Application of Ultra-high-resolution Scanning in Abdominal Artery CTA Using Photon-counting CT
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摘要:
目的：评价光子计数CT超高分辨率扫描在腹部动脉CTA成像中的应用。材料和方法：回顾性收集53名2023年10月至2024年2月在光子计数CT上完成腹部血管CTA检查的患者。该批患者动脉期图像重建为：（a）层厚层间距0.2 mm，重建核Bv48（Bv）。量子迭代重建4级（QIR）；（b）层厚层间距1 mm，重建核Bv40，量子迭代重建3级，两组图像均重建生成横断位、冠状面及容积再现图像（VR）供主观评价。在腹主动脉、腹腔干、肝总动脉、脾动脉、肠系膜上动脉及双侧肾动脉勾画ROI计算图像的信噪比（SNRs）和对比噪声比（CNRs）。3名放射科医生分别阅片并评价图像噪声、血管锐利度、总体图像质量及腹腔主要动脉显示的清晰度。结果：0.2 mm重建图像的SNRs和CNRs均低于1 mm重建图像（所有血管SNRs、CNRs和噪声均P < 0.001），然而，主观评价中0.20 mm重建图像的锐利度和总体图像质量均优于1 mm重建图像，尤其是VR图像中小血管的显示。结论：光子计数CT超高分辨率扫描在腹部血管CTA成像中能有效提高腹部微小血管的显示，因而能够优化手术设计，减少手术出血及并发症。
Abstract:Objective: We evaluated the application of ultra-high-resolution scanning in abdominal artery computed tomography angiography (CTA) using photon-counting CT. Materials and Methods: We retrospectively collected data from 53 patients who underwent abdominal vascular CTA using photon-counting CT between October 2023 and February 2024. The arterial phase images were reconstructed as follows: (a) layer thickness and increment of 0.2 mm, reconstruction kernel Bv48 (body vascular, Bv), quantum iterative reconstruction (QIR) level 4; (b) layer thickness and increment of 1 mm, reconstruction kernel Bv48, QIR level 3. Two sets of images were reconstructed to generate axial, coronal, and volume-rendered (VR) images for subjective evaluation. The signal-to-noise ratios (SNRs) and contrast-to-noise ratios (CNRs) of the abdominal aorta, celiac trunk, and common hepatic, splenic, superior mesenteric, and bilateral renal arteries were calculated. Three radiologists reviewed the images and evaluated image noise, vascular sharpness, overall image quality, and clarity of the main abdominal arteries. Results: The SNRs and CNRs of the 0.2 mm reconstructed images were lower than those of the 1 mm reconstructed images. However, the sharpness and overall image quality of the 0.2 mm reconstructed images were better than those of the 1 mm reconstructed images in subjective evaluations, especially in the display of small vessels in the VR image. Conclusion: Ultra-high-resolution scanning with photon-counting CT in abdominal vascular CTA effectively improves the display of small abdominal vessels, thereby optimizing surgical planning and reducing surgical bleeding and complications.
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图 1 两组重建层厚图像对比
注：（a）和（b）0.2 mm重建和1 mm重建的横断面图像比较，在0.2 mm重建图像中可以清楚地看到左肾动脉的肾内分支，但在1 mm重建图像中没有清楚地显示（白箭）；（c）和（d）0.2 mm重建和1 mm重建图像的冠状截面比较，在0.2 mm重建图像中清楚地看到肝固有动脉的肝内分支，但在1 mm重建图像中没有看到（弯曲箭）；（e）和（f）0.2 mm重建和1 mm重建图像的VR比较，0.2 mm重建图像可以显示比1 mm重建图像（箭头）更多的双侧肾动脉和肠系膜上动脉分支。
Figure 1. Representative examples from the two image sets
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图 2 CT值测量示意图
注：放射科医生在腹主动脉（a）、腹腔干（b）、CHA（c）、脾动脉（d）、SMA（e）、左肾动脉（f）、右肾动脉（g）和腰大肌（h）的一个横断面图像上放置直径为3~15 mm的圆形ROI，尽可能多地包括血管腔，同时避免血管壁钙化、血栓和伪影。将第3腰椎水平均匀皮下脂肪组织的CT衰减的SD确定为图像噪声（i），然后将ROI粘贴到其他重建集。
Figure 2. An example of CT number and standard deviation measurements
表 1 患者一般情况
Table 1 Patient characteristics
项目 数值 年龄（平均值±标准差） 63.19 ± 11.37 性别 男性 36 女性 17 BMI/（kg/m2） 22.77 ± 2.87 
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表 2 2组重建图像的信噪比、对比噪声比和噪声
Table 2 SNRs, CNRs, and noise in the two reconstruction sets
项目 血管名称 层厚层间距 P 0.2 mm 1 mm 信噪比 腹主动脉 13.74±3.86 29.25±10.59 < 0.001 腹腔干 13.71±4.11 29.32±10.62 < 0.001 肝总动脉 13.78±3.89 28.80±10.07 < 0.001 脾动脉 13.73±3.80 29.00±9.78 < 0.001 肠系膜上动脉 14.03±4.24 29.79±11.17 < 0.001 左肾动脉 13.59±4.08 28.99±10.77 < 0.001 右肾动脉 13.62±3.75 28.54±9.25 < 0.001 对比噪声比 腹主动脉 11.57±3.58 24.60±9.65 < 0.001 腹腔干 11.53±3.83 24.67±9.68 < 0.001 肝总动脉 11.61±3.61 24.15±9.16 < 0.001 脾动脉 11.55±3.52 24.34±8.83 < 0.001 肠系膜上动脉 11.85±3.95 25.14±10.21 < 0.001 左肾动脉 11.42±3.79 24.33±9.81 < 0.001 右肾动脉 11.44±3.49 23.88±8.45 < 0.001 噪声 25.49±4.01 12.43±2.71 0.007
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表 3 横断面图像动脉评分
Table 3 Arterial depiction in axial images
评分项目 评分 P 0.2 mm 1 mm 噪声 4（3~5） 5（4~5） < 0.001 锐利度 5（4~5） 3（2~4） < 0.001 总体质量 5（3~5） 4（3~5） < 0.001 腹腔干 5（5） 5（5） 1.000 肝总动脉 5（5） 5（5） 1.000 肝固有动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.839 脾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.688 胃左动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.309 胃十二指肠动脉 5（4~5） 5（4~5） 1.000 肠系膜上动脉 5（4~5） 5（3~5） 0.338 左肾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.344 右肾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.308
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表 4 冠状面重建血管评分
Table 4 Arterial depiction in coronal images
评分项目 评分 P 0.2 mm 1 mm 噪声 4（3~5） 5（4~5） < 0.001 锐利度 5（4~5） 3（2~5） < 0.001 总体质量 5（3~5） 4（3~5） < 0.001 腹腔干 5（5） 5（5） 1.000 肝总动脉 5（5） 5（5） 1.000 肝固有动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.928 脾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.885 胃左动脉 5（4~5） 5（3~5） 0.355 胃十二指肠动脉 5（4~5） 5（4~5） 0.628 肠系膜上动脉 5（4~5） 5（3~5） 0.338 左肾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.333 右肾动脉 5（3~5） 5（3~5） 0.297
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表 5 VR图像血管评分
Table 5 Arterial depiction in VR images
评分项目 评分 P 0.2 mm 1 mm 噪声 4（3~5） 5（4~5） < 0.001 锐利度 5（3~5） 3（2~5） < 0.001 总体质量 5（3~5） 4（3~5） < 0.001 腹腔干 5（5） 5（5） 1.000 肝总动脉 5（2~5） 5（2~5） 0.996 肝固有动脉 5（2~5） 4（2~5） < 0.001 脾动脉 5（2~5） 5（2~5） 0.060 胃左动脉 5（1~5） 5（1~5） < 0.001 胃十二指肠动脉 5（1~5） 5（1~5） < 0.001 肠系膜上动脉 5（2~5） 4（2~5） < 0.001 左肾动脉 5（2~5） 4（2~5） < 0.001 右肾动脉 5（1~5） 4（1~5） < 0.001
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