雙源CT單能譜成像技術(shù)減低顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾偽影的研究

潘雪琳，李真林，程巍，袁元

隨著神經(jīng)外科金屬夾材料和手術(shù)技術(shù)的日益成熟，動(dòng)脈瘤頸夾閉術(shù)被認(rèn)為是治療動(dòng)脈瘤的常用手段[1]。動(dòng)脈瘤頸夾閉術(shù)后常見的并發(fā)癥有腦血管痙攣、動(dòng)脈瘤術(shù)中破裂、載瘤動(dòng)脈遠(yuǎn)端閉塞、殘留動(dòng)脈瘤等。隨著多層螺旋CT探測(cè)器的增寬，時(shí)間分辨率提高，常采用MSCT頭部血管成像進(jìn)行動(dòng)脈瘤頸夾閉術(shù)后的療效評(píng)價(jià)。但是，由于金屬植入物具有明顯的線束硬化偽影，影響對(duì)手術(shù)區(qū)精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)的觀察[2]，并且MSCT血管成像由于動(dòng)脈瘤夾的線束硬化偽影影響去骨的效果，從而影響并發(fā)癥的判斷。雙能量CT已經(jīng)用于全身不同病變的檢查，但是也沒有完全避免線束硬化偽影的影響[3-5]。既往研究[6]發(fā)現(xiàn)單能量成像（monoenergetic imaging，MEI）可減除金屬植入物的偽影，目前，四肢、脊柱金屬植入物的單能量成像研究較多，頭部金屬植入物的金屬偽影消除研究很少。本研究采用二代雙源CT對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾植入患者進(jìn)行雙能量頭部血管掃描，探討雙源CT單能量成像技術(shù)在減除顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾偽影方面的價(jià)值，尋求圖像質(zhì)量較好的單能量成像點(diǎn)。

材料與方法

1.一般資料

2013年7月－2013年10月，48例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤頸金屬夾夾閉術(shù)后的患者接受雙源CT雙能量血管掃描，男21例，女27例，年齡38～68，平均（52.7±2.7）歲。

2.儀器與方法

采用Siemens Somatom Definition Flash雙源CT機(jī)進(jìn)行頭部血管雙能量掃描。掃描范圍自顱底下方1cm水平至顱頂。掃描參數(shù)：A管管電壓Sn 140kV，參考管電流量104mAs；B管管電壓100kv，參考管電流量104mAs；準(zhǔn)直器寬128i×0.6mm，螺距0.85，腳－頭方向掃描，重建層厚0.75mm，層間距0.50mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間0.5s。采用CT雙筒高壓注射器，經(jīng)肘靜脈以4～5mL／s的流率注射碘比樂（370mg I／mL）50mL，隨后以相同的流率注射20mL生理鹽水。監(jiān)測(cè)層面置于顱底下方2cm水平，興趣區(qū)放置在頸內(nèi)動(dòng)脈，閾值為100HU，當(dāng)CT值達(dá)到100HU后自動(dòng)觸發(fā)掃描。

圖1 層面選取，動(dòng)脈瘤夾偽影最重的腦組織即動(dòng)脈瘤夾長(zhǎng)軸的尾部（a）、無動(dòng)脈瘤夾偽影的腦組織即a的對(duì)稱點(diǎn)（b）、受動(dòng)脈瘤夾偽影影響最重的血管（c）、無動(dòng)脈瘤夾偽影影響的血管即c的對(duì)稱點(diǎn)（d）。a）橫軸面圖像；b）冠狀面圖像。

3.圖像重建與數(shù)據(jù)處理

掃描完成后，將自動(dòng)重組的Sn 140kV、80kV以及平均加權(quán)120kV數(shù)據(jù)傳送到Siemens工作站Syngo Mmwp VE36A，使用雙能量單能譜（Monoenergetic）軟件進(jìn)行處理分析，對(duì)40～120keV的單能量數(shù)據(jù)每隔10keV進(jìn)行重建，共9組單能量圖像。

4.測(cè)量方法

①典型層面（圖1）：a點(diǎn)位于動(dòng)脈瘤夾偽影最重的腦組織即動(dòng)脈瘤夾長(zhǎng)軸的尾部；b點(diǎn)為a點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)，位于無動(dòng)脈瘤夾偽影的腦組織內(nèi)；c點(diǎn)位于受動(dòng)脈瘤夾偽影影響最重的血管；d點(diǎn)為c點(diǎn)的對(duì)稱點(diǎn)，位于無動(dòng)脈瘤夾偽影影響的血管內(nèi)。②測(cè)量方法：a、b兩點(diǎn)位于相同層面鏡像對(duì)稱，c、d兩點(diǎn)位于相同層面鏡像對(duì)稱；a盡量選擇動(dòng)脈瘤夾長(zhǎng)軸尾部偽影最大處，c盡量選擇在動(dòng)脈瘤夾偽影影響最重的血管上。在測(cè)量c、d兩點(diǎn)CT值時(shí)，ROI的范圍大于血管面積1／2，盡量在血管中央進(jìn)行測(cè)量。a、b兩測(cè)量點(diǎn)的大小應(yīng)與c、d保持一致。測(cè)量數(shù)據(jù)分別記錄為CTa、CTb、CTc和CTd。計(jì)算a、b兩點(diǎn)CT值的差值即｜CTa－CTb｜以及c、d兩點(diǎn)CT值的差值即｜CTc－CTd｜。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有統(tǒng)計(jì)學(xué)處理均使用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件，采用配對(duì)t檢驗(yàn)分析不同keV時(shí)CTa與CTb之間以及CTc、CTd之間的差異，采用方差分析比較9組圖像間｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜差異有無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 不同keV下a、b、c、d四個(gè)測(cè)量點(diǎn)的CT值觀察指標(biāo) （HU）

結(jié) 果

48例患者不同keV下a、b、c、d四個(gè)測(cè)量點(diǎn)的CT值見表1。9組圖像中每一組a、b之間，c、d之間的CT值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 不同keV時(shí)a、b間和c、d間的CT值差 （HU）

其中｜CTa－CTb｜在120keV時(shí)最小，為（10.51±2.79）HU，｜CTc－CTd｜在70keV時(shí)最小，為（1.03±0.24）HU（圖2）。方差分析顯示各組間兩值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），組間兩兩比較差異亦均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

討 論

在CT掃描或信息處理過程中，CT圖像上出現(xiàn)的不屬于機(jī)體正常信息的某些圖像陰影稱為偽影，可對(duì)診斷造成影響[7]。完美的CT圖像不應(yīng)扭曲被檢部位任何斷面的任何幾何特征[7]。CT圖像偽影可分為以下兩大類：掃描采集過程中產(chǎn)生的偽影和CT機(jī)本身系統(tǒng)有關(guān)的偽影。而金屬偽影可以在很大程度上降低圖像質(zhì)量，并使放射科醫(yī)師對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)產(chǎn)生一定困難[8]，對(duì)于金屬物植入患者術(shù)后評(píng)估尤其如此。偽影的產(chǎn)生取決于金屬物的內(nèi)在特性，如密度、厚度及形狀等。本組所有患者的金屬植入物均為鈦合金材料，密度、厚度及形狀等基本一致。

圖2 同一層面不同keV橫軸面圖像。a）40keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影較重（箭），顱內(nèi)血管清晰可見；b）70keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影有所降低，顱內(nèi)血管清晰顯示；c）120keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影明顯降低，顱內(nèi)血管顯示不佳。 圖3 同一層面不同keV冠狀面圖像。a）40keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾旁未見出血征象（箭）；b）70keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾旁可見少量出血征象（箭）；c）120keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾旁可見少量出血征象（箭）。

隨著MSCT掃描時(shí)間的縮短、分辨力的提高，動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后患者常采用CT頭部血管成像進(jìn)行療效評(píng)價(jià)。CT檢查時(shí)，X線通過高密度的金屬植入物時(shí)會(huì)被大量吸收，發(fā)生嚴(yán)重的衰減，金屬夾區(qū)域產(chǎn)生條索狀金屬偽影。盡管低窗位、高窗寬有助于降低金屬偽影的影響，但仍對(duì)金屬夾周圍的解剖細(xì)節(jié)顯示不清，不能去除X線束硬化偽影。由于動(dòng)脈瘤夾的線束硬化偽影影響去骨效果，從而影響對(duì)動(dòng)脈夾周圍體積較小的殘留動(dòng)脈瘤和出血性病變的觀察，最終影響了常規(guī)CT血管成像對(duì)金屬夾夾閉術(shù)后患者在療效評(píng)價(jià)方面的臨床應(yīng)用價(jià)值。本研究使用的雙源CT機(jī)比常規(guī)CTA技術(shù)有所改進(jìn)，雙源CT雙能量成像采用100kV和Sn 140kV兩種不同能量的X線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于X線的衰減取決于X線能量，采用100kV和Sn 140kV的X線對(duì)同一組織進(jìn)行掃描時(shí)，X線衰減不同，被掃描組織的X線衰減也會(huì)不同。金屬植入物對(duì)低能量X線的衰減系數(shù)最大，在高能量X線條件下，其衰減系數(shù)減少了50%以上[9]。雙源CT機(jī)單能譜技術(shù)即利用了X線的此種特性，對(duì)2個(gè)X線球管及探測(cè)器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過特殊計(jì)算后得到不同keV下的圖像。另外，二代雙源CT機(jī)通過能譜純化（selected photon shield，SPS）技術(shù)，有效減少高能中無效的低能成分，能更好地分離組織，有效降低圖像噪聲。通過Monoenergetic重建技術(shù)得到40～190keV的圖像，但是120keV時(shí)血管CT值在150HU附近，血管顯示不佳，因此本研究旨在對(duì)40～120keV下動(dòng)脈瘤夾偽影對(duì)周圍腦組織、血管的影響，從而找到對(duì)圖像質(zhì)量影響較小的keV值，減少了偽影對(duì)周圍組織的影響，以便更及時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后患者的情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

本研究發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾產(chǎn)生兩種性質(zhì)的偽影：①與動(dòng)脈瘤夾長(zhǎng)軸平行方向產(chǎn)生的低密度偽影，這類偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響最為嚴(yán)重，本文重點(diǎn)討論此類偽影；②在動(dòng)脈瘤夾旁邊產(chǎn)生的高低混雜密度偽影，此類偽影較為輕，對(duì)圖像質(zhì)量的影響不大，本文未對(duì)其進(jìn)行量化分析。

在40～120keV范圍內(nèi)，單能量CT圖像上以低密度偽影為主（CTa－CTb＜0，CTc－CTd＜0），瘤夾周圍組織CT值偏低。隨著管電壓增加，40～70keV時(shí)｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜數(shù)值減小，即CTa與CTb以及CTc與CTd的差異越來越小，受偽影影響較重的a、c兩點(diǎn)的CT值分別和對(duì)稱側(cè)未受偽影影響的b、d兩點(diǎn)的CT值越接近，偽影對(duì)圖像質(zhì)量的影響越小，圖像質(zhì)量越接近于未受偽影影響的優(yōu)質(zhì)圖像。70～120keV時(shí)∣CTa－CTb∣逐漸減少，提示腦組織受金屬夾偽影的影響逐漸減?。坏迁OCTc－CTd∣逐漸增大，即頭部血管受偽影的影響在逐漸增加，同時(shí)CTc和CTd僅約150HU，血管的顯示不佳。因此總體上來說，70～120keV時(shí)隨著keV的增加血管顯示的清晰程度逐漸降低。本研究結(jié)果表明，70keV時(shí)｜CTc－CTd｜最小，即CTc與CTd之間差異最小，受偽影影響較重的血管與未受偽影影響的血管的CT值越接近，因此，70keV是降低顱內(nèi)金屬夾偽影的較好單能量成像點(diǎn)。

本研究評(píng)價(jià)了雙能量CTA單能譜技術(shù)在48例患者動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后復(fù)查的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)果顯示對(duì)于顱內(nèi)動(dòng)脈瘤夾植入術(shù)后的患者而言，40keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影較重，顱內(nèi)血管清晰可見，動(dòng)脈瘤夾旁未見出血征象；70keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影有所降低，顱內(nèi)血管清晰顯示，動(dòng)脈瘤夾旁可見少量出血征象；120keV時(shí)動(dòng)脈瘤夾金屬偽影明顯降低，顱內(nèi)血管顯示不佳，動(dòng)脈瘤夾旁可見少量出血征象（圖2）。本研究結(jié)果表明雙能量CTA單能譜技術(shù)不僅能夠降低動(dòng)脈瘤夾偽影對(duì)CT圖像質(zhì)量的影響，采用最佳的keV值還能提高圖像對(duì)解剖細(xì)節(jié)的顯示，滿足臨床上放射科醫(yī)師、神經(jīng)外科醫(yī)師對(duì)患者治療效果、并發(fā)癥及預(yù)后的評(píng)價(jià)。本研究還優(yōu)化了不同光子能量對(duì)單能譜技術(shù)重組后圖像質(zhì)量的影響，70keV可提供較好的圖像質(zhì)量。然而本組患者數(shù)量相對(duì)較少，還需要進(jìn)一步搜集大組資料對(duì)本研究的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證。

綜上所述，雙源CT單能譜成像技術(shù)能夠顯著提高動(dòng)脈瘤夾植入術(shù)后CT復(fù)查的影像質(zhì)量，動(dòng)脈瘤夾植入術(shù)后患者CT復(fù)查采用70keV進(jìn)行重建可獲得較好的圖像質(zhì)量，在臨床中可應(yīng)用單能譜技術(shù)提高圖像質(zhì)量，從而更清楚地顯示術(shù)后的各種并發(fā)癥。

[1]楊樹源，只達(dá)石.神經(jīng)外科學(xué)[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2008：1.

[2]National Research Council.Health risks from exposure to low levels of ionizing radiation BEIRVII Phase 2[M].Washington，DC：National Academy Press，2006：550.

[3]盧光明 .積極開拓雙源CT的臨床應(yīng)用范圍[J].中華放射學(xué)雜志，2008，42（2）：117－118.

[4]張宗軍，盧光明 .雙源CT及其臨床應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)研究生學(xué)報(bào)，2007，20（4）：416－418.

[5]傅強(qiáng)，趙宇冷，仁利，等 .矯形金屬植入物CT掃描技術(shù)的初步經(jīng)驗(yàn)[J].放射學(xué)實(shí)踐，2007，22（5）：531－533.

[6]Barrett JF，Keat N.Artifacts in CT：recognition and avoidance[J].Radiographics，2004，24（6）：1679－1691.

[7]周澤俊，胡永勝，高斌，等.多層螺旋CT圖像偽影的分析[J].中國(guó)CT和 MRI雜志，2008，6（5）：72－75.

[8]Watzke O，Kalender WA.A pragmatic approach to metal artifact reduction in CT：merging of metal artifact reduced images[J].Eur Radiol，2004，14（5）：849－856.

[9]Johnson TR，Krauss B，Sedlmair M，et al.Material differentiation by dual energy CT：initial experience[J].Eur Radiol，2007，17（12）：1510－1517.