64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的相关影响因素分析.doc

64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的相关影响因素分析.doc 64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的相关影响因素分析,心脏体 模模拟实验 来源:未知 作者:刘 斌 赵 红 吴兴旺 张家文 余永强 沈 [日期:2007-05-12 08:36:07] 云 廖静敏 64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的相关影响因素分析,心脏体模模拟实验 安徽医科大学第一附属医院放射科 刘 斌 赵 红 吴兴旺 张家文 余永强 沈 云 廖静敏 【摘要】目的 采用心脏动态体模，对64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的相关影响因素进行分析。方法 本研究采用GE Light speed 64层螺旋CT，以心脏扫描的模式对心脏动态体模进行扫描。心脏动态体模由3个部分组成:动力部分、解剖结构模拟部分和控制部分组成。心脏动态体模的心率设置为40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110和115次/min，X线管转速设置为0.35、0.40和0.45 s，分别对不同心率下的心脏动态体模进行冠状动脉成像扫描。所有扫描数据在R-R间期90%时相分别进行单扇区和多扇区重组。重组数据传至AW4.2工作站后处理成像。后处理方法采用容积重组(VR)、多平面重组(MPR)模式。分别对不同重组图像进行评分。统计学处理采用多元线性回归模型。结果 (1)心率对图像质量的影响有显著意义;随着心率的增加，图像质量评分呈下降趋势。多元线性回归分析显示心率每增加1次，图像质量评分平均减低0.046;(2)重组算法对图像质量的影响有显著意义。在同一条件下多扇区重组算法较单扇区重组算法提高了图像质量评分，多扇区重组算法相对于单扇区重组算法能增加图像质量评分0.5。(3)X线管转速在0.35、0.40和0.45 s下对图像质量的影响无显著意义。在40 ~115次/min心率时的重组图像，得到的最高评分时X线管转速分别为0.35、0.35、0.35、0.35、0.45、0.35、0.40、0.45、0.40、0.35、0.35、0.35、0.35、0.45、0.45 和 0.45s。(4)心率、重组算法与图像质量间具有多元线性回归关系。结论 采用心脏动态体模评价64层螺旋CT冠状动脉成像图像质量的影响因素，对临床研究和应用有着重要价值。能够为其临床应用和基础研究提供帮助。 【关键词】 冠状动脉;螺旋CT;影像质量;多元线性回归分析;心脏动态体模 Analysis of main influence factors on coronary artery image quality with 64-detector row helical CT using a pulsating cardiac phantom LIU Bin,ZHAO Hong,WU Xing-wang,ZHANG Jiawen ,YU Yong-qiang,SHEN Yun,LIAO Jingmin. Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230022, P.R.China 【Abstract】Objective To explore the main influence factors (heart rate, rotation speed,and reconstruction algorithm) on the image quality of coronary artery with 40mm VCT (64-detector row helical CT) using a pulsating cardiac phantom..Methods An adjustable pulsating cardiac phantom (GE) containing predetermined simulated coronary arteries was scanned using a 40mm VCT (GE LightSpeed CT) with cardiac pulsating rates of 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100,105,110, and 115 beats per minute (bpm). The variable rotation speeds technique of 0.35s, 0.40s and 0.45s were used respectively. The raw data were reconstructed using both one-sector and multi-sector reconstruction algorithm at optimal window of the R-R interval . The image quality score(IQS) were evaluated by two radiologist according to the same evaluative standard of reformated image. The correlation between heart rate(HR), roation speed ,reconstruction algorithm and IQS were analyzed. The IQS as independent variable and the HR, rotation speed, reconstruction algorithm as dependent variables were analyzed by multiple linear regression analysis.Results. The heart rate have significant with IQS, The reconstruction algorithm have significant with IQS, The rotation speed(0.35s,0.40s,0.45s) didn’t have significant with IQS.There was linear regression relationship between heart rate, reconstruction algorithm and IQS(p<0.01). The equation of multiple regression was IQS=5.154-0.046×(HR)+ 0.500×(reconstruction algorithm). The multi-sector reconstruction algorithm improved the image quality than one-sector did.Conclusion Itcanevaluate the main influence factors on the image quality of coronary artery with 40mm VCTusing a pulsating cardiac phantom .It plays an important role in clinical research and application. 【Key words】Coronary artery; helical CT; Image quality ;Multiple regression analysis; MDCT; Cardiac Phantom [1,64层螺旋CT冠状动脉成像已成为冠心病筛查的最重要的影像学检查手段2]，成像的质量直接影响诊断的准确性。心率是直接影响图像质量的因素，多扇 区重组算法、X线管转速在改善图像质量方面起着重要的作用。本研究使用GE 公司开发研制的心脏动态体模，采用64层螺旋CT冠状动脉成像方法，在不同心 率、不同X线管转速和不同扇区算法下模拟冠状动脉成像，旨在定量分析心率、 重组算法及X线管转速与图像质量的关系。 材料与方法 一、模型描述 心脏动态体模(GE公司开发研制)由3个部分组成(图1-2):(1)动力部分:充分模拟了人体左心室的搏动，具有3个运动时相:快速泵血期、快速充盈期、慢速充盈期，可以模拟不同的心率及在扫描过程中的心率波动，能够真实地模拟心脏的运动。(2)解剖结构模拟部分:由模拟的左心室和模拟的冠状动脉组成。在体模上挂置不同内径的冠状动脉(3,5 mm内径)，冠状动脉内放置支架、支架内的再狭窄、软斑块以及钙化斑块等，所选冠状动脉材料的CT值接近生理情况下的CT值，狭窄材料具有不同的CT值，可以模拟不同性质的斑块。在不同内径的冠状动脉内设置不同程度的狭窄(25%、50%和75%)。冠状动脉的挂置方式按照不同的角度以模拟不同冠状动脉的走行。运动时，整个心脏体模浸没于水箱中，尽可能模拟心脏搏动时的生理环境。(3)控制部分:心脏体模的运动方式可以通过编程来设定，可以设定不同的心率、不同心率的搏动模式(包括心律不齐)、不同的运动程度(收缩期和舒张期的比率)来模拟人体的状态进行研究。本次研究设定的是不同心率的运动方式。 二、扫描方法 采用GE Light speed 64层螺旋CT，扫描参数，管电压120 kV，管电流600 mA，准直64×0.625 mm，螺距0.2，显示野(FOV)150 mm×150 mm，矩阵512×512，心脏体模的心率设置为40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110和115次/min运动方式，X线管转速设置为0.35、0.40和0.45 s，分别对不同心率下的心脏体模进行冠状动脉成像扫描。所有扫描数据在R-R间期90%时相分别进行单扇区和多扇区重组(4扇区重组)。 三、图像质量评定方法 重组数据传至AW4.2工作站后处理成像。后处理方法采用容积重组(VR)、多平面(MPR)重组模式，对VR图像进行360?旋转，以模拟冠状动脉为中心进行MPR成像，由2名有经验的影像医师共同观察评分，评分标准分为4级评分:4分，模拟冠状动脉显示清晰，无伪影;3分，模拟冠状动脉某段稍模糊或VR图像上见轻度阶梯状伪影;2分，VR图像中等度阶梯伪影，模拟冠状动脉错位、中断;1分，重组图像上不能识别模拟冠状动脉影像。 四、统计分析方法 采用多元线性回归模型分析心率、重组算法及X线管转速对图像质量的影响。以Stepwise(逐步引入-剔除法)确定进入方程的变量，以P<0.05作为有统计学意义。所有统计学分析均由SPSS11.0统计软件包完成。 结 果 X线管转速分别采用0.35、0.40和0.45 s对不同心率下的心脏动态体模进行扫描，后采用单扇区和多扇区重组的后处理图像进行质量评分(1)。随着心率的增加，图像质量逐渐下降(图3-4)。 以重组的图像质量评分为因变量，以心率、重组算法及X线管转速为自变量，进行逐步回归分析，将有显著意义的变量引入方程，结果示心率、重组算法(设定单扇区重组为1，多扇区重组为2)对图像质量的影响有显著意义;X线管转速在035、0.40和0.45 s下对图像质量的影响无统计学意义(表2)。建立的多元回归方程如下:Y(图像质量评分)=5.154,0.046×心率+0.500×重组算法(公式内的数字,0.046代表心率的回归系数，0.500代表重组算法的回归系数， 5.154代表常数)。多元线性回归分析显示心率每增加1次，图像质量评分平均 减低0.046;多扇区重组算法相对于单扇区重组算法能增加图像质量评分0.5， 在相同的条件下，多扇区重组算法优于单扇区重组算法(图5)。 讨 论 一、心脏动态体模在心脏成像的基础研究和临床应用方面的优越性 64层螺旋CT心脏成像技术应用越来越广泛，心脏成像需要系统的、定量的分析研究，但临床检查具有局限性，病人条件难以控制，心脏动态体模提供了对心[3]脏成像进行定量分析的研究工具，在心脏成像中，心率、扫描速度、重组算法等都是影响心脏图像质量以及心脏检查成功的关键因素，本研究使用64层螺旋CT对心脏动态体模进行扫描，研究这些因素与图像质量的相关性。从心脏动态体模运动时的容积变化曲线中可以看到，体模的运动分为快速泵血期、快速充盈期和慢速充盈期，很好地模拟了左心室的运动;在研究中心率可以人为地设定，避免了实际工作中病人心率的不确定性，并且对同一心率下的体模进行不同转速的扫描，可比性强，并且是对模型反复扫描，不存在辐射剂量过大的问。 二、心率对图像质量的影响 [4-8]国内外大量文献研究表明，在多层螺旋CT(MDCT)冠状动脉成像中，心率是影响图像质量的一个重要因素，随着心率的增加，心动周期将缩短，收缩期与舒张期都缩短，但舒张期缩短更明显，冠状动脉运动相对静止的时相也相应缩短，由于R-R间期的缩短，成像时间占心动周期的比例将不断增加，包含的心相也相应增多，心脏搏动伪影就会增大，在影像上就会出现扭曲和阶梯伪影，重组的冠状动脉图像质量会下降。从表1上就可看出，随着心率的增加，图像质量评分呈下降趋势，将心率带入线性回归模型，心率与图像质量评分有线性回归关系(回归系数,-0.046)，对评分的影响有统计学意义。线性回归方程提示每增加一个心率，图像质量评分会下降0.046。 三、重组算法对图像质量的影响 心脏扫描重组方法主要可分为单扇区重组法和多扇区重组法。单扇区重组法是利用螺旋扫描获得的原始数据，根据回顾性心电门控信号，以选取的特定心相(比如75%相位)为中心从一个心动周期中选取X线管旋转2/3周获取的数据，利用半重组技术进行影像重组。多扇区重组法是在半重组技术的基础上，将单一扇区分割成多个扇区，从不同的心动周期和不同排列的探测器上采集相同心相但不同角度的原始数据进行影像重组，由于每个扇区的宽度相对单一扇区有明显减[9]小，所以时间分辨率能够得到显著的提高。王照谦等研究16层螺旋CT冠状动脉成像双扇区图像重组算法结果认为使用双扇区重组算法重组相位窗置于心室舒张中期能获得较高质量的冠状动脉图像。GE64层螺旋CT的心脏软件设置心率约高于70次/min，图像的重组自动转为双扇区或多扇区重组，最短可提高时间分辨力至44ms，这样可以在一定程度改善心率较高(>70次/min)时的重组图像质量，在心脏体模扫描中，使用多扇区重组算法与单扇区重组算法进行对比研究，将重组算法带入回归分析模型，分析结果显示其对图像质量评分的影响有统计学意义，在同一条件下多扇区重组算法较单扇区重组算法提高了图像质量评分(图5)。 四、X线管转速对图像质量的影响 从单层螺旋CT、多层螺旋CT的出现到64层螺旋CT，一直在X线管转速上不断改进，以提高扫描速度，从1 s/转、0.5 s/转到64层螺旋CT时X线管转速最快为0.35 s/转，在冠状动脉成像方面，是否X线管转速时间越短，图像质量就越好，在本次研究中，使用不同的转速对不同心率下的心脏体模扫描后图像 质量评分分析后发现，不同的X线管转速与图像质量无直线回归关系，从表1可以看出:40 ~115次/min心率时的重组图像，得到的最高评分时X线管转速多数为0.35s，一些转速是0.40s或0.45s。分析其原因为:64层螺旋CT在Z轴方向的覆盖只有40 mm，一次心跳不能完成心脏扫描，需要几个心跳的数据在一起重组得到完整的心脏三维图像，采集的原始数据是同一相位的不同角度的数据，由于冠状动脉运动方式较复杂，其运动方向和速度在心动周期内不断变化，心率与扫描速度如果不能匹配，造成重组中心角度不能重合，就会产生阶梯状伪[10]影，影响图像质量的评分。从本次实验结果分析认为，在冠状动脉扫描时，对于不同的病人条件，使用变速扫描技术可能会提高图像质量。 五、本次实验的局限 尽管本次实验很好的模拟心脏的运动，但与实际工作中的冠状动脉成像仍有一些差别:(1)本次实验没有分析到呼吸的干扰因素，在临床使用中，往往有一些病人很难配合屏气，因屏气不全对图像造成的影响也是个很重要的因素;(2)模拟冠状动脉与真实冠状动脉的差别，本次的模拟冠状动脉是一些形态的直线型硅胶管，真实的冠状动脉从冠状窦发出后逐渐变细，且行程中有多个弯曲，这些逐渐移行变细的弯曲血管与模拟冠状动脉的成像有所差别;(3)心脏运动的差别，真实的心脏运动除了心室的搏动，冠状窦、冠状动脉本身也会搏动产生影响，在心脏体模的运动中，由心室的运动带动了模拟冠状动脉，模拟冠状动脉是在一种被动的状态下运动，因此体模产生的伪影与实际的冠状动脉成像产生的伪影可能会有所区别。 总之，本研究基于对64层螺旋CT冠状动脉成像质量的定量分析，使用了一种新型的心脏动态体模，模拟心脏不同心率的运动方式，分析了心率、重组算法对图像质量影响具有统计学意义的定量依据，分析在不同X线管转速对图像质量的影响，所得到的结果，一则为在临床工作中预测冠状动脉成像的图像质量;二则在心脏成像的基础研究方面，为改进图像质量的技术研究提供定量的数据。为64层螺旋CT冠状动脉成像的临床应用和基础研究提供了帮助。 参考文献 1 王锡明,武乐斌,李振家,等. 64层螺旋CT在冠状动脉造影中的应用.中华放射学杂志, 2005，39:1201-1204. 2 张敏,李石玲,郭智萍,等. 64层螺旋CT在冠状动脉血管成像技术.中国医学影像技术，2005，21:1948-1950. 3 Yamada M,Jinzaki M,Kuribayashi S,et al.Quantitative evaluation of coronary arterial stenosis using 16-slice multidetector-row computed tomography. J Comput Assist Tomogr， 2005，29:382–386. 4 雷子乔,韩萍,孔祥泉,等. 多层螺旋CT冠状动脉造影扫描技术及图像质量的影响因素.临床放射学杂志，2005，24:77-80. 5 Raff GL, Gallagher MJ, O'Neill WW,et al. Diagnostic accuracy of noninvasive coronary angiography using 64-slice spiral computed tomography.J Am Coll Cardiol,2005,46: 552-557. 6 Giesler T,Baum U,Ropers D,et al.Noninvasive visualization of coronary arteries using contrast-enhanced multidetector CT: influence of heart rate on image quality and stenosis detection. AJR，2002，179:911-916. 7 孙红,惠萍,李天文,等.多层螺旋CT冠状动脉造影:心率对最佳重建相位窗及 图像质量的影响.中国介入影像与治疗学,2005,2:274-279. 8 Hoffmann MH, Shi H, Manzke R, et al .Noninvasive coronary angiography with 16-detector row CT: effect of heart rate.Radiology，2005,234:86-97. 9 王照谦,杨志强,朱皓,等.16层CT冠状动脉成像双扇区图像重建算法与相位窗的 优选. 放射学实践, 2005，20:199-201. 10 Nakanishi T, Kayashima Y, Inoue R, et al. Pitfalls in 16-detector row CT of the coronary arteries.Radiographics,2005,25:425-438.