光譜CT肺動(dòng)脈成像定性診斷肺動(dòng)脈栓塞及定量評(píng)估肺組織灌注

翟曉靜,孫碧霞,易婭聞,錢吉芳,朱大林,張 皓,張旭霞*

(1.甘肅省婦幼保健院醫(yī)學(xué)影像中心,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科,甘肅 蘭州 730000)

CT肺動(dòng)脈成像(CT pulmonary angiography, CTPA)是目前檢測(cè)肺動(dòng)脈栓塞(pulmonary embolism, PE)及評(píng)估栓塞程度的常用方法,但常規(guī)CTPA對(duì)肺動(dòng)脈遠(yuǎn)端分支小栓子的漏診率較高。光譜CT能同時(shí)采集高、低能量信息,提供虛擬單能量圖(virtual monoenergetic images, VMI)、碘密度圖(iodine density images, IDI)、有效原子序數(shù)(effective atomic number, Z-eff)圖及電子密度圖(electron density images, EDI)等多種能譜圖像,并可定量分析組織碘密度(iodine density, ID)、Z-eff及電子密度(electron density, ED),提高疾病檢出率[1]。本研究觀察光譜CTPA(spectral CT pulmonary angiography, sCTPA)定性診斷PE和定量評(píng)估肺組織灌注的價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2021年1月—12月37例于蘭州大學(xué)第一醫(yī)院接受CTPA的PE患者,男18例、女19例,年齡19～79歲、中位年齡66.0歲。納入標(biāo)準(zhǔn):①根據(jù)《肺血栓栓塞癥診治與預(yù)防指南》(2018年版)診斷PE[2];②全息光譜圖像(spectral-based imaging, SBI)數(shù)據(jù)完整并可進(jìn)行重建。排除標(biāo)準(zhǔn):①肺動(dòng)脈瘤、肺動(dòng)脈炎及肺動(dòng)脈畸形等;②肺部存在基礎(chǔ)疾病;③運(yùn)動(dòng)偽影或金屬偽影較重。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips IQon光譜CT儀、自動(dòng)追蹤觸發(fā)掃描技術(shù),經(jīng)前臂靜脈以流率4 ml/s注入對(duì)比劑碘帕醇(370 mgI/ml,上海博萊科信誼藥業(yè)有限責(zé)任公司)40 ml,再以流率4.50 ml/s跟注50 ml生理鹽水后行CTPA,以肺動(dòng)脈主干為監(jiān)測(cè)點(diǎn),設(shè)置CT值閾值為100 HU,管電壓120 kVp,自動(dòng)毫安調(diào)控管電流,轉(zhuǎn)速0.27 s/rot,掃描范圍包括胸廓入口至膈肌水平。掃描結(jié)束后于Philips工作站采用SBI數(shù)據(jù)包重建常規(guī)CTPA、VMI40 keV、IDI與Z-eff圖融合圖及EDI,并將VMI40 keV圖像的窗寬、窗位調(diào)至相應(yīng)窗口優(yōu)化值。

1.3 分析圖像

1.3.1 定性診斷PE 由2名具有15年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科副主任醫(yī)師觀察常規(guī)CTPA及sCTPA后處理圖像(VMI40 keV、IDI與Z-eff圖融合圖及EDI),記錄其中肺段動(dòng)脈、肺亞段及以下分支中的栓子數(shù)量和位置;意見存在分歧時(shí),與另1名影像科主任醫(yī)師討論后達(dá)成一致。

1.3.2 定量評(píng)估肺組織灌注 由另外2名影像科副主任醫(yī)師獨(dú)立閱片,在常規(guī)CTPA及經(jīng)過后處理的sCTPA圖像中避開血管及其他肺實(shí)質(zhì)病變區(qū)域等,在栓子對(duì)應(yīng)肺灌注缺損區(qū)及對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域正常肺實(shí)質(zhì)內(nèi)勾畫面積(100±10) mm2的圓形ROI(圖1),確保雙側(cè)ROI面積相等,測(cè)量常規(guī)CT值(HU)、ID(mg/ml)、Z-eff及ED(%EDW);重復(fù)測(cè)量3次,取2名醫(yī)師測(cè)量結(jié)果的均值進(jìn)行分析。

圖1 于EDI顯示肺灌注缺損區(qū)(短箭)及對(duì)側(cè)相應(yīng)正常肺實(shí)質(zhì)內(nèi)(長箭)勾畫ROI示意圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0及MedCalc 18.2.1統(tǒng)計(jì)分析軟件。以Shapiro-Wilk檢驗(yàn)觀察計(jì)量資料的正態(tài)性,以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布,行配對(duì)樣本W(wǎng)ilcoxon秩和檢驗(yàn)。針對(duì)灌注缺損區(qū)與對(duì)側(cè)相應(yīng)正常肺實(shí)質(zhì)之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的定量sCTPA參數(shù)繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線,計(jì)算曲線下面積(area under the curve, AUC),評(píng)價(jià)其區(qū)分PE肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的效能,以DeLong檢驗(yàn)比較其AUC差異。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)分析觀察者間測(cè)量sCTPA參數(shù)結(jié)果的一致性:ICC≤0.4為一致性較差,0.4～0.75為一致性一般,>0.75為一致性較好。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 定性診斷PE 常規(guī)CTPA于37例中檢出37個(gè)栓子,26個(gè)位于肺段動(dòng)脈、11個(gè)位于肺亞段及以下分支;sCTPA后處理圖像顯示37個(gè)栓子對(duì)應(yīng)灌注缺損區(qū),另有3個(gè)處灌注缺損區(qū),之后2名醫(yī)師重新評(píng)估常規(guī)CTPA,于相應(yīng)分支內(nèi)發(fā)現(xiàn)腔內(nèi)小栓子,1個(gè)位于肺段動(dòng)脈內(nèi)、2個(gè)位于肺亞段動(dòng)脈以下分支內(nèi)。

2.2 定量評(píng)估肺組織灌注 觀察者間測(cè)量常規(guī)CT值、ID、Z-eff及ED的一致性均較好,ICC值分別為0.843[95%CI(0.823,0.887)]、0.945[95%CI(0.908,0.912)]、0.768[95%CI(0.773,0.789)]及0.806[95%CI(0.745,0.770)]。

40個(gè)栓子對(duì)應(yīng)肺灌注缺損區(qū)的常規(guī)CT值高于、ID和Z-eff則低于對(duì)側(cè)正常肺實(shí)質(zhì)(P均<0.01);肺灌注缺損區(qū)ED略低于對(duì)側(cè)正常肺實(shí)質(zhì),但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.54)。見圖2及表1。

表1 40個(gè)栓子對(duì)應(yīng)肺灌注缺損區(qū)與對(duì)側(cè)正常肺實(shí)質(zhì)sCTPA定量參數(shù)比較

圖2 患者男,24歲,PE A.常規(guī)肺窗CTPA圖中未見明確灌注缺損區(qū); B、C.胸部IDI(B)、IDI與Z-eff圖融合圖(C)示右肺上葉(短箭)及左肺下葉(長箭)大片狀灌注缺損區(qū); D.胸部EDI中灌注缺損區(qū)顯示不明顯

2.3 ROC曲線分析 以常規(guī)CT值區(qū)分PE肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的AUC為0.65、其敏感度為42.50%、特異度為87.50%;ID分別為0.99、95.00%及100%,Z-eff分別為0.99、97.50%、100%。見表2及圖3。ID及Z-eff的AUC均高于常規(guī)CT值(Z=5.56、5.53,P均<0.01),ID與Z-eff間AUC差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=0.71,P=0.48)。

表2 sCTPA定量參數(shù)區(qū)分PE肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的效能

圖3 sCTPA定量參數(shù)區(qū)分PE肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的ROC曲線

3 討論

定量評(píng)估肺血流灌注為診斷PE的重要組成部分。常規(guī)CTPA主要通過檢測(cè)肺動(dòng)脈系統(tǒng)中的栓子而診斷PE,存在無法評(píng)估肺實(shí)質(zhì)灌注功能的缺陷。sCTPA不僅可精確評(píng)估PE形態(tài)學(xué)改變,并能提供功能及代謝等多方面信息,以綜合評(píng)估PE嚴(yán)重程度[3]。

ID和Z-eff均具有較高的空間分辨率,可反映肺組織血流灌注狀況、清晰顯示表現(xiàn)為典型三角形區(qū)域呈葉狀、節(jié)段狀或亞節(jié)段狀分布的低灌注缺損區(qū)。WU等[4]基于光譜CT于19例PE中檢出93個(gè)栓子,較常規(guī)CTPA多檢出5個(gè)栓子。動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)研究[5]結(jié)果表明,IDI可顯著提高CTPA檢測(cè)外周細(xì)小肺動(dòng)脈栓子的敏感度、特異度和準(zhǔn)確率。本研究中,常規(guī)CTPA最初于37例中檢出37個(gè)栓子,后結(jié)合sCTPA另檢出1個(gè)肺段動(dòng)脈栓子和2個(gè)肺亞段以下動(dòng)脈內(nèi)的栓子;提示部分細(xì)小血管栓塞或栓子本身體積較小、密度較高時(shí),常規(guī)CTPA難以顯示[6]。CAI等[7]應(yīng)用雙能CT分析76例疑診PE患者,發(fā)現(xiàn)IDI診斷PE的敏感度為84.6%(22/26),特異度為96.0%(48/50);燕云霄[8]以常規(guī)CTPA、IDI及Z-eff圖觀察298例疑診PE患者,其中63例確診PE,光譜CT診斷PE的敏感度達(dá)97%(61/63),特異度100%(235/235)。以上結(jié)果提示,多參數(shù)sCTPA有望成為診斷PE的更可靠的手段。有患者因常規(guī)CTPA發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)端血管腔充盈缺損而被診斷為PE,而sCTPA圖未見灌注異常,原因可能是上述栓子尚未完全堵塞血管腔或周圍存在肺動(dòng)脈側(cè)支循環(huán),導(dǎo)致血流灌注未出現(xiàn)明顯異常[8]。

既往研究[4,8]認(rèn)為定量ID有助于預(yù)測(cè)治療PE效果。WU等[4]以0.50 mg/ml為ID閾值區(qū)分閉塞性與非閉塞性PE,其敏感度及特異度分別為90.2%及90.5%,提示定量肺血流灌注對(duì)診斷及治療PE均具有一定價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)PE肺灌注缺損區(qū)ID和Z-eff均低于對(duì)側(cè)正常肺實(shí)質(zhì),以0.55 mg/ml為閾值,ID區(qū)分肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的敏感度為95.00%、特異度為100%;以8.61為閾值,Z-eff的敏感度為97.50%、特異度為100%;均與上述研究基本相近。

本研究發(fā)現(xiàn)PE肺灌注缺損區(qū)常規(guī)CT值高于對(duì)側(cè)相應(yīng)區(qū)域正常肺實(shí)質(zhì),可能與灌注缺損區(qū)在血流灌注減少的同時(shí)存在滲出、水腫等改變有關(guān);以824.10 HU為閾值,CT值區(qū)分肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)的AUC低于ID及Z-eff,且診斷敏感度和特異度均較低,說明常規(guī)CTPA診斷PE存在一定限制。利用光譜CT能精確測(cè)量組織中相對(duì)于水的電子密度(electron density related water, EDW)[9-10],該參數(shù)代表單位體積內(nèi)相對(duì)于水的電子數(shù)量,以百分比表示(%EDW),簡稱ED。BAE等[11]基于EDI檢出常規(guī)胸部CT平掃漏診的肺動(dòng)脈栓子,且于該區(qū)所測(cè)肺動(dòng)脈栓子ED高于其他區(qū)域。本研究發(fā)現(xiàn)肺灌注缺損區(qū)ED略低于對(duì)側(cè)正常肺實(shí)質(zhì),但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,可能上述研究基于胸部光譜CT平掃所獲EDI進(jìn)行觀察,研究對(duì)象為肺動(dòng)脈栓子,而本研究采用CTPA觀察肺組織灌注,含碘對(duì)比劑掩蓋了PE患者肺組織ED變化。

綜上,利用sCTPA可提高PE檢出率、定量評(píng)估肺組織灌注ID及Z-eff可有效區(qū)分肺灌注缺損區(qū)與正常肺實(shí)質(zhì)區(qū)。但本研究樣本量少,且手動(dòng)勾畫ROI,難以避免誤差,有待未來以容積碘定量技術(shù)[12-13]等優(yōu)化測(cè)量及分析方法后進(jìn)一步觀察。