探讨靶重建结合高权重基于多模型迭代重建算法对GSI 腹部CTA 微细血管显示的影响

王旭，刘义军，姜艳，张子敬，赵明月，李贝贝，马志明，周宇婧

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011）

腹部CTA 检查具有快速、无创的优点，临床应用广泛，诊断价值高[1-2]，常用于显示动脉血管的起源、走形及变异血管等情况，明确占位与血管及载瘤动脉的关系，为手术方案的选择及治疗评估提供重要的影像学信息[3-5]。但常规视野（DFOV）下行腹部CTA 检查，对于微细血管的分支显示不佳，不利于判断细小分支血管的起源和走行，影响载瘤动脉的显示。而利用靶重建技术可以在扫描完成后对需要观察的感兴趣区进行更高分辨率的重建。本研究采用靶重建技术同时结合高权重基于多模型迭代重建算法（Adaptive statistical iterative reconstruction-V，ASIR-V）来显示腹部动脉微细分支，与常规DFOV下图像进行对比，探讨小DFOV 提高腹部微细血管显示能力的临床应用价值。

1 资料和方法

1.1 研究对象

选取2021 年3—5 月临床疑似腹部疾病于大连医科大学附属第一医院接受腹部CTA 扫描的患者60例，其中男35例，女25例，年龄35～80岁，平均（63.62±9.50）岁。纳入标准：年满18 周岁，临床怀疑腹部疾病需行腹部CTA 检查。排除标准：甲状腺功能亢进和糖尿病患者，碘对比剂过敏者，腹部CTA检查失败者。本研究经医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法

所有患者均采用美国GE 公司Revolution CT机进行检查。患者选取仰卧位，脚先进，双手上举置于头顶。采用GSI 扫描模式，扫描参数：管电压80～140 kVp 瞬切，管电流400 mA，宽体探测器80 mm，扫描层厚5 mm，旋转速度0.5 s/r，螺距0.992∶1，Stnd图像，矩阵512×512。对比剂注射方案：使用Ulrich双通道高压注射器，建立肘正中静脉注射通道，对比剂为碘佛醇（320 mgI/mL），注射剂量95 mL，注射速率4.5 mL/s，再以相同速率团注生理盐水20 mL。采用SMART Prep 自动阈值触发技术，监控层面为膈下腹主动脉，诊断延迟10 s，监控时间间隔1 s，当腹主动脉感兴趣区（ROI）达到预设触阈值180 HU时，延迟5.9 s 自动启动开始扫描。扫描范围为自膈肌上缘至耻骨联合下缘。

1.3 图像分析

1.3.1 图像重建

本研究对双侧肾动脉血管分支的显示进行评估，A 组图像重建参数：在原始数据上分别重建小DFOV 结合60%～100%ASIR-V（间隔10%）的70 keV单能量图像，层厚0.625 mm，重建小DFOV 以双肾最大截面的腹主动脉为中心，大小包括双肾及其病变，按迭代权重分为5 个亚组，分别为A1（60%ASIR-V）、A2（70%ASIR-V）、A3（80%ASIR-V）、A4（90%ASIR-V）、A5（100%ASIR-V）。B 组图像重建参数：采用常规DFOV 结合50%ASIR-V 的70 keV 单能量图像，层厚0.625 mm。记录两组的DFOV 大小。重建完成后，将重建图像传入GE Healthcare AW4.7 工作站进行数据测量。

1.3.2 图像客观评价

于横断面上分别测量左肾动脉、右肾动脉最大截面以及相邻上下层面和同层面右侧竖脊肌，分别放置3 个ROI，ROI 面积占血管截面的70%～80%，竖脊肌的ROI 面积平均值为200 mm2，测量时尽量选择密度均匀区。记录每个ROI 的CT值和噪声（SD）值，对所测量的3 个ROI值进行平均，平均值为肾动脉的平均CT值和SD值，将竖脊肌的平均SD值作为图像噪声，分别计算信噪比（Signal to noise ratio，SNR）和对比噪声比（Contrast to noise ratio，CNR），公式如下：SNR=CT肾动脉/SD肾动脉，CNR=（CT肾动脉-CT竖脊肌）/SD竖脊肌。

1.3.3 图像主观评价

对各组所获得的横断面图像进行容积再现（Volume rendering，VR）、最大密度投影（Maximum intensity projection，MIP）重组，由两名具有5 年以上工作经验的影像科医师在MIP 图像上统计血管显示级数，采用5 分评价法[6-7]对血管分支的对比度、伪影、噪声和疾病诊断信心进行双盲法主观评分。3分以上满足临床诊断需求（表1）。

表1 具体评分参照标准

1.4 统计学分析

采用SPSS 24.0 软件包进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差（）表示，组内图像CT值、SD值、SNR值、CNR值间比较采用单因素方差进行分析，组间比较采用配对样本t 检验进行分析。图像质量评分为等级资料，两名观察者主观评分的一致性分析采用Kappa 检验，Kappa值＜0.2 为一致性很差，0.2～<0.4 为一致性较差，0.4～<0.6 为一致性一般，0.6～<0.8 为一致性较好，≥0.8 为一致性很好。对组内图像血管的主观评分分析采用Friedman 检验，组间比较采用Wilcoxon 检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 DFOV 统计

A、B 组DFOV 分别为（23.52±1.77）cm、（44.95±2.23）cm，差异有统计学意义（t=61.122，P＜0.05）。

2.2 客观评价指标

各组图像左肾动脉、右肾动脉及背景CT值间差异均无统计学意义（P＞0.05），血管SD值、SNR、CNR 及背景噪声间差异均有统计学意义（P＜0.05）。随着ASIR-V 权重的增加，A 组肾动脉CT值的变化无统计学意义（P＞0.05），血管及背景SD值逐渐降低（P＜0.05），SNR 和CNR 逐渐增加（P＜0.05）。A1、A2组左、右肾动脉及背景SD值高于B 组（P＜0.05），血管SNR、CNR 低于B 组（P＜0.05）。A3、B 两组血管及背景SD值、SNR 和CNR 间差异均无统计学意义（均P＞0.05）。A4、A5 组左右肾动脉及背景SD值低于B 组（P＜0.05），血管SNR、CNR 高于B 组（P＜0.05）（表2）。

表2 不同重建方式下肾动脉客观参数比较

2.3 主观评价指标

两名影像科医师对肾动脉血管的各项主观评分具有很好的一致性（Kappa值均＞0.75，P＜0.05）。A 组重建图像血管分支、血管对比度主观评分显著高于B 组（P＜0.05）。A 组随着ASIR-V 重建比例增加，噪声评分逐渐增加，伪影和诊断信心评分在A1 至A5组先增加后下降，采用80%ASIR-V 重建图像（A3组）时，综合主观评分最高，且优于B 组（P＜0.05）（表3，图1～4）。

表3 不同重建方式下肾动脉成像主观评分

3 讨论

腹部CTA 是腹部疾病检查的重要手段，可术前准确判断血管解剖变异、病变供血血管、累及范围，用于帮助外科医师制定手术方案[8]。但腹部脏器血管解剖复杂，病变血供多样，特别对于微细血管的观察，需在高空间分辨率下明确其毗邻关系[9]，常规DFOV 下空间分辨率不佳，对病变微细血管评估及后处理重建较为困难，而通过对常规腹部CTA 扫描数据进行靶重建，重建小DFOV 下的图像空间分辨率会明显提升，可以显著提高对腹部脏器微细血管的显示程度，以期获得更佳的诊断信心。

CT 空间分辨率是在高对比情况下显示小病灶或微细组织结构的能力，受像素大小、层厚、噪声等多种因素影响，其中像素为主要影响因素之一[10]。像素是构成CT 图像的最小单位，其大小决定了图像的细节，越小则图像的空间分辨率越高。根据像素=DFOV/矩阵，在矩阵不变的前提下，降低DFOV 可以使像素值变小，从而提高空间分辨率[11]。本研究中针对肾脏进行小DFOV 重建，重建DFOV 最大为19.9 cm，远小于常规DFOV 范围（40.7～50.0 cm），像素缩小了10%～15%，有效提高了图像空间分辨率。

靶重建是基于扫描原始数据，按所需范围重建图像，使用薄层与小DFOV 相结合的后处理技术。靶重建特点：①薄层重建。层厚0.625 mm，低于临床常规层厚（5 mm）。有研究表明，薄层可减轻周围间隙效应，更真实的反应组织CT值，且使像素的纵向向量缩小，提高纵向空间分辨率，更有利于疾病及细微结构的显示与观察[12]。②小DFOV。在矩阵不变时，DFOV 的减小，会使像素减小，图像空间分辨率增加。靶重建技术除了可以提高图像质量外，还具有以下优势：对原始数据进行处理，无需再次扫描，不会增加患者的辐射剂量；在原有扫描范围内，可自由选择重建区域，对不同部位结构、不同性质的病变进行特异性显示，获得更多的图像信息。目前该技术多用于肺部结节的回顾性分析，准确测量结节直径，判断内部细微结构特征、边缘形态特征以及与背景肺结构的相关性[11，13-14]。已有研究表明靶重建技术可敏感检出动脉斑块[15]。但对于腹部血管，尤其是微细血管少有相关研究。本研究采用小DFOV 重建，表明靶重建在肾动脉微细血管中的应用价值，该技术可操作性强，易于实现，也可拓展应用至胃周动脉、胆囊动脉、直肠动脉等重建显示。

但是，靶重建在提高图像空间分辨率的同时，随着DFOV 的减小，单位像素光子量减少，使图像噪声显著增加，图像质量下降。ASIR-V 迭代重建算法应用广泛，已有大量文献研究表明其可以平衡图像噪声和空间分辨率，显著降低噪声[16-19]。本研究通过联合高权重的ASIR-V 来弥补DFOV 缩小带来的噪声增高的问题，使肾动脉及其分支的噪声减小，SNR、CNR 提高。本研究结果显示，小DFOV下，血管对比度、伪影和诊断信心的主观评分在一定ASIR-V 权重下，与权重比例呈正比，而噪声的主观评分随权重增加不断升高，与客观噪声值不断下降相对应，但过高权重ASIR-V 会使图像出现蜡状伪影或模糊效应，这也是超过80%ASIR-V时，除噪声外，其余主观评分下降的原因，这些伪影会对诊断造成影响[20]。任占丽等[7]的研究中，采用ASIR-V 评价肾动脉也出现了类似的变化趋势，其研究表明70%ASIR-V 重建肾动脉CTA 图像质量最佳，但本研究中80%ASIR-V 重建图像质量最佳，这可能是因为本研究中扫描条件和DFOV 的改变所致，同时，大胆推测小DFOV 下可能会使ASIR-V 降噪性能得到更好的发挥，但高权重所带来的蜡状伪影仍不可避免。

本研究的不足：只对肾动脉进行了重建与分析，未结合疾病进行分析，且对腹部其他微细血管未进行重建评估，需进一步扩大研究；未深入探讨DFOV变化和ASIR-V 重建比例是否存在代偿关系；均采用70 keV 重建，未探讨小DFOV 下最佳单能量对肾动脉CTA 微细血管的显示。

综上所述，针对单器官CTA，靶重建技术可以作为检查必要的补充手段，基于原始数据进行处理，无需再次扫描，不会增加患者的辐射剂量，且明显提高了图像的空间分辨率，同时辅以高权重ASIR-V降噪，能显著提高腹部CTA 的图像质量，更好的显示腹部动脉微细血管分支，为临床提供更多的诊断依据，具有可靠的临床实用性。