前瞻性心电门控联合全模型迭代重建算法在左心房及肺静脉CT成像中的可行性和价值研究*

刘建强 葛建新 刘晶哲*

对药物治疗无效的房颤患者而言,左心房射频消融被认为是目前有效治疗方法之一[1].射频消融术前行多层螺旋CT(multislice spiral CT,MSCT)左心房及肺静脉成像能够为临床医生准确提供肺静脉数量和位置、肺静脉开口直径、周围器官相邻关系以及左心房是否有血栓形成等信息[2].目前,全模型迭代重建(iterative model reconstruction,IMR)算法已经应用于临床,但重建的图像相对其他重建模式下的图像在视觉感官不被临床医生所广泛接受,而其算法却可以降低图像的噪声,前置门控扫描模式的运用能够在不降低图像质量的前提下降低辐射剂量[3-5].为此,本研究根据国际放射委员会提出的合理使用低剂量(as low as reasonably achievable,ALARA)原则,探讨前置门控联合IMR算法在左心房及肺静脉成像扫描方案的可行性及其临床价值.

1 资料与方法

1.1 临床资料

收集2018年3-10月在清华大学第一附属医院治疗的42例房颤患者,其中男性21例,女性21例;年龄14~70岁,平均年龄(63.2±14.5)岁;体质量指数(body mass index,BMI)为22~28.将所有患者采用数表法随机分为对照组和观察组,每组21例.根据不同方案进行CT扫描检查.对照组中男性9例,女性12例;平均年龄(57.2±15.8)岁,平均心率为(76.6±10.8)bpm,BMI为25.7;观察组中男性12例,女性9例;平均年龄(69.1±10.3)岁,平均心率为(70.7±8.6)bpm,BMI为26.9.对照组采用回顾性门控扫描模式,滤波反投影(filter back projection,FBP)重建.观察组为前瞻性前置门控扫描模式,分别使用FBP和IMR进行图像重建,得到A和B两组图像.两组患者年龄、性别及BMI差异均无统计学意义),具有可比性.

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准:①身体指数在22~28;②屏住呼吸良好的患者.

(2)排除标准:①严重心功能不全;②肾功能不全(肌酐清除率≤120 μmol/L);③妊娠或哺乳期妇女;④已知造影剂过敏史;⑤无法屏气.

1.3 仪器设备

采用Philips Brilliance iCT型256层CT扫描机(荷兰飞利浦公司);Medrad Stellant D-CE双筒高压注射器(美国Medrad公司).

1.4 CT检查方法

(1)检查前准备.患者取仰卧位平躺于扫描床正中,双臂举于头上,头先进.首选右上肢静脉建立外周静脉通路,并在扫描前与患者进行良好的沟通,完成对患者的屏气训练.

(2)扫描参数设置.使用Philips Brilliance iCT型256层CT扫描机和ISP工作站.扫描范围自气管隆嵴至心脏膈面,使用Medrad双筒高压注射器进行对比剂注射.对比剂选用碘帕醇370 mg I/ml(非离子型),通过肘正中静脉团注对比剂,流率是5 ml/s,注射50 ml对比剂后继续注射30 ml生理盐水.采用人工智能触发技术(感兴趣区设在肺动脉干,触发阈值250 HU)扫描延迟时间为8 s.①A组采用的参数:准直器宽度为128X0.625 mm,矩阵为512X512,层厚为0.9 mm,层间距为0.9 mm,管球旋转时间为0.27 s/圈,视野(field of view,FOV)为250 mm,设定的管电压为110 kV,自动毫安调制扫描,管电流下线为50 mAs,管电流上限为200 mAs,螺距0.18,重建算法为滤波反投影(filtered back projection,FBP),重建滤过为standard;②B组采用的参数为:准直器宽度为128X0.625 mm,矩阵为512X512,层厚为0.9 mm,层间距为0.9 mm,管球旋转时间为0.27 s/圈,FOV为250 mm,设定的管电压为100 kV,自动毫安调制扫描,管电流下线50 mAs,管电流上限为200 mAs,连接心电门控检测心率,必要时给予药物控制心率.采用前瞻性心电门控进行扫描,重建算法分别为FBP和IMR,重建滤过为standard,得到两组数据分别为B1和B2.

(3)图像后处理.通过ISP工作站进行数据的重组,通过容积运作算(volume rendering,VR)、多平面重组(multiplanar reformation,MPR)及最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)等后处理方式.

1.5 图像质量评价

(1)客观评价.对照组采用FBP重建得到图像;观察组分别使用FBP和IMR进行图像重建,得到A、B两组图像.在3组图像中,每组图像选取左心房中间层面测量CT值,感兴趣区域(region of interest,ROI)约为50 mm2,以CT值的标准差(standard deviation,SD)作为左心房的噪声SD,以竖脊肌为组织背景,分别测量同层面双侧竖脊肌中央均匀区域的CT值及其标准差(取双侧平均值),注意尽量避开血管及脂肪;重复测量3次,结果取3次的平均值.对比噪声比(contrast noise ratio,CNR)=(左心房CT值-竖脊肌CT值)÷竖脊肌SD值,信噪比(signal noise ratio,SNR)=左心房CT值÷左心房噪声SD.

(2)主观评价.由2名中级以上职称的放射科医生采用盲法分别在ISP工作站上对3组图像采用5分法进行主观评价:①5分,图像质量优秀,噪声很小,解剖细节显示极好;②4分,图像质量较好,噪声较小,解剖结构显示良好,所有结构可清晰判断;③3分,图像质量中等,中等噪声,解剖结构显示一般,尚可满足临床诊断;④2分,图像质量较差,噪声较大,显示解剖结构不完整,解剖细节显示差;⑤1分,图像质量很差,噪声严重,无法获取有用信息.

(3)记录两组患者扫描辐射剂量以及剂量长度乘积(dose length product,DLP).

1.6 统计学方法

采用SPSS20.0软件进行统计分析.连续数据结果采用均值±标准差(±s)),对照组和观察组中A、B组的3组图像间的CT值、图像噪声、SNR和CNR采用单因素方差分析,若有差异则采用Least Significant Different法进行组内两两比较.两组DLP比较采用独立样本t检验,以P<0.05为差异有统计学意义.

2 结果

2.1 图像质量客观评价

在对照组和观察组中的A组图像质量中,左心房CT值、图像噪声、SNR以及CNR比较差异均无统计学意义;观察组中的A组和B组的图像噪声、SNR、CNR比较差异均有统计学意义(t=0.133,t=0.479,t=0.268;P<0.05);B2组和A组的图像噪声、SNR、CNR比较差异均有统计学意义(t=7.333,t=-4.051,t=-6.623;P<0.05).客观评价中观察组中A组图像DLP与对照组比较,差异有统计学意义(t=3.75,P<0.05);观察组中B组图像SNR、CNR与对照组比较,差异有统计学意义(t=-4.751,t=-6.890;P<0.05),见表1.

表1 42例患者CT图像质量主客观评价结果(±s))

表1 42例患者CT图像质量主客观评价结果(±s))

注:①表中SNR为信噪比,CNR为对比噪声比,DLP为剂量长度乘积;②a为与对照组同指标比较,差异有统计学意义(t=3.75,P<0.05),b为观察组B组图像SNR、CNR与对照组比较,差异有统计学意义(t=-4.751,t=-6.890;P<0.05)

客观评价组别 例数主观评价(分)左心房CT值(HU) 图像噪声(HU) SNR CNR DLP(mGy.cm)中位数 范围对照组 21 403.98±13.53 35±6.85 12.04±1.49 11.285±0.18 366.10±32.4 4 3~5观察组 A 21 362.57±42.53 34.71±0.14 10.61±0.79 10.89±2.06 252.49±17.34a 4 3~5 B 21 358.39±42.89 19.01±0.19 21.38±11.47b 21.67±4.43b 252.49±17.34 4 3~5 F值 2.228 35.205 13.686 30.467 6.683 P值 >0.05 <0.05 <0.05 <0.05 <0.05

2.2 图像质量主观评价

采用Kruskal-Wallis检验,两组数据无差异.(1)对照组和观察组患者图像质量主观评价均≥3分,满足诊断要求,见图1.

图1 患者CT后处理图像

(2)对照组与观察组A组、B组图像,以及观察组A组与B组图像之间评分差异均无统计学意义(t=4.092,t=5.789,t=0.146;P>0.05).

2.3 辐射剂量比较

对照组辐射DLP平均为(366.10±32.4)mGy.cm,观察组辐射剂量长度乘积平均为(252.49±17.34)mGy.cm,观察组DLP较对照组减少33%,两组比较差异有统计学意义(t=3.750,P<0.05).

3 讨论

3.1 iCT型256层CT前门控扫描左心房、肺静脉成像的可行性分析

前门控扫描技术的应用,使整个扫描过程只在心脏相对静止的舒张期进行采集图像,避免了因心脏搏动带来的伪影,提高图像的质量[6-7].iCT型256层CT曝光最大范围Z轴8 cm,根据患者的身高发育等个体差异,每次曝光可控制在2~3次[8].前门控是采用非螺旋扫描,管球转速为0.27 s/圈,2~3圈曝光时间极短,在一定程度上极大的降低了辐射剂量,对照组辐射平均DLP(366.10±32.4)mGy.cm,观察组辐射平均DLP(252.49±17.34)mGy.cm,明显低于对照组.

3.2 全模型IMR算法在图像后重建的可行性

IMR作为CT图像重建算法,将采集得到的数据作为综合投影和实际测量投影相比较,将二者差值进行反投影,建立系统噪声模型并进行校正更新和迭代运算,最终获得图像[9].这种重建图像方法可以降低噪声并重建出高质量的图像,从而提高图像的信噪比[10].本研究中观察组分别使用FBP和IMR两种重建方法,得到A、B两组数据,左心房CT值无差异,图像噪声减少了54%,SNR和CNR分别提高了192%和102%,由此可见,IMR对物质的CT值不但无影响,且降低了图像的噪声水平[11-12].

4 结语

由于本研究例数较少,尚存在一定局限性,尤其肥胖及过瘦的患者较少,有待加大样本量进行研究.IMR算法有三个级别,等级越高降噪能力越强[13-15].本研究只用了第一级别,需要日后进一步研究完善.前瞻性心电门控联合IMR算法在左心房及肺静脉CT成像时,不但降低了患者的辐射剂量和图像噪声,还增加了图像的信噪比,在一定程度上能够提高图像的质量,增加诊断能力.