寬體探測器能譜CT最佳單能量成像在肝門靜脈與肝靜脈成像中的應用價值研究

柳維娜 董 健 王仁貴*

門靜脈高壓癥是肝硬化發展過程中重要的病理生理環節，經頸靜脈肝內門體靜脈支架分流術(transjugular intrahepatic portosystemic stent-shunt，TIPS)，通過在肝靜脈與門靜脈之間的肝實質內建立分流通道，以微創的方式從結構上顯著降低門靜脈阻力，是降低門靜脈壓力的關鍵措施之一[1-3]。目前，TIPS技術的有效性和安全性日漸成熟，患者在生存時間及質量方面明顯獲益。門靜脈與肝靜脈的成像在介入手段中的價值日益凸顯，而常規CT掃描采用混合能量的X射線，當X射線通過人體時先濾過低能部分，從而引起線束硬化效應，導致某一物質的CT值不單純、不準確和硬化，并出現偽影；混合能量之間存在平均效應，從而降低了不同物質間的對比度。門靜脈高壓的程度不同，其主干及其分支與肝靜脈的關系存在明顯差異。隨著能譜CT單能量成像技術的發展，解決了這一大難題，能譜CT可以重建出40～140 keV的101個單能量圖像，低能圖像上組織細節清楚，增加了病灶檢出以及血管與周圍組織的對比噪聲，因此能更清晰地顯示門靜脈分支與肝靜脈的關系。在某一能量水平，對比與噪聲達到了一個最好的平衡，從而血管和實質臟器之間的衰減差異可以達到最大，但是噪聲最低，這就是最佳單能量。有研究表明，最佳單能量集中在55 keV[4]。為此，本研究旨在對比55 keV與120 kVp-like兩種圖像上門靜脈高壓患者的門靜脈與肝靜脈關系的圖像質量，研究能譜CT單能量成像在門靜脈與肝靜脈成像中的應有價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年3月至2018年9月北京世紀壇醫院收治的30例肝硬化門靜脈高壓患者，其中男性21例，女性9例；年齡36～60歲，平均年齡(48±6.5)歲。所有患者均進行能譜增強掃描。本研究經醫院倫理委員會同意，所有患者均簽署能譜CT增強掃描知情同意書，以及告知同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①各種類型肝硬化伴有門靜脈高壓患者；②肝硬化門靜脈高壓及胃底食管靜脈曲張患者；③肝硬化伴有頑固性腹水患者。

(2)排除標準：①肝占位累及肝臟脈管區；②肝占位和脾切除疾病；③肝門靜脈以及肝靜脈廣泛病變患者；④心、肺、腎臟器官功能差的患者；⑤碘過敏患者。

1.3 設備儀器

采用Revolution能譜CT(美國GE公司)；GSI Viewer GE AW4.7軟件(美國GE公司)。

1.4 檢查方法

應用Revolution能譜CT腹部增強掃描，掃描參數：管電壓80/140 kVp，切換時間0.25 ms，自動管電流，探測器寬度8 cm，pitch 0.992，層厚5 mm，層間距5 mm，掃描視野(scanning field of vision，SFOV)36 cm×36 cm 掃描范圍以膈頂到腎下極。增強掃描采用非離子對比劑碘海醇(350 mgI/ml)，注射總量80 ml，注射速率4 ml/s。動脈期掃描時間采用對比劑智能追蹤技術監測，監測點位于腹主動脈起始部，注射對比劑10 s后啟動監測，當監測閾值到達120 HU后5.9 s開始動脈期掃描，動脈期結束30 s后靜脈期掃描。獲得靜脈期的所有40～140 keV的層厚為1.25 mm的圖像數據包datafile。圖像的后處理：利用GSI Viewer軟件處理靜脈期圖像，分別得到120 kVp-like的圖像和最佳單能量(55 keV)圖像，兩組圖像分別進行多平面重組(multiplanar reconstruction，MPR)，最大密度影(maximum intensity projection，MIP)和容積再現(volume representation，VR)后處理。

1.5 圖像質量評價

(1)主觀評價：隱藏圖像文字信息，由影像科2名10年以上副主任醫師對兩組圖像進行盲法下評分，采用5分制評分進行。①5分，門靜脈分支與肝靜脈分支關系顯示良好；②4分，門靜脈分支與肝靜脈分支關系顯示較好；③3分，門靜脈分支與肝靜脈分支關系顯示較差；④2分，門靜脈分支與肝靜脈分支的關系顯示差；⑤1分，門靜脈分支與肝靜脈分支的關系無法顯示。

(2)客觀評價：GE工作站完成圖像后處理，靜脈期圖像數據應用能譜分析軟件。于120 kVp-like圖像上選擇門靜脈主干，和同層面的無肝臟血管的肝實質區域以及豎脊肌區域三個興趣區面積在30 mm2，用肝實質作為對照測量門靜脈主干的對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)，其計算為公式1：

以同樣的方法獲得肝靜脈主干的CNR，同樣的方法獲得單能量55 keV門靜脈主干和肝靜脈主干的CNR。

(3)一致性評估：由兩名醫師對重建圖像質量一致性評估，采用Kappa檢驗，Kappa值＞0.75為一致性好，0.40～0.75為一致性一般，＜0.40為一致性差。

1.6 統計學方法

應用SPSS22.0軟件對數據進行統計學分析，計量資料用均數±標準差()表示，對兩組圖像中門靜脈和肝實質的CT值、圖像噪聲、門靜脈主干及肝實質的CNR進行分析。圖像質量平分比較采用兩獨立樣本t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 最佳單能量圖像質量比較

最佳單能量圖像上門靜脈主干與肝實質的CNR(4.6±1.8)高于120 kVp-like圖像(2.8±1.3)，兩者間差異有統計學意義(t=-9.86，P＜0.01)；最佳單能圖像上肝靜脈主干與肝實質的CNR(5.4±1.9)高于120 kVp-like圖像(2.9±1.5)，兩者間差異有統計學意義(t=-10.97，P＜0.01)；最佳單能量圖像門靜脈、肝靜脈、肝實質的CT值以及圖像噪聲均高于120 kVp-like圖像，差異均有統計學意義(t=-24.76，t=-25.18，t=-20.07，t=-13.65；P＜0.01)，見表1。

2.2 TIPS 聯合胃冠狀靜脈栓塞術前后比較

(1)最佳單能量重建圖像上門靜脈和肝靜脈的關系顯示質量明顯高于120 kVp-like圖像。兩名醫師對最佳單能量重建圖像評價一致性(Kappa值為0.683)高于120 kVp-like圖像(Kappa值為0.452)。同一患者TIPS聯合胃冠狀靜脈栓塞術前后用MIP后處理以后圖像比較中，在55 kev圖像門靜脈與肝靜脈的關系顯示明顯優于120 kVp-like圖像，見圖1。

(2)同一患者TIPS聯合胃冠狀靜脈栓塞術術前和術后VR后處理以后的圖像，對比發現在55 keV圖像門靜脈與肝靜脈的關系顯示明顯優于120 kVp-like圖像，見圖2。

表1 30例患者最佳單能量圖像與120 kVp-like圖像質量評價結果()

表1 30例患者最佳單能量圖像與120 kVp-like圖像質量評價結果()

圖1 TIPS 聯合胃冠狀靜脈栓塞術前后MIP后處理圖像

圖2 TIPS 聯合胃冠狀靜脈栓塞術前后VR后處理后圖像

3 討論

門靜脈高壓患者疾病后期易發生側枝循環，出現胃冠狀靜脈及胃底食管靜脈曲張破裂出血而危及生命。介入科對此類患者有效的治療手段是在肝內通過肝靜脈與門靜脈之間建立人工分流通道，以微創的方式從結構上顯著降低門靜脈阻力，從而減輕門靜脈高壓[6-9]。如何直觀準確的了解肝靜脈與門靜脈的成像關系，對于Tips方案的選擇和手術效果十分重要。

常規CT掃描采用混合能量的X射線，其含有不同能量水平的光子，這些光子與物質相互作用時高能段以康普頓效應為主，低能段以光電效應為主。當射線通過人體時，先濾過低能部分，從而引起線束硬化效應，導致某一物質的CT值不單純、不準確和硬化偽影，混合能量之間存在平均效應，從而降低了不同物質間的對比度。門靜脈高壓的程度不同，其主干及其分支與肝靜脈的關系存在明顯差異。

能譜CT最大的優勢是可以重建出40～140 keV的101個單能量圖像，低能量圖像物質衰減快，增加了組織CT值，圖像對比度大，但是噪聲增高。因此低能量可以提高血管與周圍組織的對比，提高組織密度分辨力，組織細節顯示清楚，增加了病灶檢出以及血管與周圍組織的對比噪聲[4-5，11]。低能圖像另一個優勢是增強掃描中，可以使用較低濃度對比劑，獲得較高質量的影像，降低了碘造影對患者的危害[12-13]。能譜圖像在某一能量水平，對比與噪聲達到最好的平衡，從而血管和實質臟器之間的衰減差異可以達到最大，但是噪聲最低，這就是最佳單能量。選擇低能量水平的最佳CNR圖像可以提高物質的CT值，并能使物質與周圍組織的對比明顯提高，從而改善圖像質量。而常規的CT掃描混合能量的圖像，CT值是恒定的，則不同物質間的對比是相對固定的，血管與周圍物質的對比噪聲無法通過后處理得到改善。

4 結論

本研究結果顯示，最佳CNR單能量圖像上門靜脈主干與肝實質的CNR高于120 kVp-like圖像，但是最佳單能量圖像門靜脈、肝靜脈、肝實質的CT值以及圖像噪聲均高于120 kVp-like圖像。圖像質量是由靶血管的強化程度、噪聲和對比度共同決定的，既往研究表明在55 keV水平對比和噪聲達到了最好的平衡。因此，利用能譜CT最佳CNR技術明顯提高門靜脈與肝靜脈血管的成像質量，但是相對較低能量圖像的噪聲比常規圖像要高，如何得到較低或者相似噪聲的圖像，還需做進一步的研究。