雙能CT虛擬單能級(jí)成像顯示胰周血管:與線性融合圖像對(duì)照研究

梁洪偉 周 旸 張志偉 杜思霖 鄭 橋 李信友 呂發(fā)金 李詠梅

胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）是一種預(yù)后不良的惡性腫瘤，是癌癥相關(guān)死亡的第三大原因［1］。完全手術(shù)切除（R0）是唯一可能允許長(zhǎng)期生存的治療選擇［2］，而胰周血管是影響胰腺腫瘤手術(shù)切除和預(yù)后的關(guān)鍵因素。多層探測(cè)器計(jì)算機(jī)體層成像（multidetector computed tomography，MDCT）和薄層成像提供了常規(guī)的胰周血管顯影。但對(duì)于血管顯示欠清或?qū)Ρ葎┏溆患训幕颊撸p能CT（dual-energy CT，DECT）虛擬單能級(jí)成像（monoenergetic images，MEI［+］）能在噪聲增加不顯著的情況下改善血管的可視化及圖像的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和對(duì)比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR），從而有助于腫瘤的分期［3-4］。本文旨在探討與線性融合圖像（polyenergetic images，PEI）相比，DECT MEI（+）成像對(duì)胰周血管顯影的改善效果及尋找顯示胰周血管和圖像質(zhì)量的最佳單能級(jí)。

方 法

1. 一般資料

選擇2020年6—8月在本院接受腹部雙能CT增強(qiáng)檢查的45例患者。入組標(biāo)準(zhǔn)：①無胰腺疾病史；②無肝、膽、脾、胃惡性腫瘤；③無肝硬化、門靜脈高壓癥；④無對(duì)比劑禁忌證。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署對(duì)比劑知情同意書。

2. 儀器與方法

使用第三代雙源CT掃描儀（Somatom Force；Siemens Healthcare，F(xiàn)orchheim，Germany）。囑患者禁食4～6 h，掃描前20 min口服清水500～600 mL，頭先進(jìn)完成仰臥位掃描，范圍自膈頂至雙腎下極。掃描時(shí)相包括平掃、動(dòng)脈期、門脈期（胰腺實(shí)質(zhì)期）。掃描參數(shù)：準(zhǔn)直寬度128 mm×0.6 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，動(dòng)脈期螺距0.6，門脈期螺距0.7。采用100 kV/Sn150 kV雙能量掃描，A管參考管電流為260 mA，同時(shí)生成權(quán)重因子（weighting factor，M）為0.6的線性融合圖像，所有掃描均使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(shù)（Care DOSE 4D）。

增強(qiáng)掃描使用非離子型對(duì)比劑碘普羅胺（370 mgI/mL），根據(jù)基于患者體重的個(gè)性化注射方案計(jì)算總量和流率，以平均3.5～5 mL/s的流率經(jīng)右肘正中靜脈注射。采用自動(dòng)觸發(fā)模式，觸發(fā)點(diǎn)定于腹主動(dòng)脈腹腔干水平，達(dá)觸發(fā)閾值100 HU后延遲10、25 s分別啟動(dòng)動(dòng)脈期和門脈期掃描。

3. 圖像重建

采用ADMIRE迭代重建算法，迭代強(qiáng)度為2，卷積核kernel值均為Br40f，動(dòng)脈期重建層厚及間隔均為1 mm，門脈期重建層厚及間隔均為1.5 mm。所有圖像均傳至西門子雙能量工作站（singovia VB20），由1名放射科醫(yī)師通過monoenergetic+軟件以10 keV為間隔獲得40～100 keV內(nèi)的7組MEI（+）圖像。

4. 影像評(píng)價(jià)

分別在40～100 keV MEI（+）和線性融合的8組圖像測(cè)量胰周血管（腹腔干、肝總動(dòng)脈、脾動(dòng)脈、腸系膜上動(dòng)脈、胃十二指腸動(dòng)脈、門靜脈和腸系膜上靜脈）的CT值，感興趣區(qū)（region of interest，ROI）盡可能大但不包括血管壁及鈣化，使ROI包含整個(gè)管腔，約2～3 mm2；在胰腺體部，盡量避開血管、脂肪，ROI面積約3 mm2；同時(shí)測(cè)量同層面左側(cè)豎脊肌CT值，及腹膜后脂肪CT值的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD）作為背景噪聲，ROI面積約為3 mm2。以上測(cè)值均于3個(gè)層面分別測(cè)量后取平均值。按以下公式分別計(jì)算每組圖像上各支血管及胰腺實(shí)質(zhì)的SNR、CNR及SIR：SNR=CT1/SD；CNR=（CT1-CT2）/SD；SIR=CT1/CT2。式中CT1、CT2、SD分別為血管或胰腺實(shí)質(zhì)CT值、束脊肌CT值、背景噪聲。

由2名放射科醫(yī)師（腹部影像診斷經(jīng)驗(yàn)分別為14和8年）調(diào)節(jié)血管顯示最佳的窗寬窗位對(duì)血管進(jìn)行觀察，并采用雙盲法對(duì)各組圖像的圖像質(zhì)量及7支胰周血管進(jìn)行主觀評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：5分為優(yōu)良，無明顯噪聲和偽影，能清晰診斷，管腔明顯強(qiáng)化，血管壁光滑銳利；4分為良，輕度噪聲和偽影，能較好診斷，管腔明顯強(qiáng)化，管壁欠銳利；3分為中等，中度噪聲和偽影，診斷較困難，管腔強(qiáng)化好，邊緣欠銳利或模糊；2分為較差，較重的噪聲和偽影，診斷困難，血管管腔纖細(xì)，管壁模糊；1分為差，嚴(yán)重的噪聲和偽影，診斷困難，血管顯示不清。

5. 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。呈正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示。采用單因素方差分析及Dunnett校正法比較多組圖像的客觀指標(biāo)和噪聲；以Friedman檢驗(yàn)比較8組圖像質(zhì)量及胰周血管評(píng)分；觀察者間的一致性評(píng)價(jià)采用Kappa檢驗(yàn)。Kappa值≥0.801為吻合度優(yōu)，0.601～0.800為良，0.401～0.600為一般，≤0.400為差。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.患者的臨床特征

本組納入的45例患者，其中男24例，女21例；年齡19～83歲，平均（54.7±14.7）歲；體重指數(shù)（body mass index，BMI）為18.51～26.86 kg/m2，平均（22.34±1.89）kg/m2。

2.圖像客觀指標(biāo)——噪聲

圖像噪聲在40～50 keV MEI（+）組明顯高于其他MEI（+）組和PEI組，70～100 keV MEI（+）明顯低于PEI組；100 keV MEI（+）噪聲最低，PEI組噪聲和60 keV MEI（+）組相當(dāng)，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.311，圖1）。

3.圖像客觀指標(biāo)——血管

如表1所示，隨keV減小，所有血管的SNR、CNR及SIR逐漸增加，均在40 keV MEI（+）時(shí)最高；40～60 keV MEI（+）組圖像中所有血管的SNR、CNR及SIR均明顯高于PEI組（P＜0.001）；PEI組血管SNR及CNR和80 keV MEI（+）組相當(dāng)，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），SIR和70 keV MEI（+）組相當(dāng)，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表1 不同能級(jí)圖像上各支血管的SNR、CNR和SIR n=45,±s

表1 不同能級(jí)圖像上各支血管的SNR、CNR和SIR n=45,±s

CA：腹腔干；CHA：肝總動(dòng)脈；SPA：脾動(dòng)脈；SMA：腸系膜上動(dòng)脈；GDA：胃十二指腸動(dòng)脈；PV：門靜脈；SMV：腸系膜上靜脈。*：P＜0.05，與PEI組比較。

組別SPA 41.12±9.56*32.35±6.94*26.89±5.32*22.91±4.15*20.22±3.79 17.67±3.72 15.54±3.09 17.88±3.39 40 keV 50 keV 60 keV 70 keV 80 keV 90 keV 100 keV PEI CHA 39.44±9.25*31.09±6.65*25.90±5.28*22.16±4.24*19.56±3.97 17.08±3.93 15.07±3.24 17.28±3.56 SMA 44.03±9.54*34.42±7.51*28.47±5.89*24.04±4.48*21.08±3.93 18.30±3.76 15.95±2.99 19.01±3.64 GDA 34.23±9.59*27.16±7.10*22.71±5.47*19.55±4.61*17.39±4.01 15.18±3.79 13.39±3.00 15.90±3.00 PV 19.33±3.83*15.47±2.75*12.97±1.99*11.36±1.59*10.30±1.44 9.38±1.38 8.63±1.29 8.85±1.44組別SMV 19.67±4.27*15.64±3.24*13.01±2.31*11.32±1.83*10.22±1.61 9.29±1.50 8.52±1.39 8.89±1.55 40 keV 50 keV 60 keV 70 keV 80 keV 90 keV 100 keV PEI 40 keV 50 keV 60 keV 70 keV 80 keV 90 keV 100 keV PEI SPA 37.48±9.48*28.65±6.92*22.94±5.29*18.64±4.17*15.52±3.67 12.63±3.54 10.22±2.98 14.03±3.28 SNR CA 44.58±9.79*34.95±7.14*28.91±5.63*24.47±4.37*21.49±4.01 18.73±3.93 16.44±3.18 19.11±3.63 CNR CA 40.93±9.69*31.25±7.09*24.96±5.56*20.20±4.33*16.79±3.84 13.68±3.68 11.11±2.98 15.26±3.50 SIR CA 12.63±3.41*9.67±2.39*7.45±1.74*5.84±1.35 4.66±1.06 3.77±0.87 3.15±0.73 5.06±1.14 CHA 35.79±9.18*27.38±6.65*21.95±5.25*17.89±4.22*14.86±3.80 12.04±3.67 9.75±3.03 13.43±3.47 SMA 40.38±9.46*30.72±7.50*24.52±5.84*19.77±4.46*16.37±3.79 13.26±3.55 10.63±2.82 15.17±3.53 GDA 30.58±9.59*23.46±7.16*18.76±5.54*15.28±4.64*12.68±3.93 10.13±3.68 8.06±2.98 12.06±2.98 PV 15.68±3.76*11.77±2.73*9.01±2.04*7.08±1.59*5.59±1.34 4.34±1.22 3.31±1.10 5.01±1.32 SMV 16.02±4.26*11.94±3.22*9.06±2.31*7.05±1.80*5.52±1.48 4.24±1.29 3.20±1.14 5.05±1.41組別SMV 5.60±1.64*4.33±1.11*3.36±0.78*2.70±0.57 2.21±0.44 1.87±0.35 1.62±0.29 2.35±0.47 CHA 11.20±3.23*8.62±2.27*6.68±1.64*5.29±1.27 4.24±0.99 3.43±0.81 2.88±0.67 4.58±1.11 SPA 11.67±3.36*8.96±2.36*6.94±1.72*5.48±1.34 4.39±1.06 3.57±0.87 2.98±0.73 4.74±1.09 SMA 12.50±3.68*9.54±2.56*7.34±1.83*5.74±1.40 4.57±1.08 3.69±0.87 3.06±0.71 5.04±1.16 GDA 9.78±3.37*7.57±2.41*5.89±1.76*4.68±1.37 3.78±1.06 3.07±0.87 2.58±0.72 4.23±1.02 PV 5.48±1.47*4.29±1.02*3.35±0.74*2.71±0.55 2.23±0.43 1.89±0.35 1.65±0.30 2.34±0.47

4.胰腺圖像客觀指標(biāo)

隨keV減小，胰腺實(shí)質(zhì)SNR，CNR及SIR逐漸增加，在40 keV MEI（+）上最高（圖2）；胰腺實(shí)質(zhì)SNR和CNR在40～70 keV MEI（+）組明顯高于PEI組（P＜0.05），PEI組胰腺SNR及CNR和80 keV MEI（+）組相當(dāng)，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；與SNR和CNR不同的是，胰腺實(shí)質(zhì)SIR在40～60 keV MEI（+）明顯高于PEI組（P＜0.05），PEI組SIR與70 keV MEI（+）組相當(dāng)（P＞0.05）。

5.胰周血管和圖像質(zhì)量主觀評(píng)分

在動(dòng)脈期和門脈期，40～60 keV MEI（+）組圖像的胰周血管評(píng)分均高于其他MEI（+）組和PEI組（P＜0.001），40 keV MEI（+）時(shí)評(píng)分最高，40～60 keV MEI（+）組間評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=1.000）；PEI組評(píng)分和70 keV MEI（+）時(shí)相當(dāng)，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=1.000）。圖像質(zhì)量主觀評(píng)分在50 keV MEI（+）時(shí)最高，50～60 keV MEI（+）組評(píng)分均高于其他MEI（+）組和PEI組（P=0.003）；PEI組評(píng)分和80 keV MEI（+）時(shí)相當(dāng)（P=1.000），參見圖3和圖4。在所有組圖像中，觀察者間的一致程度為一般到優(yōu)（Kappa=0.543～0.852），2名醫(yī)師對(duì)胰周血管和圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性見表2。

表2 胰周血管和圖像質(zhì)量主觀評(píng)分

討 論

胰周血管對(duì)胰腺疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸有重要臨床意義，其中血管受累程度被認(rèn)為是預(yù)測(cè)胰腺癌可切除性和生存的最重要因素。MDCT掃描是顯示胰腺動(dòng)脈的的常規(guī)非侵入性方法之一，然而傳統(tǒng)CT采用混合能量X線束，容易受到線束硬化偽影的影響，分辨率和對(duì)比噪聲比相對(duì)較低，通常很難顯示胰腺動(dòng)脈的小分支和走行。DECT獲得的虛擬單能級(jí)圖像（MEI［+］）能在評(píng)估胰腺疾病時(shí)提供臨床附加價(jià)值，MEI（+）近似于單能量X射線所獲得的圖像，其中碘的衰減隨著能量接近碘k邊緣（33.2 keV）而增加，從而獲得更好的對(duì)比［3，5］。然而，傳統(tǒng)單能級(jí)圖像的一個(gè)缺點(diǎn)是在低keV水平下的圖像噪聲增加。據(jù)以往文獻(xiàn)［6］報(bào)道，由于低keV圖像噪聲的增加，特別是在腹部檢查中，小于70 keV MEI（+）圖像的臨床效用有限。最近，和傳統(tǒng)的單能重建算法（standard monoenergetic algorithm，sMERA）相比，第三代雙源能譜CT引入一種新的噪聲優(yōu)化的單能重建算法（noise-optimized monoenergetic algorithm，nMERA）已用來克服這一限制。該技術(shù)是基于空間頻率的重組，來抑制低keV MEI（+）圖像的噪聲同時(shí)提高高keV MEI（+）圖像的對(duì)比度，以獲得最佳圖像質(zhì)量［7］。Young等［8］在研究中提出DECT（SOMATOM Definition Flash；Siemens Healthineers，F(xiàn)orchheim，Germany）在40 keV MEI（+）圖像中，獲得了顯示腹部動(dòng)脈最佳的對(duì)比噪聲比和信噪比，以及在60 keV MEI（+）中圖像質(zhì)量最佳。Nagayama等［3］在研究中表明，雙層探測(cè)器光譜CT（IQon spectral CT；Philips Healthcare）在40 keV時(shí)PDAC病灶顯著性及胰周血管顯影更好。

在本研究中觀察到的MEI（+）重建的客觀圖像噪聲特征與最近的研究相當(dāng)，這些研究顯示較低能量水平的噪聲略微增加［3-4］。雖然噪聲對(duì)于圖像質(zhì)量很重要，SNR也是評(píng)估圖像質(zhì)量的重要因素，在噪聲水平能夠被接受的情況下，增加的SNR可以保證提升圖像質(zhì)量。在我們的研究中，與PEI組圖像相比，40～50 keV MEI（+）圖像中胰腺實(shí)質(zhì)的SNR提高了55.72%～90.03%，血管的SNR提高了70.82%～133.28%。此外，第三代DECT采用最新的迭代重建算法（advanced modelled iterative reconstruction，ADMIRE）來降低噪聲和提高圖像質(zhì)量。所有這些因素都導(dǎo)致在較低能量水平下能保持較好的圖像質(zhì)量。

血管增強(qiáng)的可視化主要取決于圖像噪聲和血管強(qiáng)化程度，降低圖像噪聲需要增加輻射劑量，提高血管強(qiáng)化程度需要增加對(duì)比劑用量或流率［9］。然而，以往研究報(bào)道，提高對(duì)比劑流率會(huì)增加對(duì)比劑外滲的風(fēng)險(xiǎn)［10］。DECT虛擬單能級(jí)成像能在不增加輻射劑量或?qū)Ρ葎┯昧考傲髀实那闆r下提高增強(qiáng)血管的CNR值，特別是對(duì)于對(duì)比劑充盈不好的患者，可減少重復(fù)注射對(duì)比劑的必要。本研究中平均CT劑量指數(shù)（CT dose index，CTDIvol）為（11.47±1.69）mGy，低于以往研究報(bào)道的常規(guī)120 kV胰腺掃描輻射劑量［（16.46±5.32）mGy；（14.0±7.0）mGy］［9，11］。雖然我們沒有額外進(jìn)行傳統(tǒng)非能譜掃描，而是使用線性融合圖像來代替常規(guī)120 kV圖像與其他單能量圖像進(jìn)行比較，因?yàn)榫€性融合圖像相當(dāng)于常規(guī)120 kV混合能量圖像。

CNR是評(píng)價(jià)血管強(qiáng)化的主要客觀指標(biāo)，本組研究顯示在40 keV MEI（+）下觀察血管的可視化程度最高，這與40 keV MEI（+）時(shí)血管CNR提升最多有關(guān)。與PEI組圖像相比，本組40 keV MEI（+）圖像中血管的CNR提高了153.57%～217.23%。在圖像質(zhì)量方面，文獻(xiàn)［3-4］報(bào)道，主觀圖像參數(shù)在40 keV MEI（+）時(shí)重建最佳。在本研究中，50 keV MEI（+）和60 keV MEI（+）時(shí)主觀認(rèn)為更適合觀察圖像，因?yàn)樵诒窘M的研究中40 keV MEI（+）時(shí)噪聲增加更大，噪聲增高會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量降低，本組結(jié)果顯示50～60 keV MEI（+）顯示圖像細(xì)節(jié)的能力高于40 keV MEI（+），因此，沒有必要生成所有能級(jí)的單能量圖像來評(píng)估胰腺病變或血管?；诒窘M研究與既往研究結(jié)果，40 keV MEI（+）圖像可用來評(píng)估胰周血管，50或60 keV MEI（+）可用于提高CT診斷圖像質(zhì)量，據(jù)此，在今后的胰腺掃描中，常規(guī)用能譜CT掃描，不但可以降低輻射劑量，而且采用不同的單能級(jí)重建，還可以提高對(duì)胰腺疾病的診斷和胰周血管的顯示，從而改善DECT對(duì)胰腺檢查的工作流程。

本研究的局限性：首先，這是一個(gè)回顧性的單中心研究，樣本較少。第二，我們僅納入正常胰腺患者，未分析胰腺疾病對(duì)胰周血管的影響。第三，圖像分析是基于DECT掃描后標(biāo)準(zhǔn)線性融合的M0.6線性融合圖像和MEI（+）重建圖像，其他混合因子，如M 0.4或M 0.5，以及常規(guī)CT掃描所得的120 kV混合能量圖像，沒有評(píng)估。

總之，本研究表明，在接受胰腺掃描的患者中，使用DECT噪聲優(yōu)化算法，在低keV水平下進(jìn)行MEI（+）重建，與PEI圖像相比，可以提供更好的客觀和主觀圖像質(zhì)量。其中40 keV MEI（+）顯示胰周血管最佳，50～60 keV MEI（+）顯示圖像質(zhì)量最佳。因此，DECT低keV MEI（+）重建可用于提高CT診斷圖像質(zhì)量，以評(píng)估胰腺疾病和胰周血管。