能譜CT支氣管動(dòng)脈成像在中央型肺癌中的應(yīng)用價(jià)值

周智越 曹紹東 韓 東 王可錚 張 同

目前，對(duì)于無(wú)法采用外科切除病灶的中央型肺癌患者，越來(lái)越多的臨床醫(yī)生傾向于采用對(duì)支氣管動(dòng)脈(bronchial artery，BA)進(jìn)行超選擇插管灌注化療藥等方法予以治療，獲得良好效果[1, 2]。因此，在術(shù)前對(duì)其進(jìn)行良好的CT成像對(duì)制定診療方案就顯得尤為重要。但是支氣管動(dòng)脈非常纖細(xì)且解剖變異較大，有時(shí)常規(guī)CT對(duì)其成像欠佳，而能譜CT的單能量成像可提高不同組織間的對(duì)比度，改善和提升支氣管動(dòng)脈的顯示[3]。因此，通過(guò)簡(jiǎn)要分析能譜CT在中央型肺癌支氣管動(dòng)脈成像中的應(yīng)用價(jià)值，希望可以為其臨床治療提供更豐富、更精確的影像學(xué)依據(jù)。

資料與方法

1.一般資料:搜集2017年4月～2018年8月在筆者醫(yī)院診療的中央型肺癌患者53例，所有患者均行手術(shù)或支氣管鏡病理證實(shí)，其中男性33例，女性20例，患者年齡36～85歲，平均年齡61.8±12.1歲。包括鱗狀上皮癌37例，小細(xì)胞癌6例，大細(xì)胞癌2例，腺癌8例。

2.掃描參數(shù)：應(yīng)用美國(guó)GE公司寶石能譜CT(Discovery CT750 HD)對(duì)53例患者進(jìn)行胸部增強(qiáng)CT檢查，采用GSI掃描技術(shù)，范圍從鎖骨上緣至膈下。掃描參數(shù)：80kVp、140kVp高低電壓瞬時(shí)切換，管電流550mA，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5s，螺距1.375∶1，掃描層厚度5mm，掃描視野范圍50cm。以1.2ml/kg的劑量注射造影劑碘海醇(350mgI/ml)，流速選擇4.0ml/s，并用0.9%氯化鈉溶液40ml沖管。將感興趣區(qū)(region of interest，ROI)設(shè)置在氣管隆突水平的胸主動(dòng)脈，并作為監(jiān)測(cè)位置，使用對(duì)比劑智能跟蹤技術(shù)來(lái)確定掃描的起始時(shí)間。當(dāng)閾值達(dá)到150HU時(shí)直接觸發(fā)掃描。

3.后處理圖像:檢查完成后，可先后獲得重建間隔和層厚均為0.625mm的QC圖像和系統(tǒng)默認(rèn)選擇的動(dòng)脈期70keV單能量圖像，后者產(chǎn)生從(40～140)keV之間101個(gè)不同單能量圖像，傳送兩組原始數(shù)據(jù)到GE AW4.5后處理電腦，運(yùn)用GSI Viewer軟件包中的Optimal CNR軟件對(duì)70keV單能量圖像進(jìn)行分析。在BA中心及其同層胸壁肌肉分別先后放置ROI，直接分析獲得BA成像最佳的單能量(keV)值，之后重建層間隔和層厚均為0.625mm的該單能量圖像。將最佳keV圖像及QC圖像應(yīng)用AW4.5工作站，分別通過(guò)容積顯像(VR)，最大密度投影(MIP)以及多平面重建(MPR)等二維及三維重建技術(shù)進(jìn)行觀察、識(shí)別及測(cè)量。

4.BA識(shí)別及測(cè)量:(1)BA解剖分型:沿用Morita的分型方法[4]:Ⅰ型：右側(cè)BA起源于右側(cè)肋間動(dòng)脈；Ⅱ型：右側(cè)BA起源于主動(dòng)脈；Ⅲ型：左、右側(cè)BA共干并起源于主動(dòng)脈；Ⅳ型：左側(cè)BA起源于主動(dòng)脈；Ⅴ型：左側(cè)BA起源于左側(cè)肋間動(dòng)脈；Ⅵ型：左、右側(cè)BA起源于其他動(dòng)脈。(2)BA在主動(dòng)脈開(kāi)口位置:參考于紅等[5]分段方法，在主動(dòng)脈的橫軸位圖像上，將主動(dòng)脈壁沿橫向和縱向平均分成4部分，沿逆時(shí)針?lè)较蛴涗洖橛仪皞?cè)壁(a段)、右后側(cè)壁(b段)、左后側(cè)壁(c段)、左前側(cè)壁(d段)，并分別記錄兩側(cè)BA在胸主動(dòng)脈上的開(kāi)口位置。(3)BA橫徑測(cè)量:選取距離在主動(dòng)脈開(kāi)口處發(fā)出后10mm范圍內(nèi)的BA管徑，在MPR像測(cè)量隨機(jī)選擇的3個(gè)不同角度的橫徑，計(jì)算其均值，對(duì)于起源于肋間動(dòng)脈的BA，測(cè)量橫徑的位置選擇從共干分出之后BA的開(kāi)口部位。

5.客觀圖像質(zhì)量評(píng)分:在最佳keV圖像及QC圖像上，分別在BA中心、同層胸壁肌肉、同層胸壁皮下脂肪層擱置ROI，BA的ROI選擇在其距離起源位置10mm范圍內(nèi)，獲得各個(gè)部位的CT值，并計(jì)算圖像SNR及CNR，分別利用公式SNR=CT1/SD噪聲，CNR=(CT1-CT2)/SD噪聲。其中CT1為支氣管動(dòng)脈CT值；CT2為同層胸壁肌肉的CT值；SD噪聲為同層平均噪聲，本研究通過(guò)選擇3處同層胸壁皮下脂肪層ROI的CT值來(lái)獲得SD噪聲。

6.主觀圖像質(zhì)量評(píng)分:由兩位高年資的影像醫(yī)生運(yùn)用雙盲法分析比較BA顯示情況。采用5分制目測(cè)分別評(píng)分最佳keV圖像及QC圖像的辨識(shí)度。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：5分為血管成像優(yōu)良，邊緣銳利；4分為血管顯示尚好，邊界欠清楚；3分為血管顯示一般，尚可進(jìn)行評(píng)分；2分血管顯示淺淡，邊緣不清楚；1分為血管顯示模糊，無(wú)法評(píng)分。3分及以上視為有診斷價(jià)值，2分以下視為不能用于診斷。

結(jié) 果

1.BA顯示結(jié)果:本組53例患者，最佳keV圖像組全部顯示，QC圖像組顯示45例；最佳keV圖像組總共呈現(xiàn)BA 118支，右側(cè)66支，左側(cè)52支。

2.最佳單能量值:應(yīng)用Optimal CNR技術(shù)分析全部患者的70keV影像數(shù)據(jù)，獲得BA顯示最佳的單能量值區(qū)間為(55～63)keV，多數(shù)位于58keV(84.9%，44/53),詳見(jiàn)圖1。

圖1 某患者的能譜CT橫軸位檢查圖像及最佳對(duì)比噪聲比圖像
A.在70keV橫軸位圖像中選取BA和同層胸壁肌肉ROI的位置;B.其經(jīng)分析獲得具有最佳CNR的單能量值為58keV

3.BA解剖分型:本組53例患者中，右側(cè)BA最常見(jiàn)分型為Ⅰ型，占46.9%(31/66)，其次為Ⅱ型，占34.8%(23/66)，Ⅲ型占13.6%(9/66)，Ⅵ型占4.5%(3/66)；左側(cè)BA最常見(jiàn)分型為Ⅳ型，占67.3%(35/52)，Ⅲ型占17.3%(9/52)，Ⅴ型占9.6%(5/52)，Ⅵ型占5.7%(3/52)。

4.BA開(kāi)口部位:將雙側(cè)分別開(kāi)口于主動(dòng)脈的BA解剖分類作為目標(biāo)血管，右側(cè)BA 23支，左側(cè)BA 35支。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)右側(cè)BA開(kāi)口于a段占43.4%(10/23)，開(kāi)口于b段占26.1%(6/23)，開(kāi)口于d段占30.4%(7/23)，未見(jiàn)開(kāi)口于c段；左側(cè)BA開(kāi)口于a段占37.1%(13/35)，開(kāi)口于b段占2.8%(1/35)，開(kāi)口于c段占8.5%(3/35)，開(kāi)口于d段占51.4%(18/35)。

5.肺癌側(cè)BA與其對(duì)側(cè)BA管徑對(duì)比分析:右側(cè)肺癌BA較其左側(cè)BA可見(jiàn)明顯增粗(2.23±0.35,1.44±0.16，t=8.243，P<0.05)；左側(cè)肺癌BA較其右側(cè)BA亦可見(jiàn)明顯增粗(1.88±0.25,1.46±0.12，t=6.531，P<0.05)。

6.最佳keV圖像組與QC圖像組對(duì)比分析:通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)比兩組圖像的支氣管動(dòng)脈CT值、SNR及CNR，結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳keV圖像的3組數(shù)據(jù)均明顯高于QC圖像，二者之間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；在圖像質(zhì)量評(píng)比中，兩位醫(yī)生之間的BA成像質(zhì)量評(píng)分有較好的一致性，檢驗(yàn)得出：最佳keV圖像組的kappa值=0.89，QC圖像組的kappa值=0.86。采用兩位醫(yī)生評(píng)分結(jié)果的平均分進(jìn)行比較，檢驗(yàn)顯示BA在最佳keV圖像中顯示更清晰，連續(xù)性更好，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，詳見(jiàn)表1和圖2。

表1 最佳keV圖像組與QC圖像組支氣管動(dòng)脈CT值、SNR、CNR及主觀評(píng)分對(duì)比結(jié)果

圖2 患者支氣管動(dòng)脈混合能量圖像與最佳單能量圖像
患者，男性，77歲，右肺上葉中央型肺癌。4幅圖為同一患者兩組不同成像模式下的圖像，箭頭所指的是其肺癌的供血BA。
A、B.140kVp混合能量圖像的VR、MIP像；C、D.最佳單能量圖像的VR、MIP像

討 論

1.BA的解剖及臨床意義:肺部是由肺實(shí)質(zhì)和肺間質(zhì)構(gòu)成，肺間質(zhì)包含血管，肺實(shí)質(zhì)包含各段支氣管，而它的滋養(yǎng)動(dòng)脈就是來(lái)自于肺間質(zhì)的支氣管動(dòng)脈，其管徑非常細(xì)小，發(fā)源部位及支數(shù)變異較豐富，右側(cè)BA常見(jiàn)從右肋間后動(dòng)脈發(fā)出，左側(cè)BA多數(shù)起源于主動(dòng)脈弓降部，而異位起源的BA可來(lái)自于頭臂干、內(nèi)乳動(dòng)脈、腹主動(dòng)脈、鎖骨下動(dòng)脈等[6]。本組病例中有46.9%(31/66)的右側(cè)BA起源于右側(cè)肋間動(dòng)脈，67.3%(35/52)的左側(cè)BA起源于主動(dòng)脈弓降部，此觀點(diǎn)與孫厚長(zhǎng)等[7]報(bào)道結(jié)果相近。

中央型肺癌是典型的依靠動(dòng)脈供血的病變，支氣管動(dòng)脈為其供血血管這一觀點(diǎn)被當(dāng)前多數(shù)研究者普遍認(rèn)同，表現(xiàn)為管徑增粗迂曲，分支數(shù)目增多，構(gòu)成腫瘤的微血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，本組病例肺癌側(cè)BA較對(duì)側(cè)BA明顯增粗的結(jié)果也與文獻(xiàn)報(bào)道相符[8～11]。近年來(lái)，隨著介入治療領(lǐng)域醫(yī)學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，許多無(wú)法手術(shù)切除的中晚期肺癌患者通過(guò)選擇性經(jīng)導(dǎo)管介入支氣管動(dòng)脈灌注化療藥或栓塞治療方法，取得了良好的臨床治療效果[2, 12, 13]。但是由于BA的起源部位、走行、數(shù)目變異非常多，對(duì)臨床治療中尋找并準(zhǔn)確導(dǎo)管介入造成困難，延長(zhǎng)射線照射時(shí)間，對(duì)患者及術(shù)者造成多余的X線傷害。由于90%脊髓的血液來(lái)自肋間動(dòng)脈，對(duì)于從該血管發(fā)出BA的患者，如果誤插管進(jìn)入肋間動(dòng)脈注入化療或栓塞藥，輕者會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)支配區(qū)疼痛，重者會(huì)造成該節(jié)段脊髓受損而帶來(lái)的肢體活動(dòng)障礙[3]。因此，在對(duì)肺癌導(dǎo)管介入治療前，對(duì)BA行CTA檢查以充分明確其起源、數(shù)目、開(kāi)口位置、管徑大小，可有助于術(shù)者選擇合適的導(dǎo)管及栓塞材料，有利于縮短手術(shù)時(shí)間、降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、減少造影劑用量和不必要的輻射劑量，并可規(guī)避漏掉多支供血血管，減少二次治療所帶來(lái)的弊端。

2.DSA及傳統(tǒng)CT觀察BA的局限性:DSA作為評(píng)價(jià)BA的金標(biāo)準(zhǔn)，其具有較高的圖像分辨率。但是作為一種侵襲性檢查方法，檢查時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)比劑劑量大、費(fèi)用高、創(chuàng)傷性明顯、圖像缺乏立體感、超選擇插管困難、對(duì)腫瘤的全部供血血管無(wú)法僅通過(guò)一次造影就能全面顯示，這些一直是其臨床應(yīng)用的短板。

由于CT成像方法的成熟與進(jìn)步，開(kāi)辟了對(duì)血管造影無(wú)創(chuàng)傷的檢查手段，這就是多層螺旋CT(MSCT)血管造影，其快速、便捷、費(fèi)用低、無(wú)創(chuàng)等特點(diǎn)普遍被臨床及影像科醫(yī)生所認(rèn)可，并且能夠同時(shí)展現(xiàn)所有肺癌相關(guān)動(dòng)脈的解剖信息，規(guī)避了DSA有可能遺漏多支血管的不足[14]。但是傳統(tǒng)MSCT混合能量的射線會(huì)產(chǎn)生硬化偽影，導(dǎo)致成像效果欠佳，并且由于光譜中具有多能級(jí)的X線的平均效應(yīng)而降低了低對(duì)比度組織間的辨別力[15]。若想獲得更高質(zhì)量的支氣管動(dòng)脈圖像，就要提高對(duì)比劑碘含量和注射流速、或者升高管電壓和管電流以此增加射線掃描劑量來(lái)完成，但是卻使圖像噪聲升高，造成遠(yuǎn)端纖細(xì)的分支顯示不佳，而且造影劑碘含量和輻射量升高，也會(huì)增加對(duì)比劑腎病誘發(fā)的概率和電離輻射損傷[16]。

3.寶石能譜CT:它改進(jìn)了混合能量CT僅能用CT值這一種參數(shù)服務(wù)于影像醫(yī)生診斷疾病，將CT帶入了多參數(shù)、功能成像時(shí)代。相對(duì)于運(yùn)用混合能量射線掃描的常規(guī)CT而言，其射線發(fā)射速度顯著提高，佘輝效應(yīng)大幅降低，這些是得益于它的閃爍體與寶石分子構(gòu)型相似。高速射線和低余輝效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)釆集的高效率，使得能在不到0.5ms條件下進(jìn)行80kVp、140kVp高低管電壓間瞬時(shí)切換，可以同時(shí)得到高、低能量?jī)煞NX線圖像數(shù)據(jù)。根據(jù)這兩種數(shù)據(jù)取得(40～140)keV區(qū)間內(nèi)的101組單能量圖像，硬化偽影和CT值漂移可以在這種更純粹的單能量條件下得到顯著改善，使得圖像在某一能量條件下得到更準(zhǔn)確的CT值[17]。

4.單能量成像的優(yōu)點(diǎn):同傳統(tǒng)CT比較，寶石能譜CT的Optimal CNR技術(shù)可以對(duì)各種組織結(jié)構(gòu)和病變給與具有針對(duì)性的單能量成像。低單能量值水平下可獲得組織對(duì)比度較高的圖像，高單能量值條件下可得到硬化偽影較少的圖像。通過(guò)Optimal CNR技術(shù)，可以得到最佳CNR、組織結(jié)構(gòu)對(duì)比度更好的圖像，發(fā)現(xiàn)混合能量CT無(wú)法明確的小病灶及細(xì)小支氣管動(dòng)脈分支，進(jìn)一步提升了肺癌及其供血?jiǎng)用}的早期診斷敏感度及準(zhǔn)確性。將本組53例BA作為目標(biāo)血管，同層胸壁肌肉作為背景獲得最佳單能量下的BA圖像，使其CNR達(dá)到最佳，而圖像噪聲相對(duì)較低，其各項(xiàng)數(shù)據(jù)均優(yōu)于QC圖像，這與馬光明等[18]報(bào)道結(jié)果相近。葛瑩等[3]證實(shí)了49keV作為其42例病患BA的最佳單能量值，其圖像質(zhì)量比混合能量圖像清晰，但是它的最佳單能量值與本組研究得到的數(shù)值略有差異，可能是由于樣本量、地域、性別、體重指數(shù)等因素不同有關(guān)。魏恒樂(lè)等[19]研究發(fā)現(xiàn)，能譜CT最佳單能量成像與傳統(tǒng)螺旋CT比較，可提供質(zhì)量更佳的下肢動(dòng)脈圖像，并且顯著降低X線照射量和對(duì)比劑用量。

另外，為肺癌供血的BA管徑大小不同所應(yīng)用的介入栓塞治療方法是不同的，所以，能譜CT單能量成像對(duì)肺癌的供血?jiǎng)用}能夠提供更詳細(xì)、精準(zhǔn)的影像資料，有利于術(shù)者選擇更合適的導(dǎo)管和栓塞材料，避免選擇不當(dāng)帶來(lái)的手術(shù)時(shí)間延長(zhǎng)和不必要的電離輻射損傷。

本研究通過(guò)應(yīng)用能譜CT掃描及optimal CNR后處理技術(shù)，證實(shí)了顯示BA的最佳單能量值區(qū)間是(55～63)keV，該區(qū)間適用于本組研究中的全部BA，與混合能量圖像比較，最佳keV圖像的支氣管動(dòng)脈CT值、SNR及CNR顯著提升，顯示數(shù)目更全面，圖像質(zhì)量更好。綜上所述，寶石能譜CT單能量成像能夠很大程度優(yōu)化圖像質(zhì)量，提供更全面的支氣管動(dòng)脈影像學(xué)信息，對(duì)于采取介入治療的中央型肺癌患者，給予更有利的幫助。