刘家骥 王倩 张颖 冯秋秋 杨熹

(遵义市第一人民医院，贵州 遵义 563002)

心脏CTA心腔内成像VR阈值不透明度曲线的调制与应用研究

刘家骥1王倩2张颖1冯秋秋1杨熹1

(遵义市第一人民医院，贵州 遵义 563002)

目的 探讨通过调整容积再现成像阈值不透明度曲线以显示心腔结构的可行性。方法 收集整理行心电门控冠状动脉CTA检查的96例患者资料，采用手动编辑的梯形阈值不透明度曲线对其进行容积再现成像处理，使用虚拟手术刀技术剖开心腔后，对左右心室腔的成像效果进行5分法评分，同时测量左右心室与室间隔CT值，通过spearman秩相关系数分析心室腔成像效果与心室CT值及心室/室间隔浓度比的相关性。结果 心腔成像的效果与心室CT值及心室/室间隔浓度比呈高度正相关(rs=0.840、0.897，P均<0.01)，对比剂充盈良好的左心室4分以上的病例达90.7%。结论 具有足够对比剂浓度的心腔配合适当的阈值不透明度曲线可以获取满足诊断需要的图像，在对于以了解心腔或心脏瓣膜情况为目的的心脏CTA扫描中，调制出适合各自CT后处理工作站心腔内阈值不透明度曲线并将其应用到图像三维重建和诊断中是很有意义的。

心脏； 容积再现成像； 体层摄影术； X线计算机

随着CT扫描在时间及空间分辨率的进步，该项技术在心脏检查中的应用越来越广泛，除了冠状动脉CTA已作为冠心病筛查常用的检查手段外，对于先天性心脏病、心瓣膜疾病方面的检查，CT扫描也有着越来越广泛的应用[1-3]。与前者着眼于对心脏表面的冠状动脉情况进行评估不同，对于先天性心脏病、心瓣膜疾病为目的心脏CTA检查，则更多地想了解心腔内结构的情况。本文主要探讨一种通过调整容积再现成像(volume rendering imaging，VR)阈值不透明度曲线以显示心腔结构的方法的可行性。

1 资料与方法

1.1 基本资料

随机抽取2015年3-5月在我院行以冠状动脉检查为目的心脏CTA检查患者96例，男52例，女44例；年龄40～91岁，平均63岁。纳入标准：心腔对比剂充盈均匀，冠状动脉显示清晰,无明显运动伪影。扫描机型号为西门子Definition Flash炫速双源CT，心电门控采集，对比剂使用碘佛醇，浓度为320 gL/100 mL，给药量为70 mL ，注射速率5.0 mL /s。扫描完成后系统自动重建最佳收缩期和最佳舒张期图像。

1.2 后处理方法及图像评分

扫描完成，将扫描数据分别导入西门子Syngo.via后处理工作站进行后处理。选择VR成像，调整心脏位置，通过虚拟手术刀技术，采用平面剪裁工具剖开心腔后，调整阈值不透明曲线显示心腔，阈值不透明度曲线为手动编辑模式。采用梯形曲线，梯形中间部分设置为显示，两端设置为不显示，显示部分的CT值范围下界低于-30 HU，上界在100～700 HU间调节，根据心腔对比剂浓度不同调整上界范围(图1c)，确保心腔内高密度对比剂不显示为标准，采用系统默认的光照和阴影效果。然后分别在标准四腔心位观察室间隔和心室乳头肌、房室瓣结构。对图像质量按5分法进行评分(5分：心室腔完全透明化，心室乳头肌显示清晰，瓣叶显示清晰；4分：心腔完全透明化，心室乳头肌显示清晰，瓣叶显示欠清晰或部分显示；3分：心腔部分透明化，乳头肌显示尚清晰，瓣叶基本不能显示；2分：心腔部份透明化，心室乳头肌显示不清，瓣叶不能显示；1分：心腔不能透明化，左心室乳头肌不能显示，瓣叶不能显示)。通过评分标准，4分以上的心腔内三维重建图像能满足对心腔结构的诊断。为更全面地评估心室对比剂浓度不同对成像效果的影响，除将对比剂浓度较高的左室纳入评价外，另将对比剂浓度较低的右心室也纳入评价。

1.3 测量及统计学扫描

通过多平面重组调整经二尖瓣瓣口的四腔心断面，分别测量左、右心室及室间隔中部的CT值，并计算左、右心室与室间隔密度的比值。为评估心腔对比剂浓度与图像质量间的相关性，将心室/室间隔浓度比与图像质量进行秩相关双变量关联性分析，统计量采用spearman秩相关系数，统计学软件采用SPSS 19.0，取α=0.05为检验标准。

2 结 果

96例患者共192个心室均完成图像重组与评估，其中左心室CT值(492±118) HU，4分以上的病例88例，占到总数的90.7%；右心室CT值(118±24) HU，室间隔CT值(176±90) HU，4分以上的病例2例。不同评分组对应数量及心室CT值范围见表1。

表1 不同评分组例数、心室浓度及心室/室间隔密度比表

从统计结果可见，心室浓度及心室/室间隔浓度比与图像质量评分间的spearman系数分别为0.840与0.897，P值均<0.01，可以认为图像质量与心室CT值浓度及心室/室间隔浓度比均呈显著正相关，其中与心室/室间隔浓度比相关度更高。提示在CT检查时，心室有足够的对比剂浓度，是获得良好心腔成像图像的关键。

3 讨 论

一直以来，心脏多普勒超声检查占据着心脏影像学检查的主导地位。随着CT设备的进步，CT时间分辨率得到了极大提升，使心脏的成像能力显著提高[4]。配合心电门控的心脏CTA扫描模式可以使原来显示不佳的心腔内结构如瓣膜、心室壁等结构得到较清晰地显示。西门子炫速双源CT对心脏扫描的时间分辨率达到了75 ms[5]，使其在对心脏运动结构的显示方面具有先天优势。由于心腔的解剖较为复杂，且其长轴与身体长轴呈45°夹角，无论超声还是CT断面检查均难以全面反映心脏形态和结构，尤其对于心腔内一些不规则的较小病灶，仅靠断面更是容易造成误判，虽然通过多平面重组技术可以对诊断提供帮助，但如果能获得三维立体的图像对病变的展示无疑是有较大帮助的。在后处理工作站常规三维重建函数库内，常用的表面遮盖投影(surface shade display,SSD)还是VR协议均主要是对脏器的外观进行展示，缺乏对心腔显示良好的协议，对管腔显示主要依靠仿真内窥镜(virtual endoscope, VE)技术展示，但VE由于模拟内窥镜广角镜头的关系，其获得的图像存在一定的广角畸变，造成局部解剖结构显示的失真，对于主动脉、气道等规则管腔虽可以将视角调整到管腔中心来减少畸变[6]，但对于心腔这种形态不规则的结构这样的畸变是难以避免的，这对于心腔结构的显示来说是不利的。

相对三维重建的基础来说，有足够的密度差异配合相应的阈值不透明度曲线即可分割出不同组织结构获得相应的三维图像[7]。针对心腔显示的要求，通过VR配合适当的阈值不透明度曲线，本组资料选择了梯形曲线加以调制，选择仅显示软组织密度区间的物质与结构，对较高和较低密度的物质与结构不加以显示， 使VR图像上仅显示心肌而隐藏高密度的心腔与低密度的肺组织，以达到使心腔透明化的目的，配合虚拟手术刀技术，切开部分组织，即可观察心腔内的结构。由于显示是基于VR的，避免了图像失真，能更好地评估病灶情况，了解病灶与周围解剖结构的关系(图1a-c、图2)，为进一步的诊治提供更翔实的依据。对于所需的密度差异，本组数据显示，常规冠脉检查所达到的左心室充盈浓度已基本满足心腔内成像所需的对比剂要求，其评分4分以上的图像占到90.7%，并且对于那些仅需了解病灶与周围解剖关系的应用，评分3分的图像也可以获得较好的效果。

图1a-c：室间隔缺损(ventricular septal defect, VSD)患者。a.轴位图像：能显示VSD的存在()，但缺乏形象化，对缺损形态及周围关系不佳。b. 仿真内窥镜成像：虽能较好显示VSD形态()，但由于图像的畸变，影像判断病灶的位置和周围关系。c. VR心腔内成像：右下角为曲线方案，两腔心切面，同时能显示VSD()、左、右心室腔，并清楚显示VSD与主动脉及心室嵴的关系。图1 病灶与周围解剖结构的关系

注：通过心腔内成像显示主动脉下方室间隔膜部的不规则形态缺损()。图2 法洛氏四联症患者左室长轴切面

由于在显示心腔时需要采用虚拟手术刀技术剖开心脏表面，对于切开的角度的选择很重要。为与传统的观察角度保持一致，在角度选择上保证有四腔心位、两腔心位和一个左心室长轴位是很有必要的，能更好地对心腔内病灶的位置、大小、形态及与周围大血管的关系做出全面显示，以对病变情况加以准确评估，这对房室间隔缺损及房室与大血管连接等的显示应该有益的。而对于心脏瓣膜来说，我们可以观察到瓣膜的形态与心室壁的关系，配合回顾性心电门控，甚至可以重组出瓣膜运动的情况。而将这样制作的三维图像配合3D打印技术，可以直接打印出立体模型，达到真正所见即所得的效果,从而用于手术计划的制定或仿真[8-9]。 所以，在对于以了解心腔或心脏瓣膜情况为目的的心脏CTA扫描中，调制出适合各自CT后处理工作站心腔内阈值不透明都曲线并将其应用到图像的三维重组和诊断中是很有意义的。

[1] Han BK, Rigsby CK, Hlavacek A, et al. Computed Tomography Imaging in Patients with Congenital Heart Disease Part I: Rationale and Utility. An Expert Consensus Document of the Society of Cardiovascular Computed Tomography (SCCT):Endorsed by the Society of Pediatric Radiology (SPR) and the North American Society of Cardiac Imaging (NASCI) [J]. J Cardiovasc Comput Tomogr， 2015， 9(6):475-492.

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Research on modulation and application of intracardiac imaging VR threshold opacity curve in cardiac CTA

LiuJiaji1,WangQian2,ZhangYin1,FengQiuqiu1,YangXi1.

1.DepartmentofRadiology，theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.2.DepartmentofCardiology,theFirstPeople'sHospitalofZunyi563002,Guizhou,China.

Objective To investigate the feasibility of a new method displaying heart chamber structure by adjusting threshold opacity curve of volume rendering imaging. Methods It was collected and organized records of 96 patients accepting ECG-gated coronary artery CTA, conducted VR imaging process by manually editing trapezoidal threshold opacity curve, and applied 5-score evaluating system to assess imaging result of right and left ventricular chambers after opened cardiac chambers with virtual scalpel. Meanwhile, CT value of right ventricle and left ventricle and ventricular septum were measured. It was analyzed the correlation among ventricular chamber imaging result, ventricle CT value, and ventricle/ Ventricular septum concentration ratio through Spearman's Rank Correlation Coefficient. Results There were a highly positive correlation between heart chamber imaging result and ventricle CT value & ventricle/ventricular septum concentration ratio (rs=0.840 & 0.807,P<0.01). 90.7% of left ventricles with good contrast media filling had shown 4-score above imaging quality. Conclusion The combination of heart chamber with adequate contract media concentration and appropriate threshold opacity curve can produce image required by diagnosis. For cadiac CTA scanning aiming at examination of heart chamber or cardiac valves, it is significant to modulate intracardiac threshold opacity curve adapted to corresponding CT post-processing working station and apply it into three-dimension image reconstruction & diagnosis.

Cardiac； Volume rendering imaging； Tomography； X-ray computed

贵州省省市科技合作专项资金资助项目(NO：省市科合[2015]54)

R861.2

A

1000-744X(2016)08-0817-03

2016-03-26)