光譜CT顯示左結腸動脈的最佳虛擬單能量

陳海靜,李青青,趙衛,胡繼紅,吳巖,楊亞英

左結腸動脈(left colic artery,LCA)被定義為起源于腸系膜下動脈(inferior mesenteric artery,IMA)并流向降結腸的動脈血管,是IMA的第一個分支。根據LCA的存在以及匯入和共干情況,可以將LCA分為以下四種解剖變異類型[1]:Ⅰ型,LCA從IMA主干獨立發出;Ⅱ型,LCA和乙狀結腸動脈(sigmoid artery,SA)共干;Ⅲ型,LCA、SA以及直腸上動脈(superior rectal artery,SRA)共干;Ⅳ型,LCA缺如。直腸癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一,腹腔鏡直腸癌根治術作為一種微創手術正被越來越多地使用,LCA及其起源是腹腔鏡直腸癌根治術的一個關鍵點,LCA的潛在缺如和頻繁變異使得手術更具挑戰[2]。因此,為了達到安全、有效的腹腔鏡直腸癌根治,術前評估LCA至關重要。

雙層探測器光譜CT實現“同時、同源、同向”的雙能量成像,一次掃描可以獲得包括40～200 keV共161個能級,低能量圖像能夠增加不同組織結構之間的對比,優化動脈成像[3]。本研究擬尋找雙層探測器光譜CT顯示左結腸動脈的最佳虛擬單能量,旨在為腹腔鏡直腸癌根治術術前評估LCA提供指導。

材料與方法

1．研究對象

收集2022年10月-2023年2月在昆明醫科大學第一附屬醫院行腹部CT血管成像(computer tomography angiography,CTA)掃描的患者。納入標準:行腹部CTA掃描。排除標準:①LCA缺如;②既往有腹部外傷、手術史,或存在可能影響到血管走行的腹部疾病;③碘對比劑過敏;④有嚴重偽影(呼吸運動偽影或腰椎內固定影),影響觀察。最終納入100例患者,其中男60例,女40例,年齡20～85歲,平均(53.8±14.3)歲。100例患者檢查前均簽署知情同意書。

2．設備與方法

所有患者均采用Philips IQon spectrum CT儀行腹部CTA掃描。掃描范圍為自膈肌頂部至恥骨聯合下緣水平。掃描參數:管電壓120 kVp,自動管電流調節技術,準直器寬度64×0.625 mm,X線管轉速0.5 s/周;螺距0.985,矩陣512×512。對比劑注射方案:采用非離子型碘對比劑碘海醇(350 mg I/mL),劑量80～100 mL(1.2～1.5 mL/kg體重),采用雙筒高壓注射器經肘正中靜脈以4 mL/s的流率注射對比劑,并以相同流率注射生理鹽水30 mL沖管。

掃描結束后,將動脈期獲得的數據分別進行混合迭代重組和投影空間光譜重組,前者獲得的圖像作為常規混合能量組,后者獲得全息光譜圖像(spectral based image,SBI),采用Philips星云后處理工作站,利用SBI從40～70 keV每間隔10 keV重建出1組虛擬單能量圖像,所有圖像層厚及層間距均為1 mm。

3．圖像分析

由一名影像科醫師在同層面LCA、豎脊肌及皮下脂肪勾畫感興趣區(region of interest,ROI),將所勾畫的ROI采用復制粘貼的方式,確保每組圖像ROI大小、位置一致,LCA勾畫時應使ROI位于動脈內,盡量避開血管壁,ROI大小約2 mm2。分別測量各組圖像同層面LCA、豎脊肌及皮下脂肪的CT值及標準差(standard deviation,SD) ,以皮下脂肪SD作為背景噪聲[4],計算各ROI的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、對比噪聲比(signal-to-noise ratio,CNR),其中

(1)

(2)

由兩名分別有2年和6年影像診斷經驗的影像科醫師在雙盲的情況下,采用5分法對LCA圖像質量進行評價:5分,LCA顯示清晰可見,邊緣非常銳利;4分,LCA顯示尚清晰,邊緣比較銳利;3分,LCA可見,邊緣欠清晰;2分,LCA顯示模糊,邊緣模糊;1分,LCA未顯影,血管結構不能分辨。當意見出現分歧時,經共同協商達成一致。

4．統計學方法

采用IBM SPSS 26.0軟件進行統計學分析,符合正態分布的計量資料以均數±標準差表示,對各組圖像客觀評價的CT值、CNR、SNR、噪聲組間差異比較采用單因素方差分析,兩兩比較采用LSD法。各組主觀評分采用多組獨立樣本秩和檢驗(Kruskal WallisH)進行比較。以P<0.05為差異具有統計學意義。采用Kappa檢驗對兩名影像科醫師主觀評分一致性進行評估:Kappa值<0.40,一致性差;0.40≤Kappa值<0.75,一致性良好;Kappa值≥0.75,一致性較好。

結 果

1．圖像質量的客觀評價

圖1 a、b)分別為40 keV和50 keV圖像,左結腸動脈(箭)顯示清晰可見,邊緣非常銳利,主觀評分為5分;c)60 keV圖像,左結腸動脈(箭)顯示尚清晰,邊緣比較銳利,主觀評分為4分;d 、e)分別為70 keV和常規混合能量圖像,左結腸動脈(箭)可見,邊緣欠清晰,主觀評分均為3分。

表1 各組圖像CT值、噪聲、SNR及CNR比較

40～70 keV組單能量圖像LCA的CT值、噪聲、CNR、SNR隨著能級的升高呈遞減趨勢。常規混合能量圖像組及40～70 keV單能量圖像組兩兩比較,各組間CT值、SNR、CNR、噪聲差異有統計學意義(P<0.05)。40 keV組圖像LCA的CT值、CNR、SNR均高于其他組,噪聲低于常規混合能量圖像組(表1)。

2．圖像質量的主觀評價

兩名影像科醫師圖像質量主觀評價的一致性良好,隨著能級升高,主觀評價的一致性遞增,各組間圖像主觀評分差異均有統計學意義(P均<0.001)。40～70 keV組單能量圖像隨著能級升高,圖像質量主觀評分逐漸下降,40 keV組圖像主觀評分最高,40～70 keV組單能量圖像質量均高于常規混合能量圖像(表2,圖1～2)。

表2 兩名醫師對各組圖像主觀評價的一致性

討 論

2020年全球癌癥統計數據顯示,結直腸癌發病率在全球惡性腫瘤中位居第三位,死亡率位居第二位[5]。在結直腸癌發病率中,直腸癌約占44%,其發病率及死亡率逐年上升,手術是直腸癌的主要治療手段[6]。盡管直腸癌根治術是否保留LCA仍存在較多爭議[7-10],但越來越多研究表明,保留LCA的直腸癌根治術可以增加吻合口腸道的血液供應、減少吻合口漏的發生,利于術后吻合口愈合,更早恢復腸道功能[11-14]。保留LCA的直腸癌根治術需要在LCA起源的遠心端結扎IMA,在IMA根部清掃淋巴結并保留LCA,需要裸露IMA、LCA,強調更精細的血管解剖。由于腹腔鏡下視野狹窄,缺乏觸覺,且LCA與IMA的位置關系多變,術中裸露LCA的根部存在一定難度,術前不熟悉LCA走行及解剖變異,很容易損傷血管[1]。因此,術前預知LCA的解剖變異及走行,利于定位并裸露LCA根部,可避免損傷LCA,保證吻合口血供,對于LCA缺如的患者,可以縮短手術時間。

腹部CTA已成為評估腹部血管的快捷、無創的檢查手段,應用CTA技術對腹部血管進行三維重建,可以很好顯示血管主干及其主要分支[15],但對細小動靜脈及小分支等顯示不佳或不顯示,而且圖像質量受個體差異及掃描技術影響較大。增加對比劑劑量、濃度和注射流率可以提高圖像質量,但會增加過敏、休克等不良反應發生,也會增加對比劑外滲的風險[16]。光譜CT有上、下兩層空間上對等的探測器,上層探測器只吸收低能量X線光子,下層探測器精準采集高能X線電子,高、低能兩套數據集在空間和時間上完全配準,可以大幅度降低能譜圖像的噪聲,且對于因為肥胖等個體因素差異、循環功能障礙以及掃描技術等原因導致的圖像質量不佳、血管充盈不佳以及組織強化不佳情況,光譜CT能夠回顧性使用虛擬單能量圖像提高血管強化CT值,改善圖像質量[3,17]。

光譜CT虛擬單能量優化圖像質量已應用在腸系膜下動脈、下肢動脈、冠狀動脈及頭部平掃[4,18-20]等方面。研究[21]發現40 keV的圖像可以幫助評估胸主動脈和腹主動脈的小動脈分支,在腹部CTA中減少對比劑劑量的同時改進對比噪聲比、提高圖像質量。本研究顯示40～70 keV組單能量圖像LCA的CT值、SNR、CNR、噪聲隨著能級的升高呈遞減趨勢,常規混合能量圖像組及40～70 keV組單能量圖像兩兩比較,各組間CT值、SNR、CNR、噪聲有差異,這與多數研究結果相同[4,22],而且本研究顯示40 keV組圖像LCA的CT值、CNR、SNR最高,圖像噪聲低于常規混合能量圖像,40 keV組圖像質量主觀評分高于其他組,顯示血管清晰、邊緣銳利,因此,顯示LCA的最佳單能量為40 keV。本研究存在的不足之處:①患者的樣本量有限,后續將加大研究樣本量;②沒有進一步分析其他虛擬單能量對圖像質量的影響。

綜上所述,40 keV為雙層探測器光譜CT顯示LCA的最佳虛擬單能量,血管顯示清晰、邊緣銳利,能更清晰顯示LCA及其解剖變異,利于外科醫生腹腔鏡直腸癌根治術前手術方案的確定以及手術的順利進行。