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新一代心血管专用CT高清扫描模式与迭代重建技术对冠状动脉支架植入术后CCTA成像的价值

2022-08-03林跃锋赵恒宇郭英叶良海王观水王博

中国医疗设备 2022年7期
关键词:伪影扫描仪高清

林跃锋,赵恒宇,郭英,叶良海,王观水,王博

1. 厦门大学附属心血管病医院 影像科,福建 厦门 361000;2. GE中国CT影像研究中心,广东 广州 510623

引言

虽然支架植入术是治疗冠心病的一种较为成功有效的方法,但有5%~46%的冠状动脉支架会发生再狭窄。无创、有效的支架随访方法变得越来越重要和不可或缺[1]。目前宽体CT 冠状动脉血管造影(Coronary CT Angiography,CCTA)在冠状动脉和冠状动脉支架成像的评估中发挥着越来越重要的作用。尽管技术不断进步,但使用常规多排探测器标准清晰度CT 扫描仪(空间分辨率为0.33~0.50 mm,平面内空间分辨率和对比度分辨率为5 mm)对冠状动脉支架进行评估的价值是非常有限的,特别是对于直径<3 mm的支架,一般在CCTA 中无法得到满意的图像质量。

既往国内外的研究使用更加锐利的重建算法和不同的迭代算法来改善冠状动脉支架图像质量,取得了一定的成效和临床经验[2-6]。目前得益于CT 技术的发展,CT 空间分辨率不断提高以及CT 迭代算法的进一步更新,拥有CT新技术的CT 扫描仪更加有利于冠状动脉成像和支架腔内的显示[7-8]。我院近期在最新一代专用心血管CT 扫描仪(Cardiograph,GE Healthcare)上开展了冠状动脉检查,这台心脏CT 扫描仪使用两个X 射线源的两个重叠锥形束沿Z 轴成像,结合240 ms 的机架旋转速度和冠状动脉冻结技术,14 cm 宽体探测器可以在一个心动周期中提供整个心脏的成像。本研究通过比较专用心血管CT 扫描仪上高分辨率扫描技术和心脏专用迭代重建技术对冠状动脉及冠状动脉支架图像质量的影响,研究在新一代专用心血管CT的扫描模式下,如何选择更好的重建方法来评价冠状动脉支架植入术(Percutaneous Coronary Intervention,PCI)术后复查患者的冠状动脉及冠状动脉支架情况。

1 材料与方法

1.1 一般资料

前瞻性连续收集我院2019 年11 月至2020 年6 月接受过经皮冠状动脉腔内成形术和支架置入术的患者在宽体多排探测器CT 扫描仪上行CCTA 检查的图像,最终共纳入53 例患者(105 枚支架)。本研究已获得本院伦理审查委员会的批准,并获得了患者的知情同意。纳入标准:① PCI术后1 个月内行CCTA 检查的患者;② 无心血管不良反应事件发生。排除标准:① 对碘造影剂过敏者;② 肾功能不全(肌酐清除率≤120 mL/min)。

1.2 扫描方案

本研究使用美国GE 公司最新型280 排560 层CardioGraphe CT 扫描仪,14 cm 宽体探测器,管电压120 kV,管电流500 mA,转速0.24 s/r,扫描及重建层厚0.5 mm,开启高清扫描模式,打开并将基于多模型的心脏自适应统计迭代重建算法(Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-CV,ASIR-CV)权重设为50%,采用前瞻性心电门控技术及对比剂跟踪自动触发技术,感兴趣区设于降主肺动脉水平,触发阈值为150 HU,达阈值后延迟3.5 s 开始扫描,根据心率和心率变异度调整曝光最佳时相,在一个心动周期内完成CCTA 扫描,并使用冠状动脉运动追踪冻结(Snap Shot Freeze,SSF)技术重建得到没有运动伪影的图像,使用非离子碘对比剂碘海醇(350 mgI/mL)50~60 mL,注射流速为4.5~5.5 mL/s,经肘静脉注射后再以同流速注入40 mL0.9%氯化钠溶液。

1.3 图像重建与后处理

每例患者最佳时相的图像使用心脏专用标准重建图像(ASIR-CV standard)分别重建为50%、70%、90%权重的心脏迭代重建算法(ASIR-CV)三组序列,再使用高清标准重建算法(HD standard)及高清细节重建算法(HD detail)联合70%权重心脏迭代重建算法(ASIR-CV)进行重建,重建层厚及层间距均为0.5 mm。将所有CT 数据传输至ADW 4.7 工作站(GE Healthcare)应用后处理软件对重建图像进行多平面重组、曲面重建等进行全面观察和分析。

1.4 图像分析

由2 名有3 年以上工作经验的放射科医师在ADW 4.7后处理工作站上根据美国心脏协会冠状动脉分段标准对所有冠状动脉的18 个节段进行评估,并由1 名影像科医师在未知图像重建方式的情况下对图像进行评价,比较各组图像在冠状动脉和支架显示方面的差异。

1.4.1 主观评价

使用轴位图像、多平面和曲面重建图像,根据冠状动脉血管边界清晰度和支架伪影程度以4 分制进行评估。

(1)血管节段评分标准:1 分(优),冠状动脉连续完整,边缘清晰、锐利;2 分(良),冠状动脉连续完整,局部边缘模糊;3 分(中),冠状动脉管壁欠锐利,但不影响诊断;4 分(差),冠状动脉管壁模糊,不能诊断。

(2)支架节段评分标准:1 分(优),支架边界及内腔清晰,无影响支架评估的伪影;2 分(良):支架的边界较清晰,仅有轻微支架伪影;3 分(中):支架边界模糊不清,支架伪影影响图像质量,但不影响诊断。4 分(差):支架出现严重伪影,不能诊断[5,9]。

1.4.2 客观评价

在轴位图像上分别测量主动脉根部、右冠状动脉(Right Coronary Artery,RCA)近端、左前降支(Left Anterior Descending,LAD)近端及相邻心外膜脂肪的CT 值和标准偏差(Standard Deviation,SD),测量时避开支架伪影、钙化及非钙化斑块,计算信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)和对比噪声(Contrast to Noise Ratio,CNR)。

1.5 辐射剂量

CT 扫描完成后主机自动生成剂量报告,记录每例患者的容积CT 剂量指数(Volume CT Dose Index,CTDIvol)和剂量长度乘积(Dose Length Product,DLP),计算对比剂剂量及有效辐射剂量(Effective Dose,ED)。对比剂剂量=体质量×0.6(mL/kg),ED=DLP×0.014。

1.6 统计学分析

所有数据均使用SPSS 20.0 软件进行分析。连续变量表示为(±s),分类变量表示为n(%),服从正态分布的计量资料的比较采用单因素方差分析,不服从正态分布的计量资料的比较采用相关样本Friedman 秩和检验,而后行两两比较。主观评分的比较采用Kruskal-Wallis 检验。所有分析以双尾P<0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 基本信息

2019年11月至2020年6月连续入组了53例持续心房颤动患者,其中男性49例、女性4例,平均年龄(61.26±11.96)岁,平均体质量指数为(2 5.3 6±2.7 9)k g/m2,平均心率为(6 4.3 6±9.1 4) b m p,使用对比剂总量为(5 7.3 9±3.6 3)m L。辐射剂量:CTDIvol为(14.39±5.03)mGy,DLP为(105.42±66.73)mGy.cm,ED为(1.48±0.93)mSv。

2.2 不同迭代重建组客观及主观评价的比较

在CV-standard 重建算法下,50%、70%、90% 权重ASIR-CV 三组间的CT 值没有显著性差异,三组间及50%ASIR-CV 与70% ASIR-CV,50% ASIR-CV 与90% ASIRCV 之间的CNR、SNR 分别有显著性差异(P<0.05);三组迭代重建算法及组内两两之间的噪声值有显著性差异(P<0.05);三组迭代重建算法的主观评分没有显著性差异(P>0.05),见表1、图1a~c。

表1 不同迭代重建组客观及主观评价的比较(n=53,CV standard重建算法下)

70% ASIR-CV 条 件 下,CV standard、HD standard、HD detail 三组的CT 值没有显著性差异,三组间及组内两两比较的CNR、SNR 均有显著性差异(P<0.05),三组及组内两两比较的噪声有显著性差异(P<0.05),三组及组内两两比较的主观评分均有显著性差异(P<0.05),见表2、图1d~f。

表2 不同重建组间的客观及主观评价的比较(n=53,70% ASIR-CV条件下)

图1 患者首次PCI术后5个月、二次PCI术后3周CCTA复查图像

3 讨论

近年来高时间分辨率的宽体探测器CT 在冠状动脉成像的临床应用中发挥了越来越重要的作用[10-13]。本研究使用了最新一代专用心血管CT 扫描仪,其使用两个X 射线源的两个重叠锥形束沿Z 轴成像,在实现14 cm 宽体覆盖范围的条件下,既能减小宽体探测器的尺寸又可以比较好地消除扫描中的锥形束伪影。心脏专用扫描仪可以使用比常规CT 扫描仪更小的视野,0.5 mm 重建层厚比常规CT 的分辨率更高,还可以使用高清扫描技术以及高清分辨率的重建算法。本研究比较了这种专用心血管CT 扫描仪上高分辨率扫描技术和心脏专用迭代重建技术对冠状动脉CCTA 图像质量的影响,初步结果发现使用该扫描仪的高分辨扫描模式加上高清细节的重建方法(HD detail)并配合心脏迭代重建算法(ASIR-CV)是观察冠状动脉支架内腔最适合的扫描及重建条件,可以得到临床满意的图像质量。

3.1 高分辨率采集重建技术对冠状动脉支架显示的影响

近期有研究报道了高分辨率CT 冠状动脉支架成像与传统的标准分辨率CT 相比可显著提高图像质量及测量准确率[5-6]。通过使用高清扫描模式下CT 系统更高采样率获得的数据,高清细节重建算法可有效减少金属伪影,提高视野内图像精度以及抑制高密度组织周围的伪影。Tanami 等[14]研究发现,高清扫描模式比非高清扫描模式的支架内径显示率提高了13.3%~14.7%。张文佳[15]的研究发现高清扫描模式支架内径显示率提高约32%,证实了高清扫描模式的有效性和先进性。本研究结果与上述研究一致,对于冠状动脉支架,高清细节重建方式的主观图像质量均高于高清标准(HD standard)和心脏常规重建(CV standard)算法,再次证实高分辨率采集联合高清重建技术对冠状动脉支架有较好的成像效果,特别是在新一代心血管CT 扫描仪的立体双球管高采样频率和0.5 mm 薄层重建的条件下,可以进一步提高成像质量。

CCTA 冠状动脉支架锐利核重建图像通常优于平均核重建图像,因为它可以有效地提高图像的空间分辨率、降低图像线束硬化伪影。Mark 等[16]的研究同样表明,CT 冠状动脉支架成像中,分析支架内管腔时非常需要锐利核重建,因为它可以改进高密度结构的边缘显示,因而可以锐化显示冠状动脉支架壁结构,从而降低金属的“开花样”伪影。

3.2 迭代重建技术对冠状动脉支架显示的影响

诸多研究均表明应用迭代重建技术可以降低图像噪声,提高支架腔内的图像质量[2-4,17]。本研究结果观察到类似的现象,常规CV standard 配合不同ASIR-CV 重建的权重(50%、70%、90%),可以得到噪声显著降低的图像,图像噪声随着权重的增加逐渐降低,SNR 和CNR 随着权重的增加逐渐增加。因此,本研究的高清扫描及重建技术联合使用70% ASIR-CV 最佳降噪效果来评估各组之间的图像质量,在70% ASIR-CV 条件下,高清重建组中高清细节算法既保留了高分辨率的锐利度,也能通过适度的降噪效果使其主观评分优于高清标准算法和心脏常规重建算法,得到冠状动脉支架成像的最佳效果。

本研究的局限性:① 研究病例没有以传统的冠状动脉造影检查结果作为支架内再狭窄诊断的金标准;② 冠状动脉支架的直径大小、不同材质等是影响支架伪影、腔内显示效果的重要因素,应进一步按照支架的材质和直径细分深入研究;③ 本研究是基于较低体重和较低心率人群进行的,这些研究结果是否适用于更大范围的人群,如肥胖患者或高心率及心律不齐患者尚不确定,需要进一步的工作来评估在这些人群中的诊断效能。

4 结论

本研究结果表明,新一代专用心脏扫描仪高分辨率扫描技术结合心脏专用迭代重建技术提升了对冠状动脉及冠状动脉支架图像质量的客观评分,可以为PCI 植入术后的患者提供临床诊断满意的冠状动脉及支架的图像质量,而且本CT 扫描仪具有宽体探测器,配合使用更快的转速和迭代重建算法可以进一步降低患者的辐射剂量,未来还可进一步探讨在不同体重患者和高心率及心律不齐患者中的可行性,有助于对更大范围接受冠状动脉支架置入术的患者进行低剂量高清CCTA 的评估检查。

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