集成电子探测器联合迭代重建技术不同层厚重建对冠脉支架显示的影响：体外实验研究

金士琪，王彦懿，杨　帆，初金刚，于　扬，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）

◁心脏、血管影像学◁

集成电子探测器联合迭代重建技术不同层厚重建对冠脉支架显示的影响：体外实验研究

金士琪1，王彦懿1，杨帆1，初金刚1，于扬2，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：评价联合集成电子探测器与SAFIRE迭代重建技术在不同重建层厚下对不同内径冠脉支架尤其是≤3mm支架显示的影响。方法：选取不同类型的8枚内径分别为3.5mm、3mm以及2.5mm的支架（编号1～8），释放于模拟冠脉血管的体外模型中，行配有集成电子探测器的双源CT进行冠脉前瞻扫描，将扫描后得到的原始数据按照不同层厚（0.5mm、0.6mm、0.75mm）进行图像重建分为3组。对上述3组图像进行主客观评价，包括图像质量评分、支架内径差异（Artificial lumen narrowing，ALN）、支架内腔衰减（Attenuation）、图像噪声及衰减噪声比（Attenuation－to－noise ratio，ANR）的评价，统计分析各组间的差异性。结果：图像质量主观评分一致性良好 （Kappa=0.797），0.5mm重建组获得的图像质量明显高于另两组 （P值分别为0.008，0.000）。0.5mm层厚组ALN值最低，为40.69%±4.16%，与其他各组间均有统计学差异（P值分别为0.043，0.018，P＜0.05）。各组之间，衰减值差异、ANR均未达到统计学意义（P值均＞0.05）。随着重建层厚的增加，图像噪声逐渐降低，但0.5mm组及0.6mm组之间图像噪声无明显差异。结论：对于冠脉支架评估，集成电子探测器0.5mm层厚重建配合SAFIRE迭代重建技术获取的图像质量整体最佳，尤其是对于≤3mm支架，可为临床提供更佳质量的支架图像。

支架；冠状血管造影术；体层摄影术，X线计算机

冠状动脉CT血管造影（CCTA）作为无创性检查方法现已广泛应用于临床，尤其是冠状动脉狭窄的评价，而多个研究显示CCTA对于评价冠状动脉支架再狭窄也具有较高的准确性[1－3]。而高密度金属支架所产生的容积重叠伪影及射线硬化伪影影响了支架内腔的显示，大大降低了图像质量，影响了对其的评估，尤其是在对内径≤3mm支架的显示方面[3－4]。究其原因，最主要的是采集的空间分辨率问题。而集成电子探测器可以通过0.5mm层厚重建的方式来提高图像的空间分辨率，恰解决了这一难题，但薄层重建时图像噪声会随之增加，因此需联合使用迭代重建以获取高质量的图像[5－6]。以往有研究表明，0.6mm层厚重建配合迭代重建技术对冠脉支架显示较为清晰[7－8]，而对于新型探测器0.5mm层厚配合迭代重建技术对冠脉支架的显示方面未做系统的研究，因此，本实验意在研究新型探测器0.5mm结合迭代重建技术在冠脉支架成像方面的显示价值。

1　材料与方法

1.1支架的选取以及模体的制作

本实验中选取了不同类型的8枚支架 （表1），根据以往经验[3－4，9]，分别定制了3.5mm、3mm以及2.5mm直径亚格力管模拟人体冠脉血管，管的直径等同于支架的标称外径，材料的CT值接近人体冠脉血管壁40HU左右；所有支架均在各自输送系统的压力及球囊扩张下成功打开并释放于8支模拟血管内；管内注入盐溶液稀释的造影剂 （碘海醇350mgI/mL），在120 kVp管电压下使其CT值为350 HU左右[6]；管两端密封，将其放置在模拟人体胸部的玻璃容器中固定，容器内填充植物油来模拟心外膜脂肪组织，在120 kVp下CT值为－70HU左右。

表1　8枚支架基本信息（mm）

1.2CT扫描方式以及重建参数

所有CT扫描数据均在配有集成电子探测器的双 源 CT（SOMATOMDefinitionFlash；Siemens Healthcare，Forchheim，Germany）上获得。扫描过程中，采取虚拟ECG信号模拟心率60次/min心跳，行120 kV前瞻轴扫。扫描参数如下[9－10]：常规扫描使用前瞻轴扫，启动CARE Dose 4D智能管电流调节技术，管电压120 kV，质量参考电流400mAs/r。扫描时均在最佳舒张期成像。

将原始数据采用不同的层厚以及Safire迭代重建方式进行图像重建（表2），根据前期实验结果[9]，迭代强度选取为2。所有 CT数据传输至Syngo Multi Modality Workplace；Siemens Healthcare进行后处理，经二维和三维重建图像全面观察，包括横轴位及多平面重组（MPR）。

表2　各组的重建方式

1.3图像质量分析

分别从主观和客观两方面对图像质量进行评价分析，比较各组图像之间在图像噪声及支架显示方面的差异。

1.3.1定性分析

主观评价由两位有冠脉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综合双盲评估。所有图像均在窗宽1500HU和窗位300HU下显示[11]，采用Likert五分制[9]：1分：图像质量非常差，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1位阅片医生在不知扫描方式及重建参数的前提下分别对图像噪声水平，支架内径差异、支架腔内衰减值、衰减噪声比4个方面进行评估[5，8]。

图像噪声水平，图像噪声定义为组织背景即支架相邻油内 （模拟心外膜脂肪组织）CT值的标准差（取ROI大小为2 cm2），3次测量后取平均值。

支架内径差异（Artificial lumen narrowing，ALN）通过比较支架测量内径与真实内径的差异来衡量评价支架管腔内径的准确性。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。支架内径差定义为[9，12]：

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

支架腔内衰减差异（Attenuation）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（SLA）与无支架处（TLA）CT值的差异。TLA CT值通过测量支架近端及远端CT值取平均值得到，SLA CT值轴位选取3个不同平面测量取平均值，测量时ROI域要尽可能足够大且放置于支架内腔的中心同时避开支架管壁[9]。

Attenuation=SLA－TLA

图像的衰减噪声比（ANR）定义为支架内衰减差异/图像噪声[10]。

1.4统计分析

所有定量分析数据均写成x±s的形式。对同一支架不同重建方式得到客观评价数据采用Friedman分析及Wilcoxon符号秩和检验方法，主观评分采用Kappa分析计算其组间的一致性，之后统计其差异性。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SPSS Statistics 19软件实现。

2　结果

统计分析结果见表3。

表3　主客观评价数据表

2.1主观评价

两名阅片医生之间对图像质量的评估一致性Kappa值为0.797，一致性较好。

各组主观评价中，0.5mm层厚组的评分最高为34分，0.6mm层厚组评分为32分，0.75mm层厚组最低为23.5分，且3组组间差异均有统计学意义（P值分别为0.008，0.000和0.000，图1，2）。

图1图1a为0.5mm层厚组，图1b为0.6mm层厚组，图1c为0.75mm层厚组，通过3组图像对比可以明显看出图1a图像各支架结构及内腔显示优于图1b，1c。图2图2a，2b均为支架6，支架内径为3mm，重建层厚左－右依次为0.5mm，0.6mm，0.75mm。图2b为支架6三种层厚的轴位图像，通过对比可以明显看出0.5mm层厚对支架结构及内腔显示更好。

Figure 1.Slice thickness of 0.5mm(Figure 1a).Slice thickness of 0.6mm(Figure 1b).Slice thickness of 0.75mm(Figure 1c).Stent lumen and structure are showed better in the image of group A than the other two groups.Figure 2.Both show coronary stent 6 which is 3mm in diameter.Images were reconstructed with 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Axial images of the three groups(Figure 2b).Image of 0.5mm stent shows the stent structure better than the others obviously.

2.2客观评价

2.2.1图像噪声

见图3。当扫描条件一致时，不同层厚重建下的噪声有明显差异，Friedman检验P＜0.05（P=0.002）。随着重建层厚的增加，噪声得到明显抑制，且差异有统计学意义，其中0.75mm层厚组噪声水平最小，为（15.725 0±2.853 4）HU，而0.5mm层厚组与0.6mm层厚组图像噪声无统计学意义，P＞0.05（P=0.093），0.75mm层厚组与0.5mm层厚组、0.6mm层厚组之间噪声水平统计学差异分别为P=0.012，0.025（P＜0.05）。

2.2.2ALN

ALN评价结果表明不同层厚重建后支架ALN结果有差异，Friedman检验P=0.006＜0.05，具有统计学差异。其中0.5mm重建层厚对支架的显示最优。0.5mm组重建的图像ALN值优于0.6mm组和0.75mm组，且差异均有统计学意义 （P值分别为0.043，0.018，图4）。0.6mm层厚组与0.75mm层厚组之间ALN值无统计学差异（P值=0.225＞0.05）。

2.2.3支架腔内衰减差异

各组间支架管腔内衰减差异无统计学意义（P= 0.135）。

2.2.4ANR

图3　三组图像重建后图像噪声分析结果。Figure 3.　The image noise results of three groups of images reconstructed.

图4　箱线图显示各组数据集ALN分析结果。Figure 4.　The box plots showed that the results of each group of data set ALN.

各组间图像ANR分析显示，各组之间ANR差异不明显，无统计学意义（P=0.325）。

3　讨论

3.1集成电子探测器的应用可以提高冠脉支架的可视化

目前，CCTA作为非侵入式的检测方法，及其高灵敏度及精确度，已经广泛应用于冠状动脉支架术后患者的随访当中[2-3]。但与以往CCTA血管显示不同，支架成像不仅要显示血管的走行状态，还需达到对支架内腔的可视化。集成电子探测器的产生，恰解决了这一难题，这是由于它独特的Edge光栅技术排除了元器件间的串扰，从而可以采用0.5mm层厚在Z轴进行重建，大大提高了空间分辨率[5]。而传统的DC数字电路探测器技术只能达到0.6mm层厚。与此同时，集成电子探测器还将探测器单元的电子器件与光电二极管整合到一起，有效降低了电子噪声的干扰，提升了图像尤其是微小结构图像的总体显示质量[10，13]。因此集成电子探测器0.5mm层厚重建为3mm以下支架的微细结构显示以及管腔内评估提供了新的技术支持[5，14]。本实验针对3.5mm、3mm 及2.5mm支架进行重建，对比了0.5mm重建与0.6mm，0.75mm重建层厚在支架显示效果方面的差异，结果表明采用0.6mm重建就可以诊断3mm以上支架，但对于≤3mm的支架，0.5mm重建更有助于观察支架甚至是支架材料间缝隙处的微小结构，更有益于减少金属支架引起的放大伪影，对管腔内的再狭窄程度的判断也更准确。

3.2迭代重建技术

应用迭代重建技术（SAFIRE）可以降低图像噪声，提高支架管腔显示度。0.5mm图像重建层厚薄，本应该使噪声水平更高；但由于0.5mm层厚重建在算法上必须搭载了SAFIRE共同使用，因此在图像质量得到了很大提升，噪声得到了抑制，本实验也得出0.6mm组与0.5mm层厚组噪声之间无统计学差异，同时，三组之间衰减噪声比也未见明显差异。

使用0.5mm重建可以得到更好的管腔评价水平，尤其是对管腔内狭窄距离的评估更加准确。本文中0.5mm组ALN均值达到40.69%±4.16%，均＜0.6mm 及0.75mm组。André等[15]使用256层CT与第一代双源CT进行3mm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%，与本实验中的结果基本保持一致。

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，这可能是由测量时ROI区域选取有关。支架扫描时引起的放大伪影其影响并不像钢钉等金属伪影那般明显，仅在金属结构周围产生模糊放大的作用。而测量管腔内CT值时，一般都要求避开金属结构。同时，薄层重建虽然使噪声增加，从而使CT值增加，但是支架内外差异值却并不受明显影响。

本研究的局限性在于本研究的样本量较小，并且仅是在理想条件下对冠脉支架进行研究，其准确性还需进一步应用于临床加以验证。

总之，对于直径≤3mm的支架，Stellar探测器0.5mm重建配合SAFIRE迭代重建技术可以在相对降低图像噪声的情况下提高图像的空间分辨率，从而提高支架图像的显示及支架内腔的可视化，值得推荐。

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Coronary artery stent imaging using an integrated electronics detector and different slice reconstructions:in vitro experience

JIN Shi-qi1,WANG Yan-yi1,YANG Fan1,CHU Jin-gang1,YU Yang2,DAI Xu1
(1.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China; 2.Career Department,Siemens Healthcare CT,Shenyang 110001,China)

Objective:To assess the visualization improvement for different coronary stents especially≤3mm,using different image slice thickness reconstructed by integrated electronics.Methods:Eight different coronary stents with inner diameter of 3.5mm,3mm and 2.5mm were placed in plastic tubes filled with contrast agent(iohexol 350mgI/mL)diluted with saline to make sure that the CT value of contrast was about 350HU at 120 kVp.The whole phantom was then settled in an oil tank to mimic the pericardium fatty environment.All the CT scanning data was acquired using Siemens Definition Flash with a integrated electronics detector under prospective coronary CTA mode.Images were reconstructed into 0.5,0.6 and 0.75mm slice thickness.Two experienced radiologists blinded to each other evaluated the image quality,image noise,artificial lumen narrowing(ALN),lumial attenuation difference and attenuation－to－noise ratio(ANR).Results:Among the 3 groups,0.5mm images reconstructed were rated best for clearly showing the details of the stents and the inner－lumen situations(Kappa=0.797).The ALN value of 0.5mm group was the lowest(40.69%±4.16%),and was superior to 0.6 and 0.75mm groups(P=0.043,0.018,P＜0.05).But the differences of luminal attenuation and ANR among the three groups were not significant(P＞0.05).With the in creasing of the iterative reconstruction slice thickness,the image noise decreased,but the differences between 0.5mm and 0.6mm groups were not statistically significant(P＞0.05).Conclusion:Stent visualization can be benefited from 0.5mm slice thickness image for more accurate lumen narrowing assessment and lower image noise.

Stents;Coronary angiography;Tomography,X－ray computed

R654.2；R814.42；R815

A

1008－1062（2016）07－0467－04

2015－11－26

金士琪（1990－），女，辽宁鞍山人，在读硕士研究生。E－mail：496218373＠qq.com

戴旭，中国医科大学附属第一医院放射科，110001。E－mail：daixudex＠vip.sina.com