高级的基于模型的迭代重建对冠脉支架显示的影响

王艳，姚新宇，苏壮志，祝小莲，杜祥颖，李坤成

首都医科大学宣武医院 放射科，北京100053；北京磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100069

高级的基于模型的迭代重建对冠脉支架显示的影响

王艳，姚新宇，苏壮志，祝小莲，杜祥颖，李坤成

首都医科大学宣武医院 放射科，北京100053；北京磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100069

目的评价西门子3代双源CT不同级别的高级的基于模型的迭代重建（Advanced Modelled Iterative Reconstruction，ADMIRE）对于冠脉支架显示的影响。方法使用西门子第3代双源CT对21例冠脉支架术后的患者进行常规扫描（共33枚支架），分别采用ADMIRE 1～5级别进行重建后处理。图像评价包括：① 主观评价。由2位经验丰富的医生进行双盲评估，包括支架和管腔内部的显示。采用5分制，1分最差，5分最佳；② 客观评价。评价内容包括支架内径、支架腔内衰减值、图像噪声、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR），统计分析各组间差异性。结果主观评价结果：图像质量主观评分一致性良好（Kappa=0.836）。ADMIRE 4组和ADMIRE 5组总分一致，图像质量最佳；客观评价结果：① 支架内径、支架腔内衰减值在5组间无统计学差异（P＞0.05）；② 图像噪声ADMIRE 1组最高（28.18±14.253），ADMIRE 5组最低（12.82±5.282），SNR及CNR ADMIRE 1组最低（分别为27.02±32.383、30.20±39.174），ADMIRE 5组最高（分别为69.05±51.748、75.96±52.636）；③ 图像噪声在ADMIRE 4与5组间差异无统计学意义（P=0.061），分别与另外3组之间有统计学差异（P＜0.05)，SNR及CNR在ADMIRE 1～4组间无统计学差异（P＞0.05），分别与ADMIRE 5组有统计学差异（P＜0.05）。结论ADMIRE 重建技术可以提高冠脉支架的图像质量，推荐使用较高级别的ADMIRE 进行重建。

冠状动脉疾病；X线计算机；体层摄影；冠脉支架；图像噪声

引言

经皮冠状动脉介人治疗（Percutaneous Coronary Intervention，PCI）[1-2]已经成为冠心病的主要治疗手段，广泛用于临床。随着CT技术的不断发展尤其是64层螺旋CT应用于临床后，冠状动脉支架置入术方面的价值已经得到了临床的证实。目前冠状动脉CT血管造影（Computed Tomographic Angiography，CTA）已经成为支架术后复查的首选无创性检查。但是，由于CT的部分容积效应以及金属支架的线束硬化伪影影响，对支架内管腔的准确评估仍存在一定困难，尤其对小于3.0 mm的小管径支架显示不理想[3]。2010年美国心血管计算机断层扫描学会（SCCT）冠状动脉CTA专家共同提出，由于容积重叠伪影和线束硬化伪影的限制，只有80%的3 mm和33%的＜3 mm的支架可被评估[4]。因此，冠脉支架对冠脉CTA提出了重大的技术挑战。

西门子第3代双源CT（Force）在图像重建时采用高级的基于模型的迭代重建（Advanced Modelled Iterative Reconstruction，ADMIRE）技术。ADMIRE是继第二代基于正弦图的迭代重建（Sinogram-Aff rmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）算法之后的一种更为先进的重建模式。相较于SAFIRE算法，ADMIRE算法的数据分析技术更为复杂，它使用了加权的滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法[5-6]，在CT成像时，可以降低图像的噪声，提高图像质量。本实验目的在于分析不同级别的ADMIRE对于冠脉支架显示的影响。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2016年3月～2016年6月行冠状动脉CTA检查的33例冠状动脉支架植入术后患者，所有患者均无碘对比剂过敏史、严重心功能不全、严重肾功能不全、严重心律失常，并未行冠状动脉旁路移植术。所有患者均采用Turbo Flash 扫描模式。所有患者在检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

采用Siemens 第3代双源CT进行CTA检查。扫描前患者无需进行呼吸训练。扫描范围自气管分叉至心脏膈面下1 cm左右。准直器为192 mm×0.6 mm。管电压由CARE kV自动调节，参考管电压（Ref kV 100）；管电流由 CARE Dose4D自动调节，参考管电流（Ref mAs 280/圈）。Turbo Flash模式的螺距为3.2。

Turbo Flash模式扫描方案：感兴趣区（ROI）设定在升主动脉根部，触发阈值为100 HU，延迟4 s后启动Flash扫描。心率＜70 bpm，触发时相为R-R间期的60%，心率＞70 bpm，触发时相为R-R间期的40%。

注药方案：采用 MED TRONAG双筒高压注射器，经右侧肘正中静脉注射碘普罗胺（370 mgI/ml），根据每公斤体重0.8 mL/kg计算注药总量，注药速度为3.5～5.0 mL/s。尾随注射40 mL生理盐水，以4 mL/s速率冲刷。

扫描结束后，分别采用ADMIRE 1～5级别进行图像重建。所有图像均传至西门子Syngo.via后处理工作站进行图像的主观评分和客观测量。

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，比较各组图像之间的差异。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，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1200 HU和窗位650 HU下评价[7]。采用Likert五分制[8]：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。

客观评价：客观评价由一位阅片医生在不知重建级别的前提下分别对支架腔内衰减值、支架内径、图像噪声、信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR）5个方面进行评价。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，其定义为有支架处与无支架处管腔内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ROI要尽量大，放置于支架内腔的中心且避开支架壁。

选取主动根部层面测量CT值（定义为CT管腔），ROI面积1 cm²。选取左冠脉开口层面，测量左主干血管周围组织的CT值（定义为CT组织），ROI面积为0.2 cm²，以测得CT值的标准差作为背景图像噪声。支架腔内衰减差异=有支架处CT值均值-支架内远端CT值均值，SNR=CT管腔/噪声，CNR=（CT管腔-CT组织）/噪声。

1.4 统计学分析

主观评分采用Kappa检验分析两位医生评分的一致性。所有定量分析数据均表示成均值±标准差（±s）的形式。不同组间客观评价参数均值的统计学差异采用方差分析ANOV进行检验，之后对存在差异的参数进行均数的两两比较（q检验SNK和LSD法）。所有统计结果均采取P＜0.05为差异具有统计学意义，统计学分析借助SPSS 22.0软件实现。

2 结果

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（Kappa=0.836）。不同级别ADMIRE重建组主观评价结果中，ADMIRE 1组评分最低，ADMIRE 4和5组评分一致且最高。不同级别ADMIRE重建后冠脉支架的显示情况见图1。

图1 不同级别ADMIRE重建后支架的显示情况

2.2 客观定量评估结果

统计学分析结果见表1～5，图2。

表1 不同级别ADMIRE重建后各客观评价参数均值

表2 不同组间定量评价参数均值差异的统计结果

表4 SNR均值组间两两比较结果

表5 CNR均值组间两两比较结果

图2 不同级别ADMIRE重建组间图像噪声、SNR、CNR折线图

（1）支架腔内衰减值分析。支架腔内衰减值在ADMIRE 1组最低（160.97±143.856），ADMIRE 5组最高（204.15±181.433），但是5组间没有统计学差异（P=0.832，＞0.05）。

（2）支架内径测量值分析。支架内径测量值ADMIRE 1组最高（30.06±5.567），ADMIRE 5组最低（28.61±6.280），但是5组间没有统计学差异（P=0.898，＞0.05）。

（3）图像噪声分析。ADMIRE 1为（28.18±14.253），ADMIRE 5为（12.82±5.282）。随着ADMIRE级别的增高，图像的噪声呈显著递减趋势。经过统计学分析，ADMIRE4组和ADMIRE 5组之间无显著性差异（P=0.061，＞0.05），分别与另外3组间有显著性差异（P＜0.05）。

（4）SNR以及CNR分析。ADMIRE 1组的SNR、CNR均 值 分 别 为（27.02±32.383）、（30.20±39.174）；ADMIRE 5组的SNR、CNR均值分别为（69.05±51.748）、（75.96± 52.636）。随着ADMIRE级别的增高，图像SNR以及CNR呈显著递增趋势。ADMRE 1～4组间没有显著性差异（P＞0.05），分别与ADMIRE 5组间存在显著性差异（P＜0.05）。

3 讨论

冠状动脉支架术后的并发症（如支架再狭窄、支架断裂、支架内血栓形成等）的发生率高达10%～46%，因此，对冠状动脉支架植入术后进行无创、精确的随访观测成为临床工作越来越重要和不可或缺的部分。但是由于金属支架伪影的干扰，对图像质量提出了更高的要求。

多个研究表明，采用迭代重建（Iterative Reconstruction，IR）可以降低图像噪声，减少射束硬化伪影，对评估冠脉支架有一定价值[9-15]。西门子第3代双源CT的ADMIRE重建技术是一种更为先进的迭代重建模式，对冠状动脉支架的显示及腔内准确的评估提供了新的技术支持。本实验的研究结果一方面进一步验证了迭代重建技术对于噪声的抑制作用；另一方面定量的分析了不同级别的ADMIRE对噪声的抑制水平有所差异，ADMIRE 4和5对于图像噪声的抑制水平最佳，且没有统计学差异。使用ADMIRE 4和5重建后，能够有效的减少金属支架伪影的干扰，在支架显示方面有很大的提高，图像的噪声有了明显的降低，图像信噪比及对比噪声比更高。因此，更有利于对冠脉支架的显示及评估，为临床提供更多的信息，有利于冠脉支架术后的随访观察。

不足之处：① 有文献报道，支架成像的图像质量还与支架材料以及药物情况有着明显的关系[16-17]。在本实验中由于样本数量的限制，没有对不同材料的支架进行分组，因此对于此方面的研究未做统计学分析。在今后的研究当中，扩大样本量，对不同材料的支架进行分组，进一步验证本实验的结果是否适用于所有材料的支架；② 本实验所收集的病例，大部分支架位于前降支及右冠脉，支架的直径大多在3 mm左右。只有2枚支架位于对角支，支架直径在2.5 mm以下，对于2.5 mm以下支架术后的病例收集困难，因此对于2.5 mm以下支架显示的研究有待体模实验进一步证实。

4 结论

不同级别ADMIRE重建后对于噪声的抑制水平有所差异。ADMIRE 4和5能够有效降低冠状动脉支架的伪影，提高图像质量，能够更好的显示支架内外的情况，有助于冠脉支架术后的临床随访工作。因此，对于冠脉支架植入术后的冠状动脉CTA检查，推荐使用4或5级别的ADMIRE重建技术。

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Impact of Advanced Modelled Iterative Reconstruction on Coronary Stent Visualization

ObjectiveTo evaluate the impact of ADMIRE (Advanced Modelled Iterative Reconstruction) on coronary artery stent visualization by using third generation dual-source CT.Methods21 patients (33 stents totally) who underwent Coronary Computed Tomography Angiography (CCTA) on a third generation dual source CT scanner were included in the study. CCTA datasets were reconstructed by using different levels of ADMIRE (1～5). Double-blinded and independent qualitative evaluation of image quality was performed by two readers using a five-point scale (5 as the best). Quantitative assessment including stent diameter, luminal attenuation difference, image noise, Signal-to-Noise Ratio (SNR) and Contrast-to-Noise Ratio (CNR) were also performed, and analysis of the differences between the groups was made.ResultsThe inter-observer agreement for the subjective image quality scores was substantial (Kappa=0.836). The image quality of ADMIRE 4 and ADMIRE 5 Group were the highest. a. The difference between stent diameter and luminal attenuation were not statistically signif cant between f ve groups (P＞0.05); b. The noise of ADMIRE 1 was the highest (28.18±14.253), ADMIRE 5 was the lowest (12.82±5.282); The CNR and SNR of ADMIRE 1 were the lowest (27.02±32.383, 30.20±39.174), ADMIRE 5 were the highest (69.05±51.748, 75.96±52.636); c. The difference of noise between ADMIRE 5 and ADMIRE 4 was not statistically signif cant (P＞0.05), there was statistically signif cant difference with the other three groups (P＜0.05), the difference of CNR and SNR between ADMIRE 1～4 were not statistically signif cant (P＞0.05), there was statistically signif cant difference with ADMIRE 5.ConclusionADMIRE can be used to improve the image quality of stents in CCTA, a higher iterative strength level of ADMIRE should be preferred.

coronary disease; X-ray computer; layer radiography; coronary stent; image noise

WANG Yan, YAO Xin-yu, SU Zhuang-zhi, ZHU Xiao-lian, DU Xiang-ying, LI Kun-cheng
Department of Radiology, Xuanwu Hospital Capital Medical University, Beijing 100053, China; Beijing Key Laboratory of Magnetic Resonance Imaging and Brain Informatics, Beijing 100069, China

TP391.41；R541.4

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.12.012

1674-1633(2016)12-0049-04

2016-08-04

2016-09-06

基金课题：国家十二五科技支撑计划课题项目（2012BAI10B04）；北京市医院管理局重点医学专业发展计划（ZYLX201609)。

杜祥颖，主任医师。研究方向：心血管影像学。

通讯作者邮箱：duxying_xw@163.com