能譜探測器CT 在提高下肢動脈血管成像質(zhì)量中的應(yīng)用

王 寧，劉兆玉

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004）

下肢動脈硬化閉塞癥 （Peripheral arterial occlusive disease，PAOD）是在下肢動脈粥樣硬化斑塊的基礎(chǔ)上形成的，引起下肢動脈管腔狹窄、閉塞，進而導(dǎo)致肢體缺血的疾病。其主要表現(xiàn)為間歇性跛行、缺血性靜息痛、足潰瘍和壞疽等，并最終發(fā)展為嚴(yán)重肢體缺血[1]。

隨著CT 設(shè)備及后處理軟件的發(fā)展，下肢動脈CT 血管成像（CT angiography，CTA）成為診斷PAOD的一種簡便、快捷的方法[2]。然而，由于PAOD 患者下肢血管往往伴有嚴(yán)重鈣化和狹窄，導(dǎo)致血管結(jié)構(gòu)及遠端分支難以清晰顯示，以及CT 射束硬化偽影等因素存在，多排螺旋CT 成像診斷準(zhǔn)確性受到限制[3]。近年來能譜CT 技術(shù)得到迅速發(fā)展，通過提取虛擬單能譜影像、獲到40～200 keV 的單能量圖[4]、選擇keV 能級的方法，可對圖像噪聲、對比度等指標(biāo)進行優(yōu)化，進而得到最佳質(zhì)量圖像[5]，同時擴大了能譜CT 在周圍血管閉塞性疾病診斷中的應(yīng)用范圍。目前，有關(guān)新一代能譜探測器CT 影像質(zhì)量的研究還很少。本研究擬將新一代能譜探測器CT 單能譜成像用于PAOD 患者，尋找能譜探測器CT 最佳單能量圖，以期獲得更好的圖像質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 資料

收集2019 年1 月—2019 年7 月中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院疑診為下肢動脈病變的患者共48 例并行CTA 檢查，其中男36 例，女12 例，年齡54～88歲，平均（62.4±16.8）歲，平均體質(zhì)量指數(shù)（Body mass index，BMI）為（22.7±5.5）kg/m2，病程2～38 年。排除標(biāo)準(zhǔn)：①對比劑過敏；②下肢動脈長段閉塞或支架植入術(shù)后；③合并嚴(yán)重心肝腎或呼吸功能不全患者；④不能配合檢查患者。所有受檢者行增強CT 檢查前均簽署知情同意書。

1.2 方法

48 例患者均接受Philips 能譜探測器CT（IQon，Philips Healthcare，Best，the Netherlands）檢查。掃描范圍：自腹主動脈分叉部以上水平至足趾末端。對比劑采用碘海醇（含碘350 mg/mL，北京北陸藥業(yè)股份有限公司）。檢查前根據(jù)患者體質(zhì)量確定對比劑總量，對比劑總量（mL）＝體質(zhì)量（kg）×2（mL/kg）。對比劑經(jīng)雙筒高壓注射器在患者單側(cè)前臂靜脈以4 mL/s的速率注入，之后以相同速率注入40 mL 生理鹽水。

能譜探測器CT 掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，管電流159 mA，探測器準(zhǔn)直64×0.625 mm，機架旋轉(zhuǎn)時間0.5 s，螺距0.953。CT 掃描完成后，采用Philips ISP（IntelliSpace Portal version 9.0）工作站對所有圖像進行常規(guī)重建和能譜圖像重建，常規(guī)CT圖像重建選用混合迭代重建方法（iDose4，level 4），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 based image，SBI），從能譜基礎(chǔ)圖像中獲得各單能量能譜圖像（60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV），能譜圖像與常規(guī)CT 圖像采用相同的層厚和層間距。

1.3 圖像分析

分別選取髂總動脈、股淺動脈、腘動脈及脛前動脈4 個層面進行圖像質(zhì)量主觀評價及客觀評價。

圖像質(zhì)量主觀評價方法：采用5 分評分法對圖像質(zhì)量進行評價。5 分，血管解剖結(jié)構(gòu)顯示好，幾乎沒有偽影，圖像能提供充分的診斷信息；4 分，血管解剖結(jié)構(gòu)顯示良好，偽影很少，圖像能提供足夠的診斷信息；3 分，血管解剖結(jié)構(gòu)顯示一般，偽影較少，圖像能提供適當(dāng)?shù)脑\斷信息；2 分，血管解剖結(jié)構(gòu)顯示不佳，偽影較多，可以診斷但診斷信息不足；1 分，血管解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，偽影重，圖像不能提供診斷信息。

由兩位診斷醫(yī)師從圖像噪聲、偽影、對比度、分辨率等方面對圖像質(zhì)量進行主觀評估，二者意見不一致時，經(jīng)協(xié)商達成一致意見。

客觀定量分析：由1 名從事診斷工作6 年以上的醫(yī)師設(shè)置感興趣區(qū)（Regions of interest，ROI），分別位于同一層面血管（ROIv）和肌肉（ROIm）中，ROI至少覆蓋血管總面積的2/3，測量時取同一層面雙側(cè)下肢動脈CT 值的平均值。保持同一患者各個能級（60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV）下的ROI區(qū)域不變，分別測量各目標(biāo)血管、鄰近肌肉兩個ROI的CT 值及標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD），計算各目標(biāo)血管的信噪比（Signal noise ratio，SNR）、對比噪聲比（Contrast to noise ratio，CNR），SNR＝CT（目標(biāo)血管）/SD（目標(biāo)血管）、CNR＝（CT（目標(biāo)血管）-CT（同層肌肉））/SD（同層肌肉），圖像噪聲為鄰近肌肉組織CT 值的標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 22.0 軟件進行統(tǒng)計分析，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，組間CT 值、噪聲、SNR、CNR 差異的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD 法，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

6 組圖像質(zhì)量評分采用多組獨立樣本秩和檢驗（Kruskal Wallis H）進行統(tǒng)計分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。組間兩兩比較對P 值進行校正，校正后P 值為0.01。

2 結(jié)果

2.1 主觀圖像質(zhì)量比較

6 組CTA 圖像主觀評分見表1，6 組圖像質(zhì)量評分經(jīng)Kruskal-Wallis H 檢驗，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（χ2＝35.502，P＜0.01）。6 組圖像中，60 keV 組主觀評分最高（217 分），與常規(guī)CT 組及70 keV、75 keV、80 keV組評分兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P 均＜0.01），與65 keV 組評分比較差異不顯著。

表1 各組圖像主觀評分

2.2 客觀圖像質(zhì)量比較

常規(guī)CT 組及60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV 組間進行兩兩比較，結(jié)果見表2。60 keV、65 keV組CNR、SNR 均顯著高于常規(guī)CT 組及70keV、75keV、80 keV 組（P＜0.05），而60 keV 組和65 keV 組間進行比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。60 keV、65 keV 組圖像噪聲均顯著低于常規(guī)CT 組 （P＜0.05），60 keV組和65 keV 組間進行比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義 （P＞0.05）。60 keV 組各目標(biāo)血管的CT 值顯著高于65 keV組及其余各組（P＜0.05），故選擇60 keV 組單能量圖像作為最佳keV（圖1）。

表2 各組圖像CT 值、噪聲、SNR 及CNR 的比較（）

表2 各組圖像CT 值、噪聲、SNR 及CNR 的比較（）

注：SNR：信噪比；CNR：對比噪聲比。

圖1 男，62 歲。圖1a～1c 為常規(guī)掃描成像方法獲得的下肢動脈圖像，右側(cè)股淺動脈邊緣稍模糊，硬化偽影重，周圍細小分支顯示不清；圖1d～1f 為同一患者采用60 keV 單能量成像獲得的下肢動脈圖像，右側(cè)股淺動脈血管邊緣光滑、銳利，周圍硬化偽影顯著減少，下肢動脈清晰度更高，周圍細小分支顯示清晰。Figure 1.Male,62 years old.Figure 1a～1c are the images of lower extremity artery obtained in a conventional CT scanner.The image of the right superficial femoral artery is slightly blurred,the sclerotic artifact is heavy,and the surrounding small branches are not clear; Figure 1d～1f are the images of the same patient,virtual monoenergetic images were reconstructed at 60 keV.The image of the right superficial femoral artery is smooth and sharp,the peripheral sclerosis artifacts are significantly reduced and the peripheral small branches can be clearly displayed.

3 討論

3.1 能譜探測器CT 單能量成像的原因及優(yōu)勢

PAOD 好發(fā)于糖尿病患者、慢性腎病患者及老年人，病變往往發(fā)展迅速，常累及多節(jié)段和多支血管，其主要表現(xiàn)為間歇性跛行、缺血性靜息痛、足部潰瘍及壞疽等，嚴(yán)重者可發(fā)展為肢體缺血壞死[6]。下肢動脈CTA 由于其快捷、無創(chuàng)、價格低等特點廣泛應(yīng)用于臨床。目前臨床上廣泛應(yīng)用的多排螺旋CT，其球管產(chǎn)生的X 射線為有一定頻譜寬度的多色譜射線，這種含有不同能量光子的X 射線穿過人體后，其低能射線易被人體吸收，而高能射線穿透性好，射線穿過人體過程中平均能量增高，容易產(chǎn)生硬化偽影[7-8]，故這種射束硬化效應(yīng)有時會產(chǎn)生嚴(yán)重偽影，降低了圖像質(zhì)量，特別是對于動脈遠端及分支的顯示不佳，影響診斷。隨著CT 成像技術(shù)的發(fā)展，CT能譜單能量成像的優(yōu)勢得到廣泛認可[9]。與其他能譜CT 不同，新一代能譜探測器CT 具備獨特的雙層探測器結(jié)構(gòu)，不需要在球管上使用高低兩個管電壓，而是使用上層探測器和下層探測器分辨低能量和高能量X 射線，使得在一次掃描中同時獲取混合能量的常規(guī)影像和高低能量分離的能譜影像[10-11]，避免了硬化偽影的產(chǎn)生，明顯改善圖像質(zhì)量。

3.2 能譜探測器CT 各單能量圖像參數(shù)及質(zhì)量對比

本研究旨在對比常規(guī)CT 與能譜CT 單能量圖像在顯示下肢動脈血管解剖結(jié)構(gòu)與周圍組織對比度及偽影等方面的差異，以期找到對下肢動脈準(zhǔn)確顯影的最佳能級。能譜探測器CT 與常規(guī)CT 相比，主要優(yōu)勢在于可以生成40～200 keV 之間任意能級的多組單能譜圖像，克服了基于X 線管雙能成像系統(tǒng)無法進行回顧性能量分析的缺點，以便醫(yī)師根據(jù)自身需求選擇不同能級對各組織器官進行成像，從而提高診斷的準(zhǔn)確率。對于能譜CT，射線能級越低，碘對比劑的衰減越少，因此低能級有助于提高管腔的對比度，使顯影更加清晰[12]；另一方面，隨著能級的遞減，圖像噪聲也會增加[13]。本研究中能譜探測器CT掃描后重建出的各個能級圖像與常規(guī)CT 圖像比較，血管邊緣光滑、遠端分支顯示更佳、噪聲更低、CNR及SNR 大幅提高，對各個能級圖像的研究顯示CT值、SNR、CNR 會隨著能級的增加而減小。本研究中60 keV、65 keV 組圖像的SNR、CNR 最高，而60 keV組擁有更高的CT 值，故60 keV 組圖像質(zhì)量最佳。

3.3 本研究的局限性

①樣本量偏少，研究所得數(shù)據(jù)可能存在一定偏差，今后還將采用更大的樣本量繼續(xù)研究。②沒有驗證與普通CT 輻射劑量的比較。有研究表明與其他能譜CT 相比，能譜探測器CT 無需提前預(yù)設(shè)專用掃描序列，因而并不會造成輻射劑量的增加，這一點在本研究中并未進行驗證，有待進一步研究。

綜上所述，與常規(guī)CT 相比，60 keV 單能譜圖像顯著提高了下肢動脈CTA 的成像質(zhì)量，同時減少了射束硬化偽影，可對下肢動脈疾病患者的診治提供幫助，值的臨床推廣應(yīng)用。