能譜探測器CT在上腔靜脈CT成像中的應(yīng)用

王國蓉，王志偉，王怡寧，金征宇

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京 100730

·論著·

能譜探測器CT在上腔靜脈CT成像中的應(yīng)用

王國蓉，王志偉，王怡寧，金征宇

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院放射科，北京 100730

目的評估新一代能譜探測器CT在上腔靜脈(SVC)CT成像中的應(yīng)用價值。方法連續(xù)納入30例患者，均接受胸部增強(qiáng)CT掃描，所有掃描圖像重建為8個序列，包括120 kVp常規(guī)掃描成像及40、50、60、70、80、90、100 keV能級的能譜圖像。在各組SVC管腔近、中、遠(yuǎn)段勾畫感興趣區(qū)，測量各個感興趣區(qū)及前胸壁均勻脂肪組織的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差值，計算圖像信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)和每例患者所接受的有效劑量(ED)。由2名醫(yī)師采用雙盲法共同對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評分。組間圖像質(zhì)量比較采用獨立樣本t檢驗，2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評分采用非參數(shù)檢驗，并計算Kappa(κ)值評價2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量分析的一致性。結(jié)果各個能級水平SVC管腔近、中、遠(yuǎn)段CT值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。單能譜40 keV時SVC管腔平均CT值為(223.51±40.35)HU，SNR為13.56±4.18，CNR為24.15±6.58，明顯高于其他各能級組和常規(guī)掃描組[CT值：(97.70±13.85)HU；SNR：4.59±1.41；CNR：9.69±2.81](P<0.005)。所有患者所接受的平均ED為(2.04±0.63)mSv。兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量的評分分別為1(1，2)、1(1，2)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-0.358，P=0.720)。兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評價具有非常好的一致性(κ=0.863，P=0.000)。結(jié)論應(yīng)用能譜探測器CT可以良好地顯示SVC，且顯影最佳的單能譜能級是40 keV。

能譜探測器CT；上腔靜脈；CT血管成像

臨床工作中常會遇到涉及上腔靜脈(superior vena cava，SVC)病變的患者，如胸部及縱隔占位累及SVC[1- 2]；先天性SVC發(fā)育異常如永存左位上腔靜脈[3- 4]、上腔靜脈血栓等。為了了解病變情況，使SVC清晰顯影的檢查方法必不可少。而傳統(tǒng)的影像學(xué)方法對上腔靜脈的顯示存在難點，如：傳統(tǒng)CT增強(qiáng)掃描對比劑在管腔內(nèi)易形成分層狀偽影，影響觀察，尤其難以評價血栓性病變；大劑量碘對比劑延遲掃描方案雖然可以獲得相對良好的顯影效果，但含碘對比劑的使用會潛在存在發(fā)生對比劑腎病的風(fēng)險[5]；磁共振掃描雖無物理輻射，但相對禁忌證較多，受呼吸運(yùn)動等偽影影響明顯；由于有肺組織遮蓋，超聲檢查對評價SVC的效用有限[6]；數(shù)字減影血管造影被認(rèn)為是診斷血管性疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其為有創(chuàng)性檢查，有引起并發(fā)癥的風(fēng)險，故不作為常規(guī)的檢查方法。因此，在減少對比劑用量的前提下，又能保證上腔靜脈準(zhǔn)確顯影成為亟待解決的問題。本研究擬評估新一代能譜探測器CT對上腔靜脈準(zhǔn)確顯像的可行性，以期為今后的臨床工作提供參考和幫助。

對象和方法

對象連續(xù)納入2016年12月至2017年1月在北京協(xié)和醫(yī)院就診，臨床提示SVC無明確病變且擬行胸部增強(qiáng)CT掃描的患者30例，其中男11例(36.7%)、女19例(63.3%)，平 均 年 齡 (61.0±11.4)歲，平均體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI) (23.6±6.7)kg/m2。排除標(biāo)準(zhǔn)：18歲以下患者、孕婦或哺乳期婦女、呼吸配合不佳、碘對比劑過敏、嚴(yán)重心肝腎及呼吸功能不全患者。本研究經(jīng)北京協(xié)和醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者在檢查前均簽署知情同意書。

掃描方法及圖像處理30例患者均采用新一代能譜探測器CT(IQon，Philips Healthcare，Best，the Netherlands)進(jìn)行胸部增強(qiáng)CT掃描。掃描時先做胸部屏氣定位像，掃描范圍自胸廓入口至膈肌水平。掃描參數(shù)為：管電壓120 kVp；管電流采用智能mAs調(diào)控技術(shù)，調(diào)控指數(shù)為15；掃描采用前瞻心電門控技術(shù)，觸發(fā)時相選擇75% R-R間期，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度 0.27 s/r。掃描完成后，獲得常規(guī)CT圖像和能譜CT圖像。常規(guī)CT圖像重建選用混合迭代重建方法，重建層厚1 mm，層間距1 mm。能譜探測器CT圖像重建為能譜基礎(chǔ)圖像(spectral base image，SBI)，從能譜基礎(chǔ)圖像中可獲得各單能譜圖像(40、50、60、70、80、90、100 keV)，單能譜圖像與常規(guī)CT圖像使用相同的層厚和層間距。觀察窗寬、窗位為750 HU、50 HU。對比劑采用碘帕醇(典比樂，含碘370 mgI/ml，上海博萊科信誼藥業(yè)有限責(zé)任公司)。用雙筒高壓注射器在單側(cè)前臂靜脈注入對比劑，以3 ml/s的速率注入30 ml對比劑，之后以相同速率注入40 ml生理鹽水，注入對比劑后延時60 s開始掃描。

圖像分析

客觀定量分析：對圖像客觀質(zhì)量評估中感興趣區(qū) (regions of interest，ROIs) 的測量在飛利浦能譜工作站上進(jìn)行，由1位3年以上放射科工作經(jīng)驗的醫(yī)師進(jìn)行，在某個系列的圖像上(如常規(guī)掃描成像)使用圓形測量工具分別置于上腔靜脈管腔的近段(ROI1)、中段(ROI2)和遠(yuǎn)段(ROI3)，將自動測量該區(qū)域的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)值；同時將每個感興趣區(qū)復(fù)制到其他能級的圖像上進(jìn)行測量，保證同一例患者各個能級下的3個ROI區(qū)域位置一致。感興趣區(qū)應(yīng)畫的盡可能大且3個感興趣區(qū)域的面積應(yīng)盡可能保持一致(平均面積50 mm3)。同時測量前胸壁均勻脂肪組織的CT值和SD值，作為背景噪聲。計算圖像的信噪比 (signal to noise ratio，SNR) (SNR=管腔內(nèi)3個感興趣區(qū)的平均CT值/背景噪聲SD值)和對比噪聲比 (contrast to noise ratio，CNR)[CNR=(管腔內(nèi)3個感興趣區(qū)的平均CT值-前胸壁脂肪組織的CT值)/背景噪聲SD值]

主觀定性分析：由兩位具有3年以上放射科工作經(jīng)驗的醫(yī)師采用雙盲法對圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評估，采用3級評分法：1級：圖像質(zhì)量良好，SVC管腔內(nèi)對比劑充盈佳、均勻性好，觀察不受限；2級：圖像質(zhì)量中等，SVC管腔內(nèi)對比劑充盈尚可，其均勻程度低于1級，觀察稍受限；3級：圖像質(zhì)量差，SVC管腔內(nèi)對比劑充盈差、密度不均勻，觀察明顯受限。

輻射劑量記錄CT機(jī)自動生成的劑量報告中的CT容積劑量指數(shù) (CT dose index volume，CTDIvol)、有效劑量長度乘積 (effective dose-length product，DLP) 等劑量數(shù)據(jù)。每例患者完成本次檢查所受的有效劑量 (effective dose，ED)=DLP×k，k為胸部權(quán)重因子，k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

統(tǒng)計學(xué)處理采用 SPSS 20.0統(tǒng)計軟件，符合正態(tài)分布的計量資料均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間CT值、SNR、CNR差異的比較采用獨立樣本t檢驗，主觀圖像質(zhì)量的評估采用非參數(shù)秩和檢驗，并計算Kappa (κ) 值評價兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量評分的一致性(κ值0.81～1.00為一致性非常好，0.61～0.80為一致性好，0.41～0.60為一致性一般，<0.40提示一致性差)，P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

客觀圖像質(zhì)量比較30例患者中，各個單能譜能級水平上腔靜脈管腔近、中、遠(yuǎn)段CT值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)(表1)。單能譜40 keV時上腔靜脈平均CT值[(223.51±40.35)HU]、SNR值(13.56±4.18)及CNR值(24.15±6.58)明顯高于其他能級組[50 keV：CT值(157.76±26.00)HU，t=7.501，P=0.000；SNR值10.45±3.01，t=3.307，P=0.002；CNR值19.66±5.26，t=2.916，P=0.000；60 keV：CT值(119.13±17.68)HU，t=12.977，P=0.000；SNR值8.11±2.26，t=6.283，P=0.000；CNR值16.20±4.26，t=5.555，P=0.000；70 keV：CT值(96.16±12.85)HU，t=16.469，P=0.000；SNR值6.59±1.78，t=8.409，P=0.000；CNR值13.86±3.63，t=7.495，P=0.000；80 keV：CT值(81.40±9.87)HU，t=18.736，P=0.000；SNR值5.58±1.48，t=9.861，P=0.000；CNR值12.30±3.23，t=8.845，P=0.000；90 keV：CT值(71.90±8.08)HU，t=20.177，P=0.000；SNR值4.92±1.30，t=10.820，P=0.000；CNR值11.28±2.99，t=9.746，P=0.000；100 keV：CT值(65.46±6.96)HU，t=21.140，P=0.000；SNR值4.46±1.16，t=11.489，P=0.000；CNR值10.57±2.81，t=10.388，P=0.000]及常規(guī)掃描組[CT值(97.70±13.85)HU，t=16.151，P=0.000；SNR值4.59±1.41，t=11.138，P=0.000；CNR值9.69±2.81，t=11.062，P=0.000](圖1)。

表 1 各能級上腔靜脈近、中、遠(yuǎn)段CT值比較(-±s)Table 1 Comparisons of CT values at the proximal end，middle part，and distal end in the superior vena cava among every monoenergetic spectral levels(-±s)

ROI1：上腔靜脈近段；ROI2：上腔靜脈中段；ROI3：上腔靜脈遠(yuǎn)段；t1、P1：ROI1與ROI2比較；t2、P2：ROI1與ROI3比較；t3、P3：ROI2與ROI3比較

ROI1：the proximal end in the superior vena cava；ROI2：the middle part in the superior vena cava；ROI3：the distal end in the superior vena cava；t1，P1：ROI1vs. ROI2；t2，P2：ROI1vs. ROI3；t3，P3：ROI2vs.ROI3

A.常規(guī)掃描；B.能譜成像40 keV；C.能譜成像50 keV；D.能譜成像60 keV；E.能譜成像70 keV；F.能譜成像80 keV；G.能譜成像90 keV、H.能譜成像100 keV

A.conventional；B.monoenergetic 40 keV；C.monoenergetic 50 keV；D.monoenergetic 60 keV；E.monoenergetic 70 keV；F.monoenergetic 80 keV；G.monoenergetic 90 keV；H；monoenergetic 100 keV

圖1女，55歲，胸悶，采用常規(guī)掃描成像及能譜成像獲得的上腔靜脈圖像

Fig1Images of the superior vena cava generated by using conventional and monoenergetic restruction models in a 55-year-old woman presented with chest distress

主觀圖像質(zhì)量比較兩位醫(yī)師對圖像質(zhì)量的評分分別為1(1，2)、1(1，2)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(Z=-0.358，P=0.720)。兩名醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評價具有非常好的一致性(κ=0.863，P=0.000) (表2)。

輻射劑量所有患者所接受的平均ED為(2.04±0.63)mSv。

表 2 兩位閱片者主觀圖像質(zhì)量評分的一致性Table 2 Agreement of subjective image quality between two readers

討 論

SVC由左右頭臂靜脈匯合而成，最終匯入右心房，參與血液循環(huán)。SVC是上半身及頭、頸部血液靜脈回流的主要通道[1]。SVC因血管壁薄、縱隔可擴(kuò)張空間有限等，容易受到推壓。許多胸部及縱隔病變?nèi)绶伟?、淋巴瘤、惡性胸腺瘤等容易侵及SVC，造成上腔靜脈綜合征[7- 9]。若想明確SVC病變，主要在于定位及定性的診斷，臨床工作中常使用增強(qiáng)CT掃描技術(shù)進(jìn)行成像，本研究對象均為SVC正?；颊?，重點是為了比較不同能級水平下SVC的顯示情況，探討此技術(shù)的臨床可行性，結(jié)果表明能譜探測器CT可以良好地顯示SVC全程。

對于SVC成像，采用增強(qiáng)CT掃描時，注藥部位(單側(cè)或雙側(cè)肢體、上肢或下肢)、藥物使用配比(純對比劑或?qū)Ρ葎┡c水混合注入)等均會影響SVC顯影情況。劉小兵[10]探究螺旋CT上腔靜脈造影的最優(yōu)對比劑注射方案及相關(guān)參數(shù)時，根據(jù)注射部位(單側(cè)肘前靜脈、下肢靜脈、雙側(cè)肘前靜脈)、注藥速度(單、雙側(cè)肘前靜脈：2 ml/s，下肢靜脈：3 ml/s)及對比劑濃度(單側(cè)肘前靜脈和下肢靜脈：300 mgI/ml；雙側(cè)肘前靜脈：150 mgI/ml、100 mgI/ml、75 mgI/ml、50 mgI/ml)對70例SVC正常的受檢者分組，最終結(jié)果表明經(jīng)雙側(cè)肘前靜脈以2 ml/s同時注射濃度為 75 mgI/ml對比劑，延遲25 s開始掃描是對SVC顯影最理想的對比劑注射方案。Hyo-Cheol等[11]采用200 ml稀釋后的對比劑溶液(碘對比劑∶0.9%生理鹽水=1∶2)，雙側(cè)上肢靜脈同時注射，延時50 s掃描，以達(dá)到顯示SVC的目的。陳天武等[12]采用肘靜脈注射純對比劑碘普羅胺注射液(300 mgI/ml)或碘海醇(300 mgI/ml)80～100 ml，延時30 s對SVC顯影，亦可對SVC管腔異常情況做出判斷。本研究采用“30 ml碘帕醇對比劑以3 ml/s的速率經(jīng)單側(cè)前臂靜脈注入，之后以相同速率注入40 ml生理鹽水，延遲60 s掃描”方式對SVC顯影，與前述研究相比較，不僅減少了對比劑用量、降低患者罹患對比劑腎病的風(fēng)險；而且選擇單側(cè)前臂靜脈注藥，減輕了患者的痛苦。最終研究結(jié)果表明此用量模式可以實現(xiàn)對SVC的良好顯影。

以往SVC成像常采用大劑量對比劑注射，如Sundaram等[13]采用130 ml碘對比劑對SVC成像，在注入對比劑后延遲期(60 s)SVC顯像良好，CT值能達(dá)到(377±652) HU，研究患者所接受的平均ED為(7.9±2.1)mSv。Delesalle等[14]探討能譜CT對胸部血管顯像時，對比劑用量明顯減少，使用84 ml碘對比劑，ED為(4.62±1.0)mSv。而本研究在新型能譜CT上對比劑用量(30 ml)進(jìn)一步減少，輻射劑量[(2.04±0.63)mSv]也較前減低。對于能譜CT而言，能級越低，碘對比劑的衰減越少，因此，低能級有助于提高管腔內(nèi)的對比度，使得顯影更加清晰[15- 16]；而另一方面，圖像噪聲會隨著能級的增加而減低[14]，本研究顯示在40 keV時，圖像的SNR和CNR最高，即圖像質(zhì)量最佳。本研究所用的IQon能譜CT相比傳統(tǒng)CT，最突顯的優(yōu)勢在于，它可以生成40～200 keV任意能級的多組單能譜圖像，以便于在不同能級下清晰顯示各組織器官的影像，有助于醫(yī)師根據(jù)需求選擇最佳能級圖像，從而提高診斷的準(zhǔn)確性。其次，能譜CT成像得到的單能量圖像有利于消除硬化偽影[17]，提高圖像的清晰度。

本研究在對比劑用量及輻射劑量減低的同時，選擇最佳單能譜40 keV以達(dá)到對SVC的準(zhǔn)確顯影，對日后臨床工作有著良好的應(yīng)用前景。

本研究的局限性在于：(1)入組患者皆為上腔靜脈無任何病變患者，主要著重于圖像質(zhì)量的評估，暫未在診斷準(zhǔn)確性方面提供有力證據(jù)；(2)入組病例數(shù)較少，未能根據(jù)患者的相應(yīng)臨床癥狀進(jìn)行細(xì)化。

綜上，本研究結(jié)果顯示，應(yīng)用能譜探測器CT對上腔靜脈顯像時，最佳顯影的單能譜能級為40 keV，用此種掃描方法既降低了受檢者的輻射劑量，也減少了對比劑用量，值得在臨床上進(jìn)一步開展與應(yīng)用。

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ApplicationoftheDual-layerSpectralDetectorCTintheCTAngiographyofSuperiorVenaCava

WANG Guorong，WANG Zhiwei，WANG Yining，JIN Zhengyu

Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

WANG Zhiwei Tel：010- 69155444，E-mail：zhiweiwang1981@sina.com

ObjectiveTo evaluate the application of the dual-layer spectral detector CT in the CT angiography of superior vena cava (SVC).MethodsTotally 30 consecutive patients who underwent chest enhanced CT in our center were enrolled in this study. Eight series of images were reconstructed，including the conventional images at 120 kVp and seven series of virtual monoenergetic spectral images at 40，50，60，70，80，90，and 100 keV. The regions of interest (ROIs) were placed at the level of the proximal end，middle part，and distal end in the SVC vessel. The CT values and standard deviations of these three ROIs and the lipid on prothroax wall were measured. The signal to noise ratio (SNR)，contrast to noise ratio (CNR)，and effective dose (ED) were calculated. In addition，the quality of images was evaluated by two blinded readers using a grading scheme. The differences in CT values，SNR，and CNR among groups were analyzed using the independentt-test. The quality of all images was compared using non-parametric test between two readers，and the consistency between two radiologists were evaluated by using Kappa (κ) value.ResultsThere was no significantly different attenuation value among three ROIs of the SVC for each monoenergetic images (allP>0.05). The SVC showed significantly higher attenuation value (223.51±40.35)HU，SNR 13.56±4.18 and CNR 24.15±6.58 in the 40 keV group than in other keV groups and the conventional group [attenuation value：(97.70±13.85)HU；SNR：4.59±1.41；CNR：9.69±2.81] (P<0.005). The mean ED was(2.04±0.63) mSv. The subjective diagnostic scores accessed from two radiologists were 1 (1，2) and 1 (1，2) (Z=-0.358，P=0.720). The subjective diagnostic quality values evaluated by two observers showed excellent consistency (κ=0.863，P=0.000).ConclusionAn optimal imaging of the SVC can be achieved on monoenergetic reconstructions at 40 keV by using the dual-layer spectral detector CT.

dual-layer spectral detector CT；superior vena cava；CT angiography

ActaAcadMedSin，2017,39(6)：806-811

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1000- 503X(2017)06- 0806- 06

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.06.012

2017- 05- 01)