析四种重建算法冠状动脉细小分支CPR图像质量评分是否存在统计学差异。结果：①冠状动脉上述3个细小分支管径均小于2 mm。②四种重建算法组间比较，管径（F=3．905，P=0．011）、噪声（F=14．956，P=0．000）具有统计学差异；而管腔CT值（F= 1．067，P=0．366）、SNR（F=1．909，P=0．132）、CNR（F=2．320，P=0．079）无统计学差异。③冠状动脉细小分支管径的四种重建算法组内两两比较，Standard与Detail、Detail与HD Standard、HD Standard与HD Detail没有统计学差异（P＞0．05），而其他算法间两两比较均存在统计学差异（P＜0．05)。④冠状动脉细小分支图像噪声的四种重建算法组内两两比较，Standard与Detail没有统计学差异（P＞0．05)，而其他算法间两两比较均存在统计学差异（P＜0．05)。⑤按照Standard、Detail、HD Standard和HD Detail的顺序，冠状动脉细小分支管腔CT值、噪声和CPR图像质量评分呈上升趋势，而管径、SNR、CNR呈下降趋势。⑥四种重建算法Standard、Detail、HD Standard和HD Detail冠状动脉细小分支CPR图像质量评分分别为1分、2分、3分和4分，存在统计学差异（Z=-10．583，P=0．000）。结论：对于管径＜2 mm的冠状动脉细小分支，随着重建算法空间分辨率的提高，CPR图像质量明显提高，而横轴位图像的SNR和CNR呈不显著下降趋势。宝石HDCT可以实现对冠状动脉细小分支的良好显示为不同临床需要提供影像学支持。

冠状血管；体层摄影术，螺旋计算机；冠状血管造影术

传统冠状动脉插管造影由于其高分辨率（时间分辨率＜20 ms，空间分辨率＜0．2 mm）一直是公认评价冠状动脉病变的金标准。而冠状动脉CT血管造影（CCTA）由于其时间和空间分辨率低于传统X线，因此在冠脉细小分支的显示、评价存在明显不足。随着宝石高清（HD）CT的面世，宝石探测器、动态变焦球管及高频低噪数据采集系统在宝石CT的应用，使得其空间分辨率、密度分辨率及射线效率明显提高，在心脏成像上增加47％的数据与细节显示[1]。本研究比较宝石HDCT高清重建算法（HD detail，HD standard）和非高清重建算法（Detail，Standard），冠状动脉细小分支（以窦房结动脉、右圆锥支及第一前间隔支为例）的CTA图像质量。

1 资料与方法

1．1 临床资料

2015年1—10月共30例临床怀疑冠心病行CCTA检查，且检查结果为冠状动脉主要分支面积狭窄率＜25％病例。所有患者无碘过敏史，检查前均签署增强CT检查知情同意书。患者男16例，女14例。平均年龄（53．2±5．6）岁，检查前心率（73±21）bpm，体质量指数（26．48±5．26）kg/m2。对于心率较快的患者扫描前30～45分钟口服倍他乐克25～50 mg，将心率控制在65 bpm以下。扫描前5分钟，舌下含服硝酸甘油片0．5 mg[2]。检查前常规对患者进行呼吸、屏气训练，并将快速推注对比剂引起患者自觉发热症状告知，嘱患者检查结束后水化方法[3]。

CT扫描设备为GE Discovery CT750 HD，高压注射器为MEDRAD双筒高压注射器（STELLANT），心电监护仪为CardiacTriggerMonitor 3150。患者足先进，扫描范围自气管隆突下1 cm至膈下2 cm。对比剂使用欧乃派克350 mgI/mL，用量0．8 mL/kg×体重（kg），流率5 mL/s，采用20#穿刺针经手背静脉推注入人体。欧乃派克全部推注完，马上以相同速率推注生理盐水50 mL。采用对比剂smart追踪技术触发扫描，兴趣区放在降主动脉，触发阈值为150 HU，手动触发。采用前瞻性心电门控（prospective ECG-gated）、冠状动脉追踪冻结技术（snapshot freeze，SSF）及HD扫描模式完成CCTA检查。检查过程中患者屏气约12～20 s。机架旋转时间350 ms/rot，管电压100～120 kV，管电流300～450 mA（管电压和管电流根据患者体质量指数自动调整）。扫描层厚0．625mm，螺距0．22～0．24。SFOV 32．0 mm，矩阵512×512。前门控时间窗补偿（padding）设为0。自适应迭代重建技术（ASiR）为30％。观察窗宽1500HU，窗位500 HU。

1．3 图像后处理及数据测量

图1a，1b 男，48岁，冠状动脉血管树VR图像。Figure 1.Male,48y,VR images of coronary artery tree．

在主机上将75％R-R间期原始横轴位图像重建为HD detail、HD standard、Detail和Standard共4种重建算法图像，并传送到GE AW4．6工作站，获得75％R-R间期SS-Freeze 75％原始横轴位图像。采用Cardiac Xpress软件重建冠状动脉容积再现（VR）图像（图1）。采用Auto Coronary Analysis获得四种重建算法下窦房结动脉（SANA）、右圆锥支（RCB）及第一前室间隔支（FSB）的曲面重组（CPR）图像（图2～5），DFOV为6．00cm。

根据重建Lumen图像，自动获得四种重建算法上述冠状动脉细小分支管径平均值（图6）。在四种重建算法横断面图像上（DFOV为3．00 cm），分别测量其管腔CT值（X管腔CT值±SD管腔CT值），邻近脂肪组织CT值（X脂肪CT值±SD脂肪CT值）（图7）。ROI管腔放置在垂直于血管长轴的原始横轴位图像上，ROI管腔周围脂肪放置在管腔兴趣区同层面，ROI大小均为1 mm2。分别在3个不同时间点测量上述数值，记录3次测量结果的平均值。管腔CT值平均值的标准差即为噪声。按照下面公式计算管腔兴趣区（ROI管腔）的信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。

图2a～2c Standard算法下右圆锥支、第一前室间隔支和窦房结动脉的CPR图像。图3a～3c Detail算法下右圆锥支、第一前室间隔支和窦房结动脉的CPR图像。图4a～4c HD Standard算法下右圆锥支、第一前室间隔支和窦房结动脉CPR图像。图5a～5c HD Detail算法下右圆锥支、第一前室间隔支和窦房结动脉的CPR图像。Figure 2a～2c.CPR images of RCB,FSB,and SANA by Standard．Figure 3a～3c.CPR images of RCB,FSB,and SANA by Detail．Figure 4a～4c.CPR images of RCB,FSB,and SANA by HD Standard．Figure 5a～5c.CPR images of RCB,FSB,and SANA by HD Detail．

1．4 图像质量评分

两名放射科专业技术人员对上述冠状动脉细小分支CPR图像质量进行独立阅评。血管CPR图像质量评分为4分制，1分血管边缘模糊，2分血管边缘清楚，3分血管边缘锐利，4分血管边缘十分锐利。

1．5 统计学分析

本文将MATLAB软件引入自动控制原理课堂教学中，对于线性控制系统中的传递函数求取和互换进行编程计算，对二阶及高阶系统进行时域分析，绘制根轨迹，画Bode图求系统性能指标。本文举例将理论知识和MATLAB软件相结合进行具体的应用，快速有效地验证计算结果和参数变化带来的影响，提高学生的学习效率，快速而准确地掌握知识点。

图6a～6d 四种重建算法Standard、Detail、HD Standard和HD Detail下，窦房结动脉在同一位置的直径（mm）分别为1．4 mm、1．2 mm、1．0 mm和0．7 mm。Figure 6a～6d.Diameter of SANA at same location:1．4 mm(Standard), 1．2 mm(Detail),1．0 mm(HD Standard),and 0．7 mm(HD Detail)．

图7a，7b 在右圆锥支横轴位图像（DFOV 3．00 cm）测量管腔和邻近脂肪组织CT值。Figure 7a,7b.Measurement CT value of lumen and surrounding fat tissue on axial image of RCB．

采用SPSS 17．0统计分析软件，分别计算4种重建算法上述冠状动脉细小分支管径、管腔CT值、噪声、SNR、CNR的平均值及标准差。采用单因素方差分析不同重建算法冠状动脉细小分支管径、管腔CT值、噪声、SNR、CNR是否存在统计学差异。对于有统计学差异的指标采用LSD进行Post Hoc组内两两比较。采用配对Wilcoxon rank sum test分析不同重建算法血管图像质量评分是否存在统计学差异。

2 结果

2．1 四种重建算法冠状动脉细小分支管径、管腔CT值、

图像噪声、SNR和CNR单因素方差分析

冠状动脉细小分支上述参数的平均值及单因素方差分析结果见表1。

三支冠状动脉细小分支四种重建算法管径均小于2 mm。组间比较，不同重建算法间冠状动脉细小分支管径有统计学差异（F=3．905，P=0．011＜0．05）。按照Standard，Detail，HD Standard，HD Detail的顺序，冠状动脉细小分支管径逐渐减小。

组间比较，不同重建算法间图像噪声具有统计学差异（F=14．956，P=0．000＜0．05）；而管腔CT值、图像SNR、CNR组间比较无统计学差异（F分别为1．067，1．909，2．320；P分别为0．366，0．132，0．079）。按照Standard，Detail，HD Standard，HD Detail的顺序，管腔CT值、噪声呈上升趋势，而图像SNR、CNR呈下降趋势。即随着重建算法空间分辨率提高，图像噪声显著提高；管腔CT值呈上升趋势，而图像SNR、CNR呈下降趋势。

2．2 四种重建算法冠状动脉细小分支管径、图像噪

声的Post Hoc分析

采用LSD对四种重建算法冠状动脉细小分支的管径及图像噪声进行组内两两比较，结果见表2、表3。

四种重建算法组内两两比较，冠状动脉细小分支的管径Standard与Detail、Detail与HD Standard、HD Standard与HD Detail没有统计学差异（P＞0．05)，而其他算法间均存在统计学差异（P＜0．05)。四种重建算法组内两两比较，冠状动脉细小分支图像的噪声Standard与Detail没有统计学差异（P＞0．05)，而其他算法间均存在统计学差异（P＜0．05)。

2．3 四种重建算法冠状动脉细小分支CPR图像质量

Wilcoxon rank sum test分析

四种重建算法Standard，Detail，HD Standard和HD Detail，冠状动脉小分支CPR图像质量评分分别为1分、2分、3分和4分，两两比较均有统计学差异（Z=－10．583，P=0．000）。

3 讨论

表1 四种重建算法冠状动脉细小分支直径、CT值、噪声、SNR和CNR的平均值（±SD）及单因素方差分析

表1 四种重建算法冠状动脉细小分支直径、CT值、噪声、SNR和CNR的平均值（±SD）及单因素方差分析

重建算法直径（mm）CT值（HU）噪声（HU）SNRCNR Standand1．48±0．18318．89±127．3251．71±19．196．78±3．327．92±3．14 Detail1．42±0．23318．21±121．6259．14±24．836．63±4．677．58±4．76 HD Standard1．34±0．24352．46±131．4477．61±35．055．73±4．176．62±4．44 HD Detail1．29±0．25368．50±133．1899．50±34．544．51±3．675．26±4．02 F值3．0951．06714．9561．9092．320 P值0．0110．3660．0000．1320．079

表2 四种重建算法冠状动脉细小分支直径的Post Hoc多重比较

3．1 宝石高清CT提高图像质量的硬件基础

宝石HDCT突破性地采用了具有快速高效稳定特性的宝石探测器[4]。它选用了Garnet分子材料架构，并在此架构基础上添加了相应的稀有元素，形成了全新的宝石Gemstone材质。同其他CT探测器相比，它对X射线的初始响应速度提高了150倍，余晖效应缩短了10倍。同时，它对X射线产生的光子的自吸收减少，其转换率明显提高，进一步提高了整体X射线探测效率，从而提高了图像质量、降低了辐射剂量。宝石HDCT采用独有的动态变焦球管，以适应不同患者、不同成像要求的个性化检查。系统可以根据不同扫描条件，通过电磁场的聚焦和偏转获得所需要的焦点大小，改善图像质量[5]。此外，宝石HDCT的高频低噪数据采集系统（DAS系统）采样率较以前提高25倍，采集速度达到7 028 views/s，同时功耗较以前降低一半，电子噪声更小，信号传输更好。因此可在心脏成像上增加47％的数据与细节显示[1]。

表3 四种重建算法冠状动脉细小分支图像噪声的Post Hoc多重比较

3．2 不同重建算法对图像质量的影响

空间分辨率、密度分辨率、噪声、信噪比、对比噪声比都是描述CT图像质量的指标。这些指标间互相影响。空间分辨率与密度分辨率互相制约。如果空间分辨率增加，那么密度分辨率就会下降。而噪声也影响密度分辨率。噪声增大，则密度分辨率下降。此外，还有许多因素影响这些指标。比如，球管焦点大小、准直器设计、探测器结构、系统扫描设计以及重建算法的影响会影响CT图像的空间分辨率。入射射线能谱、噪声、系统调制度、特征尺寸会影响图像的密度分辨率[6-7]。上文阐述了宝石HDCT提高图像质量的硬件基础。本研究则再此基础上，详细研究了重建算法对图像质量，包括上述各指标的影响。理论上，随着重建算法空间分辨率的提高，图像的空间分辨率提高，密度分辨率减低，图像噪声增大，SNR和CNR减小。本研究，四种重建算法，按照Standard，Detail，HD Standard和HD Detail顺序，测量和计算的客观指标，包括冠状动脉细小分支管腔内CT值、图像噪声、SNR和CNR符合上述理论规律。而肉眼观，即主观评价，随着重建算法空间分辨率的提高，冠脉细小分支边缘越来越清楚锐利，而图像颗粒感增强，即图像空间分辨率提高，而密度分辨率降低。总之，对于管径＜2 mm的冠状动脉细小分支，随着重建算法空间分辨率的提高，CPR图像质量明显提高，而横轴位图像的SNR和CNR呈不显著下降趋势。因此，在观察冠状动脉细小分支的解剖、走行时，可以选择高空间分辨率算法，如HD standard和HD detail；而观察细小分支管腔内情况时，可以选择低空间分辨率算法，如Standard和Detail。

3．3 冠状动脉细小分支显示的临床价值

以往CCTA显示直径2 mm以下的细小分支是困难的。随着宝石高清CT面世，以及不同重建算法的应用，显示冠状动脉细小分支（直径＜2 mm）是没有问题的。动脉粥样硬化造成冠状动脉主干严重狭窄、闭塞时，对细小分支也会产生影响[8]。第一病变范围处细小分支减少、变细、消失。第二病变近端细小分支增粗、延长，侧支循环建立。佟铭[9]对17例心性猝死病例进行病理分析，其中3例年龄较轻，过去无反复发作心绞痛病史，此次发病突然、典型心绞痛，心电图大致正常，在1小时内猝死，病理证实为心肌内小冠状动脉狭窄、血栓、粥样硬化改变，而大冠状动脉无异常。因此，冠心病猝死病因，小冠状动脉粥样硬化、心肌缺血不容忽视。

此外，不同冠状动脉细小分支具体临床价值也不一样。文献对窦房结动脉（SNA）的研究报道较多，而对右圆锥支及室间隔支报道则较少。CCTA可以清楚显示SNA解剖及变异，帮助识别双支、三支及S形SNA[10]。S形SNA容易与冠状动脉搭桥手术后走行于左上肺静脉与左心房间的桥血管混淆[11]，因此有必要在心脏搭桥术前了解SNA、冠状动脉其他分支及心脏大血管解剖结构。此外，文献报道急性SNA闭塞导致窦房结缺血对窦房结功能的影响是肯定的[12-13]，尽管冠心病所致冠状动脉狭窄不是病态窦房结综合征的主要原因。冠心病时，即使SNA本身没有病变，但其周围冠状动脉分支由于缺血，也会从SNA窃血而导致窦房结缺血，从而影响窦房结的功能也是有可能的，这需要进一步研究[14]。因此，了解SNA是否闭塞，以及其周围冠状动脉主要分支是否有明确狭窄，对于了解窦房结是否缺血，是否会影响其功能是有意义的。

右圆锥支为右冠状动脉的第一个分支，又是供应右心室及右心室流出道区域的主要血管。研究发现当左或右冠状动脉近端狭窄、闭塞时，圆锥支可以成为重要的侧支循环血管[15]。Kalllbe等报道圆锥支有预防手术后右心衰竭的作用[16]。当右圆锥支急性闭塞时，会导致胸前导联J点和ST段抬高，甚至继发恶性室性心律失常[17]。因此，为了避免手术中对其误损伤造成严重后果，在手术前了解圆锥支的解剖细节是有必要的。

前间隔支由左前降支发出，深入前室间隔分布，分支数目不定。介入放射科医生[18]将前间隔支分为3型。夏丽萍[19]报道肥厚梗阻型心肌病患者前间隔支肌桥的发生率明显增高，而主要供血的前间隔支内径增大，这提示经皮穿刺间隔心肌消融术的靶血管。而且第一前间隔支的开口直径对于侧支循环有重要预测价值。对于冠心病右冠状动脉慢性闭塞病变多采用逆行开通技术，即由前间隔支向右冠状动脉提供侧支[20]。

综上所述，冠状动脉细小分支的显示、评价对临床工作非常有意义。CCTA结合不同重建算法可以实现对冠状动脉细小分支的评价。

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Initial study about image quality of small branches in coronary CTA: using different reconstruction algorithm by high definition CT

HE Zhen,ZHANG Ji-yang,FU Fei,XU Meng,LI Yan,DENG Xin,WAN Ye-da
(Radiology Department of Tianjin Hospital,Tianjin 300210,China)

Objective:To access image quality of small branches of coronary computed tomography angiography(CCTA)using different reconstruction algorithm(including Standard,Detail,HD standard,HD detail)by high definition CT(HDCT)．Methods:Thirty patients underwent CCTA by HDCT,whose main branches of coronary artery area stenosis rate＜25％,were enrolled．Curved planar reconstruction(CPR)images and artery diameter of 90 small branches about four reconstruction algorithms (Standard,Detail,HD Standard and HD Detail),each patient including sinu atrial nodal artery(SANA),right conus branch (RCB),first septal branch(FSB),were obtained using Auto Coronary Analysis of GE AW4．6．CT value,noise,signal noise ratio (SNR),and contrast-to-noise ratio(CNR)of above small branches about four reconstruction algorithms were measured and calculated on original axial image of 75％R-R interval．Above objective indicators among four reconstruction algorithms were analyzed by one-way analysis of variance(ANOVA)．The CPR image quality with a 4-point grading scale(1:Arterial edge was fuzzy;2:Arterial edge was clear;3:Arterial edge was sharp;4:Arterial edge was very sharp)was evaluated by two experienced radiologists．CPR image quality among four reconstruction algorithms were performed with paired Wilcoxon rank sum test．Results:①The average diameter of above small branches was less than 2 mm no matter which reconstruction algorithm was selected．②There were statistical differences in diameter(F=3．905,P=0．011),noise(F=14．956,P=0．000)among four reconstruction algorithms．There were no statistical differences in CT value(F=1．067,P=0．366),SNR(F=1．909,P=0．132),and CNR(F=2．320,P=0．079)among reconstruction algorithms．③Multiple comparisons between four reconstruction algorithms on diameter of small branches of the coronary arteries and image noise were made．There were no statistical differences on diameter of small branches of the coronary arteries between Standard and Detail,Detail and HD Standard,HD Standard and HD Detail(P＞0．05)．There were statistical differences on diameter of small branches of the coronary arteries between any other two reconstruction algorithms(P＜0．05)．④There were no statistical differences on image noise between Standard and Detail(P＞0．05)．There were statistical differences on image noise between any other two reconstruction algorithms(P＜0．05)．⑤According to the order of Standard,Detail,HD standard,and HD detail;diameter,SNR and CNR were decreasing successively．However CT value and noise were increasing successively．⑥There were statistical differences in CPR image quality(Z=-10．583,P=0．000)between any two groups．Conclusion:For small branches of the coronary arteries(diameter＜2 mm),with improving of reconstruction algorithm on spatial resolution,CPR image quality is increasing successively．However,SNR and CNR of axial original image are decreasing．In short,excellent image of small branches of the coronary arteries can be obtained by HDCT to realize different clinic requirements．

Coronary vessels;Tomography,spiral computed;Coronary angiography

R541．4；R814．42

A

1008－1062（2016）09－0634－06

2016-01-11；

2016-01-20

何珍（1975-），女，河北安平人，副主任医师。E-mail：hzok@163．com

万业达，天津医院放射一科，300210。E-mail：yd_wan@sina．com