雙層探測器光譜CT在肺動(dòng)脈栓塞診斷中的價(jià)值?

燕云霄 田曉娟 丁 雷喬 英,*

1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院(山西 太原 030001)

2.山西醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科(山西 太原 030001)

3.北京飛利浦(中國)投資有限公司健康科技CT市場部 (北京 100600)

血液中的各種內(nèi)、外源性栓子若隨肺循環(huán)進(jìn)入肺動(dòng)脈進(jìn)而阻塞系統(tǒng)會(huì)引發(fā)一系列臨床綜合征或疾病，將其統(tǒng)稱為肺動(dòng)脈栓塞(pulmonary embolism，PE)。臨床上通常按照阻塞栓子的不同，可分為血栓栓塞、空氣栓塞、羊水栓塞等，其中尤以肺血栓栓塞癥(pulmonary thromboembolism，PTE)最為常見。就統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，無論是發(fā)病率，還是死亡率、漏診率，PTE相對(duì)于其他類型的栓塞都更高。作為傳統(tǒng)臨床工作中診斷肺動(dòng)脈栓塞的影像學(xué)“金標(biāo)準(zhǔn)”，肺動(dòng)脈數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)很大的弊端在于其有創(chuàng)性，會(huì)對(duì)患者的身體造成額外傷害，因此在臨床診斷過程中的應(yīng)用越來越少，取而代之的是CT肺動(dòng)脈造影(computed tomography pulmonary angiography，CTPA)，現(xiàn)階段臨床上在對(duì)肺動(dòng)脈栓塞做出診斷時(shí)，已將CTPA作為關(guān)鍵的參考依據(jù)[1]。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及光譜成像的發(fā)展，雙層探測器光譜CT(dual-layer spectral detector CT，DLCT)實(shí)現(xiàn)了“一切掃描皆能量”的設(shè)想[2]，即患者在接受檢查前不需要根據(jù)臨床需要預(yù)判是否采用雙能量模式掃描，就能夠通過雙層探測器組合數(shù)據(jù)重建出常規(guī)及特殊光譜圖像[3]，既降低了輻射劑量，又為臨床醫(yī)生在診斷肺灌注功能異常時(shí)提供了直接、綜合利用碘密度圖及有效原子序數(shù)圖的可能性，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)功能學(xué)信息定位出病變血管，有助于及時(shí)、盡早發(fā)現(xiàn)外周小分支栓塞，降低漏診率。

1 資料與方法

1.1 一般資料從2019年07月至2019年11月期間就診于山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院的患者中篩選出298例臨床懷疑肺栓塞的患者作為研究對(duì)象，平均63±14歲，其中最低年齡為22歲，最高年齡為90歲，男性145例，女性153例。此次研究的所有對(duì)象均或多或少的存在呼吸困難、胸痛、咯血或咳嗽等臨床表現(xiàn)，以及實(shí)驗(yàn)室檢查D-二聚體升高、血氧飽和度下降。

排除標(biāo)準(zhǔn)如下：圖像存在偽影、模糊不清、質(zhì)量較差的患者；有肺葉(部分)切除手術(shù)史或存在肺炎、肺不張、胸腔積液、肺氣腫、肺腫瘤等嚴(yán)重肺基礎(chǔ)疾病的患者；存在嚴(yán)重心、肝、腎功能不全或生命體征不穩(wěn)定或其他增強(qiáng)CT檢查一般禁忌癥的患者。

1.2 檢查方法參與此次研究的全部病例均通過雙層探測器光譜CT(IQon Spectral CT，Philips Healthcare)進(jìn)行掃描。掃描范圍為整個(gè)胸廓，上至肺尖，下至肺底，患者體位為仰臥頭先進(jìn)。以4mL/s的速度在所有研究對(duì)象的肘靜脈注射約25~30mL規(guī)格為370mgI/mL的造影劑碘普羅胺(拜耳醫(yī)藥保健有限公司)，其后以同樣的速度追加注射40mL左右的生理鹽水。感興趣區(qū)放置在上腔靜脈，當(dāng)達(dá)到90HU的閾值時(shí)，延遲6秒進(jìn)行掃描。以下為其他參數(shù)設(shè)置情況：平掃胸部CT管、CT血管造影(CTA)管電流分別為50~350mAs、50~450mAs，管電壓分別為120kVp、120kVp，螺距分別為0.953、1.234，準(zhǔn)直分別為64×0.625mm、64×0.625mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間分別為0.50s、0.27s。

在離線工作站ISP(IntelliSpace Portal，Philips Healthcare)上使用全息光譜圖像(spectral-based imaging，SBI)數(shù)據(jù)包重建出常規(guī)CTPA圖像、虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic image，VMI)、碘密度圖及有效原子序數(shù)圖(Z-eあective)。

1.3 圖像分析在影像主治醫(yī)師中挑選出2名在胸部閱片方面經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師，隨后在工作站獨(dú)立分析常規(guī)CTPA圖像以及光譜圖像(最佳單能量圖、碘密度圖以及有效原子序數(shù)圖)，分析過程中詳細(xì)記錄診斷為PE的患者例數(shù)及其各自的栓子位置、數(shù)量，通過感興趣區(qū)(region of interest，ROI)針對(duì)有效原子序數(shù)圖、碘密度圖上灌注缺損區(qū)與鄰近位置或?qū)?cè)相同位置正常肺實(shí)質(zhì)區(qū)的有效原子序數(shù)值、碘濃度值進(jìn)行測量。CTPA診斷PE患者為陽性病例的標(biāo)準(zhǔn)如下:打入造影劑的肺動(dòng)脈出現(xiàn)遠(yuǎn)端管腔未顯影或局部管腔充盈缺損或狹窄。有效原子序數(shù)圖、碘密度圖診斷PE患者為陽性病例的標(biāo)準(zhǔn)如下:將肺內(nèi)其他可能引發(fā)肺組織灌注缺損的相關(guān)基礎(chǔ)疾病排除，與臨近位置或?qū)?cè)同一位置的正常肺實(shí)質(zhì)對(duì)比表現(xiàn)為灌注異常。

1.4 臨床肺栓塞診斷根據(jù)《肺血栓栓塞癥診治與預(yù)防指南》(2018年版)[4]，結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)、影像學(xué)診斷結(jié)果、實(shí)驗(yàn)室檢查等得出最終診斷[5]。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法計(jì)數(shù)資料以數(shù)值表示，比較采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料以中位數(shù)、最小值和最大值表示，比較采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，并繪制碘濃度值及有效原子序數(shù)值的受試者操作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC曲線)，并根據(jù)最大約登指數(shù)(YImax=靈敏度+特異度-1)明確有無肺栓塞的最佳概率值閾值，計(jì)算ROC曲線下面積(AUC)來確定兩者的診斷效能。所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果采用專用統(tǒng)計(jì)軟件 SPSS 24.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 常規(guī)CTPA和雙層探測器光譜CT基于患者水平診斷肺栓塞的結(jié)果經(jīng)過一系列的臨床診斷，所有298例研究對(duì)象中，有63例確診為PE，其中各個(gè)圖像診斷肺栓塞的陽性例數(shù)如表1所示。相較于常規(guī)CTPA圖像而言，DLCT光譜圖像診斷肺栓塞無論是從陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值方面，還是從靈敏度、特異度、準(zhǔn)確度方面，都有了一定程度上的提升，如表2所示。

表1 常規(guī)CTPA和光譜圖像對(duì)肺栓塞的診斷結(jié)果

表2 常規(guī)CTPA和光譜圖像對(duì)肺栓塞的診斷效能

2.2 肺動(dòng)脈栓子分布位置及數(shù)量常規(guī)CTPA圖像在PE陽性患者中共檢出栓子127個(gè)，其中肺葉及以上肺動(dòng)脈栓子32個(gè)，肺段動(dòng)脈栓子87個(gè)，肺亞段及以下動(dòng)脈栓子8個(gè)；最佳單能量圖、碘密度圖、有效原子序數(shù)圖分別檢出栓子144個(gè)、172個(gè)、172個(gè)，肺葉及以上肺動(dòng)脈栓子32個(gè)、32個(gè)、32個(gè)，肺段動(dòng)脈栓子92個(gè)、94個(gè)、94個(gè)，肺亞段及以下肺動(dòng)脈栓子20個(gè)、46個(gè)、46個(gè)。相較于常規(guī)CTPA圖像，最佳單能量圖、碘密度圖、有效原子序數(shù)圖在檢出栓子方面均存在較為明顯的優(yōu)勢(shì)(P<0.05)，尤其是大大降低了對(duì)于肺亞段及以下動(dòng)脈栓子的漏診率，如表3所示。

表3 常規(guī)CTPA和光譜圖像檢出肺動(dòng)脈栓子的比較

2.3 碘密度圖及有效原子序數(shù)圖的定量分析在碘密度圖及有效原子序數(shù)圖上分別定量測量灌注缺損區(qū)域及相應(yīng)正常肺實(shí)質(zhì)區(qū)域碘濃度值及有效原子序數(shù)值，對(duì)以上數(shù)值進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其均不滿足正態(tài)性分布(P<0.05)。兩區(qū)域間的碘濃度值及有效原子序數(shù)值均存在顯著性差異(P<0.05)，如表4所示。

表4 灌注缺損區(qū)及正常肺實(shí)質(zhì)區(qū)碘濃度值及有效原子序數(shù)值比較

在碘濃度值、有效原子序數(shù)值數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析ROC曲線，在區(qū)分PE區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)區(qū)時(shí)分別以0.66mg/mL、8.91為閾值，敏感度分別為98.3%和98.3%，特異度分別為95.9%和93.6%，曲線下面積分別為0.991和0.992，如圖1所示。

圖1 ROC曲線分析顯示，碘濃度值和有效原子序數(shù)值曲線下面積分別為0.991和0.992。

3 討 論

DLCT本質(zhì)上仍然屬于雙能量CT，與傳統(tǒng)雙能量CT不同的是，前者是在射線到達(dá)探測器水平時(shí)實(shí)現(xiàn)能量分離的，探測器中的閃爍體部分包括兩層結(jié)構(gòu)：上層為吸收低能量光子的釔基石榴石閃爍體，下層為吸收高能量光子的硫化釓[6]。探測器中的另一重要組成部分-薄層前照式光電二極管能夠?qū)崿F(xiàn)光信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。這些信號(hào)最終生成為常規(guī)數(shù)據(jù)，以全息光譜圖像(SBI)基數(shù)據(jù)包的形式儲(chǔ)存[7]，存儲(chǔ)于主機(jī)、工作站或圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)中，影像科醫(yī)生可依據(jù)臨床需要在工作站ISP上使用該數(shù)據(jù)包重建出40~200keV的虛擬單能量圖像、光譜曲線、基物質(zhì)圖以及有效原子序數(shù)圖等，從而為診斷PE提供更為科學(xué)和有力的提示。

常規(guī)CTPA對(duì)PE的診斷主要是通過直觀觀察肺動(dòng)脈管腔內(nèi)是否存在充盈缺損，易受CT空間分辨率的影響，對(duì)于遠(yuǎn)端微小栓子的顯示欠佳。相比之下，DLCT多參數(shù)分析，可視化亞段及其以下的肺栓塞及肺灌注情況，從而較全面評(píng)價(jià)栓子對(duì)肺組織血流狀態(tài)的影響，提高PE的診斷效能。此次研究過程中，本文基于患者水平，立足于臨床最終確診結(jié)果，分別計(jì)算了常規(guī)CTPA圖像與DLCT光譜圖像(最佳單能量圖、碘密度圖及有效原子序數(shù)圖)診斷肺栓塞的各項(xiàng)效能指標(biāo)，如表2所示，結(jié)果反映后者均較前者有所提高，無獨(dú)有偶， Cai等[8]人和Lu等[9]人的研究也取得了相似的結(jié)果，由此反映出光譜圖像診斷肺栓塞的漏診率、誤診率與常規(guī)CTPA圖像相比有所降低。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，此次研究開展過程中，在碘密度圖上有27例患者發(fā)現(xiàn)了常規(guī)CTPA圖上并未顯示的灌注缺損，共計(jì)47處，而且經(jīng)過一系列臨床正規(guī)抗凝治療后，該27例患者的臨床癥狀減輕甚至消失，與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室檢查恢復(fù)正常，且通過復(fù)查 DLCT 光譜圖像并未找到之前的灌注缺損區(qū)，這一隨訪結(jié)果也證明光譜圖像的PE診斷靈敏度高于常規(guī)CTPA圖像。另外，在常規(guī)CTPA圖上2例病例顯示有2處栓子，但對(duì)應(yīng)區(qū)域灌注缺損并未在碘密度圖上反映出來，導(dǎo)致的原因可能是肺組織側(cè)支循環(huán)形成或栓子并非是閉塞性栓子[10]。

除此之外，本文還立足于栓子水平，對(duì)DLCT光譜圖像在顯示栓子分布位置方面的價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。VMI通過單能束流照射物體而產(chǎn)生圖像，其產(chǎn)生的能級(jí)范圍約 40keV到200keV，能夠準(zhǔn)確表現(xiàn)物質(zhì)隨X射線能級(jí)的變化而變化的過程。有研究表明VMI能夠減少圖像偽影及硬化束效應(yīng)[11-12]。且相較于120kVp圖像而言，40~65keV 范圍內(nèi)圖像的信噪比(SNR)、對(duì)比噪聲比(CNR)更優(yōu)，診斷靈敏度也更高[13-14]，因此將最佳單能量圖規(guī)定為40~65keV虛擬單能量圖。本研究中，將其與常規(guī)CTPA圖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者在檢出肺段及以上動(dòng)脈栓子方面無明顯差異，但前者具有更高的亞段及以下栓子檢出率，在一定程度上契合了Ghandour 等[15]、Bae等[16]、趙艷玲等[17]所取得的研究結(jié)果，說明低能級(jí)圖像能夠提高軟組織對(duì)比度并優(yōu)化圖像質(zhì)量，提高PE的診斷性能，其中尤以對(duì)于部分遠(yuǎn)端分支血管的診斷評(píng)估最為顯著。

碘密度圖像運(yùn)用物質(zhì)分離的原理，通過黑白圖像展示，在一定程度上直觀地反映出肺組織血流灌注情況；有效原子序數(shù)是又一個(gè)可以反映物質(zhì)成分的參數(shù)，有效原子序數(shù)圖通常用顏色編碼的彩圖來展示，不同顏色及原子序數(shù)代表不同的物質(zhì)組成，能夠?qū)Ω信d趣區(qū)內(nèi)的物質(zhì)組成進(jìn)行定性分析，如圖2中C、D所示。本文通過有效原子序數(shù)圖、碘密度圖共計(jì)發(fā)現(xiàn)46個(gè)肺亞段及以下動(dòng)脈栓子，相比之下，常規(guī)CTPA圖像卻僅僅發(fā)現(xiàn)了8個(gè)動(dòng)脈栓子，不難對(duì)比出前者檢出率之高。Weidman 等[18]人通過分析1035例肺栓塞患者的雙能量CT血管造影圖像，發(fā)現(xiàn)在碘密度圖上觀察到的附加栓子均為節(jié)段性或亞節(jié)段性栓子。也有研究[19]表明，碘圖在診斷亞段及外周水平栓子的敏感度可由CTPA的23.8%提高到95.9%，準(zhǔn)確度可由50.4%提高到88.2%。由此說明碘圖能夠明顯提高外周細(xì)小分支肺動(dòng)脈栓子的檢出能力。此次研究中，碘圖及有效原子序數(shù)圖顯示，有23例患者新發(fā)現(xiàn)了38個(gè)亞段及以下動(dòng)脈栓子，而這些在常規(guī)CTPA 圖像上并未明顯體現(xiàn)出來，正如圖3所示，通過有效原子序數(shù)圖、碘密度圖可看到肺組織局部灌注減低，由此針對(duì)45keV最佳單能量 CTPA 圖又進(jìn)行了重新閱讀，結(jié)果觀察到了右肺上葉前段分支動(dòng)脈內(nèi)的細(xì)小栓子，分析其原因可能是栓子密度較高、體積過小、位置較遠(yuǎn)等，超出了常規(guī)CTPA的空間分辨率，故難以顯示，而定量分析碘濃度及有效原子序數(shù)值在很大程度上提高了診斷這些較為隱匿栓子的敏感性。Cai等[8]人和Wu等[20]人通過對(duì)肺栓塞患者的碘密度圖研究、分析，認(rèn)為碘濃度的定量測量有助于識(shí)別肺栓塞的存在與否。我們的研究也得出了類似的結(jié)論。另外，我們還對(duì)有效原子序數(shù)圖展開了一系列類似的ROC曲線分析及定量測量，得出來與碘濃度圖相似的診斷效能，驗(yàn)證了光譜圖像對(duì)肺栓塞的定量診斷價(jià)值。

圖2 圖2A：為常規(guī)CTPA圖，圖2B：為65keV最佳單能量圖，兩圖中黃色箭頭指向右肺上葉后段內(nèi)小栓子。圖2C～圖2D：分別為同一層面碘密度圖與有效原子序數(shù)圖。圖3 圖3A：為常規(guī)CTPA 圖，圖3B：為45keV最佳單能量圖，圖3C：為有效原子序數(shù)圖，圖3D：為碘密度圖。

綜上所述，除了能顯示較為詳盡的解剖學(xué)信息以外，肺栓塞陽性者的光譜圖像還能夠針對(duì)肺組織灌注情況展開多參數(shù)分析，由此將多樣化的影像學(xué)及功能學(xué)信息提供給醫(yī)師以供其臨床診治及隨訪，推動(dòng)了臨床診療活動(dòng)的開展，真正進(jìn)入精準(zhǔn)快速診斷病變時(shí)代。