基于雙層探測器的光譜CT 虛擬單能量圖像優(yōu)化門靜脈血管圖像質(zhì)量的研究

楊立平，李福興，王慧穎，劉秀杰，高萬軍

天津市寶坻區(qū)人民醫(yī)院·天津醫(yī)科大學(xué)寶坻臨床學(xué)院影像科 （天津 301800）

門靜脈影像學(xué)檢查常用于顯示肝硬化患者側(cè)支循環(huán)的開放情況和肝癌患者門靜脈的受累程度，為臨床評估病情提供參考。多層螺旋CT 血管成像（multi-slice CT angiography，MSCTA）是目前臨床評估門靜脈常用的影像學(xué)檢查方法，但影響圖像質(zhì)量的因素眾多。有研究表明，應(yīng)用能譜CT 對門靜脈進(jìn)行虛擬單能量圖像（virtual monoenergetic image，VMI）處理可以提高門靜脈血管圖像質(zhì) 量[1]。雙 層 探 測 器 光 譜CT（dual-layer spectral detector CT，SDCT）是一項近期開始被應(yīng)用于臨床的新技術(shù)，成像原理和圖像處理方式均有別于以往的能譜CT[2-3]，其虛擬平掃[4]、碘密度圖及有效原子序數(shù)圖[2]等功能已顯現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景，但目前關(guān)于應(yīng)用VMI 技術(shù)提高門靜脈血管圖像質(zhì)量的研究較少。本研究回顧性分析行腹部SDCT平掃及增強(qiáng)掃描的44例患者的影像資料，比較不同能級VMI（40、50、60、70 keV）和常規(guī)混合能量（quality check，QC）的門靜脈圖像質(zhì)量，并尋找應(yīng)用SDCT 顯示門靜脈最佳VMI 的能級水平，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年5—10月在天津醫(yī)科大學(xué)寶坻臨床學(xué)院行腹部SDCT平掃及增強(qiáng)檢查的44例患者的影像資料，其中男24例，女20例；年齡15～80歲，平均51歲；肝囊腫7例，腎囊腫8例，膽囊炎6例，胰腺癌2例，肝血管瘤4例，肝轉(zhuǎn)移瘤8例，膽總管下段占位2例，未見異常7例。本研究已獲得醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會的審核批準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）檢查包括平掃、動脈期增強(qiáng)及門靜脈期增強(qiáng)3組圖像；（2）腹部病變不影響感興趣區(qū)的勾畫。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）圖像偽影重；（2）有腹部手術(shù)史；（3）腹部病變較大影響門靜脈的血液循環(huán)、走行及分布。

1.2 檢查方法

所選取圖像均為SDCT（IQon spectral CT，Philips Healthcare，Cleveland，OH，USA）采集，包括上腹部平掃及動脈期、門靜脈期增強(qiáng)掃描，掃描范圍自膈頂至雙腎下極，設(shè)置管電壓為120 kVp，管電流采用自動管電流控制技術(shù)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度為0.5 s/周，準(zhǔn)直器寬度為64 mm×0.625 mm，螺距為0.969，對比劑為碘佛醇（江蘇恒瑞醫(yī)藥股份有限公司，國藥準(zhǔn)字H20143027，規(guī)格：100 ml∶74.1 g），注射速度為3.0 ml/s，用量為1 ml/kg；增強(qiáng)掃描動脈期采用對比劑智能追蹤閾值觸發(fā)技術(shù)，感興趣區(qū)（region of interest，ROI）設(shè)在腹腔干水平腹主動脈腔內(nèi)，閾值為100 HU，于動脈期結(jié)束35 s后開始門靜脈期掃描。

1.3 圖像重建

門靜脈期掃描獲得的數(shù)據(jù)采用兩種方法進(jìn)行重建，一種是采用iDose重建，獲得QC圖像；另一種是采用光譜重建，生成全息光譜圖像（spectral based image，SBI），再將SBI導(dǎo)入荷蘭Philips SpDS圖像工作站（Spectral Diagnostic Suite 6.5，Philips Healthcare）進(jìn)行分析，獲得不同能級（40、50、60、70 keV）門靜脈VMI。不同能級VMI和QC圖像的重建層厚及層間距均為5 mm，我們可根據(jù)需求進(jìn)一步進(jìn)行門靜脈CTA、多平面重組、最大密度投影或容積再現(xiàn)等圖像后處理。

1.4 圖像評價1.4.1 客觀評價

選取肝門區(qū)層面，在門靜脈主干及肝實(shí)質(zhì)內(nèi)分別勾畫相同面積（50～100 mm2）的ROI，并測量CT值（在肝實(shí)質(zhì)內(nèi)勾畫ROI時應(yīng)避開病變及脈管系統(tǒng)），每個ROI的CT值均測量3次后取平均值。此外，采用公式SNR=ROIo/IN計算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR），采用公式CNR=（ROIo-ROId）/IN計算對比噪聲比（contrast-to-noise，CNR），其中，ROIo為ROI門靜脈的CT值，ROId為ROI肝實(shí)質(zhì)的CT值，IN為平均圖像噪聲值[門靜脈平均圖像噪聲值（image noise，IN）為同層面肝實(shí)質(zhì)CT值的標(biāo)準(zhǔn)差]。

1.4.2 主觀評價

由兩名中級職稱以上，從事腹部CT 影像診斷的放射科醫(yī)師盲法獨(dú)立閱片，分別對門靜脈VMI（40、50、60、70 keV）及QC 圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量主觀評分，最終取兩名醫(yī)師評分的平均值。（1）門靜脈邊緣銳利度的評分標(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。（2）CTA 的評分標(biāo)準(zhǔn)：在CTA 圖像上，顯示門靜脈主干為1分，1級肝內(nèi)分支為2分，每多顯示一級分支增加1分。（3）門靜脈-肝實(shí)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[5]。上述3個分值取均值作為門靜脈圖像質(zhì)量的主觀評分。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以中位數(shù)（P25，P75）表示，不同VMI（40、50、60、70 keV）組和QC 組間的比較應(yīng)用Kruskal-Wallis檢驗；對兩名放射科醫(yī)師圖像質(zhì)量主觀評價的一致性采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）評價，ICC＜0.40表示一致性較差，＞0.75表示一致性較高。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

各組間的門靜脈CT 值、SNR、CNR 及圖像質(zhì)量主觀評分比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）；40 keV 組門靜脈CT 值、SNR、CNR 及圖像質(zhì)量主觀評分均高于其余能級組和QC 組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05或0.01）；各組間的IN 比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.108），見表1。40 keV VMI 與其他各組比較，門靜脈-肝實(shí)質(zhì)對比度好（圖1），VR 圖像門靜脈邊緣光滑銳利，肝內(nèi)分支顯影多（圖2）。兩名放射科醫(yī)師對圖像質(zhì)量主觀評價的一致性高，ICC值為0.825（P＜0.05）。

表1 不同能級VMI 和QC 各指標(biāo)的比較[中位數(shù)（P25，P75）]

3 討論

目前，臨床應(yīng)用的能譜CT 主要包括基于球管電壓切換的能譜CT 和SDCT，前者根據(jù)球管電壓的切換方式又可分為單源kV 切換模式、雙源高-低kV 模式[6]。SDCT 的球管與非能譜CT 的球管工作原理相同，但其探測器由兩層不同的物質(zhì)組成，上層釔基石榴石層主要吸收低能量X 線，下層稀土陶瓷閃爍晶體層主要吸收高能量X 線[2]，高、低能量的分離發(fā)生在探測器，無需改變球管的輸出。與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，SDCT 檢查前無需預(yù)設(shè)能譜掃描模式，可進(jìn)行常規(guī)采集[3]，在不增加患者輻射劑量的情況下，可同時獲得QC 圖像和SBI 數(shù)據(jù)，待檢查結(jié)束后，可根據(jù)診斷需要，對SBI 數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性重建，即可得到包括40～200 keV VMI 在內(nèi)的多種能譜信息。

本研究VMI 組圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)（CT 值、SNR 及CNR）均顯著高于QC 組，且以40 keV 時最高。能譜CT 的VMI，隨著能級水平接近碘的k 邊緣（33.2 keV），組織衰減增加[7]，對比度增加，因此，SDCT 與基于球管電壓切換的能譜CT 一樣，40 keV 時門靜脈的CT 值最高。與本研究的結(jié)果不同，有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VMI 為49～53 keV（平均51 keV）時，門靜脈的SNR 及CNR 最高[1]，分析原因可能是由于其使用的是單源kV 切換模式的能譜CT，圖像噪聲在低能級時顯著上升，導(dǎo)致40 keV 時門靜脈的SNR、CNR 反而低于49～53 keV。SDCT 在生成各VMI 前的原始數(shù)據(jù)域空間經(jīng)過了反相關(guān)噪聲抑制，與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，SDCT 可做到全能光譜恒定低噪聲[8]。本研究還發(fā)現(xiàn)，雖然在40 keV 時噪聲略增加，但與其他不同能級條件下的圖像噪聲相比未見顯著性差異?？傊?，對于SDCT，門靜脈SNR及CNR 最佳VMI 的能級水平均為40 keV，低于基于球管電壓切換方式能譜CT 的最佳keV 值。

客觀評價并不能全面反映圖像的質(zhì)量。高欽宗等[9]利用SDCT 檢測兔VX2肝癌模型微小病灶，發(fā)現(xiàn)雖然40 keV 能級狀態(tài)下病灶的SNR 及CNR 最高，但圖像質(zhì)量在45～50 keV能級狀態(tài)下最好，并認(rèn)為其原因可能是40 keV 能級狀態(tài)下，富血供病灶與周圍正常肝臟組織的對比度過高，病灶細(xì)節(jié)的顯示能力反而下降。有研究應(yīng)用SDCT 對圖像質(zhì)量不能滿足診斷要求的肺動脈CTA 圖像進(jìn)行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)40 keV時肺動脈VMI 質(zhì)量最高，使其中絕大部分（78/79）的圖像質(zhì)量大幅提升，從而達(dá)到滿足診斷的圖像質(zhì)量要求[10]。本研究結(jié)果與后者研究結(jié)果相似，40 keV 的VMI 門靜脈圖像不僅客觀指標(biāo)值最高，而且圖像質(zhì)量的主觀評分也最佳，可能過高的對比度對血管細(xì)節(jié)顯示的影響并不如對肝臟富血供病灶的影響顯著，其原因還有待進(jìn)一步研究。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，不同觀察者間對門靜脈圖像質(zhì)量主觀評分的一致性高。

本研究未分析高于70 keV的VMI，因為當(dāng)能量＞70 keV時，隨著能量的增高圖像對比度會顯著下降[11]。此外，能量間隔選擇10 keV，顯然不夠精細(xì)，但研究結(jié)果提示，最佳能級為40 keV，因此應(yīng)該不會對結(jié)果產(chǎn)生影響。Bellini 等[12]認(rèn)為，對于不同能級水平VMI 的觀察，應(yīng)采用不同的窗寬和窗位，本研究未考慮該因素可能存在的影響，待后續(xù)研究中進(jìn)一步完善。

綜上所述，應(yīng)用SDCT 完成腹部增強(qiáng)檢查后，進(jìn)行回顧性VMI 重建，可顯著提高門靜脈血管圖像質(zhì)量；綜合考慮CT 值、CNR、SNR 等客觀指標(biāo)及圖像質(zhì)量的主觀評分，與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，VMI 選取40 keV 時門靜脈血管圖像質(zhì)量最佳。