最佳對比噪聲比后處理技術在下肢動脈CT血管成像中的應用研究

王凌翔 廖國芬 楊洋平

近年來，隨著我國老齡化進程的加快，糖尿病、心腦血管疾病或高脂血癥引發的下肢動脈病變(peripheral arterial disease，PAD)發病率逐年上升。自20世紀80年代多層螺旋計算機斷層掃描儀(multi-slice spiral computed tomography，MSCT)問世以來，CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)技術成為PAD影像學檢查和診斷的首選方式[1]。圖像后處理作為MSCT的關鍵環節，下肢動脈與伴行靜脈的對比度決定了CTA圖像質量。隨著雙能量(能譜)MSCT的問世，可以極大提高X射線發射速度，獲得相對純凈的80～140 keV單能量圖像，為動脈選擇擁有最佳對比噪聲比(contrast/noise ratio，CNR)的最佳能級圖像提供了較大的機會[2-3]。本研究通過對比不同單能量圖像質量，旨在利用最佳CNR選擇最高質量keV單能量圖像序列。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2015年8月至2017年7月期間在崇州市人民醫院崇州分院進行下肢動脈CTA檢查的68例PAD患者的CTCA圖像資料，其中男性41例，女性27例，年齡42～81歲，平均年齡(61.86±7.35)歲；體質量(body mass index，BMI)為(19.3～28.0)kg/m2，平均BMI為(21.92±1.64)kg/m2。所有受試者均接受數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)檢查，確診為下肢動脈疾病。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①出現間歇性跛行、靜息性下肢疼痛或患肢遠端缺血性潰痛等下肢動脈病變表現；②患者簽署知情同意書。

(2)排除標準：①不符合上述納入標準的受試者；②呼氣屏氣不良、心律不齊及心房顫動；③合并嚴重的肝腎功能損傷；④伴有胸腔積液患者；⑤癌癥晚期患者；⑥碘對比劑過敏者。

1.3 儀器與試劑

Discovery CT750 HD寶石能譜CT儀(美國GE公司)；造影劑高壓注射器(日本根本杏林堂株式會社)；碘普羅胺造影劑注射液300(德國拜耳醫藥保健有限公司，國藥準字H10970166)。

1.4 評估標準

1.4.1 血管狹窄程度

按照國際通用標準對患者血管狹窄程度進行分級：①1級，無狹窄；②2級，輕度狹窄(＜50%)；③3級，中度狹窄(50%～74%)；④4級，重度狹窄(75%～99%)；⑤5級，完全閉塞[4]。

1.4.2 下肢動脈分段

按照Ota H等[4]采用的分段方法：髂總動脈、髂外動脈、股總動脈、股淺動脈、腘動脈、脛腓動脈干、脛前動脈、脛后動脈、腓動脈、旁路移植血管。

1.5 CTA檢查

掃描前去掉下肢遮蔽物，以足先進方式取仰臥位，患者矢狀位正中軸線與床板矢狀位正中軸線重合，縛帶固定小腿部，掃描范圍定為腎以下腹主動脈至足底。放置好心電軸，接上心電導聯線，采用留置針建立靜脈通道，以5.5～6 ml/s的速度注射碘造影劑60～80 ml和60 ml生理鹽水，示蹤造影劑，監測CT值，當檢測區CT值≥150 HU時，延遲15 s，自動進行CT掃描。掃描參數：X射線管電流600 mAs，曝光窗為25%～80%R-R間期，探測器準直0.6 mm×64 mm×2 mm，機架旋轉時間0.28 s/轉，重建時間分辨率75 ms，總掃描時間為15～18 s。

1.6 圖像后處理

采用ADW4.4工作站和GSI-view軟件進行圖像后處理。可重建4種圖像：水-碘分離圖，40～140 keV共110個單能量圖及質量控制圖像，并默認70 keV圖像作為重建參考。①圖像噪聲：髂總動脈CT值(HU)的標準差(SD)；②信號-噪聲比(signal/noise ratio，SNR)=髂總動脈CT值÷圖像噪聲；③CNR=(髂總動脈CT值-髂總靜脈CT值)÷圖像噪聲，感興趣區(region of interest，ROI)為70%～80%大約200 mm2主動脈。

1.7 圖像質量主觀評估

工作站會基于101個單能量圖像自動計算CNR值，并在CNR曲線中選擇最佳單能量值，并將單能量序列調節成CNR曲線中選擇的單能量值。分別在質量控制圖像、系統默認keV值單能量圖像以及最佳CNR選擇的keV值單能量圖像上測量各分段動脈的對比度和噪聲值，并由2名放射科專業醫師對圖像進行評分，評分標準包括下肢動脈邊緣的銳利度、髂總動脈的可見分支等級以及信噪比，每項總分均為5分。采用MPR圖像觀察下肢動脈的邊緣銳利度：5分為非常銳利，4分為銳利，3分為比較銳利，2分為欠銳利，1分為模糊。采用MIP映射技術觀察下肢動脈可見的分支等級，5分為可見5級及以后分支，4分為可見4級分支，3分為可見3級分支，2分為可見2級分支，1分為僅可見髂總動脈。對于下肢動脈與伴行靜脈的信噪比：5分為極好，4分為較好，3分為一般，2分為較差，1分為差。將以上各項得分相加得出下肢動脈各節段的總分，以評估利用最佳CNR進行圖像后處理的價值。

1.8 統計學方法

采用SPSS 22.0統計學軟件進行數據統計分析。對質量控制、系統默認keV值及最佳CNR等3種方法所得數據進行正態分布和方差齊性檢驗；然后采用秩和檢驗分析3組數據的圖像對比度和信噪比以及客觀評價分數，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 基本情況

利用最佳CNR得到keV值單能量圖像平均值為(51.34±6.81)keV。部分患者某些下肢動脈段由于解剖變異未顯示，共顯示637段下肢動脈，其中164段1級狹窄，159段2級狹窄，171段3級狹窄，90段4級狹窄，53段5級狹窄。進行CTA檢查時CNR描繪曲線中自動選取并顯示最佳keV值為76 keV，如圖1所示。

圖1 CNR描繪曲線中自動選取的76 keV圖像

將單能量序列調節成76 keV得到的CT圖像如圖2所示。

圖2 利用最佳CNR獲得的76 keV圖像

2.2 圖像質量主觀評估

比較各下肢動脈質量控制圖像、系統默認keV值單能量圖像以及利用最佳CNR得到的keV值單能量圖像重建后的圖像質量主觀評分，其結果顯示，利用最佳CNR得到的keV值單能量圖像質量平均分值明顯高于其他兩種方式得到的圖像，其差異均有統計學意義(見表1)。

2.3 圖像噪聲和對比度

比較下肢各動脈質量控制圖像、系統默認keV值單能量圖像以及利用最佳CNR得到的keV值單能量圖像重建后的圖像對比度和噪聲，其結果顯示，利用最佳CNR得到的keV值單能量圖像噪聲和對比度均高于其他兩種方式得到的圖像，差異有統計學意義(見表2和表3)。

3 討論

多層螺旋計算機斷層掃描儀問世以來，CT血管成像技術越來越廣泛地應用于臨床各個領域，逐漸成為血管病變影像學檢查和診斷的首選方式[5]。CTA的圖像質量依賴于血管內對比劑的濃度，理論上對比劑濃度越高，CTA圖像質量越好；但是受檢者心功能、動脈狹窄程度側支循環等都會影響動脈內對比劑的濃度，因此實際上，單純增加對比劑濃度和劑量并不會顯著提高CTA圖像質量，反而會增大圖像偽影和腎病發生風險[6-7]。逐漸出現的GE寶石能譜成像技術(gemstonespectral imaging，GSI)，可以極大提高X射線發射速度，降低余輝效應，獲得相對純凈的單能量圖像，從而增加了圖像的對比分辨率，為動脈選擇擁有最佳對比噪聲比的最佳能級圖像提供了較大的機會[8-9]。

表1 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像質量評估比較(±s)

表1 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像質量評估比較(±s)

下肢動脈 質量控制圖像 系統默認keV圖像 最佳CNR圖像 t值 P值髂總動脈 8.05±1.33 10.87±1.04 13.36±1.38 5.876 0.012髂外動脈 8.42±1.08 11.02±1.36 13.24±1.42 4.815 0.022股總動脈 8.18±1.26 10.43±1.69 13.57±0.86 5.769 0.013股淺動脈 8.29±0.57 10.21±0.78 13.44±0.89 5.048 0.019腘動脈 7.98±0.74 10.14±0.82 12.94±1.15 4.911 0.021脛腓動脈 7.96±0.52 9.99±0.48 13.00±0.73 7.824 0.006脛前動脈 8.03±1.21 9.95±1.02 13.12±0.65 4.273 0.028脛后動脈 7.94±0.49 10.28±0.35 12.59±0.46 5.435 0.014腓動脈 8.17±0.86 10.16±0.66 13.27±0.88 9.865 0.001

表2 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像對比度評估(±s)

表2 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像對比度評估(±s)

下肢動脈 質量控制圖像 系統默認keV圖像 最佳CNR圖像 t值 P值髂總動脈 319.43±46.85 386.59±73.42 635.17±156.84 7.885 0.004髂外動脈 308.74±74.13 360.37±69.45 601.79±138.71 6.478 0.009股總動脈 328.69±97.32 391.24±107.16 672.33±157.23 6.116 0.010股淺動脈 285.21±51.06 323.72±50.38 587.58±76.94 8.793 0.001腘動脈 246.15±77.44 302.36±81.09 594.35±127.39 5.952 0.012脛腓動脈 199.76±68.29 254.15±38.73 478.29±108.65 7.949 0.002脛前動脈 117.84±39.15 212.46±49.64 400.16±113.28 7.314 0.008脛后動脈 143.11±40.38 187.99±32.75 239.09±98.46 4.851 0.022腓動脈 65.43±11.74 100.48±19.62 171.34±73.72 4.032 0.029

表3 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像噪聲評估(±s)

表3 68例PAD患者3種不同方法重建下肢動脈圖像噪聲評估(±s)

下肢動脈 質量控制圖像 系統默認keV圖像 最佳CNR圖像 t值 P值髂總動脈 14.86±1.03 17.74±0.63 20.58±1.36 4.358 0.026髂外動脈 15.23±0.68 17.98±0.72 23.34±2.51 4.819 0.022股總動脈 13.29±0.37 17.15±0.44 21.62±2.37 6.995 0.008股淺動脈 13.84±0.76 15.06±0.48 18.51±1.48 4.262 0.027腘動脈 10.65±0.39 13.19±0.17 17.69±1.52 5.683 0.014脛腓動脈 10.71±0.42 12.43±0.26 15.34±0.87 3.896 0.029脛前動脈 9.96±0.35 12.04±0.42 15.22±0.79 4.867 0.022脛后動脈 10.01±0.46 11.97±0.28 16.13±1.38 6.054 0.011腓動脈 11.82±1.18 13.46±0.63 18.47±2.01 5.916 0.010

目前，對于PAD的影像學診斷方法主要包括節段動脈壓及踝肱指數的測定、動脈彩超、多層螺旋CT(multislice spiral CT，MSCTA)、數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)等[10]。長期以來，DSA一直作為PAD診斷的金標準，但是由于費用較高，且屬于有創檢查，所以臨床上并未將其作為常規檢查項目[11]。進入21世紀以來，隨著我國醫療水平和經濟水平的逐漸提高，MSCTA因其掃描快、圖像后處理方式多樣化、偽影較少、費用較低等優勢越來越廣泛地應用到血管疾病診斷領域，但是如何以最低輻射劑量獲得高質量的診斷圖像一直是該技術領域討論的熱點[12]。

20世紀初，寶石能譜CT儀的出現徹底顛覆了CT傳統排層發展的概念，拓展了“病理CT和多參數CT”的新領域[13]。GSI通過快速采集能量數據，獲得多個單能量圖像，對不同的單能量圖像進行自動篩選，選擇出最佳單能量圖像進行觀察和分析，能夠幫助醫生發現傳統CT無法發現的微小病灶，極大地提高了小病灶的檢出率，特別適用于病灶的早期發現和早期診斷，同時也盡最大可能消除了余輝效應造成的偽影[14-15]。同時，系統可自動獲取最佳CNR值，并利用最佳CNR獲得最佳keV值單能量圖像。

本項研究納入68例PAD患者，全部經DSA確診為下肢動脈疾病。經MSCT檢查結果顯示，利用最佳CNR獲得的單能量圖像質量主觀評估平均分值、圖像噪聲及對比度均高于質量控制圖像和系統默認keV值單能量圖像，差異有統計學意義。這可能是由于受到X射線光子數量的影響，到達探測器的X射線光子數量越少，其穿透力越低，CT圖像的噪聲也就越小。X射線的穿透能力與電壓有關，利用最佳CNR獲得的管電壓低于其他兩種方式，所以達探測器的X射線光子數量較少，輻射也就相對較小，X射線穿透力相對降低，從而增加了圖像的噪聲。但是對比度和CNR對圖像質量的決定作用高于噪聲，所以利用最佳CNR獲得的單能量圖像質量仍然高于其他兩種方式。

寶石能譜CT是目前劑量最低、最安全的綠色CT，并且可獲得高質量的CTA圖像，為下肢動脈疾病的診斷和治療提供更準確的參考。