宝石CT能谱最佳单能量图像在下肢动脉造影中的应用

夏 巍 XIA Wei

宋旭升 SONG Xusheng

尹肖睿 YIN Xiaorui

李瑞雪 LI Ruixue

吴晶涛 WU Jingtao

宝石CT能谱最佳单能量图像在下肢动脉造影中的应用

夏 巍 XIA Wei

宋旭升 SONG Xusheng

尹肖睿 YIN Xiaorui

李瑞雪 LI Ruixue

吴晶涛 WU Jingtao

目的采用CT能谱模式对周围动脉闭塞性疾病患者行下肢动脉造影检查，探讨宝石CT能谱提高下肢动脉造影图像质量的可行性。资料与方法前瞻性地连续选择临床拟诊为下肢动脉闭塞性疾病的48例患者，随机分为研究组和对照组。研究组24例采用CT能谱模式行下肢动脉造影，对照组24例采用多层螺旋CT模式行下肢动脉造影。对两组图像中的髂总动脉、腘动脉、胫前动脉及其分支进行测量，并计算对比噪声比，由2名影像诊断医师采用5分制独立评价两组图像质量。结果研究组患者髂总动脉、腘动脉、胫前动脉的CT值及对比噪声比均大于对照组（t=8.7、7.9、12.6、17.2, P＜0.01），背景噪声小于对照组（t=1.5, P＜0.01）。医师1、医师2对研究组和对照组图像质量评分分别为110分、90分和111分、93分，差异均有统计学意义（Z=－7.6、－8.0, P＜0.01）。结论下肢动脉造影中使用CT能谱最佳千电子伏的单能量图像质量明显优于多层螺旋CT混合能量模式的图像质量。

动脉闭塞性疾病；下肢；体层摄影术，X线计算机；宝石能谱成像；质量控制

多层螺旋CT下肢动脉造影作为一种有效而且无创的检查方法，广泛用于评价周围动脉闭塞性疾病（peripheral arterial occlusive disease, PAOD）[1,2]。PAOD是常见的糖尿病并发症，具有多节段、病变范围广、常累及末梢血管等特点，是糖尿病足发生及发展的重要原因[3,4]。宝石能谱成像（gemstone spectral imaging, GSI）是在双能量扫描条件下实现的CT功能成像技术，不但能够获得基物质密度值及其分布图像，还能获得不同千电子伏（kilo electron voltage, keV）的单能量图像[5,6]。由此可见，CT能谱是具有多参数、定量分析的新成像模式。本研究分别使用混合能量CT模式与CT能谱模式对PAOD患者行下肢动脉造影检查，比较两种CT模式的图像质量，以获得更佳的图像质量。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性地连续选择2012-02～2013-05临床拟诊为下肢动脉闭塞性疾病的48例患者，随机分为研究组和对照组。研究组24例患者采用CT能谱模式行下肢动脉造影检查，男14例，女10例；年龄48～80岁，平均（64.5±15.2）岁；体重56～78 kg，平均（66.3±9.6）kg。对照组24例患者采用多层螺旋模式行下肢动脉造影检查，男15例，女9例；年龄50～77岁，平均（63.7±13.1）岁；体重55～82 kg，平均（65.6±10.1）kg。两组患者年龄、性别及体重差异均无统计学意义（P＞0.05）。所有受检者行CT检查前均签署知情同意书，本研究经伦理委员会审核批准。

1.2 仪器与方法 采用宝石CT能谱机（Discovery CT-750HD, GE）进行检查，扫描参数：螺距1.375∶1，球管旋转速度0.8 s/转，层厚5 mm，以腹主动脉层面为监测点，设定150 HU作为监测阈值，进行追踪触发扫描。设置后延时间为6 s，扫描方向：头侧向足侧扫描，图像重建层厚1.25 mm。对比剂采用碘海醇350（17.5 mgI/ml），用量80～90 ml，注射速度4.0 ml/s，然后注射生理盐水40 ml。研究组使用GSI扫描模式，管电压及管电流为自动模式，测得最佳千电子伏后重建图像；对照组使用普通多层螺旋CT模式，管电压120 kV，管电流350 mA。

1.3 图像后处理 将采集的原始数据传送到GE PACS及后处理工作站，后处理方法包括最大密度投影、多平面重组、三维容积再现。研究组的GSI图像先经后处理软件算出最佳千电子伏的单能量图像，经统计发现最佳千电子伏为53～60 keV。在最佳千电子伏的图像上进行最大密度投影、多平面重组、三维容积再现等图像后处理及图像数据测量。

1.4 图像分析 ①图像客观评价：由1名医师设置2 mm的感兴趣区（ROI）测量两组图像（图像层厚为1.25 mm）的髂总动脉（ROI1）、腘动脉（ROI2）、胫前动脉（ROI3）及肌肉的CT值（ROI5）。背景噪声（BN）：设置ROI，置于肌肉组织内，避开所有裸眼所能观察到的不均匀密度区域，记录其标准差为BN。计算两组下肢动脉图像的对比噪声比（CNR），计算公式：ROI4=（ROI1+ROI2+ROI3）／3，CNR=（ROI4－ROI5）／BN。②图像主观评价：由2名影像诊断副主任医师采用双盲法以5分法[7]进行图像质量评估，设置固定窗宽及窗位，对两组患者的下肢动脉造影图像质量进行评分，内容包括：①显示血管的最远分支级别；②动脉边缘光滑度；③图像信噪比；④显示动脉狭窄的级别；⑤动脉内CT值的高低。评价标准：5分，优秀；4分，较好；3分，一般；2分，较差；1分，差。

1.5 统计学方法 采用SPSS 18.0软件，两组患者年龄、体重及下肢动脉造影图像CT值、BN、CNR比较采用成组t检验，下肢动脉造影图像质量评分采用Mann-Whitney U检验，2名诊断医师图像质量评估的一致性采用Kappa检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像客观评价 研究组患者髂总动脉、腘动脉、胫前动脉中造影剂的CT值及CNR均显著高于对照组，差异有统计学意义（t=8.7、7.9、12.6、17.2, P＜0.01），研究组的CNR较对照组提高84.6%；BN低于对照组，差异有统计学意义（t=1.5, P＜0.01）。见表1。注：*与对照组比较，P＜0.01。BN：背景噪声；CNR：对比噪声比

表1 两组患者图像客观评价比较

2.2 图像主观评价 由2名影像诊断副主任医师以5分法进行图像质量评估，医师1、医师2对研究组和对照组图像质量评分为110分、90分和111分、93分（表2），Mann-Whitney U检验结果显示，差异均有统计学意义（Z=－7.6、－8.0, P＜0.01）。2名医师对两组图像质量评估的一致性经Kappa检验，一致性较好（Kappa=0.83, P＜0.05）。主观评价结果显示，研究组图像质量明显优于对照组（图1）。

表2 两组患者图像主观评价比较

图1 男，52岁，股动脉假性动脉瘤。使用普通多层螺旋CT模式行下肢CTA检查，腹主动脉及股动脉CT值分别为423.5 HU、310.3 HU，背景噪声分别为15.9、11.2（A～C）；MIP图像显示动脉边缘毛糙，分支显示欠佳（D）；行股动脉假性动脉瘤切除术后复查，使用CT能谱模式行下肢CTA检查，腹主动脉及股动脉CT值分别为629.7 HU、501.6 HU，背景噪声分别为10.8、9.6（E～G）；MIP图像显示动脉边缘光滑，分支显示佳（H）；图像质量明显优于普通多层螺旋CT模式

3 讨论

多层螺旋CT采用混合能量成像，X线中包含不同能量水平的光子，单能量图像是指某单一能量水平的X线穿过物体后产生衰减的图像，它有效地去除了硬化效应，得到更加准确的CT值并消除硬化伪影，改善了图像质量及小病灶的检出率[8,9]。目前常规使用的CT设备不能提供单一能量的X线，CT能谱采用X线球管瞬时进行高低能量切换的成像方式，瞬时变能高压发生器能够在0.5 ms内实现80～140 kVp的高速切换，扫描后得到混合能量图像，经能谱分析后可任意重建出40～140 keV的单能量图像[10]。在某一单能量水平，设置兴趣点与实质脏器之间的对比差异可达到最大而噪声值最低，这一单能量水平点就是最佳千电子伏值。CT能谱临床应用研究主要基于4项技术特征，即去除硬化伪影、优化图像质量和对比噪声比、物质定量分析和能谱综合分析[7,11-13]。本研究首先使用优化图像质量和对比噪声比功能确定最佳CNR，然后使用能谱综合分析，重建出最佳CNR的单能量图像。最佳千电子伏单能量图像与混合能量图像质量相比，其图像颗粒均匀，血管及分支解剖结构显示完美，病灶显示更加清晰。

本次研究利用CT能谱扫描后重建出的最佳千电子伏图像较普通多层螺旋CT模式的混合能量图像动脉图像颗粒均匀、血管边缘光滑、小分支显影佳、噪声低、CNR大幅度提高，这是由于当设定千电子伏在50～60 keV时，血管内碘造影剂的CT值开始增高，且此时图像的噪声也较低。当千电子伏设定在40～49 keV之间时，虽然血管内碘造影剂的CT值增加，但是此时的图像噪声明显升高，CNR反而下降明显。而设定千电子伏为70～140 keV时，虽然噪声与50～60 keV时相近，但是血管内造影剂的CT值随着千电子伏的增加而降低，导致CNR下降。

本研究发现，研究组CT能谱模式最佳千电子伏图像中髂总动脉、腘动脉及胫前动脉中造影剂的CT值较多层螺旋CT混合能量模式血管中造影剂的CT值均大幅提高，且背景噪声也低于混合能量模式，能谱模式的CNR较混合模式提高了84.6%。CT能谱模式的大动脉及其小分支显示佳，图像噪声小，图像质量明显优于多层螺旋CT混合能量模式，与主观评价结果一致。

总之，使用宝石CT能谱行下肢动脉造影是可行的，且CT能谱模式最佳千电子伏的单能量图像质量明显优于普通多层螺旋CT混合能量模式的图像质量。

[1] 畅智慧, 刘兆玉, 郑加贺, 等. CT血管成像诊断下肢动脉硬化闭塞症的Meta分析. 中华放射学杂志, 2010, 44(8): 841-846.

[2] 舒政, 邓小飞, 葛琛瑾, 等. 下肢动脉闭塞性疾病64层CT血管成像中腘动脉小剂量对比剂试验的意义. 中华放射学杂志, 2011, 45(7): 674-677.

[3] 王玉珍, 许樟荣. 第五届国际血管外科暨第一届国际糖尿病血管疾病会议(糖尿病足部分)纪要. 中华糖尿病杂志, 2005, 13(2): 152-153.

[4] Sun Z. Diagnostic accuracy of multislice CT angiography in peripheral arterial disease. J Vasc Interv Radiol, 2006, 17(12): 1915-1921.

[5] Matsumoto K, Jinzaki M, Tanami Y, et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching: improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT. Radiology, 2011, 259(1): 257-262.

[6] 涂永波, 兰永树, 舒健, 等. 螺距对下肢CTA辐射剂量与图像质量影响的研究. 中国医学影像学杂志, 2011, 19(4): 300-303.

[7] Pache G, Krauss B, Strohm P, et al. Dual-energy CT virtual noncalcium technique: detecting posttraumatic bone marrow lesions-feasibility study. Radiology, 2010, 256(2): 617-624.

[8] 马振申, 赵强, 孙秀彬, 等. 宝石能谱CT能谱参数与透明细胞肾癌分化程度的相关性分析. 医学影像学杂志, 2013, 23(10): 1592-1596.

[9] 罗传斌, 欧光乾, 斯光晏, 等. 髂静脉压迫综合征的多层螺旋CT血管成像、数字减影血管造影诊断与介入治疗. 中国医学影像学杂志, 2013, 21(8): 576-578.

[10] 吴华伟, 程杰军, 李剑颖, 等. CT能谱成像定量碘基物质图对肺栓塞的诊断价值. 中华放射学杂志, 2011, 45(8): 727-730.

[11] Takahashi N, Vrtiska TJ, Kawashima A, et al. Detectability of urinary stones on virtual nonenhanced images generated at pyelographic-phase dual-energy CT. Radiology, 2010, 256(1): 184-190.

[12] Lin XZ, Miao F, Li JY, et al. High-definition CT gemstone spectral imaging of the brain: initial results of selecting optimal monochromatic image for Beam-Hardening artifacts and image noise reduction. J Comput Assist Tomogr, 2011, 35(2): 294-297.

[13] Lv P, Lin XZ, Li J, et al. Differentiation of small hepatic hemangioma from small hepatocellular carcinoma: recently introduced spectral CT method. Radiology, 2011, 259(3): 720-729.

（本文编辑 张春辉）

Gemstone Spectral CT Optimal Single Energy Imaging in Lower Extremity Angiography

PurposeTo implement lower artery angiography in patients with peripheral arterial occlusive disease, and to investigate the feasibility of lower extremity gemstone spectral CT angiography in improving image quality.Materials and MethodsFortyeight patients suspected with lower extremity arterial occlusive diseases were randomly divided into research group and control group. Research group (24 cases) were carried out gemstone spectral CT angiography (CTA) scan and control group (24 cases) were scanned with multi-slice spiral CT (CTA). The CT value of the common iliac artery, popliteal artery and its branches was measured and contrast to noise ratio (CNR) were calculated in both groups. The images were evaluated independently by 2 senior physicians based on a 5-level evaluation standard.ResultsThe CT value of common iliac artery, popliteal artery, anterior tibial artery and the CNR in research group were all higher than those in control group (t=8.7, 7.9, 12.6 and 17.2, P＜0.01), but the background noise was lower than that in control group (t=1.5, P＜0.01). The scores of two image quality accessed by physician 1 and 2 were 110:90 and 111:93 respectively with statistical difference (Z=－7.6 and －8.0, P＜0.01).ConclusionThe image obtained by gemstone spectral CT optimal single energy image technique is much better than that by conventional multi-slice spiral CT in lower extremity angiography.

Arterial occlusive diseases; Lower extremity; Tomography, X-ray computed; Gemstone spectral imaging; Quality control

江苏省苏北人民医院影像科 江苏扬州225001

尹肖睿

Department of Imaging, Subei People's Hospital of Jiangsu Province, Yangzhou 225001, China

Address Correspondence to: YIN Xiaorui E-mail: yinxiaorui8@163.com

R816.2

2014-02-21

修回日期：2014-09-10

中国医学影像学杂志

2014年 第22卷 第11期：842-845

Chinese Journal of Medical Imaging 2014 Volume 22(11): 842-845

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.11.011