能譜CT優(yōu)化支氣管動(dòng)脈CT血管成像質(zhì)量的最佳單能量值的初步研究

安徽省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(安徽 合肥 230031)

王傳彬 高 飛 董江寧 韋樹(shù)華李乃玉 韋 超 方 昕

論 著

能譜CT優(yōu)化支氣管動(dòng)脈CT血管成像質(zhì)量的最佳單能量值的初步研究

安徽省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(安徽 合肥 230031)

王傳彬 高 飛 董江寧 韋樹(shù)華李乃玉 韋 超 方 昕

目的 評(píng)價(jià)能譜CT單能量成像技術(shù)在顯示支氣管動(dòng)脈中的應(yīng)用價(jià)值，尋求其CTA圖像質(zhì)量最佳的單能量keV值或區(qū)間。方法 回顧性分析18例患者影像資料，均采用能譜CT掃描技術(shù)行胸部增強(qiáng)掃描，符合研究標(biāo)準(zhǔn)的15例。數(shù)據(jù)采集完成后直接獲取140kVp混合能量和70keV單能量圖像，再通過(guò)AW4.5工作站GSI viewer軟件得到最佳單能量圖像，并每隔5keV對(duì)50-80keV區(qū)間進(jìn)行拆分，分別獲取50keV、55keV、60keV、65keV、70keV、75keV、80keV單能量圖像，比較上述7組支氣管動(dòng)脈的對(duì)比噪聲比(CNR)、信噪比(SNR)，并采用Bonferroni法進(jìn)行比較。結(jié)果 本研究15例中，28支支氣管動(dòng)脈均符合研究要求。50keV單能量組(CNR：33.21±10.03；SNR: 38.54±10.53)略優(yōu)于55keV組(CNR：28.29±8.28；SNR:33.98±8.76)，二者之間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.211、0.517)；但50keV、55keV均優(yōu)于余下5組不同keV單能量組(CNR、SNR呈遞減趨勢(shì))，P＜0.05。GSI軟件所測(cè)得較佳單能量水平均位于50-55keV水平，以53keV最多見(jiàn)(14/28，50%)。實(shí)際測(cè)量值與GSI viewer軟件自動(dòng)得到的最佳keV值相符。結(jié)論 在50-80keV區(qū)間7組不同水平單能量模式下的支氣管供血?jiǎng)用}的顯示中，最佳單能量位于50-55keV水平間，最佳單能量keV值為53keV。

能譜成像；支氣管動(dòng)脈；血管造影術(shù)；體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)

支氣管動(dòng)脈(Bronchial artery,BA)是肺支架組織的營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈，其起自胸主動(dòng)脈或肋間后動(dòng)脈，與支氣管伴行，分布于支氣管、肺動(dòng)脈、肺靜脈和臟層胸膜，并且有部分分支分布到肺淋巴結(jié)、食管等[1]，其管徑雖細(xì)小，卻與許多肺部疾病息息相關(guān)。本研究意在探索能譜CT單能量技術(shù)在支氣管動(dòng)脈CT血管成像(CT angiography,CTA)中的作用，從而獲取優(yōu)于常規(guī)CT的支氣管動(dòng)脈圖像質(zhì)量，為臨床診斷和治療帶來(lái)更多的信息。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2013年2月至3月在我院行胸部能譜增強(qiáng)CT掃描的18例患者的資料。其中肺癌10例，非肺癌患者8例。因有3例患者所得動(dòng)脈期圖像不符合診斷要求，故從本研究中剔除。最終納入研究的觀察對(duì)象共15例，男9例，女6例，年齡42～73歲，平均59.3歲，所獲取CTA顯示質(zhì)量?jī)?yōu)良的支氣管動(dòng)脈共28支。所有肺癌患者均經(jīng)過(guò)手術(shù)病理證實(shí)。入選患者均簽署了檢查知情同意書(shū)。

1.2 CT檢查方法與數(shù)據(jù)處理、圖像評(píng)價(jià)

1.2.1 掃描條件：采用GE Discovery CT 750HD能譜CT機(jī)，GSI掃描技術(shù)，行胸部增強(qiáng)掃描，管電壓80、140kVp瞬時(shí)切換，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5s，螺距為1.375：1，固定管電流為550mA，層厚5mm，重建間隔5mm，F(xiàn)OV 50cm×50cm，圖像重建采用標(biāo)準(zhǔn)算法。碘對(duì)比劑為碘普羅胺(370mg I/ml)，劑量為1.2ml/kg，注射速率為4ml/ s。應(yīng)用對(duì)比劑智能跟蹤技術(shù)確定動(dòng)脈期延遲時(shí)間，觸發(fā)的閾值為120HU，達(dá)到閾值后直接觸發(fā)掃描。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理：掃描結(jié)束后，直接獲得重建層厚和重建間隔均為0.625mm的140kVp混合能量圖像和70keV單能量圖像，將后者傳至AW 4.5工作站，應(yīng)用GSI viewer軟件，每隔5keV重建50～80keV區(qū)間的7組單能量圖像。然后通過(guò)optimal CNR軟件獲取最佳單能量組圖像。

1.2.3 圖像測(cè)量：將上述重建的7組單能量圖像(50～80keV)分別載入three-phases liver軟件進(jìn)行分析。在同一窗寬、窗位的橫斷面(窗寬400HU、窗位50HU)像、滑動(dòng)薄塊最大密度投影(slice thin slab-maximum intensity projection，STSMIP)像(窗寬800HU、窗位200HU)及容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)像(窗寬270HU、窗位125HU)上觀察測(cè)量血管管壁的情況。采用圓形ROI放在支氣管動(dòng)脈的中心，直徑約1mm，避開(kāi)硬化偽影的區(qū)域,每個(gè)keV的ROI在大小、形態(tài)和位置盡可能保持一致。先在橫斷面上測(cè)取上述7組單能量組中支氣管動(dòng)脈的CNR、SNR。然后采用STS-MIP和VR重組技術(shù)觀察血管壁的清晰度、銳利度、連續(xù)性及顯示細(xì)小分支動(dòng)脈的級(jí)別，進(jìn)而評(píng)價(jià)不同組之間血管質(zhì)量的優(yōu)劣。所需測(cè)量的數(shù)據(jù)包括：（1）感興趣支氣管動(dòng)脈和背景組織1(同層肌肉)的CT值(分別命名為CT1，CT2），以及背景組織2(同層的皮下脂肪，相當(dāng)于縱隔脂肪)的SD噪聲值。（2）支氣管動(dòng)脈-脂肪組織對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)，CNR=(CT1-CT2/SD噪聲)。（3）支氣管動(dòng)脈-脂肪組織信號(hào)噪聲比(signal to noise ratio，SNR)，SNR=CT1/SD噪聲。所有數(shù)據(jù)均測(cè)三次，取其平均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)及Bonferroni法，p＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié) 果

2.1 圖像顯示質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)單能量組組間比較：(1)50keV、55keV和optimal CNR軟件所測(cè)的最佳單能量組中支氣管動(dòng)脈的顯示相近，無(wú)法辨別三者之間的微小差距(附圖)；(2)60～80keV單能量組的支氣管動(dòng)脈的顯示，隨著能量的升高，圖像質(zhì)量逐漸變差。

最佳單能量組與混合能量組間比較：50keV、55keV和optimal CNR軟件所測(cè)的的最佳單能量組中支氣管動(dòng)脈圖像質(zhì)量均明顯優(yōu)于140kVp混合能量組。

2.2 CNR和SNR的變化情況 在50～80keV區(qū)間，支氣管動(dòng)脈的CNR值和SNR值隨著能量的升高，而呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)(表1、2)。兩兩比較發(fā)現(xiàn)：50keV組(CNR：33.21±10.03；SNR：38.54±10.53)略優(yōu)于55keV組(CNR：28.29±8.28；SNR: 33.98±8.76)，但無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.211、0.517)；但均優(yōu)于余下5組不同keV單能量組(CNR、SNR呈遞減趨勢(shì),見(jiàn)表1、2)，有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。通過(guò)optimal CNR軟件所測(cè)得最佳單能量點(diǎn)均位于50～55keV水平間，并且以53keV最多見(jiàn)(14/28，50%)。

3 討 論

3.1 研究支氣管動(dòng)脈的意義 支氣管動(dòng)脈非常細(xì)小，其開(kāi)口內(nèi)徑僅1～2mm，但作為肺臟的唯一營(yíng)養(yǎng)血管，它具有非常重要的作用。由于支氣管動(dòng)脈不斷輸送新鮮的動(dòng)脈血供應(yīng)肺的實(shí)質(zhì)和間質(zhì)，所以大多數(shù)肺疾病都會(huì)導(dǎo)致支氣管動(dòng)脈循環(huán)的生理平衡被打破，從而引起B(yǎng)A形態(tài)、分布和血流的變化。尤其是肺癌患者，其作為惡性腫瘤，將大大刺激供血?jiǎng)用}使血流量增加，從而使BA明顯增粗。因此研究支氣管動(dòng)脈對(duì)于某些疾病的治療具有重要意義，如經(jīng)BA開(kāi)展的相關(guān)介入治療，BA化療藥物灌注治療肺癌，BA栓塞治療咯血等等。此外肺、縱隔、食管等外科手術(shù)事先了解BA的起源、數(shù)目、管徑、走行等三維解剖學(xué)特征亦將有助于治療的過(guò)程和效果。

3.2 傳統(tǒng)多排螺旋CTA觀察支氣管動(dòng)脈的局限性 在CT血管造影以前，DSA是BA評(píng)價(jià)的唯一金標(biāo)準(zhǔn)，雖然其具有很高的分辨率，但作為一種侵襲性的檢查手段，它的并發(fā)癥一直較高，且檢查時(shí)限長(zhǎng)、費(fèi)用高、創(chuàng)傷大、圖像缺乏立體感、超選擇插管困難、須多次造影才能完成全部顯像，并且不能保證全部顯示肺癌供血血管。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，CT血管造影在血管中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，它已被證明是一種快速、簡(jiǎn)單、無(wú)創(chuàng)及可靠的方法，而且結(jié)合工作站的多種后處理方式，可以更加快捷、直觀以及完美的從各個(gè)角度展示血管的空間解剖和病變特征，并且克服了經(jīng)插管血管造影或DSA不能保證全部顯示其供血血管的缺點(diǎn)，是評(píng)價(jià)肺癌供血血管及血供情況的一種無(wú)創(chuàng)傷性有效方法[2]。64層CTA作為一種非創(chuàng)傷性血管評(píng)估手段，具有較大的臨床應(yīng)用價(jià)值，它可以個(gè)體化地、有效地顯示BA的起源、位置、分布特征及三維關(guān)系等[3]，但若想獲得更佳質(zhì)量的CTA圖像，必須通過(guò)增加對(duì)比劑濃度、劑量、增加X(jué)線劑量或者采用特定的掃描條件設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是隨之也增加了對(duì)比劑和X線劑量的不良反應(yīng)，而且在提高了血管成像質(zhì)量的同時(shí)，降低了其固有SNR值，從而影響圖像質(zhì)量，導(dǎo)致細(xì)小動(dòng)脈顯示不佳[4]。

3.3 能譜CT最佳單能量技術(shù)優(yōu)化支氣管動(dòng)脈CTA質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)CT能譜成像是基于單源雙能量技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，它通過(guò)80kVp和140kVp高低電壓瞬時(shí)切換形成了101個(gè)單能量圖像，避免了X線硬化偽影的產(chǎn)生及其帶來(lái)的CT值“漂移”，從而使圖像質(zhì)量得到有效改善，并且可以在所獲取的兩組原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上重建出40～140keV的任意單能量圖像，從而為臨床提高更多的診斷信息[4]。單能量圖像在不同能量水平具有不同的特征，一般來(lái)說(shuō)，低能量水平圖像組織對(duì)比增強(qiáng)，但噪聲增高；高能量水平圖像硬化偽影少，但組織對(duì)比減弱，當(dāng)在某一能量水平時(shí)，對(duì)比與噪聲二者之間達(dá)成一個(gè)最好的平衡，即相當(dāng)于最佳信噪比圖像與最小噪聲圖像之間進(jìn)行融合，兼顧了其對(duì)比度和對(duì)比噪聲比，可以同時(shí)清晰顯示病灶內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征和周圍組織結(jié)構(gòu)情況，可以檢出比常規(guī)圖像更多的病灶，那么這一能量水平就是該病灶的最佳keV值[5]。單能量能譜重建模式能夠優(yōu)化惡性腫瘤供血?jiǎng)用}血管成像質(zhì)量[6]，能夠優(yōu)化顱腦血管及頸部血管的顯示[7-8]，并且可以優(yōu)化門(mén)靜脈、肝靜脈及下肢靜脈圖像質(zhì)量[9-11]。它可以兼顧圖像的噪聲，為清晰顯示細(xì)小的支氣管動(dòng)脈主干及分支提供了可靠的理論依據(jù)，并且具有可實(shí)現(xiàn)性。

既往的研究形式及結(jié)果多樣，不僅有研究101個(gè)單能量點(diǎn)中的一部分，如：大網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)的最佳能量區(qū)段為50～80keV[4]、顱腦CTA圖像最佳的能量區(qū)段為51.11±3.43keV[7]，楊皓[12]等認(rèn)為寶石能譜CT最佳單能(50～70keV)圖像能增加肝癌病灶與正常組織之間的對(duì)比等，也有精確到某個(gè)具體單能量點(diǎn)的研究，如：肝靜脈成像的最佳keV值在50keV左右[10]、頸橫動(dòng)脈的最佳單能量點(diǎn)位45keV[8]、李小虎[13]等認(rèn)為寶石能譜CT單能量50keV為腎結(jié)石成分分析的最佳keV等，由此可見(jiàn)不同組織的最佳單能量水平具有明顯的不一致性。故本組研究初步選擇以5keV作為間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和比較，以尋求彼此之間的差異性。

本研究通過(guò)應(yīng)用能譜CT掃描，計(jì)算出對(duì)支氣管動(dòng)脈顯示的最佳keV范圍為50～55keV，該區(qū)間適應(yīng)于本例研究中的全部28支支氣管動(dòng)脈，并且涵蓋了所有通過(guò)optimal CNR軟件獲取的最佳單能量點(diǎn)數(shù)值，在此區(qū)間，支氣管動(dòng)脈的CTA成像質(zhì)量明顯提高，其質(zhì)量改善的重要基礎(chǔ)是支氣管動(dòng)脈與肌肉、脂肪等背景的CNR和SNR值的明顯提高[14]。

總之，寶石能譜CT最佳單能量(50～55keV)圖像能增加支氣管動(dòng)脈與周圍組織的對(duì)比度，優(yōu)化了圖像質(zhì)量，能夠清楚顯示支氣管動(dòng)脈的數(shù)量、起源、分支、走行、管徑及管壁情況，為臨床各種肺部疾病的治療及療效評(píng)估提供有力的幫助，特別是肺癌患者的介入栓塞方面，不僅可以明確目標(biāo)血管分支及栓塞范圍，而且降低了介入栓塞的盲目性。因此可以將此區(qū)間keV值作為日常工作中肺部疾病供血血管造影能譜掃描的參考。

3.4 本研究不足之處 第一，樣本總量不足，籠統(tǒng)研究了單能量成像對(duì)于支氣管動(dòng)脈顯示的最佳能量點(diǎn)，沒(méi)有區(qū)分不同的病種。第二、按病種分類的樣本量也偏少，日后可繼續(xù)按照不同的肺部疾病對(duì)支氣管動(dòng)脈的最佳顯示進(jìn)一步進(jìn)行研究；第三、本研究中選用5keV的間隔范圍偏大，在以后的研究中，可以做到1keV，精度更高。

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(本文編輯: 唐潤(rùn)輝)

A Preliminary Study on Optimizing Monoenergetic Parameters of CTA Imagning Quality of Bronchial Arteries in Spectral CT

WANG Chuan-bin, GAO Fei, DONG Jiang-ning, et al．, Department of Radiology, the Affiliated Anhui provincial Hospital, (Anhui provincial tumor hospital), Anhui Medical University,Hefei 230031,China

Objective To investigate the value of the optimal monochromatic parameters of CT angiography(CTA) in displaying bronchial artery and find the optimized keV for displaying bronchial artery in CTA by spectral CT with gemstone spectral imaging (GSI) technique． Methods 18patients were underwent chest enhanced CT scan by the GSI technique, and 15ones meet a criterion． The clinical and imaging data were analyzed respectively． After scanning, the 140kVp mixed energy images and 70keV monochromatic images were obtained with standard algorithm． All the source images were transmitted into AW4．5and obtained monochromatic images from 50keV to 80keV (every 5keV) by GSI viewer software． CNR and SNR of 7groups were analyzed．All data were analyzed by Bonferroni method． Results Totally 28bronchial arteries were involved in this study． The CNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 33．21, 28．29, 24．60, 19．54, 16．79, 14．25, 12．27respectively．The SNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 38．54, 33．98, 30．76, 25．36, 22．56, 20．16, 18．55respectively．There was no statistical difference of CNR and SNR between 50keV and 55keV (P=0．211＞0．05, P=0．517＞0．05respectively)．The CNR and SNR of 50keV image and 55keV image were statistically higher than those other keV groups (P＜0．05respectively), The optimal keV with optimal CNR by using GSI viewer software was from 50-55keV, which was almost all in 53keV [50% (14/28)]． Conclusion 50-55keV was the optimized keV for displaying bronchial artery in the CTA, and 53keV was the best．

Gemstone Spectral Imaging; Bronchial Artery; Angiography; Tomography; X-ray Computed

R445.3

A

10.3969/j.i s s n.1672-5131.2014.04.02

2014-04-20

董江寧