首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 特种医学论文 > 放射医学论文 > 实影渲染重建技术在急性肺动脉栓塞中的初步应用

实影渲染重建技术在急性肺动脉栓塞中的初步应用

2024-03-12 190 上传者：管理员

摘要：目的分析实影渲染(CR)重建技术在急性肺动脉栓塞(APE)患者中的临床应用价值。方法回顾性分析行CT肺血管造影检查的APE患者资料。将图像上传至Siemens Syngo.via后处理工作站，由一名从事心血管影像诊断工作的医师根据预先设计好的APE渲染颜色、透明度模块分别进行CR、容积再现(VR)重建。所有后处理图像的主观评估均由两名从事影像诊断工作的高级职称医师讨论进行，意见不一致时，由另一名从事心血管方向的更高职称医师判读。后处理图像的主观评估采用3分法，包括图像质量方面的栓子显示、解剖结构评分，对栓子的诊断信心及是否推荐用于多学科诊疗模式(MDT)。结果本研究共纳入17例患者，平均年龄(72.1±11.2)岁。13例(76.5%)患者CR重建栓子显示为3分。CR重建栓子显示平均2.647分，VR 2.059分，差异具有统计学意义(P=0.004)。所有病例CR重建的解剖结构均为3分，明显高于VR(2.059分),P<0.001。13例(76.5%)患者CR重建图像栓子诊断信心为3分，明显高于VR,分别为2.647和1.706分(P<0.001)。14例(82.4%)患者CR重建图像被推荐用于MDT(3分),9例(52.9%)VR组图像可推荐用于MDT讨论(2分),两组间差异有统计学意义(P<0.001)。结论 CR能够提供逼真的解剖级后处理图像，能够更好地显示APE、提高诊断信心、用于MDT交流。

关键词：
CT肺血管造影
图像后处理
实影渲染
容积重建
急性肺动脉栓塞
加入收藏

急性肺动脉栓塞(acute pulmonary embolism, APE)是常见的三大致死性心血管性疾病之一[1,2]。APE是由外源性或内源性栓子阻塞肺动脉，导致肺循环和右心功能障碍的临床综合征，其中以血栓性栓塞最常见[3]。APE患者的30天全因死亡率高达4.4%[4]。

CT肺血管造影(CT pulmonary angiography, CTPA)在APE患者栓子检出、不良预后判断、溶栓治疗评估中发挥重要作用[5,6,7]。由于临床医师-影像医师、医师-患者之间专业背景的不同，利用后处理技术可视化呈现血栓形态、位置、变化等信息，更有利于多学科诊疗模式(multi-disciplinary treatment, MDT)评估病情以及患者的宣教。

实影渲染(cinematic rendering, CR)技术是一种新型的CT容积数据重建方式。CR采用路径跟踪和全域照明模型，利用蒙特卡洛积分算法，模拟通过整个容积的数十亿光子从所有可能方向通过容积数据集的不同路径以及它们之间的相互作用，通过对每一个成像像素点进行运算后，模拟光的真实物理传播建模，生成更接近于真实照片的3D图像。相对于传统的容积再现(volume rendering, VR)、多平面重组(multiplanar reconstruction, MPR)技术，CR能够从解剖级上更逼真地呈现病变特点，其在冠状动脉钙化斑块、颅内动脉瘤、主动脉瘤覆膜支架、下肢动脉硬化等心血管病变的显示上已经表现出明显的优势[8]。

因此，本研究旨在为分析CR重建技术在APE患者中的临床应用价值。

1、资料与方法

1.1一般资料

回顾性分析2022年11月至12月间因APE行CTPA检查的患者。纳入标准：(1)CTPA诊断为APE;(2)患者未进行过任何溶栓或抗凝治疗。排除标准：(1)有碘剂过敏史；(2)有严重心、肝、肾等疾病无法行CTPA检查者；(3)孕妇、哺乳期患者；(4)呼吸不配合，图像质量差，无法完成扫描者。

1.2 CTA检查方法

CT扫描仪：Siemens Somatom Force CT(西门子医疗，德国)、GE Revolution CT(GE医疗，美国)。扫描范围：胸廓上口至肺下界。采用对比剂智能追踪技术触发扫描，触发扫描层面定位于肺动脉干，设定触发阈值为50 HU,达到阈值延迟2 s后触发扫描。对比剂采用350 mg/ml碘佛醇(恒瑞药业，中国),经高压注射器(CT motion/Missouri,欧利奇医疗有限公司，德国)以4.5 ml/s的流率注入右肘正中静脉，对比剂用量为20 ml,继以相同流率注射30 ml生理盐水。

扫描参数：(1)Siemens Somatom Force CT:智能最佳管电压技术(CARE kV,质量参考kV:100),自动管电流调制技术(CARE Dose 4D,参考mAs: 150),螺距1.5,探测器准直192×0.6 mm,转速0.5 s/r,层厚1.0 mm,层间距0.5 mm,采用高级建模迭代重建(ADMIRE),级别3,卷积核Bv36。(2)GE Revolution CT:管电压智能决策技术(kV Assist, 80～120 kVp),自动管电流调制技术[SmartmA(100～600 mA),NI:11.0],探测器准直128×0.625 mm,螺距0.992∶1,转速0.28 s/r,层厚1.25 mm,层间距0.625 mm,采用自适应统计迭代重建算法(ASiR-V),级别为50%,重建模式为stnd。

1.3图像后处理

将图像上传至Siemens Syngo.via后处理工作站分别行MPR、VR、及CR重建，由一名从事心血管影像诊断工作的医师选择能够暴露病变的最佳平面，根据预先设计好的APE渲染颜色、透明度模块，通过图像分割最大程度显示病灶及其毗邻解剖关系，同一患者的MPR、VR及CR重建图像的显示层面相同。

1.4图像评估

所有后处理图像的主观评估均由两名从事影像诊断工作的高级职称医师在Siemens Syngo.via后处理工作站上讨论进行。两者意见一致时记录图像评估得分；两者意见不一致时，由另一名从事心血管方向的更高职称医师判断图像并记录得分。

后处理图像的主观评估采用3分法，包括图像质量的栓子显示、解剖结构评分，对栓子的诊断信心及是否推荐用于MDT(表1)。

表1图像质量主观评估、诊断信心、推荐MDT评分标准

1.5统计学分析

统计分析采用SPSS 24.0统计分析软件。计量资料符合正态分布采用均数±标准差表示，计量资料不符合正态分布采用中位数(四分位数间距表示);计数资料采用率或构成比(%)表示。Kolmogorov-Smirnov检验计量资料正态性。差值符合正态分布采用配对t检验；差值不符合正态分布采用非参数Willcoxon秩和检验。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2、结果

2.1人口统计学及栓子特征

本研究共纳入17例患者，平均年龄(72.1±11.2)岁。12例(70.6%)患者APE发生在段、段以上肺动脉，多发栓子占64.7%(表2)。

表2人口统计学及栓子特征

2.2比较CR、VR两种重建方式主观图像质量

13例(76.5%)患者CR重建栓子显示为3分，2例(11.8%)患者CR重建栓子显示为1分。CR重建栓子显示平均2.647分，VR重建2.059分，差异具有统计学意义(P= 0.004)(表3,图1A～D)。

所有病例CR重建的解剖结构均为3分，明显高于VR组的解剖结构(2.059分),P<0.001(图2A～D)。

2.3比较CR、VR两种重建方式诊断信心、推荐用于MDT

13例(76.5%)患者CR重建图像栓子诊断信心为3分，诊断信心1分者2例(11.8%),CR重建组图像对栓子的诊断信心明显高于VR组，分别为2.647和1.706分(P<0.001)(表4,图3A～D)。

14例(82.4%)患者CR重建图像被推荐用于MDT,得分3分，而仅有9例(52.9%)VR组图像可推荐用于MDT讨论(2分),两组间差异有统计学意义(P<0.001)(图4A～H)。

表3比较CR、VR两种重建方式主观图像质量

表4比较CR、VR两种重建方式诊断信心、推荐MDT

3、讨论

相对于传统的MPR、VR等后处理技术，CR后处理技术明显提高了APE患者CTPA图像空间结构显示，图像接近解剖结构，本研究中仅有2例发生在亚段的肺动脉小栓子CR图像显示不佳。高质量的后处理图像有利于不同专业背景的医师更好地了解病变解剖结构，提高诊断信心，便于多学科交流、评估病变，提高临床决策效率[9]。

传统的VR后处理技术采用局部照明模型，通过模拟单一光源的光束在容积数据表面的投射，形成VR后处理图像，其缺点是图像的解剖细节显示一般、空间感不强[10]。而MPR技术虽然能够更好地显示血栓，但是作为二维成像，图像不具备空间感，不利于非医学背景的患者及其家属理解栓子部位。

不同于VR后处理方法，CR后处理技术采用崭新的全域照明光学模型，利用蒙特卡罗算法计算模拟投射在容积数据表面光束的反射、折射和散射，通过计算每一个像素的光学路径，从而能够实现解剖级逼真的后处理图像，可以实现复杂的照明效果，如柔和阴影、景深、次表面散射、折射、吸收和环境光遮挡[8,11,12]。本研究结果也表明，CR后处理技术能够更好地显示APE栓子的形态、肺动脉的空间关系，这与既往CR在心血管领域的研究结果是一致的[13,14]。

图1 A～D男，87岁。因胸闷、憋喘加重入院，D-二聚体8.4μg/mL。行CTPA检查显示双侧肺动脉干、叶动脉、肺段动脉多发栓子形成。

图1 A～1C分别为不同角度CR重建图像，清晰显示左右肺动脉栓子骑跨；图1D为VR图像，与图1 A角度相同

图2 A～D女，6 2岁。因胸闷、憋喘伴左下肢肿胀2天入院，D-二聚体大于10μg/mL，纤维蛋白酶原讲解产物28.1 mg/L。行CTPA检查显示双侧肺动脉干、叶动脉、肺段动脉、亚段动脉多发栓子形成。

图2A、2B为不同角度CR重建图像，显示左右肺动脉干栓子；图2C为后处理模板原始渲染CR图像；图2D为VR图像，与图2A角度相同

图3A～D男，73岁。肺癌病史3年，长期卧床，D-二聚体6.16μg/mL，纤维蛋白酶原讲解产物2 0.1 mg/L。行CTPA检查显示左肺下叶动脉单发栓子。

图3A、3B为不同角度CR重建图像，显示左肺下叶肺动脉栓子；图3C为后处理模板原始渲染CR图像；图3D为VR图像，与图3A角度相同

图4 A～H女，43岁。患者半年前无明显诱因咳嗽咳痰，D-二聚体9.29μg/mL，纤维蛋白酶原讲解产物22.8 mg/L。行CTPA检查发现左肺下叶外基底段肺动脉栓子（白箭），右肺中叶外侧段肺动脉栓子（绿箭）。

图4A为左肺下叶外基底段肺动脉栓子CR重建；图4B为后处理模板原始渲染CR重建；图4C为同层面VR图像；图4D为MPR图像；图4E为右肺中叶外侧段肺动脉栓子CR重建；图4F为后处理模板原始渲染CR重建；图4G为同层面VR图像；图4H为MPR图像

本研究设计了一种不同于工作站原始后处理模板的APE个体化渲染方案，通过将肺动脉中的血液渲染成红色，而将血栓渲染成流空的充盈缺损，能够更好地衬托出栓子。本研究中APE渲染模板能够提高对于栓子的显示效果，更好地检出段及段以下分支的小栓子。但是，不同渲染模板对于栓子的诊断效果仍需进一步研究。

本研究不足之处：(1)对于发生在肺亚段的小栓子CR后处理效果有待提高；(2)基于CR后处理与MPR等的图像融合技术仍需进一步研究；(3)基于CR后处理技术的APE患者栓子临床检出效率仍需进一步探讨。

因此，CR能够提供逼真的解剖级后处理图像，能够更好地显示APE、提高诊断信心、用于MDT交流。

参考文献: