能譜CT最佳單能量成像優(yōu)化肝臟血管圖像質(zhì)量的研究

殷小平，王佳寧，田笑，梁廣路，張?zhí)鞓?，張暢達

·腹部影像學(xué)·

能譜CT最佳單能量成像優(yōu)化肝臟血管圖像質(zhì)量的研究

殷小平，王佳寧，田笑，梁廣路，張?zhí)鞓罚瑥垥尺_

目的：探討能譜CT單能量成像對優(yōu)化肝臟血管圖像質(zhì)量的價值。方法：回顧性分析行腹部能譜CT檢查的35例腹部疾病患者的病例資料，應(yīng)用能譜分析軟件，分別采用140 kVp混合能量模式(QC)、70 keV單能量、最佳單能量模式進行肝總動脈、門靜脈及肝靜脈重建，比較QC、70 keV和最佳單能量3組圖像肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的CT值、圖像平均噪聲值(IN)、對比噪聲比(CNR)、信噪比(SNR)及圖像質(zhì)量主觀評分，并進行統(tǒng)計學(xué)分析。結(jié)果：最佳單能量組、70 keV組、QC組肝總動脈的CNR分別為(24.55±10.86)、(18.12±8.32)和(11.64±4.64)，圖像質(zhì)量評分分別為(4.74±0.16)、(4.04±0.30)和(3.62±0.35)分；門靜脈CNR分別為(6.94±2.73)、(4.26±1.90)和(2.97±2.11)，圖像質(zhì)量評分分別為(4.45±0.30)、(3.87±0.37)和(3.30±0.34)分 ；肝靜脈CNR分別為(5.74±2.28)、(4.24±1.92)和(2.72±1.44)，圖像質(zhì)量評分分別為(4.31±0.33)、(3.75±0.41)和(3.24±0.34)分，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0．01)，組間兩兩比較差異也均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0．05)，最佳單能量組肝臟血管的CNR、SNR和圖像質(zhì)量主觀評分均優(yōu)于70 keV單能量組和QC組。結(jié)論：能譜CT最佳單能量成像能夠提高肝臟動脈、門靜脈及肝靜脈的CNR和SNR，從而優(yōu)化肝臟血管圖像質(zhì)量。

肝臟； 能譜CT； 體層攝影術(shù)，X線計算機； 單能量成像

肝臟脈管系統(tǒng)復(fù)雜，個體解剖變異較多[1-4]，了解肝動脈、門靜脈及肝靜脈對于肝移植及肝腫瘤切除手術(shù)具有重要意義。目前評價肝臟血管的方法主要是多層螺旋CT血管成像(multi-slice CT angiography，MSCTA)，近年來，能譜CT成像逐漸應(yīng)用于臨床，基于單源瞬時kVp切換技術(shù)的CT能譜成像能在0.5 ms內(nèi)使用高低球管電壓(80、140 kVp)瞬時切換，實現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)的同時采樣，在40～140 keV范圍內(nèi)實現(xiàn)任意單能量圖像重建，獲得101個單能量圖像[5]，利用最佳對比噪聲比(contrast-to-noise，CNR)曲線獲得血管與周圍組織最佳對比的單能量圖像，能夠有效顯示血管與周圍組織的強化差異，從而使得應(yīng)用低濃度對比劑獲得良好的血管圖像成為可能，既往研究肝臟血管成像常關(guān)注單期血管顯示，關(guān)于在一次腹部增強掃描中同時獲得良好的肝總動脈、門靜脈及肝靜脈圖像的研究尚少。本研究采用常規(guī)對比劑濃度、劑量及流率，在不影響正常肝臟三期圖像質(zhì)量的前提下，探討利用最佳單能量圖像提高血管的CNR，進而優(yōu)化肝臟血管成像質(zhì)量的可行性。

材料與方法

1.病例資料

搜集2014年4月-2015年5月在本院采用能譜CT行腹部增強檢查的患者35例，其中男18例，女17例，年齡29～76歲，平均(58.14±10.05)歲。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①腹部既往無任何腹部手術(shù)者；②腹部病變不影響血管走行、分布者，如單發(fā)較小的肝囊腫、肝血管瘤、腎囊腫等。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：①曾行腹部手術(shù)者；②腹部疾病影響血管走行及分布者，如上腹部巨大占位影響周圍動脈正常解剖分布及走行；③其他疾病影響血液循環(huán)者；④腹部血管顯示模糊，有明顯偽影干擾者。本組35例患者中胰腺癌3例，膽總管占位4例，肝臟血管瘤19例，肝囊腫5例，肝轉(zhuǎn)移瘤4例。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理道德委員會批準(zhǔn)并在其監(jiān)督下進行，所有患者均被告知并簽署知情同意書。

2.檢查方法

CT掃描采用能譜CT掃描儀(Discovery CT 750 HD，GE Healthcare，Milwaukee，美國)，圖像后處理利用AW 4.5工作站，采用美國EZEM雙筒高壓注射器注入對比劑。掃描參數(shù)：35例患者采用能譜掃描模式(gemstone spectral imaging，GSI)進行腹部增強掃描，掃描范圍自膈肌水平至腎下緣水平。管電壓為140 kVp和80 kVp的瞬時切換(0.5 ms)，自動mAs調(diào)制，螺距0.984，機架旋轉(zhuǎn)速度為0.5 s/r，層厚和層間距均為0.625 mm， 視野50 cm×50 cm。對比劑為碘佛醇(濃度為320 mg I/mL)，流率3.0 mL/s，劑量1 mL/kg。采用腹腔干水平腹主動脈內(nèi)CT值監(jiān)測(Smart Prep技術(shù))觸發(fā)動脈期掃描，監(jiān)測閾值為100 HU，達到閾值后延遲8 s開始動脈期掃描，動脈期結(jié)束后30 s開始門靜脈期掃描，動脈期結(jié)束后120 s開始行靜脈期掃描。

3.圖像重建與分析

采用GSI分析軟件獲得腹腔干動脈(肝總動脈相對細小，走向迂曲，故選擇腹腔干動脈代替肝總動脈)與同一層面背部豎脊肌的最佳CNR曲線，門靜脈選擇門靜脈主干與肝實質(zhì)的最佳CNR曲線，肝靜脈采用門靜脈期原始圖像，選擇肝靜脈與肝實質(zhì)的最佳CNR曲線。根據(jù)此曲線獲得顯示肝總動脈、門靜脈及肝靜脈圖像質(zhì)量最好的最佳單能量keV值，用此最佳單能量keV值的圖像在refromt界面進行肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的重建，包括容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)，最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)及多平面重組(multiplanar reformation，MPR)等。

4.圖像評價

客觀評價：在GSI模塊中，勾畫面積為15～20 mm2的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，測量腹腔干動脈、門靜脈及肝靜脈的CT值，盡量把ROI放置于血管斷面內(nèi)，減少測量誤差，勾畫同樣大小的ROI以測量同層豎脊肌或肝實質(zhì)的CT，測量豎脊肌CT值時，ROI要避開鄰近血管及脂肪，測量肝實質(zhì)CT值時，ROI要避開肝實質(zhì)內(nèi)血管及病變，各數(shù)值均測量3次，取其平均值。背景噪聲(SDn)采用同層面豎脊肌或肝實質(zhì)CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。采用以下公式計算CNR及信號噪聲比(signal to noise ratio,SNR)： CNR=(ROIo-ROId)/SDn ， SNR=ROIo/ SDn ，其中ROIo為感興趣區(qū)的腹腔干動脈、門靜脈及肝靜脈CT值；腹腔干動脈ROId為測量同層面豎脊肌CT值，門靜脈及肝靜脈ROId為門靜脈期肝實質(zhì)CT值。肝動脈平均圖像噪聲值(image noise,IN)為同層面豎脊肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差，門靜脈或肝靜脈IN為肝實質(zhì)CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。

主觀評價：由2位有5年以上腹部診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師單獨閱片，分別對肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的圖像質(zhì)量進行評分，最終取兩位醫(yī)師的評分平均值。將最佳單能量、70 kev及QC 圖像在相同窗寬、窗位、視野及重建角度條件下，進行圖像質(zhì)量評價。肝總動脈、門靜脈或肝靜脈邊緣銳利度評分標(biāo)準(zhǔn)：5分，非常銳利；4分，比較銳利；3分，基本銳利；2分，邊緣欠清晰；1分，邊緣模糊。在CTA圖像上，將顯示腹主動脈定為1級，腹腔干為2級，肝總動脈為3級，胃左動脈、脾動脈或肝總動脈(肝固有動脈或胃十二指腸動脈)分支為4級，顯示再遠分支為5級，以此標(biāo)準(zhǔn)分別評為1、2、3、4、5分；顯示門靜脈主干為1分，1級肝內(nèi)分支為2分， 多顯示一級分支增加1分；顯示肝靜脈主干為1分，其肝內(nèi)分支為2分，多顯示一級分支增加1分。肝臟血管-肝實質(zhì)對比度評分標(biāo)準(zhǔn)：5分：非常好；4分：較好；3分：好；2分：稍差；1分：較差[6-8]。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

GSI組35例患者，肝總動脈、門靜脈及肝靜脈顯示的最佳單能量位于49～53 Kev之間，平均51 keV。最佳單能量、70 keV及QC組圖像比較，肝血管CT值、IN、CNR、SNR及主觀評分差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.05)；最佳單能量圖像的肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的CT值、IN、CNR、主觀評分值均高于70keV、QC圖像，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.05,表1，圖1)。

70 keV與QC組圖像相比，70 keV組圖像的肝總動脈(腹腔干動脈)、門靜脈及肝靜脈CT值、CNR、SNR及圖像質(zhì)量主觀評分較QC組圖像高，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.05)，IN之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

圖1 胃竇癌患者，男，72歲。a) 混合能量肝動脈圖像; b) 70keV肝動脈圖像; c) 最佳單能量肝動脈圖像； d) 混合能量門靜脈圖像; e) 70keV門靜脈圖像;f)最佳單能量門靜脈圖像； g) 混合能量肝靜脈圖像; h) 70keV 肝靜脈圖像; i) 最佳單能量肝靜脈圖像。

討 論

肝臟血管系統(tǒng)在肝臟腫瘤外科手術(shù)中的地位十分重要，術(shù)前充分了解肝總動脈及門靜脈解剖變異對于肝臟及其他肝臟相關(guān)的上腹部手術(shù)方案的選擇、提高手術(shù)成功率及減少并發(fā)癥的發(fā)生有重要幫助；肝臟的血液回流通道即肝靜脈也是影響肝臟手術(shù)成功與否的重要因素。MSCTA可直接、準(zhǔn)確顯示肝臟血管系統(tǒng)的起源及解剖變異，對變異的范圍及與鄰近器官的關(guān)系進行評估[1，9-10]。目前，MSCTA已成為臨床診斷和外科手術(shù)前了解腹部血管情況的一種快速、精確、無創(chuàng)性檢查手段[11]。

肝臟血管成像質(zhì)量取決于肝臟動脈、門靜脈及肝靜脈內(nèi)的對比劑濃度，而血管內(nèi)對比劑濃度受多種因素制約，除了受對比劑濃度、流率、劑量、掃描延時時間、掃描方式等的影響外，門靜脈及肝靜脈成像質(zhì)量還受患者心臟功能、脾臟灌注情況及腸系膜上靜脈等情況的影響。因此以往為了獲得高質(zhì)量的CTA圖像，常通過增加對比劑濃度、流率、劑量或調(diào)整螺距、層厚、增加X線劑量等掃描條件來實現(xiàn)[12]；與此同時也增加了X線不良反應(yīng)及對比劑腎病的發(fā)生風(fēng)險，另外高流率也會產(chǎn)生對比劑外滲的可能。如何降低對比劑注射濃度/流率而不影響圖像質(zhì)量一直是放射學(xué)界的研究熱點。能譜單能量圖像在不同能量水平時具有不同特征，其中低能量水平的X線穿透力較低，可增加圖像的CT值和組織的對比，但圖像噪聲也隨之增加[13]；高能量水平的圖像硬化偽影少，但組織對比減弱。利用最佳CNR曲線，可獲得最佳單能量圖像，能在常規(guī)掃描模式下兼顧背景噪聲的同時使得肝臟血管的顯示效果最佳。

本研究結(jié)果表明顯示肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的最佳單能量位于49～53 keV之間，平均51 keV，與以往研究結(jié)果相近[6-7]。肝總動脈最佳單能量CT值、CNR、SNR、IN較QC、70 keV圖像分別提高了122.77%和90.28%、110.91%和35.48%、83.82%和22.10%、76.67%和81.13%。門靜脈最佳單能量CT值、CNR、SNR、IN較QC、70 keV圖像分別提高了108.73%和81.32%、133.67%和62.91%、128.64%和60.66%、37.64%和64.22%。肝靜脈最佳單能量CT值、CNR、SNR、IN較QC、70 keV圖像分別提高了97.88%和70.26%、111.03%和35.38%、55.93%和6.3%、29.10%和71.08%。盡管最佳單能量低keV圖像會增加背景圖像噪聲，但更大幅度地增加了肝總動脈與豎脊肌以及肝門靜脈、肝靜脈與肝實質(zhì)之間的對比(CT值差異)；背景噪聲的增加并沒有影響肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的顯示。CNR是評價成像質(zhì)量的重要指標(biāo)，CNR值的高低客觀地反映了圖像質(zhì)量的優(yōu)劣。本研究肝臟血管的CNR及SNR在最佳單能量圖像中最高，同時顯示肝總動脈、門靜脈及肝靜脈的主觀評分也是最優(yōu)。在某些疾病狀態(tài)下(如布加綜合征)，肝靜脈及下腔靜脈血流緩慢，低能量水平下的最佳keV圖像能提高肝靜脈、下腔靜脈與肝實質(zhì)之間的對比度[14]。

盡管有研究表明采用低管電壓及自適應(yīng)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技術(shù)進行腹部血管成像可以降低輻射劑量和對比劑用量，但大多適用于體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)<22 kg/m2的人群[15，16]，X線的穿透力隨著受檢者BMI的增加而減弱[17]，對BMI較高的患者采用低管電壓時，可能因X線無法穿透組織而影響圖像質(zhì)量。對于BMI較高的患者，采用能譜最佳CNR技術(shù)及低濃度對比劑，可在降低受檢者總碘含量的同時，獲得更高質(zhì)量的腹部血管及肝靜脈圖像[18-19]。另有研究對于BMI較高的患者采用能譜CT掃描模式及ASIR技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，腹部血管強化程度和圖像質(zhì)量相當(dāng)，輻射劑量和對比劑用量明顯降低[20]。因此采用能譜CT掃描模式，在不增加輻射劑量的情況下，可適當(dāng)降低對比劑濃度及流率，同時可得到更高質(zhì)量的血管圖像，另外能譜CT為多參數(shù)成像，可提高肝臟腫瘤性病變的診斷符合率[5，21,22]。本研究采用常規(guī)對比劑濃度、流率及低對比劑用量的模式行肝臟血管成像，既保證了正常肝臟的強化效果，又提高了肝臟血管成像的質(zhì)量。

表1 三種模式下腹腔干動脈、門靜脈、肝靜脈的各參數(shù)比較

注：*與最佳keV組比較，P<0.05，**P<0.01；▲與QC組比較，P<0.05，▲▲P<0.01。

本研究的局限性：①樣本量較少，需擴大樣本量行進一步的研究；②本研究采用常規(guī)對比劑劑量，未進行低對比劑劑量肝臟血管成像的進一步研究；③僅對正常肝臟血管進行了分析，未分析相關(guān)病變對肝血管的影響；④未對最佳單能量聯(lián)合ASIR技術(shù)對肝臟血管圖像質(zhì)量的影響行進一步分析。故有待于進一步擴大樣本量并擴大研究范圍，以取得更為可靠的結(jié)論。

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StudyofoptimalmonochromaticmodewithspectralCTimagingfortheimprovementofimagequalityoflivervessels

YIN Xiao-ping，WANG Jia-ning,TIAN Xiao,et al.

CT/MRI Room,Afflicated Hospital of Hebei University,Hebei 071000,China

Objective:To investigate the value of the optimal monochromatic imaging with spectral CT for the improvement of image quality of liver vessels．Methods:The abdominal spectral CT imaging and clinical materials of 35 patients with abdominal disease were analyzed retrospectively.Liver vessels including common hepatic artery (CHA),portal vein (PV) and hepatic vein (HV) were reconstructed by 140kVp mixed energy (quality check,QC),70keV and optimal monochromatic mode,respectively.Parameters including CT value,image noise (IN),contrast-to-noise ratio (CNR),signal-to-noise ratio (SNR) and subjective image score of CHA,PV and HV were compared and analyzed statistically.Results:The CNR of CHA of the optimal monochromatic mode group,70keV group and QC group was 24.55±10.86,18.12±8.32 and 11.64±4.64,respectively,the subjective image score was 4.74±0.16,4.04±0.30 and 3.62±0.35,respectively.The CNR of PV was 6.94±2.73,4.26±1.90 and 2.97±2.11,respectively,the subjective image score was 4.45±0.30,3.87±0.37 and 3.30±0.34,respectively.The CNR of HV was 5.74±2.28,4.24±1.92 and 2.72±1.44,respectively,the subjective image score was 4.31±0.33,3.75±0.41 and 3.24±0.34,respectively.All showed significant statistic difference (P<0.01 for all).Statistic difference was also shown between two-two groups comparison (P<0.05 for all).The CNR,SNR and subjective image score of the optimal monochromatic mode group were superior to those of the 70keV group and QC group.Conclusion:The CNR and SNR of common hepatic artery,hepatic portal vein and hepatic vein could be enhanced by using optimal monochromatic imaging,therefore the image quality of hepatic vessels could be improved.

Liver; Spectral CT; Tomography,X-ray computed; Monochromatic image

R575； R814.42

A

1000-0313(2017)09-0942-05

2016-09-29

2017-02-16)

071000 河北，河北大學(xué)附屬醫(yī)院CT/MRI室

殷小平(1978-)，女，河北保定人，博士，副主任醫(yī)師，主要從事腹部疾病的影像診斷工作。

2015年河北省科技計劃項目(15277740D) ；2014年河北省醫(yī)學(xué)科學(xué)研究重點課題項目(ZD20140443)；2015河北省政府資助臨床醫(yī)學(xué)優(yōu)秀人才培養(yǎng)項目(361007)；河北大學(xué)附屬醫(yī)院青年基金(2015Q001)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.09.010