能譜CT單能量技術(shù)優(yōu)化頭頸CTA圖像質(zhì)量研究

馬光明，于勇，陳靜，黨珊，于楠，段海峰，竇越群

陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 影像科，陜西 咸陽 712000

引言

社會老齡化日益明顯，卒中發(fā)病率亦逐步增加。缺血性腦卒中約占所有類型腦卒中的60%～80%[1]，而缺血性卒中的病理基礎(chǔ)，是動脈粥斑塊形成。因此，盡早檢出頸動脈血管壁的基礎(chǔ)病變并進行干預(yù)治療是防治腦卒中的關(guān)鍵，而且可降低腦血管意外的發(fā)生率[2]。由于具有較好的空間分辨率和密度分辨率以及診斷準確率高等優(yōu)勢，頭頸CT血管造影（CT Angiography，CTA）已成為篩查頭頸血管性疾病的主要檢查方法。然而，頭頸CTA成像容易受頸椎橫突孔和顱底骨質(zhì)的干擾，血管與骨質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密相鄰，在常規(guī)CTA檢查中，該區(qū)域血管的觀察易受到骨質(zhì)偽影的干擾，疾病診斷準確性降低[3]。頭頸部CTA去骨減影法，能有效降低骨骼結(jié)構(gòu)的干擾[4]。但此方法在去骨的同時，同樣會導(dǎo)致動脈血管CT值的降低；在某些病例中，由于減影后動脈血管CT值較低，造成動脈血管成像效果不佳，進而可能影響診斷效果[5]。如何在不增加輻射劑量的同時優(yōu)化圖像，已是業(yè)界研究熱點[6]。能譜CT利用高、低雙能（80、140 kVp）瞬時切換（0.5 s內(nèi)），一次檢查可得到101組（40～140 keV）單能圖像。在某一個能量水平噪聲和對比相對均衡，而此時血管和其周圍結(jié)構(gòu)衰減差最大，同時噪聲相對來說較低，而此時的能量水平就是最佳單能量圖像。單能量技術(shù)既可以增加圖像信噪比，同時能有效減少硬化偽影，對于血管顯示具有一定優(yōu)勢，這些特點為優(yōu)化頭頸CTA圖像質(zhì)量提供了可行性[7-9]。但目前關(guān)于能譜CT單能量技術(shù)在頭頸CTA中的應(yīng)用，以及如何選擇單能量水平，報道較少。因而，本文旨在評估能譜CT單能量技術(shù)在頭頸聯(lián)合CTA中對圖像質(zhì)量優(yōu)化效果，評價其臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采集我院2018年6至12月疑似頭頸部血管性疾病，而需要行頭頸CTA檢查的患者30例，其中女性12例，男性18例，平均年齡（59.56±8.99）歲，年齡45～67歲，體重（62.69±8.88）kg，BMI 為（23.23 ±2.62）kg/m2，以上患者均簽署知情同意書。排除標準：① 造影劑過敏者；② 有心、腎、肝功能不全者；③ 有嚴重哮喘及甲狀腺功能亢進者；④ 圖像偽影較大影響數(shù)據(jù)測量的患者。

1.2 儀器與方法

采用通用電氣能譜CT機（Discovery CT 750 HD），檢查范圍從主動脈弓到顱頂。掃描條件：高低電壓（80、140 kVp）瞬時切換（0.5 s內(nèi)），采用GSI-51掃描協(xié)議，層厚0.625 mm，螺距0.984：1，機架轉(zhuǎn)速為0.5 s/r；造影劑用量50 mL（270 mgI/mL），經(jīng)前臂靜脈注入，速率4.5 mL/s；而后以相同流速注入40 mL生理鹽水（0.9%氯化鈉溶液）。應(yīng)用團注觸發(fā)掃描技術(shù)，主動脈弓水平放置監(jiān)測點，閾值是100 HU。

1.3 數(shù)據(jù)處理及評價

檢查完成后，重建60、65、70、75、80 keV共5組單能量圖像，重建間隔和重建層厚為0.625 mm，自適應(yīng)迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruct，ASIR）60%，將圖像輸入工作站3D軟件中進行后處理分析。兩名醫(yī)師（工作10年以上）對圖像質(zhì)量應(yīng)用4分制雙盲法評分，參考以下標準：① 圖像清晰無明顯偽影；② 血管強化程度CT值在350～550 HU；③ 血管分支達4級以上；④ 血管強化均勻，以上每滿足一個加1分。

測量上述5組圖像主動脈弓、雙側(cè)頸總、頸內(nèi)、雙側(cè)大腦中、胸鎖乳突肌、腦實質(zhì)的CT值，以及雙側(cè)頸總、頸內(nèi)、胸鎖乳突肌、腦實質(zhì)SD值，對稱的動脈血管求其CT和SD均值，計算出頸部血管的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。計算公式：CNR頸部血管=（目標血管CT值-胸鎖乳突肌肉CT值）/胸鎖乳突肌肉SD值，SNR頸部血管=目標血管CT值/目標血管SD值；CNR大腦中=（大腦中CT值-腦實質(zhì)CT值）/腦實質(zhì)SD值，SNR大腦中=大腦中CT值/腦實質(zhì)SD。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

60 keV單能量圖像顯示最佳，見圖1。包括60～80 keV（間隔5 keV）容積再現(xiàn)圖像和曲面重建圖像。

2.1 客觀評價指標

主動脈弓、頸總、頸內(nèi)及大腦中動脈的CT值隨著能量水平提升60～80 keV，而逐漸下降，在60 keV最高，顯著高于其他組（P＜0.05）；60 keV和65 keV組SNR、CNR值最大，和其他三組對比有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05），但其二者之間無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），見表1。

表1 各組頭頸部CTA圖像CT值、SNR、CNR和主觀評分結(jié)果對比（分）

2.2 主觀評價指標

兩名醫(yī)師的評分結(jié)果一致性較好（Kappa值＞0.800）；60 keV組（3.64±0.49）分的主觀評分最高，見表1。60 keV組主觀評分較70 keV組、75 keV組、80 keV組分別增加約7.37%、47.97%、95.7%，60 keV組主觀評分與65 keV組對比無統(tǒng)計學(xué)差異，但其均值高于65 keV組。

3 討論

頭頸部血管性疾病發(fā)病率日益升高，而早期的篩查并干預(yù)，可減輕個人和社會的負擔(dān)[10-11]。頭頸部CTA血管成像作為微創(chuàng)型成像技術(shù)，臨床應(yīng)用日趨廣泛，其價值得到患者普遍認可[12]。頭頸部解剖位置復(fù)雜，尤其是顱底及頸椎橫突孔，骨質(zhì)較多，易產(chǎn)生帶狀偽影，影響鄰近血管結(jié)構(gòu)的顯示，從而影響診斷準確性。傳統(tǒng)頭頸CTA一般是通過增加造影劑濃度、造影劑劑量或增加輻射劑量等方式來提升頭頸CTA圖像質(zhì)量，但這也會增加對比劑不良反應(yīng)和潛在輻射損傷。隨著醫(yī)患雙方對輻射防護和造影劑過敏的關(guān)注，如何在不增加劑量的前提下優(yōu)化血管成像質(zhì)量已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。

寶石能譜CT利用80～140 kVp電壓瞬時切換（0.5 s），可同時、同向得到不同keV單能量圖像、基物質(zhì)圖、有效原子序數(shù)、能譜曲線等多參數(shù)數(shù)據(jù)。單能量圖像由40 keV到140 keV共計101個能量水平，不同程度能量水平圖像擁有各自特點，高能量穿透力強，組織間對比度小，而隨著能量水平下降，其穿透力亦逐漸下降，圖像的噪聲隨之增大，而不同結(jié)構(gòu)組織間對比度提升，在某個能量水平可使血管和背景組織結(jié)構(gòu)間對比度最高而圖像噪聲相對較低，并且此能量水平可使靶血管更好顯示，從而優(yōu)化血管成像[13]。本研究發(fā)現(xiàn)主動脈弓、頸總、頸內(nèi)以及大腦中動脈CT值隨著能量水平提升（60～80 keV），而逐步減低，在60 keV單能量水平最高，高于其他各組，這種特征提示我們在臨床工作中，對于腎功能不全的病人，可以嘗試降低造影劑用量或者使用低濃度造影劑，增強掃描后通過低keV圖像的重建來滿足臨床需求，同樣遇到高密度偽影（骨骼或高濃度對比劑偽影）可以適當提高keV重建來減少圖像硬化偽影，優(yōu)化圖像質(zhì)量。

本研究中應(yīng)用寶石CT配置的ASIR算法，其重要特點是在原始數(shù)據(jù)空間，通過精準的模型迭代，并引入數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息來進行降噪[14]。有效降噪為低keV能量水平優(yōu)化圖像質(zhì)量提供了基礎(chǔ)條件。于梓婷等[15]研究發(fā)現(xiàn)隨著ASIR 0～100%權(quán)重不斷增加，其降噪能力也隨之提升，然而圖像質(zhì)量主觀評分在ASIR 60%時最高，究其原因可能由于ASIR權(quán)重較大時圖像噪聲降低太多而出現(xiàn)“圖像失真”現(xiàn)象。此外，Hahjigeorgiou等[16]研究證實，ASIR選取40%～60%的權(quán)重既有較好的降噪能力，亦不會出現(xiàn)最佳“圖像失真”，因此本研究中采用ASIR 60%。

多個研究發(fā)現(xiàn)單能量技術(shù)可以優(yōu)化腹部血管、支氣管動脈、肺動脈、頭顱血管，由于血管粗細、位置以及周圍軟組織不同，其最佳單能量水平也各有不同[17-19]。本研究以頸總、頸內(nèi)以及大腦中動脈為目標血管，以胸鎖乳突肌和腦實質(zhì)作為背景，不管是SNR、CNR、還是圖像質(zhì)量主觀評分，60 keV和65 keV時取值始終位于最高點，說明60 keV和65 keV為本研究的最佳單能量。此外，主動脈弓、頸總、頸內(nèi)和大腦中動脈的CT值伴隨能量水平提升而減低，而60 keV和65 keV組所測量血管的CT值均大于300 HU，符合增強要求，有利于血管顯示[9]。分析其主要原因可能是由于碘的CT值會隨著射線能量的變化而產(chǎn)生較大范圍的波動，低kVp時含碘造影劑的血管CT值和對比度明顯增加[20]。

綜上所述，能譜CT單能量技術(shù)可增加頭頸部血管CT值，提升靶血管和背景之間對比度，而頭頸CTA最優(yōu)單能量水平位于60 keV，這能給臨床診斷提供更多幫助。