中国医科大学学报  2021, Vol. 50 Issue (4): 307-311

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李妍, 王冠
LI Yan, WANG Guan
不同扫描方案联合不同锐利卷积核对冠状动脉支架显示的影响
Effect of different scanning schemes combined with different sharp convolution kernels on coronary stent display
中国医科大学学报, 2021, 50(4): 307-311
Journal of China Medical University, 2021, 50(4): 307-311

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收稿日期：2020-12-09
网络出版时间：2021-04-07 14:27
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李妍, 王冠. 不同扫描方案联合不同锐利卷积核对冠状动脉支架显示的影响[J]. 中国医科大学学报, 2021, 50(4): 307-311.
LI Yan, WANG Guan. Effect of different scanning schemes combined with different sharp convolution kernels on coronary stent display[J]. Journal of China Medical University, 2021, 50(4): 307-311.
不同扫描方案联合不同锐利卷积核对冠状动脉支架显示的影响
李妍 , 王冠     
中国医科大学附属第一医院放射科, 沈阳 110001
收稿日期：2020-12-09；网络出版时间：2021-04-07 14:27
基金项目：国家自然科学基金(81801661)
作者简介：李妍(1988-)，女，技师，硕士.
通信作者：王冠，E-mail: cmuwangguan@sina.com.
摘要：目的 探讨不同扫描方案联合不同锐利卷积核在辐射剂量上的差异和对冠状动脉支架图像显示的影响。方法 将60例经皮冠状动脉介入治疗术后患者随机分成前瞻性心电门控合并以患者体质量指数(BMI)为分类标准的低电压低剂量对比剂扫描模式组(新扫描模式组)和回顾性心电门控合并固定剂量对比剂扫描模式组(常规扫描模式组)，每组30例。进行冠状动脉CT血管造影数据采集，将采集到的原始数据进行不同锐利卷积核(I46f和I50f)重建，评价辐射剂量和图像质量。结果 新扫描模式组有效辐射剂量明显低于常规扫描模式组(P < 0.05)。2组比较，图像噪声和支架图像质量评分的差异无统计学意义(P > 0.05)。新扫描模式组和常规扫描模式组联合不同锐利卷积核(I46f和I50f)重建出的4组图像比较，支架管腔噪声的差异有统计学意义(P < 0.05)，其中新扫描模式组联合卷积核I46f时支架管腔噪声最低。结论 采用前瞻性心电门控合并以患者BMI为分类标准的双低扫描模式进行冠状动脉CT扫描可以降低辐射剂量，同时联合锐利卷积核I46f对冠状动脉支架显示的效果最佳。
关键词：冠状动脉    支架    锐利卷积核    辐射剂量    
Effect of different scanning schemes combined with different sharp convolution kernels on coronary stent display
LI Yan , WANG Guan     
Department of Radiology, The First Hospital of China Medical University, Shenyang 110001, China
Abstract: Objective To investigate the combined effects of different scanning schemes and sharp convolution kernels on radiation dose and quality of coronary stent images. Methods We randomly divided 60 patients undergoing percutaneous coronary intervention into new and conventional scanning mode groups (n = 30 in each group). Data from coronary computed tomography (CT) angiography were collected, and the original data were used to reconstruct different sharp convolution kernels (I46f and I50f). The radiation dose and image quality were evaluated. Results The radiation dose in the new scanning mode group was significantly lower than that in the conventional scanning mode group (P < 0.05). No significant difference in the image noise and stent image quality score was found between groups (P > 0.05). Image noise measurements were significantly different between the new and conventional scanning mode groups when combined with different sharp convolution kernels (P < 0.05). Conclusion Prospective electrocardiographic gating combined with a double-low scanning mode based on body mass index could reduce the radiation dose of coronary artery CT scanning and produce the optimal image of coronary stents when combined with sharp convolution kernel I46f.
Keywords: coronary artery    stent    sharp convolution kernel    radiation dose    

冠状动脉CT血管成像(coronary computed tomo-graphy angiography，CCTA) 现已成为经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，PCI) 术后患者随访评估的重要检查方法。然而，CCTA用于PCI术后评估受到电离辐射、支架图像伪影、图像噪声等因素影响。以往研究表明，调整扫描方案可以降低患者扫描时受到的辐射剂量[1]，评估支架内腔时使用锐利卷积核可以提高支架管腔的显示[2-3]。本研究通过比较不同扫描方案联合不同锐利卷积核对冠状动脉支架图像显示的影响，探讨降低辐射剂量同时提高冠状动脉支架图像显示质量的方法。

1 材料与方法 1.1 研究对象

将2017年6月至2018年12月间收集的60例PCI术后进行CCTA检查的患者随机分成2组: 前瞻性心电门控合并以患者体质量指数(body mass index，BMI) 为分类标准的低电压低剂量对比剂扫描模式组(新扫描模式组) 和回顾性心电门控合并固定剂量对比剂扫描模式组(常规扫描模式组)，每组30例。入选标准: 心率≤100次/min；无严重心律不齐和期前收缩。排除标准: 甲亢和碘过敏。

1.2 CT扫描方案和图像后处理

CCTA数据采集的扫描范围为气管隆突至膈下2 cm，数据采集使用第二代双源CT，注射对比剂为碘帕醇。新扫描模式组采用前瞻性心电门控(最大曝光采集范围30%~75% R-R间期)，启动CARE Dose 4D智能管电流(质量参考电流320 mAs)，扫描方案见表 1。常规扫描模式组选择回顾性心电门控，启动CARE Dose 4D智能管电流、CARE kV智能最佳管电压(质量参考电压120 kV) 调节技术，对比剂和盐水固定，分别为80 mL和30 mL，注射速度为5.0 mL/s。

表 1 前瞻性心电门控合并以BMI为分类标准的低电压低剂量对比剂扫描方案 Tab.1 Prospective electrocardiographic gating combined with low-current and low-dose contrast agent scanning based on BMI classification
BMI n Tube voltage (kV) Contrast agent (mL) Injection speed (mL/s) Physiological saline (mL)
< 22 kg/m2 2 80 65 4.0 30
22- < 26 kg/m2 17 100 70 4.5 30
≥26 kg/m2 11 120 75 5.0 30
BMI，body mass index.
表选项

将支架部分的原始数据按不同锐利核(I46f和I50f) 进行重建，重建强度和重建层厚分别为3 mm和0.5 mm，对重建后的图像进行全面的观察和分析。

1.3 图像分析

1.3.1 主观评价

由2位放射科医师在窗宽1 500 Hu和窗位300 Hu下对冠状动脉支架图像进行双盲评估。图像噪声采用欧洲CT图像质量标准指南的3分法评价，评分1~3分，随着评分增高，图像噪声减少，图像质量逐渐增高。支架图像质量采用Likert 5分制评价，评分1~5分，随着分数增高，支架内腔和边界显示越来越清晰，支架图像质量提高。

1.3.2 客观评价

(1) 主动脉根部CT值的测量，在3组图像主动脉根部连续测量3次，取平均值；(2) 支架管腔噪声的测量，选取支架管腔显示的最佳层面，测得CT值的标准差作为支架内管腔噪声，测量时注意3组图像在同一层面。

1.4 辐射剂量

CT有效辐射剂量为剂量长度乘积(dose length product，DLP) 与转换系数k的乘积。成人胸部1次CT检查总辐射剂量(mSv) =DLP×0.014，胸部转换系数k为0.014。

1.5 统计学分析

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析。计量资料用x±s表示，比较图像评分的一致性采用Kappa检验，组间比较采用t检验。P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 一般情况

新扫描模式组中，男22例，女8例，平均年龄(59.40±10.69) 岁，平均心率(66.23±11.76) 次/min，BMI为(24.65±2.96) kg/m2；常规扫描模式组中，男19例，女11例，平均年龄(61.90±9.09) 岁，平均心率(66.83±10.47) 次/min，BMI为(24.86±2.39) kg/m2。2组患者的性别、年龄、心率、BMI均无统计学差异(P > 0.05)。

2.2 辐射剂量

新扫描模式组和常规扫描模式组的DLP分别为(528.39±258.33) mGy·cm和(916.74±350.31) mGy·cm，有效辐射剂量分别为(7.40±3.62) mSv和(12.83±4.90) mSv。新扫描模式组的辐射剂量明显低于常规扫描模式组(P < 0.05)。

2.3 图像评价

2组患者PCI术后成功显示支架105枚，其中新扫描模式组显示支架54枚，常规扫描模式组显示支架51枚。

2.3.1 主观评价

新扫描模式组中锐利核为I46f和I50f时Kappa值分别为0.92和0.96，常规扫描模式组中锐利核为I46f和I50f时Kappa值均为0.92，结果显示两位医师评分的一致性良好。新扫描模式组与常规扫描模式组在不同锐利卷积核(I46f和I50f) 重建出4组图像，4组图像的图像噪声和支架图像质量评分的差异均无统计学意义(P > 0.05)。见表 2。

表 2 2组图像噪声和支架图像质量评分的比较 Tab.2 Comparison of image noise and quality score between new and conventional scanning mode groups
Item New scanning mode group Conventional scanning mode group P
I46f I50f I46f I50f
Image noise score 2.16±0.11 2.01±0.09 2.08±0.11 2.01±0.10 0.866
Stent image quality score 3.94±0.37 4.04±0.36 3.91±0.32 4.01±0.34 0.963
表选项

2.3.2 客观评价

新扫描模式组与常规扫描模式组在不同锐利卷积核(I46f和I50f) 重建出4组图像，4组图像主动脉根部CT值的差异无统计学意义(P > 0.05)，支架管腔噪声的差异有统计学意义(P < 0.05)，其中新扫描模式组联合卷积核I46f时支架管腔噪声最低。见表 3、图 1、图 2。

表 3 2组主动脉根部CT值和支架管腔噪声的比较(Hu) Tab.3 Comparison of CT values of the aortic root and lumen noise of the stent between new and conventional scanning mode groups (Hu)
Item New scanning mode group Conventional scanning mode group P
I46f I50f I46f I50f
CT value of the aortic root 496.29±124.81 505.51±124.93 435.18±64.05 446.85±63.04 0.528
Stent lumen noise 48.29±36.53 61.59±44.84 55.41±45.87 56.88±47.95 < 0.001
表选项

A, new scanning mode combined with sharp convolution kernel I46f;B, new scanning mode combined with sharp convolution kernel I50f;C, conventional scanning mode combined with sharp convolution kernel I46f;D, conventional scanning mode combined with sharp convolution kernel I50f. 图 1 主动脉根部轴面图像 Fig.1 Axial images of the aortic root
图选项

A, new scanning mode combined with sharp convolution kernel I46f;B, new scanning mode combined with sharp convolution kernel I50f;C, conventional scanning mode combined with sharp convolution kernel I46f;D, conventional scanning mode combined with sharp convolution kernel I50f. 图 2 冠状动脉左前降支支架多平面重建图像 Fig.2 Multiplanar reformation images of the left anterior descending coronary artery stent
图选项

3 讨论 3.1 不同扫描方案对辐射剂量的影响

2010年关于心脏CT血管成像的专家共识提出，CCTA对于排除显著的支架内再狭窄是一种简便有效的方法，甚至可以替代侵入性血管造影[4]。然而，CT扫描也有一些缺点，包括对比剂的使用和电离辐射。近年来，人们对辐射剂量的关注越来越高。有研究[5]指出，电离辐射导致肺癌风险增高。目前，心脏扫描模式包括回顾性和前瞻性心电门控技术。前者可以连续采集心电数据并进行后期编辑，因此对于心率不稳定的患者也可以得到满意的冠状动脉图像，但辐射剂量增大。后者扫描后不能进行心电编辑，但辐射剂量降低。研究[1]报道，对于心率平稳的患者，两者在诊断准确性上无差异，后者的辐射剂量比前者减少(3.0±1.4) mSv。

由于临床工作的复杂性，常规CCTA扫描方案使用固定剂量对比剂。但不同BMI的患者对比剂的需求量不同，固定剂量对比剂会使BMI较大的患者由于对比剂用量不足导致图像质量下降，而BMI较小的患者由于对比剂用量过大增加了对脏器的损害[6-7]。研究[8-9]表明，根据不同BMI选择合适的电压和对比剂用量，可以在满足图像诊断的前提下降低辐射剂量。

本研究分别采用前瞻性心电门控合并以患者BMI为分类标准的双低扫描模式和回顾性心电门控合并固定剂量对比剂扫描模式，两者比较，前者的有效辐射剂量明显降低(P < 0.05)，而图像噪声和支架图像质量评分无统计学差异(P > 0.05)。说明新扫描模式组的冠状动脉支架图像质量可以满足诊断需求，同时能大幅度降低辐射剂量。

3.2 锐利卷积核对冠状动脉支架显示的影响

冠状动脉支架CT成像中最常见的问题是线束硬化效应和部分体积效应导致的开花状伪影。开花状伪影导致支架看起来更厚，支架腔的测量值比实际测量值要低。许多供应商提供专门的卷积核用于图像重建。这些锐利卷积核的设计是为了增强边缘高衰减结构，如支架壁。评估支架内腔时推荐使用这些专用的重建内核(锐利核)，而标准心脏重建卷积核用于评估非支架冠状动脉段。本研究对锐利卷积核I46f和I50f进行了比较，结果显示，在支架图像质量评分方面，新扫描模式组与常规扫描模式组在不同锐利卷积核(I46f和I50f) 重建出的4组图像无统计学差异(P > 0.05)，而在支架管腔噪声方面，锐利卷积核I46f低于锐利卷积核I50f (P < 0.05)。说明锐利卷积核I46f在冠状动脉支架显示方面优于锐利卷积核I50f。

3.3 迭代重建技术降低图像噪声

锐利卷积核显示的图像更锐利，更有利于支架等精细结构的显示，但其代价是增加噪声。因此，需要联合迭代重建技术抑制噪声对图像的影响[2-3]。与传统的FBP算法相比[10-11]，迭代重建算法需要较少的投影，在数据不完整和信噪比低的情况下获得高质量的图像。Safire迭代重建技术对原始数据进行去噪声和伪影等校正加工，最终得到真实、清晰的图像[12]。本研究中，新扫描模式组与常规扫描模式组在不同锐利卷积核(I46f和I50f) 重建出的4组图像均使用Safire迭代重建技术抑制图像噪声，4组图像噪声评分均在2分以上，即图像噪声在满足诊断需求的范围内；对于支架管腔噪声的客观评价，新扫描模式组与常规扫描模式组在不同锐利卷积核(I46f和I50f) 重建出的4组图像测量结果有统计学差异(P < 0.05)。说明Safire迭代重建技术联合锐利核I46f在冠状动脉支架显示图像效果更优。

本研究的局限性在于入组患者的心率均比较平稳，对心律不齐和心率波动较大的患者并不适用；同时，未与冠状动脉造影进行对照，其准确性还需临床进一步验证。

综上所述，前瞻性心电门控合并以患者BMI为分类标准的双低扫描方案能有效降低患者的辐射剂量，同时联合锐利卷积核I46f对支架壁和支架内管腔的显示更佳，值得推荐。

参考文献
[1]
YANG X, YANG JJ, ZHOU Y, et al. Accuracy of 128-slice dual-source CT using high-pitch spiral mode for the assessment of coronary stents: first in vivo experience[J]. Eur J Radiol, 2013, 82(4): 617-622. DOI:10.1016/j.ejrad.2012.11.033
[2]
HICKETHIER T, BAEßLER B, KROEGER JR, et al. Knowledge-based iterative reconstructions for imaging of coronary artery stents: first in-vitro experience and comparison of different radiation dose levels and kernel settings[J]. Acta Radiol, 2019, 60(2): 160-167. DOI:10.1177/0284185118778875
[3]
VON SPICZAK J, MANNIL M, PETERS B, et al. Photon counting computed tomography with dedicated sharp convolution kernels[J]. Invest Radiol, 2018, 53(8): 486-494. DOI:10.1097/RLI.0000000000000485
[4]
AMERICAN COLLEGE OF CARDIOLOGY FOUNDATION TASK FORCE ON EXPERT CONSENSUS DOCUMENTS, MARK DB, BERMAN DS, et al. ACCF/ACR/AHA/NASCI/SAIP/SCAI/SCCT 2010 expert consensus document on coronary computed tomographic angiography[J]. Circulation, 2010, 121(22): 2509-2543. DOI:10.1161/CIR.0b013e3181d4b618
[5]
SMITH-BINDMAN R, LIPSON J, MARCUS R, et al. Radiation dose associated with common computed tomography examinations and the associated lifetime attributable risk of cancer[J]. Arch Intern Med, 2009, 169(22): 2078-2086. DOI:10.1001/archinternmed.2009.427
[6]
CHATANI K, ABDEL-WAHAB M, WÜBKEN-KLEINFELD N, et al. Acute kidney injury after transcatheter aortic valve implantation: impact of contrast agents, predictive factors, and prognostic importance in 203 patients with long-term follow-up[J]. J Cardiol, 2015, 66(6): 514-519. DOI:10.1016/j.jjcc.2015.02.007
[7]
NAKAHASHI H, KOSUGE M, SAKAMAKI K, et al. Combined impact of chronic kidney disease and contrast-induced nephropathy on long-term outcomes in patients with ST-segment elevation acute myocardial infarction who undergo primary percutaneous coronary intervention[J]. Heart Vessels, 2017, 32(1): 22-29. DOI:10.1007/s00380-016-0836-8
[8]
BOGAARD K, VAN DER ZANT FM, KNOL RJ, et al. High-pitch prospective ECG-triggered helical coronary computed tomography angiography in clinical practice: image quality and radiation dose[J]. Int J Cardiovasc Imaging, 2015, 31(1): 125-33. DOI:10.1007/s10554-014-0515-8
[9]
LIM J, PARK EA, LEE W, et al. Image quality and radiation reduction of 320-row area detector CT coronary angiography with optimal tube voltage selection and an automatic exposure control system: comparison with body mass index-adapted protocol[J]. Int J Cardiovasc Imaging, 2015, 31(1): 23-30. DOI:10.1007/s10554-015-0594-1
[10]
SULAIMAN N, SOON J, PARK JK, et al. Comparison of low-dose coronary artery calcium scoring using low tube current technique and hybrid iterative reconstruction vs. filtered back projection[J]. Clin Imaging, 2017, 43: 19-23. DOI:10.1016/j.clinimag.2017.01.017
[11]
GHARBI S, LABIDI S, MARS M, et al. Assessment of organ dose and image quality in head and chest CT examinations: a phantom study[J]. J Radiol Prot, 2018, 38(2): 807-818. DOI:10.1088/1361-6498/aac336
[12]
TATSUGAMI F, HIGAKI T, SAKANE H, et al. Coronary artery stent evaluation with model-based iterative reconstruction at coronary CT angiography[J]. Acad Radiol, 2017, 24(8): 975-981. DOI:10.1016/j.acra.2016.12.020