王彥懿，初金剛，于　揚(yáng)，趙　宇，戴　旭

（1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng)　110001；2.西門子醫(yī)療CT事業(yè)部，遼寧 沈陽(yáng)　110001）

雙能CT單能譜應(yīng)用對(duì)冠脈小內(nèi)徑支架顯示的影響

王彥懿1，初金剛1，于揚(yáng)2，趙宇1，戴旭1

（1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng)110001；2.西門子醫(yī)療CT事業(yè)部，遼寧 沈陽(yáng)110001）

目的：評(píng)價(jià)雙能CT單能譜技術(shù)不同能級(jí)對(duì)3 mm及以下冠脈支架顯示的影響。方法：選取不同材質(zhì)7枚內(nèi)徑3 mm或2.5 mm支架，模擬冠脈血管模型，行雙源CT雙能量冠脈掃描，將獲得的兩種不同能量（100及140 kV）數(shù)據(jù)采用單能譜技術(shù)重建處理，分別得到60～140 keV（間隔10 keV）及線性融合120 kV 10組圖像；對(duì)上述10組圖像進(jìn)行雙盲主觀評(píng)價(jià)以及包括支架內(nèi)徑差異、支架內(nèi)腔衰減和圖像噪聲的客觀評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)分析各組間差異性。結(jié)果：圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性良好（Kappa= 0.833），80 keV組獲得的圖像質(zhì)量總評(píng)分最高，為31分，除與90 keV組及120 kV組差異未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外（P均＞0.05），與其他各組間均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值均＜0.05）；80 keV組支架內(nèi)徑差異值最低，為36.1%±3.7%，明顯低于其他各能級(jí)組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值＜0.05）；各組間支架管腔內(nèi)衰減差異未達(dá)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.151）。80 keV組噪聲最低，為（12.51±1.27）HU，與其各組間均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值＜0.05）。結(jié)論：對(duì)于3 mm及以下支架的評(píng)估，80 keV能級(jí)圖像重組獲得的圖像質(zhì)量最佳，更符合臨床工作需求，值得推薦使用。

支架；冠狀血管；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)

經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療（Percutaneous coronary intervention，PCI）是重癥冠心病的主要治療手段［1］，在臨床已普遍應(yīng)用［2-3］。隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，多層CT已成為臨床支架術(shù)后復(fù)查的首選無(wú)創(chuàng)性檢查［4-8］。而2010年美國(guó)心血管計(jì)算機(jī)斷層掃描學(xué)會(huì)（SCCT）冠狀動(dòng)脈CTA專家共識(shí)提出，由于容積重疊偽影和射線硬化偽影的限制，只有80%的3 mm和33%的小于3 mm的支架可被評(píng)估，高密度金屬支架帶來(lái)的放大效應(yīng)降低了支架內(nèi)管腔的圖像質(zhì)量，影響了對(duì)支架內(nèi)腔的評(píng)估［9-10］。這也是當(dāng)今放射科醫(yī)生面臨的主要難題之一［2，11］。

近年來(lái)雙能CT的誕生，使這一局限性有望得以改善。雙源CT雙能量成像采用高低千伏雙能量同時(shí)掃描，利用高低千伏兩份數(shù)據(jù)計(jì)算出每一個(gè)體素內(nèi)碘基衰減和水基衰減構(gòu)成比例，進(jìn)而計(jì)算出在不同光子能級(jí)的單能譜圖。采用該原理可以獲得不同于形態(tài)學(xué)信息的特殊細(xì)節(jié)信息，因此對(duì)提升冠脈支架的顯示效果也有一定的改善。如今雙源CT雙能量單能譜技術(shù)在金屬置入物，如骨折金屬內(nèi)、外固定及關(guān)節(jié)置換等去金屬偽影方面的應(yīng)用已得到廣泛地證實(shí)且被臨床上接受［12-13］。然而對(duì)金屬支架顯示效果的提升卻鮮有研究，尤其就不同能級(jí)對(duì)支架顯示效果的差異。本實(shí)驗(yàn)旨在研究雙能量單能譜技術(shù)不同能級(jí)以及線性融合120 kV對(duì)冠脈支架顯示方面的影響。

1　材料與方法

1.1支架的選取及模體制作

本實(shí)驗(yàn)選取不同廠家7枚支架，其具體情況見表1。

表1　所有支架的一般情況

依據(jù)以往文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)［2，4，9，14-15］，定制了3mm及2.5mm直徑亞格力管模擬人體冠脈血管，材料CT值接近人體冠脈血管壁CT值40 HU左右；所有支架均在各自輸送系統(tǒng)壓力（9 atm）及球囊擴(kuò)張下成功打開釋放于7支管內(nèi)，管的直徑等同于支架的標(biāo)稱外徑；管內(nèi)注入鹽溶液稀釋的造影劑（碘帕醇370 mgI/mL），在120kVp管電壓下其CT值為400HU；管兩端密封，將其放置在模擬人體胸部的玻璃容器中固定（26cm× 10.8 cm×9.3 cm），所有支架的固定均沿掃描儀Z軸方向［16］；容器內(nèi)填充植物油模擬心外膜脂肪組織，在120 kVp下CT值為-70 HU左右（圖1）。

圖1　模體。Figure 1.Phantom.

1.2CT掃描方式以及重建參數(shù)

所有CT掃描數(shù)據(jù)均由雙源CT（Somatom Definition Flash；Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）掃描獲得。采取虛擬ECG信號(hào)模擬心率60次/分，行雙能量（100 kV/Sn140 kV）前瞻式軸掃（SEQ）模式。掃描參數(shù)如下［17-18］：使用前瞻式心電門控，啟動(dòng)CARE Dose4D智能管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，A管球電壓100 kV，質(zhì)量參考電流220 mAs/rot；B管球使用加錫過濾的140 kV電壓，質(zhì)量參考電流187 mAs/rot；轉(zhuǎn)速0.28 s/rot，螺距0.21 mm，最佳舒張期成像。掃描完成后獲得三組數(shù)據(jù)，包括100 kV、140 kV以及兩種能量按比例融合圖像（相當(dāng)于平均加權(quán)120 kV圖像）。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行層厚0.5 mm、層間隔0.3 mm、重建卷積核I46f、迭代強(qiáng)度為3（廠家推薦）［19］重建。所有CT數(shù)據(jù)傳輸至工作站（Syngo Multimodality Workplace；Siemens Healthcare），雙能量數(shù)據(jù)導(dǎo)入Syngo Via Dual Energy Monoenergetic應(yīng)用中，通過調(diào)整圖像對(duì)比度浮動(dòng)條調(diào)節(jié)光子能量，進(jìn)行60～140 keV（間隔10 keV）單能譜重構(gòu)重建成像［20］，對(duì)上述9組及120 kV組圖像作多平面重構(gòu)（MPR）。

1.3圖像質(zhì)量分析

圖像質(zhì)量分別從主觀和客觀兩方面進(jìn)行分析，比較各組圖像之間差異。

1.3.1定性分析

主觀評(píng)價(jià)由兩位有豐富冠脈CT診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生進(jìn)行，對(duì)每幅支架圖像進(jìn)行包括管腔內(nèi)以及支架結(jié)構(gòu)顯示的雙盲評(píng)估。所有圖像均在窗寬1 200 HU和窗位650 HU下顯示［4，18］，采用Likert五分制［21］：1分：圖像質(zhì)量很差，管腔受偽影影響無(wú)法觀察到內(nèi)部情況，支架結(jié)構(gòu)模糊不清；2分：圖像質(zhì)量差，雖能看到管腔但清晰度很低，受放大偽影影響嚴(yán)重，支架模糊，不能夠診斷；3分：圖像質(zhì)量中等，可以觀察到管腔內(nèi)部，但受圖像噪聲和偽影影響邊界不清；4分：圖像質(zhì)量好，腔內(nèi)的CT值略高于正常水平，但對(duì)管腔內(nèi)評(píng)價(jià)無(wú)影響；雖有些許模糊但可以觀察到支架細(xì)小結(jié)構(gòu)；5分：圖像質(zhì)量?jī)?yōu)秀，腔內(nèi)CT值在正常水平，邊界清晰，支架細(xì)小結(jié)構(gòu)銳利分辨清楚。

1.3.2定量分析

客觀評(píng)價(jià)由一位閱片醫(yī)生在不知重建能級(jí)前提下分別對(duì)支架內(nèi)徑差異（Artificial lumen narrowing，ALN）、支架腔內(nèi)衰減值以及圖像噪聲三方面進(jìn)行評(píng)估［14］。

ALN通過比較測(cè)量?jī)?nèi)徑與真實(shí)內(nèi)徑的差異來(lái)衡量評(píng)價(jià)支架內(nèi)徑的準(zhǔn)確性。利用工作站自帶軟件卡尺工具對(duì)管腔內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量，分別選取3個(gè)不同層面取平均值。ALN定義為［9，14］：

其中，IDMeasured為測(cè)量?jī)?nèi)徑，EDReal為支架真實(shí)外徑，TStruct為支架厚度。

支架腔內(nèi)衰減差異用于評(píng)估支架放大偽影對(duì)管腔內(nèi)顯示的影響，其定義為模擬血管內(nèi)有支架處與無(wú)支架處CT值的差異。無(wú)支架處CT值通過測(cè)量支架兩端CT值取平均值獲得，有支架處CT值為軸位選取3個(gè)不同平面測(cè)量取均值，測(cè)量時(shí)感興趣區(qū)（ROI）盡量大，放置于支架內(nèi)腔的中心且避開支架管壁。

圖像噪聲定義為組織背景即支架相鄰油內(nèi)CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（取ROI大小為2 cm2）。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

所有定量分析數(shù)據(jù)均表示成均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式。不同能級(jí)的各組間統(tǒng)計(jì)學(xué)差異采用非參數(shù)Friedman方法進(jìn)行檢驗(yàn)，之后對(duì)存在差異的定量指標(biāo)進(jìn)行Post Hoc分析，再采用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)法；主觀評(píng)分首先進(jìn)行Kappa分析計(jì)算其間的一致性，再采用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)法，統(tǒng)計(jì)其差異性。所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果均取P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，統(tǒng)計(jì)分析借助IBM SPSS Statistics 19軟件實(shí)現(xiàn)。

2　結(jié)果

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見表2。

表2　不同能級(jí)下支架圖像顯示定量指標(biāo)比較數(shù)據(jù)集

2.1主觀定性評(píng)估結(jié)果

兩名閱片醫(yī)生之間圖像質(zhì)量的評(píng)估一致性較好（P＜0.05，Kappa=0.833）。

各組主觀評(píng)價(jià)結(jié)果中單能譜80 keV重建組圖像評(píng)分最高，為31分，單能譜60 keV組評(píng)分最低，僅為13分，且80 keV組與60 keV、70 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV以及140 keV各組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為0.016、0.015、0.046、0.014、0.016、0.017、0.017），80 keV組與90 keV組及120 kV組組間評(píng)分差異未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P分別為0.564、0.317，圖2）。

2.2客觀定量評(píng)估結(jié)果

2.2.1ALN分析

ALN客觀評(píng)價(jià)表明雙能量單能譜技術(shù)對(duì)在支架內(nèi)徑的評(píng)價(jià)有積極作用。80 keV能級(jí)組的ALN值最低，為36.1%±3.7%，明顯低于其他各能級(jí)組（60 keV、 70 keV、90 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV、140 keV及120 kV組），且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值分別為＜0.001、0.005、0.010、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001、＜0.001，圖3）。

2.2.2支架腔內(nèi)衰減差異分析

各組間支架管腔內(nèi)衰減差異，不同能級(jí)重建結(jié)果間差異不明顯，沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.151，圖4）。

2.2.3圖像噪聲分析

80 keV組噪聲水平最低，為（12.514±1.268）HU，與其他各能級(jí)組及線性融合120 kV組組間噪聲差異均有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P值均＜0.05，圖5）。

3　討論

有文獻(xiàn)［3，9］報(bào)道支架術(shù)后并發(fā)癥（如再狹窄、支架斷裂及支架內(nèi)血栓形成等）的發(fā)生率高達(dá)10%～46%，雖然藥物支架的出現(xiàn)減少了支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生，但仍有10%以上再狹窄的發(fā)生率，所以對(duì)支架植入術(shù)后進(jìn)行無(wú)創(chuàng)、精確的隨訪檢測(cè)成為臨床工作越來(lái)越重要和不可或缺的部分。

圖2　不同能級(jí)重建結(jié)果。圖2a～2j分別為120 kV、60 keV、70 keV、80 keV、90 keV、100 keV、110 keV、120 keV、130 keV、140 keV組重建圖像。Figure 2.　The reconstruction results of different energy levels.Figure 2a～2j：The reconstruction images of 120 kV，60 keV，70 keV，80 keV，90 keV，100 keV，110 keV，120 keV，130 keV，140 keV groups，respectively.

圖3　各組ALN分析結(jié)果分布圖。Figure 3.Box plots illustrating the ALN in the various image data sets.

圖4　各組支架腔內(nèi)衰減差異分析結(jié)果分布圖。Figure 4.　Box plots illustrating the luminal attenuation difference in the various image data sets.

圖5　不同能級(jí)各組圖像噪聲結(jié)果。Figure 5.　Box plots illustrating the image noise in the various image data sets.

雙能量單能譜技術(shù)可減少線束硬化偽影，為小內(nèi)徑支架的顯示以及腔內(nèi)的準(zhǔn)確評(píng)估提供了新的技術(shù)支持［22］。同時(shí)，我們結(jié)合0.5 mm最薄層厚，圖像的銳利度、支架與管腔及背景組織的對(duì)比度更高。本實(shí)驗(yàn)針對(duì)3 mm及以下支架對(duì)比雙能量單能譜不同能級(jí)重建及傳統(tǒng)單能120 kV在支架顯示效果方面的差異，結(jié)果表明80 keV能級(jí)對(duì)小支架的顯示效果最好，能夠減少金屬支架引起的放大偽影，更有助于觀察支架內(nèi)腔的評(píng)估以及細(xì)節(jié)的觀察。

雖然在主觀評(píng)分中，80keV與90keV組及120kV組間差異不明顯，但客觀評(píng)分中80 keV組ALN值及噪聲均較這兩組低，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。80 keV組總評(píng)分也最高。

雙能量單能譜成像存在著一個(gè)問題，即在將能譜keV調(diào)高時(shí)，會(huì)犧牲圖像對(duì)比度。80 keV組對(duì)比度很明顯要低于120 kV組的對(duì)比度。因此在實(shí)際應(yīng)用中，要相應(yīng)調(diào)整雙能量顯示窗寬窗位以得到更好地顯示效果。

在支架內(nèi)徑評(píng)估方面，80 keV能級(jí)組最準(zhǔn)確，ALN值最低，達(dá)36.1%±3.7%。André等［2］使用256層CT與第一代雙源CT進(jìn)行3 mm以下支架顯示對(duì)比實(shí)驗(yàn)，其支架內(nèi)徑ALN值為50.8%±7.4%與50.7%± 7.2%；Yang等［9］在HDCT進(jìn)行支架評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，其中回顧式心電門控組的ALN為31%±5.8%，本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果基本與之一致。

對(duì)于管腔內(nèi)衰減值差異，各組間并沒有發(fā)現(xiàn)顯著性差異。分析其原因，可能與測(cè)量時(shí)ROI區(qū)域選取有關(guān)。支架掃描時(shí)引起的放大偽影在金屬結(jié)構(gòu)周圍產(chǎn)生模糊放大的作用，而在測(cè)量管腔內(nèi)CT值時(shí)，一般都要求避開金屬結(jié)構(gòu)，所以在測(cè)量管腔內(nèi)CT值時(shí)大多都避開了放大偽影的影響。這也提示我們對(duì)于管腔內(nèi)衰減值差異的分析應(yīng)選取更為有效的方法或者評(píng)價(jià)手段。

在噪聲方面，雙能量單能譜80 keV重建組噪聲最低，僅為（12.51±1.27）HU。目前業(yè)界最高的140kV管電壓其平均光子能量才僅為75 keV，因此80 keV單能譜成像相當(dāng)于使用了更高的管電壓，因此可以得到更低的圖像噪聲但卻沒有增加輻射計(jì)量。

此外，據(jù)之前文獻(xiàn)［2，4，9，14-15］報(bào)道，支架成像圖像質(zhì)量還與支架材料以及藥物情況有著明顯的關(guān)系。在本實(shí)驗(yàn)中由于樣本數(shù)量限制，對(duì)于此方面的研究缺乏統(tǒng)計(jì)學(xué)價(jià)值故未進(jìn)行。在未來(lái)有必要擴(kuò)大樣本數(shù)量就此以及本文中提到的結(jié)果進(jìn)行大樣本的研究。

總之，雙能量單能譜成像技術(shù)可降低金屬支架的放大偽影，提高冠脈支架圖像質(zhì)量，進(jìn)一步提高支架內(nèi)腔的可視化。80 keV能級(jí)圖像重組可獲得最佳圖像質(zhì)量，更符合臨床工作的需求，值得推薦使用。其有待于進(jìn)一步的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來(lái)加以證實(shí)。

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Visual improvement for 3mm or less coronary artery stent imaging by using monoenergetic imaging of dual-energy CT

WANG Yan-yi1，CHU Jin-gang1，YU Yang2，ZHAO Yu1，DAI Xu1
（1.Department of Radiology，the First Affiliated Hospital of China Medical University，Shenyang 110001，China；2.Siemens Healthcare CT Career Department，Shenyang 110001，China）

Objective：To evaluate the improvement for 3 mm or less coronary artery stent visualization by using monoenergetic imaging of dual-energy CT.Methods：We selected seven 3 mm or 2.5 mm coronary artery stents of different materials to make in-vitro coronary artery model，and then underwent perspective coronary artery scan using dual-energy CT，then reconstruct the two different data（100 and 140 kV）using dual-energy scanning sequence with monoenergetic technique，monoenergetic software was used to post-process with the flowing 9 photon energies：60～140 keV（interval 10 keV）and average weighted 120 kV images with different data at 100 and 140 simulation of coronary vascular model.Double-blind and independent qualitative evaluation and quantitative assessment including artificial lumen narrowing（ALN），luminal attenuation difference and image noise in the groups were performed，and analysis the differences between the groups.Results：The interobserver agreement for the image subjective quality scores was substantial（Kappa=0.833），the image quality of the 80 keV group was the highest total score，for 31 points，in addition to the difference with 90 keV group and 120 kV group did not reach statistical significance（P＞0.05），there was statistically significant difference with the other groups（P＜0.05）.The ALN value of the 80 keV group was the lowest（36.1%±3.7%），which was much lower than the other groups，and the difference with other groups was statistically significant（P＜0.05）.But the value of the stent luminal attenuation difference between the ten groups all did not reach statistical significance（P=0.151）.The noise value of the 80 keV group was the lowest（（12.51±1.27）HU），and the difference with other groups was statistically significant（P＜0.05）.Conclusion：To visually evaluate 3 mm or less coronary artery stents，the best image quality is to using the 80 keV energy level，more conform to the requirements of clinical work，recommended to use.

Stents；Coronary vessels；Tomography，X-ray computed

R543.3；R814.42

A

1008-1062（2015）06-0400-05

2014-12-25

王彥懿（1988-），女，吉林白山人，在讀碩士研究生。

戴旭，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，110001。