在低对比剂用量、低辐射剂量的双低肺动脉CT血管成像（CTPA）检查中，比较深度学习重建（DLR）与自适应迭代重建（ASiR-V）的图像质量及Qanadli栓塞指数。
回顾性分析2020年10月至2021年3月徐州医科大学附属医院放射科88例行CTPA双低扫描患者的资料，其中男44例，女44例，年龄11~87（61±15）岁。采用80 kV管电压，20 ml对比剂用量，扫描数据分别进行标准内核深度学习高档重建（DL-H）和ASiR-V重建，并将患者分为标准内核DL-H组（88例，肺栓塞阳性33例）及ASiR-V组（88例，肺栓塞阳性36例）。分析比较两种重建算法的CT值、图像噪声、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）、主观图像质量评分、Qanadli栓塞指数、阳性率及阳性Qanadli栓塞指数差异。
标准内核DL-H和ASiR-V两种重建算法组间肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的CT值差异均无统计学意义［分别为（405.8±111.7）比（404.0±112.0）HU、（412.9±113.1）比（411.5±112.2）HU、（418.1±119.9）比（415.4±118.0）HU，均P>0.05］。标准内核DL-H组肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的图像噪声较ASiR-V组降低（分别为16.6±4.7比28.1±4.8、18.3±6.1比29.8±4.9、17.6±5.6比28.4±4.7；均P<0.001）。标准内核DL-H组肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的SNR和CNR较ASiR-V组显著提高（SNR：25.5±7.1比14.5±3.9、23.9±7.2比13.9±3.4、24.9±7.4比14.8±4.1，CNR：21.6±6.6比12.3±3.9、20.2±6.7比11.8±3.4、21.2±6.9比12.6±4.1；均P<0.001）。标准内核DL-H组的主观图像质量评分较ASiR-V组显著提高（4.6比3.8，P<0.001）。两组的Qanadli栓塞指数、阳性率及阳性Qanadli栓塞指数差异均无统计学意义（均P>0.05）。
标准内核DL-H重建较ASiR-V重建能够显著提高双低扫描条件下的图像质量。
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急性肺动脉栓塞（pulmonary embolism，PE）是一种常见的心血管疾病，具有较高的致死率，早期发现、治疗能有效改善患者预后［1, 2］。CT肺动脉造影（CT pulmonary angiography，CTPA）能快速有效地诊断PE，是PE的首选影像学检查方法［3］。CTPA可以通过计算Qanadli栓塞指数［4］，量化并评价PE的严重程度，对患者进行危险度分层，指导临床制定治疗决策［5, 6］。为了降低CTPA扫描的辐射剂量和对比剂肾病发病风险，有学者推荐采用低对比剂用量、低辐射剂量的双低扫描技术。但是，双低技术在一定程度上会降低CTPA图像质量，影响诊断信心、Qanadli栓塞指数的精确计算［7］。TrueFidelityTM深度学习算法重建（deep learning image reconstruction，DLR）作为一种机器学习算法，能有效降低图像背景噪声，抑制伪影，提高图像质量［8］。然而，DLR在改善双低扫描CTPA图像质量、Qanadli栓塞指数精准评估中的价值仍有待探究。因此，本研究旨在探讨深度学习与传统自适应迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction-veo，ASiR-V）双低扫描CTPA检查的图像质量、Qanadli栓塞指数。
回顾性收集2020年10月至2021年3月在徐州医科大学附属医院放射科行CTPA双低扫描的88例患者。纳入标准：（1）临床怀疑PE；（2）患者没有严重影响CTPA图像质量的胸部金属植入物病史。排除标准：（1）碘对比剂过敏史；（2）严重的心、肝、肾等脏器衰竭；（3）妊娠；（4）躁动、不能配合扫描。
最终共纳入患者88例，男44例，女44例，年龄11~87岁（61±15）岁。每例患者的CTPA原始数据分别行标准内核DLR高档（DLR-High，DL-H）和ASiR-V两种算法重建，根据重建方法将患者分为标准内核DL-H组（88例，栓塞阳性33例）及ASiR-V组（88例，栓塞阳性36例）。本研究已通过徐州医科大学附属医院医学伦理委员会审核（AF-48/06.0），患者知情同意豁免。
本研究采用Revolution CT扫描仪（美国通用电气医疗公司）。患者仰卧位，足-头方向，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平。对比剂为350 mg I/ml碘佛醇（中国恒瑞药业），采用CT motion-xd8000高压注射器（德国欧利奇医疗有限公司）经肘正中静脉注射对比剂20 ml，注射速率4.5 ml/s，并以30 ml生理盐水冲管。动态监测肺动脉主干层面，智能追踪技术触发扫描，触发阈值为50 HU。
扫描参数：管电压80 kV，管电流为SmartmA（100~600 mA），噪声指数（noise index，NI）11.0，螺距0.992，球管转速0.28 s/圈，探测器准直宽度128×0.625 mm，层厚1.25 mm，层间距0.625 mm。
1.图像质量客观评价：由1名具有5年CTA诊断经验的影像科医生采用盲法进行测量。分别测量肺动脉主干、左右肺动脉干的平均CT值及噪声，同时测量肺动脉主干水平两侧冈下肌的CT值，取平均值用于计算。测量时感兴趣区（region of interest，ROI）置于血管中央，直径取血管直径的2/3，以减少局部容积效应，且避开血栓、斑块及伪影。本研究将ROI内像素值的标准差定义为图像噪声。计算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）及对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR），公式如下：SNR=肺动脉CT值/噪声；CNR=（肺动脉CT值-冈下肌CT值）/噪声。
2.图像质量主观评价：由1名具有15年CTA诊断经验的影像科医生，根据肺动脉的图像质量，采用5分法，盲法进行阅片评估。肺动脉5分法评分标准：1分：图像质量极差，噪声和伪影严重，无法诊断；2分：图像质量较差，噪声和伪影较多，不能达到临床诊断要求；3分：图像质量中等，噪声和伪影一般，基本达到临床诊断要求；4分：图像质量好，边界锐利，噪声小，有少量伪影，达到临床诊断要求；5分：图像质量优良，边界锐利，噪声小，基本无伪影，达到临床诊断要求。1~2分不能满足临床诊断要求，3~5分可以满足临床诊断要求。
两侧肺动脉包括上叶（尖、后、前段）3支、中叶（内、外侧段）或舌叶（上、下舌段）2支、下叶（背段及前、内、后、外侧基底段）5支，共计20支肺段动脉。
栓塞严重程度采用2分制计算：没有栓塞不计分，部分栓塞1分，完全栓塞2分，每个肺段动脉的栓子记为1分。此外，段以上的栓塞得分为其所包含的肺段动脉数之和。每例患者的最大栓塞评分为2×20分=40分。
公式：Qanadli栓塞指数=［∑（栓塞肺段动脉数×栓塞程度）/40］×100%。
采用SPSS 22.0 软件对数据进行分析。肺动脉CT值、噪声、SNR、CNR为计量资料，符合正态分布，以表示，采用独立样本t检验进行两组间比较；主观评分、Qanadli栓塞指数及阳性Qanadli栓塞指数为偏态分布，以M（Q1，Q3）表示，采用Mann-Whitney U检验进行两组间比较；性别、体质指数、D-二聚体指标、栓塞阳性例数等定性资料用率和频数描述；栓塞阳性例数采用χ2检验进行两组间比较。双侧检验，检验水准α=0.05。
88例患者中，标准内核DL-H组检出栓塞阳性33例（37.5%），ASiR-V组检出栓塞阳性36例（40.9%）（表1）。
88例患者的临床基线数据
88例患者的临床基线数据
| 项目 | 结果 |
|---|---|
| 年龄（岁）a | 61.2±15.2 |
| 性别（例，男/女） | 44/44 |
| BMI（kg/m2）b | |
| <25 | 46（52.3） |
| ≥25 | 42（47.7） |
| D-二聚体（ug/ml）bc | |
| 正常 | 8（15.4） |
| 升高 | 44（84.6） |
| 栓塞阳性患者b | |
| 标准内核DL-H | 33（37.5） |
| ASiR-V | 36（40.9） |
注：a；b 例（%）；c部分患者资料缺失，共有52例；BMI为体质指数；标准内核DL-H为标准内核深度学习高档重建；ASiR-V为自适应迭代重建
标准内核DL-H和ASiR-V两种重建算法组间肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的CT值差异均无统计学意义（P>0.05）。标准内核DL-H组肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的图像噪声低于ASiR-V组，差异均有统计学意义（分别为16.6±4.7比28.1±4.8、18.3±6.1比29.8±4.9、17.6±5.6比28.4±4.7；均P<0.001）。标准内核DL-H组肺动脉主干及右肺动脉干、左肺动脉干的SNR和CNR高于ASiR-V组，差异均有统计学意义（SNR：25.5±7.1比14.5±3.9、23.9±7.2比13.9±3.4、24.9±7.4比14.8±4.1，CNR：21.6±6.6比12.3±3.9、20.2±6.7比11.8±3.4、21.2±6.9比12.6±4.1；均P<0.001）（表2，图1、2）。
两组行CTPA双低扫描患者的客观图像质量比较（）
两组行CTPA双低扫描患者的客观图像质量比较（）
| 项目 | ASiR-V组（n=88） | 标准内核DL-H组（n=88） | t值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 肺动脉主干 | ||||
| CT值（HU） | 404.0±112.0 | 405.8±111.7 | -0.11 | 0.911 |
| 噪声 | 28.1±4.8 | 16.6±4.7 | 15.96 | <0.001 |
| SNR | 14.5±3.9 | 25.5±7.1 | -12.69 | <0.001 |
| CNR | 12.3±3.9 | 21.6±6.6 | -11.36 | <0.001 |
| 右肺动脉干 | ||||
| CT值（HU） | 411.5±112.2 | 412.9±113.1 | -0.08 | 0.933 |
| 噪声 | 29.8±4.9 | 18.3±6.1 | 13.61 | <0.001 |
| SNR | 13.9±3.4 | 23.9±7.2 | -11.65 | <0.001 |
| CNR | 11.8±3.4 | 20.2±6.7 | -10.46 | <0.001 |
| 左肺动脉干 | ||||
| CT值（HU） | 415.4±118.0 | 418.1±119.9 | -0.15 | 0.882 |
| 噪声 | 28.4±4.7 | 17.6±5.6 | 13.78 | <0.001 |
| SNR | 14.8±4.1 | 24.9±7.4 | -11.24 | <0.001 |
| CNR | 12.6±4.1 | 21.2±6.9 | -10.01 | <0.001 |
注：ASiR-V为自适应迭代重建；标准内核DL-H为标准内核深度学习高档重建；SNR为信噪比；CNR为对比噪声比；本研究纳入了88例CTPA检查患者，分别进行了标准内核DL-H重建和AsiR-V重建，故两种重建均为88例
标准内核DL-H组的主观图像质量评分明显高于ASiR-V组，差异有统计学意义（P<0.001）。两组Qanadli栓塞指数以及是否为阳性的病例数差异均无统计学意义（P>0.05）；在阳性患者中，两组Qanadli栓塞指数差异无统计学意义（P=0.725）（表3，图3、4）。
两组行CTPA双低扫描患者的CTPA主观图像质量及Qanadli栓塞指数比较
两组行CTPA双低扫描患者的CTPA主观图像质量及Qanadli栓塞指数比较
| 项目 | ASiR-V组 | 标准内核DL-H组 | Z/χ2值 | P值 |
|---|---|---|---|---|
| 主观评分a | 4（3，4） | 5（4，5） | -8.30 | <0.001 |
| Qanadli栓塞指数a | 0（0，8.75） | 0（0，8.75） | -0.37 | 0.714 |
| 0b | 52（59.1） | 55（62.5） | 0.22 | 0.643 |
| >0b | 36（40.9） | 33（37.5） | ||
| 阳性Qanadli栓塞指数ac | 2.5（5，31.25） | 12.5（5，31.25） | -0.28 | 0.725 |
注：a M（Q1，Q3）；b例（%）；c栓塞阳性患者共36例；ASiR-V为自适应迭代重建；标准内核DL-H为标准内核深度学习高档重建
本研究采用双低剂量CTPA扫描，对同一患者的原始数据分别进行ASiR-V、标准内核DL-H重建，两组图像基线数据完全一致，从而在比较两组间图像质量和Qanadli栓塞指数时，能够避免选择性偏倚。
DLR作为目前最新的机器学习重建算法，在提高图像质量上已经取得了较好的研究成果。DLR以高质量图像作为靶图像，通过降低靶图像的剂量获取低质量图像，系统通过深入学习以及对神经网络的不断迭代与调整、训练模型，从而得到高质量输出图像［8，10］。本研究结果表明：与ASiR-V相比，标准内核DL-H重建在降低图像噪声上具有明显优势，这与既往的研究结果是一致的［11, 12］。相对于既往田杜雪等［11］的CTPA研究，本研究中客观图像质量的改善程度更明显，这可能是田杜雪等［11］采用100 kVp管电压，使得混合迭代重建（hybrid iterative reconstruction，HIR）的图像质量较好，从而限制了DLR对图像质量的提升空间。Benz等［12］研究表明，DLR重建提高冠状动脉CTA客观图像质量的结果与本研究一致。但其主观图像质量的改善远远优于本研究，这可能是由于评估的肺动脉、冠状动脉血管间差异以及阅片医师的主观因素所致。
DLR在降低低剂量扫描图像噪声、提高图像质量方面具有更明显优势。王金华等［13］的研究表明，低剂量胸部CT检查中，与HIR相比较，DLR对磨玻璃结节的显示更清晰、图像质量更高。Lenfant等［14］对CTPA研究发现，DLR较HIR能够显著改善图像噪声和整体的图像质量，同时显著降低辐射剂量。Singh等［15］也进一步验证了DLR在腹部低剂量CT检查中图像质量、病灶检查中的优势。相较于既往研究，本研究初步探讨了DLR在20 ml低对比剂用量、低辐射剂量双低扫描方案下优化CTPA图像质量，得到了与既往DLR在其他部位低剂量扫描中一致的研究结果，这为后续开展双低剂量研究提供了更多算法支撑。同时，本研究创新性地利用Qanadli栓塞指数诊断准确性指标，评估了DLR对于Qanadli栓塞指数诊断准确性的影响，这为DLR在双低剂量CTPA扫描中的临床应用提供了支撑。
但是，为了减少由于对比剂用量不同对研究结果的影响，尽可能地保证研究变量的一致性，本研究设计了固定超低对比剂用量（20 ml）的注射方案，没有采用基于不同BMI指数的个体化方案。对于BMI<25 kg/m2亚组患者，现有研究结果为进一步降低对比剂用量提供了依据。同时，由于阳性栓塞病例相对较少，为了避免样本量少对研究结果产生的偏倚，本文也没有进一步分析DLR对不同BMI亚组Qanadli栓塞指数诊断准确性的影响。
Qanadli栓塞指数可以评估PE的受累范围以及严重程度，既往研究还表明其可以作为右心室扩张的危险因子，用于评估患者预后［4，16］。本研究表明，标准内核DL-H与ASiR-V重建的CTPA图像Qanadli栓塞指数差异无统计学意义。虽然在标准内核DL-H组中，有3例患者肺动脉亚段的小栓子未检出，在ASiR-V组中，这3例的Qanadli栓塞指数均为2.5%。由于本研究入组的肺动脉亚段小栓子患者相对较少，标准内核DL-H与ASiR-V重建在评估肺动脉亚段小栓子Qanadli栓塞指数中的价值仍需进一步研究。
本研究仍有如下不足之处。首先，阳性PE的病例相对较少。其次，没有考虑BMI与对比剂用量的关系、没有对不同BMI的患者进一步分层研究。最后，仍需进一步探讨标准内核DL-H重建在PE导致的右心功能改变中的价值。
总之，标准内核DL-H重建能够有效提高双低扫描条件下的图像质量，其在肺动脉亚段小栓子Qanadli栓塞指数中的价值仍需探讨。
邱慎满, 张贺, 刘忠啸, 等. 深度学习重建在改善双低肺动脉CTA图像质量、评估Qanadli栓塞指数中的应用价值[J]. 中华医学杂志, 2023, 103(19): 1477-1482. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20230313-00392.
GE中国CT影像研究中心的石骁萌和张帅提供技术支持
所有作者均声明不存在利益冲突
