雙源雙能量CT圖像優化技術對肺動脈成像圖像質量的影響

卞 佳 蘇文靜 殷志杰 李 泉

濱州醫學院附屬醫院放射科 山東 濱州 256603

肺動脈栓塞(pulmonary embolism,PE)是一種嚴重危害人類健康的心血管疾病,具有較高的致殘率及病死率。目前,CT肺動脈造影(computer tomography pulmonary angiography, CTPA)已成為診斷PE首選影像學檢查方法[1]。近年來隨著雙能量CT軟、硬件設備的不斷發展與完善,雙能量CT的臨床應用越來越廣泛[2]。一次雙能量肺動脈CT血管成像(computer tomography angiography, CTA)檢查能夠同時獲得肺動脈解剖圖像以及全肺的灌注信息,為臨床診療提供豐富的信息[3-5]。本研究旨在定量評價雙源雙能量CT最佳單能量成像技術及非線性融合技術對肺動脈栓子客觀參數的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 回顧性分析2021年1月至2022年3月經肺動脈CTA檢查證實PE患者28例,其中男16例,女12例,年齡48～82歲,平均年齡(66.9±9.9)歲。所有患者及家屬在檢查前均簽署知情同意書。

1.2 掃描參數 患者均使用Siemens Somatom Definition flash雙源CT行雙能量掃描。囑患者仰臥位,掃描采用頭足方向,掃描范圍為自胸廓入口到膈肌水平。采用人工智能觸發掃描軟件(Bolus Tracking),將ROI設在肺動脈主干,當其CT值達到預設值(100 HU)時自動延遲4 s觸發掃描。利用雙筒高壓注射器(美國Medrad公司)以4.5 mL/s的流率經肘靜脈注射碘海醇50 mL,隨后按相應流率注射生理鹽水20 mL沖洗,以盡量減少腔靜脈內殘留的對比劑。掃描參數設定X線管的管電壓分別為100、140 kV,參考管電流分別為300、255 mAs,開啟CARE Dose 4D,探測器準直器為128 mm×0.6 mm。

1.3 圖像后處理 掃描結束后,系統自動生成100 kV(A組)、140 kV(B組)兩組圖像。將圖像調入后處理工作站(Syngo MultiModality Workplace)中Dual Energy應用,選擇最佳對比顯示(Optimal Constrast)選項卡生成非線性融合圖像(C組),融合系數設為Blending Center=150 HU,Blending Width=200 HU,然后再選擇Monoenergetic選項卡,根據對比噪聲比能譜曲線選擇重建最優的Mono圖像(D組)。選取4組圖像中相同層面的栓子及鄰近血管勾畫感興趣區域,ROI盡量選取栓子中心位置,測量其CT值、噪聲,計算得出栓子對比噪聲比(contrast to noise ratio ,CNR)及信噪比(signal to noise ratio,SNR)。

2 結果

2.1 各組圖像栓子CT值、SD值的比較 各組圖像間栓子CT值差異無統計學意義。各組圖像栓子噪聲有差異,P<0.01;其中C組圖像中栓子噪聲最小,與其他組別兩兩比較,P<0.01(表1)。D組圖像中栓子噪聲與A、B組圖像相比,P<0.05或<0.01。(表2)。

表1 非線性融合圖像與其他三組圖像質量客觀評價指標的比較

表2 最佳單能量圖像與其他三組圖像質量客觀評價指標的比較

2.2 各組圖像栓子SNR及CNR的比較 各組圖像SNR及CNR有差異,P<0.05,其中C組圖像質量最佳,與其它組別圖像兩兩比較時,SNR及CNR均有差異,均P<0.05(表1)。D組圖像中栓子SNR與A、B組圖像比較,P<0.05。D組圖像中栓子CNR與A組圖像比較,差異無統計學意義,與B組圖像相比,P<0.01 (表2)。

3 討論

隨著CT技術的不斷發展,CT已成為臨床工作中最主要的檢查手段。 2006年西門子公司推出了雙能量CT,將CT發展推入一個新的時代。自2007年Johnson等[6]在國際上首次報道了雙能量CT的臨床應用,雙能量CT技術已在國內外取得了豐碩研究成果,并在臨床中得到廣泛應用[7-8]。肺動脈CT成像作為診斷PE首選影像學檢查方法,雙能量CT掃描可一次掃描獲得肺灌注血容量成像、肺血管增強成像、最佳單能量圖像及非線性融合圖像等多種圖像信息,為臨床診療提供更豐富的影像學信息。肺灌注血容量成像可通過計算碘對比劑在肺實質中的分布,顯示肺灌注信息。肺血管增強成像則根據物質分離算法標記肺栓子,提高外周性PE的檢出敏感性。而最佳單能量圖像及非線性融合圖像則可以通過對原始采集圖像處理不同程度地優化圖像客觀質量。

①.100 kV圖像;②.140kV圖像;③.非線性融合圖像;④.最佳單能量圖像。

目前已有較多關于雙能量CT在肺動脈血管成像中的應用研究,但是研究關注點主要集中在肺灌注圖像對PE的診斷價值[3-5]及對肺動脈血管成像圖像質量的改善[9-11],而將肺動脈栓子客觀參數作為研究對象進行評價的臨床研究較少。

本研究應用雙源CT后處理工作站中優化對比(Optimum Contrast)程序是采用改進型“S”形函數進行不同比例能量混合從而實現非線性圖像融合。在CT值較低區域的融合圖像中140 kV圖像信息所占比例較大,而CT值較高區域則相反,從而在保證低能量圖像中對比度的同時獲得高能量圖像的低噪聲。本研究將研究參數設為Blending Center=150 HU、Blending Width=200 HU,即對-50 HU～350 HU范圍內的組織圖像進行不同比例能量融合。本研究表明,四組圖像中栓子CT值差異無統計學意義,但是從噪聲、SNR、CNR三方面比較,非線性融合圖像質量最佳,與其他三組圖像比較差異均具有統計學意義。這表明,利用非線性融合圖像可以更清晰地顯示肺動脈栓子。

最佳單能量成像技術可以利用后處理軟件進行圖像重組,獲得連續的虛擬單能量圖像。不同能量級圖像具有不同特征。低能量級圖像密度分辨率較高,組織對比好,但圖像噪聲增高,而高能量級圖像可以有效抑制硬化和金屬偽影,但組織對比減弱。

因此,在工作中需要根據成像目的不同而選擇合適的能量圖像。本研究關注點在于肺動脈栓子的顯示及檢出,因此,要求圖像中栓子與鄰近血管具有良好的對比度,即兩者之間具有較大CT差值的同時栓子噪聲也較低。如果X線能量水平降低,血管CT值會升高,血管與栓子CT差值也越大,但栓子噪聲會隨之增大,CNR反而會下降。而X線能量水平升高,栓子噪聲會減小,但血管CT值也會下降,CNR也會隨之下降。因此,最佳單能量圖像可在CT差值和噪聲之間尋找一個平衡點,使得CNR最優化。

綜上所述,雙能量CT非線性融合技術及最佳單能量圖像技術在提高肺動脈栓子圖像質量方面具有一定優勢,可用于臨床肺動脈成像檢查中。