雙層探測器光譜CT腸系膜上動脈成像：虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像質(zhì)量對比

陳晨，魏曉磊，朱小倩，劉松，呂品，張冰

腸系膜上動脈(superior mesenteric artery,SMA)由腹主動脈發(fā)出，其分支供應(yīng)范圍廣泛，包括胰腺、十二指腸、空回腸及右半結(jié)腸等臟器。腸系膜上動脈病變，如夾層、栓塞等，可導(dǎo)致腸道相應(yīng)供血節(jié)段發(fā)生急性缺血壞死，是臨床常見的急腹癥之一[1]。目前評價腸系膜上動脈病變主要依賴于CT增強檢查，CTA可清晰地顯示腸系膜上動脈的解剖結(jié)構(gòu)及管腔內(nèi)病變。既往通過增加對比劑用量或降低管電壓來提高血管與周圍組織的對比度，提高血管成像質(zhì)量，但會增加對比劑腎病的風險以及患者接受的輻射劑量。

近年來，隨著CT技術(shù)的發(fā)展，能譜CT在血管成像中得到了廣泛應(yīng)用[2-3]，能譜CT虛擬單能級圖像(virtual mono-energetic images,VMIs)可減少對比劑的用量，降低輻射劑量，而不影響血管成像質(zhì)量。雙層探測器光譜CT在能譜CT技術(shù)上基礎(chǔ)上進一步提高，掃描時間更短，后處理速度更快，輻射劑量更低，能夠應(yīng)用于常規(guī)掃描中，提供能譜數(shù)據(jù)“回顧性分析”功能。但是目前對此項技術(shù)在腸系膜上動脈成像中的應(yīng)用價值的相關(guān)研究較少[4]，且樣本量較小。因此，本研究通過分析雙層探測器光譜CT不同keV條件下腸系膜上動脈的圖像質(zhì)量，旨在評估雙層探測器光譜CT在腸系膜上動脈中的應(yīng)用價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析2019年4月-2019年10月在本院行腹部CT增強掃描的連續(xù)病例的臨床和CT圖像。納入標準：①有完整的腹部CT平掃及動脈期、靜脈期增強掃描圖像；②動脈期和靜脈期均采用能譜掃描模式。排除標準：①腹部手術(shù)史；②有腹部疾病，且可能影響到腸系膜上動脈；③圖像有明顯偽影(呼吸運動不佳或腰椎內(nèi)固定偽影)。最終納入105例患者，男59例，女46例，年齡16～86歲，平均(50.3±13.7)歲。

2.檢查參數(shù)

使用Philips IQon雙層探測器光譜CT，掃描范圍自膈肌頂部至恥骨聯(lián)合下緣，掃描參數(shù)：自動mAs技術(shù)，120 kVp，層厚5.0 mm，螺距1.020，0.5 s/r。動脈期和靜脈期掃描分別在注射對比劑后30和70 s完成。使用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注射對比劑碘佛醇(320 mg I/mL)，總量80～100 mL，注射流率3.0 mL/s，之后再以1.5 mL/s的流率注射生理鹽水15 mL。掃描完成后，獲得常規(guī)CT圖像和能譜CT圖像。常規(guī)CT圖像采用混合迭代重建算法；能譜CT圖像采用投影空間光譜重建，得到全息光譜圖像(spectral based image,SBI)。在Philips Intellispace Portal工作站上利用SBI生成40～200 keV不同能級水平(間隔10 keV)的VMIs，重建層厚均為1.0 mm。

3.圖像分析

客觀評價：由一位放射科醫(yī)師在Philips SpDS(Spectral Diagnostic Suite 9.0)圖像工作站上對常規(guī)CT圖像和VMIs進行定量評估。分別在腸系膜上動脈及同層面圖像上的豎脊肌和皮下脂肪內(nèi)勾畫ROI(面積約15 mm2)，測量CT值及其標準差(standard deviation,SD)。將所勾畫的ROI采用復(fù)制粘貼的方式，用于其它組圖像和不同部位的測量，保證每例患者每組圖像的每個部位所對應(yīng)ROI的形態(tài)、位置以及大小保持一致。SMA內(nèi)的ROI放置于血管中心，避開血管周圍的鈣化斑塊；豎脊肌內(nèi)的ROI，則應(yīng)該避開周圍脂肪組織。每個部位采用同樣的方法測量3次，取平均值。按照公式(1)和(2)計算圖像的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和對比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR)[5]：

(1)

(2)

其中，CTSMA和CT豎脊肌分別為腸系膜上動脈和豎脊肌的平均CT值，SDSMA和SD脂肪分別為腸系膜上動脈和皮下脂肪的CT值標準差的平均值，SD脂肪代表圖像噪聲。

主觀評價：由兩位分別具有2年及10年以上工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對常規(guī)CT圖像和VMIs進行主觀質(zhì)量評估，最終得分由兩位協(xié)商得出。在容積重建(volume rendering,VR)圖像中，采用相同的重建角度，應(yīng)用5級評分法[6]對腸系膜上動脈的成像質(zhì)量進行評價。5分：血管信號強度非常好，血管邊緣非常銳利；4分：血管信號強度好，血管邊緣比較銳利；3分：血管信號強度適中，血管邊緣基本銳利；2分：血管信號強度差，血管邊緣欠清晰；1分：血管信號強度很差，血管邊緣模糊。同時，在VR圖像中，對可觀察到的腸系膜上動脈的分支數(shù)進行評估：每增加一個分支或?qū)僦?，得分增?分。

4.統(tǒng)計分析

使用SPSS 22.0軟件包進行統(tǒng)計學分析。數(shù)據(jù)以平均值±標準差的形式表示。采用Pearson相關(guān)分析進行不同單能級水平與圖像SNR、CNR的相關(guān)性分析；根據(jù)正態(tài)分布檢驗結(jié)果，組間差異性分析采用Wilcoxon符號秩檢驗。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量的客觀評價

常規(guī)圖像與不同單能級水平腸系膜上動脈的CT值、圖像的SNR、CNR和噪聲見表1。隨著能級水平的提高，圖像的SNR和CNR顯著降低(r值分別為-0.891和-0.810，P值均<0.001)，其中40keV組圖像的SNR和CNR最高。

表1 常規(guī)圖像和不同能級圖像上圖像質(zhì)量定量參數(shù)值

本研究中進一步比較了40 keV單能級圖像與常規(guī)圖像的SNR、CNR及圖像噪聲(表2)，結(jié)果顯示40 keV組圖像的SNR和CNR顯著高于常規(guī)圖像，而圖像噪聲低于常規(guī)圖像，差異均具有統(tǒng)計學意義(P值均<0.001)。

表2 兩種圖像客觀圖像質(zhì)量參數(shù)的比較

2.圖像質(zhì)量的主觀評價

對常規(guī)圖像和40 keV圖像的VR圖像上SMA的圖像質(zhì)量主觀評估結(jié)果見表3。兩組圖像在信號強度、邊緣銳利度與腸系膜上動脈分支顯示方面，均具有顯著差異(P值均<0.001)，40 keV單能級圖像顯著優(yōu)于常規(guī)圖像(圖1)。

表3 常規(guī)和40keV圖像上SMA成像質(zhì)量的主觀評估

討 論

CT血管成像(CTA)可以清晰地顯示腸系膜上動脈的起源和解剖變異，并可進一步評估管腔內(nèi)病變，能夠直觀、快速和無創(chuàng)地顯示病變部位、程度及相應(yīng)的受累腸段。目前，CTA已經(jīng)取代血管造影，成為SMA病變的臨床診斷和外科手術(shù)前最重要的檢查方法[1]。雙層探測器光譜CT通過產(chǎn)生40～200 keV范圍內(nèi)不同keV水平的單能級圖像，可以進一步地提高CTA的圖像質(zhì)量[7]。

本研究結(jié)果表明，在不同能級的VMIs中，40 keV圖像的SNR和CNR最高，腸系膜上動脈顯示最佳；隨著能級水平的提高，SNR和CNR逐漸降低，呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.891和-0.810(P<0.001)。低keV水平單能級圖像受光電效應(yīng)的影響最大，碘的衰減值最大，血管對比度高，因此，圖像的SNR和CNR也越高[8]。

進一步對常規(guī)混合能級圖像與40 keV單能級圖像的圖像質(zhì)量進行了比較，結(jié)果顯示40 keV單能級圖像的SNR和CNR均顯著高于常規(guī)圖像(P<0.001)。這與Doerner等[7]的研究結(jié)果相符，在對胸部腫瘤患者的胸部CT增強圖像的研究中，亦發(fā)現(xiàn)單能級圖像的CT值、SNR和CNR均隨著能級水平的增加而降低，低能級(40～70 keV)重建的單能級圖像的SNR和CNR顯著高于常規(guī)圖像。

在對腸系膜血管能譜CTA圖像質(zhì)量的研究中，Yin等[4]研究發(fā)現(xiàn)最佳單能級+40%自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技術(shù)可以顯著改善腸系膜上動脈和靜脈的成像質(zhì)量，其次是最佳單能級重建圖像。Wang等[9]對下肢動脈閉塞性疾病患者進行下肢動脈成像研究，結(jié)果顯示能譜CT最佳單能級圖像的質(zhì)量優(yōu)于混合能級圖像。大量研究結(jié)果表明單能級重建圖像的圖像質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)圖像，但研究多集中于最佳單能級水平的圖像質(zhì)量，并沒有比較不同keV單能級圖像的圖像質(zhì)量。

本研究中對SMA成像質(zhì)量的主觀評估結(jié)果顯示，40 keV圖像上SMA的信號強度、邊緣銳利度以及分支血管顯示情況均顯著優(yōu)于常規(guī)圖像(P均<0.001)，對SMA分支血管的顯示數(shù)較常規(guī)圖像平均提高8.04±4.03，這一結(jié)果也進一步佐證了客觀評估的結(jié)論。此外，在圖像噪聲水平方面，與Doerner等[10]的另一項關(guān)于腹部血管成像的研究結(jié)果顯示，40 keV單能級圖像的噪聲要高于常規(guī)圖像，盡管差異并無統(tǒng)計學意義(P>0.99)。而本組研究結(jié)果顯示40 keV單能級圖像的噪聲水平要低于常規(guī)圖像，且差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。

本研究存在一些不足之處：首先，由于本研究屬于回顧性分析，因此無法分析低對比劑濃度、低輻射劑量時雙層探測器光譜CT在SMA成像中的圖像質(zhì)量；其次，由于本研究側(cè)重于圖像質(zhì)量，無法在腸系膜上動脈病變的診斷性能上提供有效證據(jù)；此外，本研究屬于單中心研究，研究結(jié)果還需要在多中心、更大樣本量中得到證實。

綜上所述，在腸系膜上動脈CTA檢查中，雙層探測器光譜CT 40 keV單能級圖像較常規(guī)圖像的CNR和SNR顯著提高，在血管信號強度、邊緣銳利度以及分支血管的顯示方面也較常規(guī)圖像顯著提高，在對腸系膜上動脈病變的臨床評估中可提供幫助，有望進一步拓展其臨床應(yīng)用范圍。