双源CT小肠成像双能量虚拟平扫在炎性肠病的应用

蓝 星 ，唐 皓 ，周 帆 ，周长圣 ，黄 伟

（1.徐州医科大学医学影像学院，江苏 徐州 221004；2.南京军区南京总医院医学影像科，江苏 南京 210002；3.南京大学医学院附属南京鼓楼医院，江苏 南京 210008）

双源CT小肠成像双能量虚拟平扫在炎性肠病的应用

蓝 星1，唐 皓2，周 帆3，周长圣2，黄 伟2

（1.徐州医科大学医学影像学院，江苏 徐州 221004；2.南京军区南京总医院医学影像科，江苏 南京 210002；3.南京大学医学院附属南京鼓楼医院，江苏 南京 210008）

目的：探讨双源CT小肠成像双能量虚拟平扫技术在炎性肠病（IBD)诊断中应用的可行性。方法：回顾性分析37例临床确诊IBD患者的CT资料（31例克罗恩病、6例溃疡性结肠炎），所有患者均行双源CT小肠成像检查，扫描包括常规平扫及动脉期、门静脉期双能量扫描（100 kVp/210 mAs和Sn140 kVp/162 mAs）。利用Liver VNC软件处理得到动脉期、门静脉期2组虚拟平扫数据，并与常规平扫对比，比较三者在图像质量、辐射剂量及病变肠段检出上的差异。结果：与常规平扫图像比较，动脉期及静脉期虚拟平扫图像上所有炎症肠段均能显示，且病变肠段范围无明显差异。两期虚拟平扫图像完全能满足诊断要求；观察到肠壁厚度、肠壁水肿、肠周渗出、肠管形态及引流区淋巴结大小等无明显差异。虚拟平扫CT值在病变肠壁、引流区淋巴结等略低于常规平扫，但差异无统计学意义。虚拟平扫图像噪声低于真实平扫（P＜0.05），信噪比高于常规平扫图像（P＜0.05）；两位医师对虚拟平扫图像质量评分均≥3分，双期虚拟平扫图像评分差异无统计学意义。常规平扫、双能量动脉期、双能量静脉期扫描的剂量长度乘积（DLP）及有效辐射剂量（ED）差异无统计学意义（F=0.993，P=0.374）；与常规三期扫描相比，采用两期双能量扫描辐射剂量减少约32.97%。结论：对于IBD，双源CT小肠造影双能量虚拟平扫可以在降低辐射剂量、减少辐射损伤的同时满足临床诊断的要求，可作为IBD诊断的常用方法。

炎性肠疾病；体层摄影术，螺旋计算机

炎性肠病（IBD）是肠道一种原因尚不明确的慢性特发性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病 （CD），两者在影像表现上有很多相似的地方。CD患者好发于年轻人，并且患者常因病情反复发作需要反复随访检查。因而降低CT检查的辐射剂量对于CD患者身体健康有着重要意义。CT小肠成像（CTE）在临床上已经广泛应用于诊断IBD及评估其活动程度，是迄今评估小肠IBD的标准影像学检查[1]。CTE检查可反映肠壁的炎性反应改变、病变分布的部位和范围、狭窄的存在及其狭窄性质和肠腔外并发症。然而，CT检查的电离辐射会给病人带来潜在风险。如何在不影响诊断要求的前提下降低CT检查辐射剂量成为了研究热点。虚拟平扫（VNC）是双能量技术诸多临床应用之一，是从对比增强图像中使用后处理算法减去碘的数据，得到类似真正平扫的图像。虚拟平扫技术理论上可以使患者减少一次CT常规检查带来的辐射剂量，目前已经较多临床研究肯定了双能量CT虚拟平扫技术在胸腹部扫描中的应用价值[2-4]。但双能量虚拟平扫对于IBD诊断价值的报道较少。本研究将针对双能量虚拟平扫应用在IBD临床诊断可行性进行探讨。

1 材料与方法

1.1 一般资料

2014年1—10月在本院行CTE检查的IBD患者37例，包括31例CD患者及6例UC患者。所有患者均经临床、肠镜或手术病理证实且影像学资料完整。其中男26例，女11例，年龄15～63岁，平均（33.6±10.8）岁。

1.2 扫描前准备与扫描参数

所有患者检查前一天晚上做肠道准备，检查当天早晨空腹并且检查前1小时开始喝肠道阴性对比剂（2.5%甘露醇溶液）1 500～2 000 mL，每 15 分钟喝500 mL、在1小时内匀速口服。检查前排除碘过敏及山莨菪碱禁忌的患者，所有患者检查前签署知情同意书。患者在检查前5分钟内肌注山莨菪碱10mg。病人扫描使用Siemens Somatom FLASH双源CT机。常规平扫参数：开启实时动态曝光剂量调节CARE Dose 4D，120kV，210mAs， 螺距 0.6，0.5s/圈，准直器宽度128×0.6 mm，重建层厚0.75 mm、重建间隔0.5 mm。双能量增强扫描采用对比剂示踪法在膈上层面降主动脉内选择感兴趣区检查CT值，当CT值达100 HU时，延时7秒自动触发扫描。增强扫描时使用高压注射器注入碘帕醇 （370 mg/mL）80 mL，流率4.0 mL/s，再以相同流率注入50 mL生理盐水。动脉期扫描结束后延时25 s进行静脉期扫描。双能量扫描参数：A、B球管分别为100 kVp/210 mAs和Sn140 kVp/162 mAs，开启 CARE Dose 4D，0.5 s/圈，准直器宽度128×0.6 mm，螺距0.6。通过后处理计算合成120 kVp图像，重建层厚0.75 mm、重建间距0.5 mm。双能量加权图像的加权系数为0.5，最后得到动、静脉期的Sn140 kVp、100 kVp以及加权120 kVp图像，共6组图像。

1.3 双能量虚拟平扫图像的重建方法

分别将动、静脉期100 kVp和Sn140 kVp图像数据调入Syngo MMWP VE40A图像工作站，使用“dual energy”软件，选择“Liver VNC”程序进行处理。通过调整CT与碘对比剂融合比例，将CT融合比例调节至100，碘对比剂融合比调整为0，使用软件重建功能获得层厚6 mm、重建间隔6 mm横断面图像及冠状面图像并保存。将所有动、静脉期虚拟平扫图像传入PACS系统，用于影像诊断及图像质量分析。

1.4 图像评价

由两位有丰富经验影像科医师分别独立观察和对比图像。阅片顺序：先观察虚拟平扫图像，记录肠壁异常改变，重点记录肠壁厚度、肠管形态、肠壁渗出、引流区淋巴结大小等，并逐层对比相同层面的动、静脉期虚拟平扫图像与常规平扫图像，并以常规平扫图像为标准，评估动、静脉期虚拟平扫图像的质量。最后两名医师对动脉期及静脉期虚拟平扫图像质量评分，意见不一致时，共同协商决定。虚拟平扫图像评分标准：4分，虚拟平扫图像上肠壁、肠系膜、血管及淋巴结等解剖细节清晰，与常规平扫图像质量一样，完全能满足诊断要求；3分，虚拟平扫图像上的解剖细节较常规平扫稍模糊，但完全能满足诊断要求；2分，图像上的解剖结构和细节欠清晰，基本满足诊断要求；1分，图像模糊，不能满足诊断要求。

影像诊断医师在Syngo MMWP VE40A工作站中对每个患者常规平扫及两期虚拟平扫图像CT值及噪声测量。对于CD患者测量末端回肠病变肠壁（UC患者测量乙状结肠病变肠壁）、病变肠壁引流区淋巴结、病变肠壁周脂肪间隙CT值，分别测量3次取平均值，记录噪声（SD值）、信噪比=病灶CT值/噪声。测量方法将视野 （FOV）放大，将感兴趣区（ROI）尽可能放置于测量区域中间。测量时根据椎体、椎旁肌及腹腔脏器等解剖位置进行定位，确保常规平扫及动、静脉期的虚拟平扫放置到同一个地方。

1.5 辐射剂量评估

记录每例患者检查时机器自动生成剂量长度乘积（DLP），根据公式计算有效剂量（ED）=k×DLP，k值采用欧洲CT质量标准指南腹部换算因子0.015[5]。

1.6 统计学处理

使用IBM SSPS 23.0统计学分析软件。除了主观评分及诊断符合率外，对所测ROI的CT值、SNR、VNC图像质量评分结果及患者接受辐射剂量（DLP、ED）行单因素方差分析（One-Way ANOVA）进行多组均数间的比较；对炎性肠壁病变检出情况用卡方检验分析。所有分析为双侧检验，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 真实平均与虚拟平扫图像对比

在客观评估方面，病变肠壁、引流区淋巴结及病变肠壁周脂肪间隙两期虚拟平扫CT值均略小于真实平扫CT值，但除了脂肪间隙外，其差异无统计学意义；3组图像病变肠壁噪声的差异无统计学意义，而引流区淋巴结及肠周脂肪间隙动、静脉期VNC噪声均小于真实平扫，但信噪比大于真实平扫，差异有统计学意义（P＜0.05）（表 1～3）。 在主观评价方面，37例IBD患者以常规平扫为标准，两位医师均在虚拟平扫图像上标出了所有可疑病变肠壁的位置。虚拟平扫图像上病变肠段部位和范围与常规平扫图像基本一致；虚拟平扫上观察到病变肠壁厚度、肠壁水肿、肠周渗出、肠管形态及引流区淋巴结大小与常规平扫图像上基本一致（图1～3）。两位医师对虚拟平扫图像质量共同评分（表4）。所有图像的评分均为4分和 3 分，平均得分为（3.57±0.50）分。

2.2 虚拟平扫与双期扫描辐射剂量对比

常规平扫、双能量动脉期和静脉期增强扫描的DLP分别为（253.10±70.39）mGy·cm、（257.90±74.21）mGy·cm、（256.76±72.94） mGy·cm， 换算得到有效辐射剂量分别为（3.80±1.06）mSv、（3.87±1.11）mSv、（3.85±1.09）mSv，3组间DLP及ED的差异无统计学意义 （F=0.993，P=0.374），见表5。采用两期双能量扫描的DLP及ED较常规三期扫描 （真实平扫+双期双能量扫描）降低约32.97%。

表1 3组图像CT值比较

表2 3组图像的SNR比较

表3 3组图像噪声比较

图1 男，30岁，溃疡性结肠炎。图1a：真实平扫可见乙状结肠肠壁明显增厚（箭头），肠壁周末梢小血管增多，病变肠壁CT值33.9 HU，噪声17.1 HU。图1b，1c：分别为动脉期、静脉期虚拟平扫图像，肠道及肠周解剖细节与真实平扫相仿，病变肠壁（箭头）的CT值及噪声分别36.7 HU及11.4 HU,34.5 HU及4.8 HU。Figure 1. A thirty-year-old man with ulcerative colitis.Figure 1a:Axial CNCT images shows abnormal wall thickening of sigmoid colon(arrow)and hypervascular around the mural.The mean CT value and noise of the affected segment is 33.9 HU,17.1 HU,respectively.Figure 1b,1c:The VNCT images of arterial phase(Figure 1b)and venous phase(Figure 1c)show the anatomical details are similar to the CNCT image,and the CT values and noise of the inflamed bowel wall(arrow)are 36.7 HU and 11.4 HU,34.5 HU and 4.8 HU,respectively.

3 讨论

CT检查已经成为目前主要的医疗辐射来源，放射检查的风险近年来备受关注。因此，如何在保证CT图像质量的前提下有效控制辐射剂量已经成为业界关注的焦点及研究热点。双源CT双能量虚拟平扫通过增强CT图像的重建获得类似常规平扫的图像，以期能减少一次CT平扫所造成的辐射剂量及辐射伤害。本研究常规平扫与增强双能量扫描的DLP以及换算得到ED，三者之间差异无统计学意义；虚拟平扫图像能确保图像质量且不影响诊断要求，两期虚拟平扫图像评分差异无统计学差异。对于IBD患者尤其是CD，好发于年轻人，且临床上病情往往处于急性期-缓解-复发的循环周期，患者常常需要多次接受影像检查，接受的辐射剂量问题不容忽视。据文献[6]报道超过10%CD患者承受超过有损伤的辐射剂量，即大于50 mSv（相当于5个腹部CT平扫剂量）。如果采用双能量虚拟平扫技术，受检者将会减少一次常规扫描辐射剂量，使受检者接受的总有效辐射剂量较常规三期扫描平均减少约32.97%。有专家认为对于CD患者，CTE检查可不需要进行动脉期扫描[7]，如果双能量增强图像得到虚拟平扫图像能满足诊断要求，那么CD患者CT小肠造影只需行一期双能量增强扫描即可。基于CD易复发的临床特点，患者首次检查可采用常规扫描方案，包括常规平扫、双期增强扫描；而在后期随访复查时可直接行双期或单期双能量增强扫描。目前国内CTE多行常规平扫加双期或三期增强扫描，如果双能量CT虚拟平扫应用到临床上，那么对于降低检查辐射风险、提高CD患者的生活质量必然有极大帮助。

图2 男，28岁，克罗恩病（A2L3B3）。 图2a：回盲部肠壁明显增厚，肠壁周脂肪间隙炎性渗出（箭头），肠壁末梢小血管增多。病变肠壁及肠周脂肪间隙的噪声分别为 10.1 HU、24.6 HU。 图 2b，2c：分别为动脉期及静脉期虚拟平扫，回盲部肠壁增厚，但肠壁周炎性渗出及小血管显示要逊于真实平扫，图像评分分别为3分、3分。两期虚拟平扫图像的病变肠壁噪声分别3.9 HU、5.2 HU，肠周脂肪间隙噪声分别 16.1 HU、19.7 HU。 图3 男，26岁，克罗恩病（A2L14B2）。图3a：真实平扫图像示回肠节段性增厚、肠腔狭窄及壁周末梢小血管增多增粗，相应引流区多发小淋巴结影。肠壁及淋巴结的噪声分别为 7.9 HU、7.1 HU。 图 3b，3c：动、静脉期虚拟平扫图像，相同部位可见炎症肠壁、肠周小血管及炎症肠壁引流区淋巴结的显示与真实平扫相仿，评分分别4分、4分。肠壁噪声分别6.7 HU、5.2 HU，淋巴结噪声分别5.3 HU、5.1 HU。Figure 2. A twenty-eight-year-old man with Crohn disease(A2L3B3).Figure 2a:The CNCT image depicts mural thickened of the ileocecal,perimural inflammatory exudation(arrows)and hypervascularity.The noise ofinflamed muraland perimuralis 10.1 HU and 24.6 HU,respectively.However,the reveal of the anatomical details around the ileocecal(arrows)in VNCT images(Figure 2b,2c)is inferior to CNCT images,and the scores of image quality are 3,3,respectively.The noise of involved mural and perimural is 3.9HU,5.2HU(arterial phase)and 16.1HU,19.7HU(venous phase),respectively. Figure 3.A twenty-six-year-old man with Crohn disease(A2L1B2).The CNCT image(Figure 3a)shows the mural thickness with stricture,hypervascular and lymph nodes enhancement(arrows),and the same locations in VNCT images of arterial(Figure 3b)and venous phase(Figure 3c)are similar to the CNCT image.The scores of image is 4,4,respectively.The mural noises of VNCT images are 6.7HU,5.2HU and the noise of lymph nodes are 5.3HU,5.1HU,respectively.

表4 虚拟平扫图像质量评分

表5 辐射剂量对比

VNC技术能否应用于临床重要指标为图像质量，图像质量的高低影响着病变的检出、诊断。本研究同时对比研究了动、静脉期虚拟平扫的图像质量，从图像质量评分上可以看出，两位医师认为VNC图像质量在解剖及细节显示稍逊于真实平扫，但37例动、静脉期的VNC图像质量评分均≥3分，能够满足诊断的要求。本研究发现患者伴有肠壁渗出、肠管聚集或肠系膜脂肪少等情况会干扰虚拟平扫图像对解剖细节的显示，这部分虚拟平扫图像质量评分普遍等于3分（图2）。本次研究的对象大部分为年轻的IBD患者，其腹部其他病变相对较少，因而虚拟平扫图像解剖细节显示都比较好，但是对于一些复杂情况下，例如腹腔积液、肠系膜广泛渗出、肠管聚集及积气等，腹部虚拟平扫替代常规平扫可行性仍需要更多的对比研究。双源CT双能VNC具有高配准性[8]，其能保证VNC图像与增强图像在每个像素点上对应。这可以避免常规平扫和增强平扫过程中出现位置偏差，从而降低观察分析病变及测量数据的误差。此外，采用VNC减少一次平扫的检查时间，也更有利于检查急诊、重症难以配合等特殊情况的患者检查。

随着技术发展，双源CT双能量在临床上应用中展示出来很多优越性。双源CT双能量扫描可以获得140 kV与80 kV或100 kV的两组图像，另外高低千伏的图像通过后处理计算可以获得不同比例的融合图像。80 kV图像较140 kV图像中碘对比剂密度可增加一倍，提升血管强化质量，并增加组织对比度，有利于病变的显示[9-10]。而140 kV图像因有较高的密度分辨力使得其观察软组织效果较好。本次研究客观评分，发现引流区淋巴结及病变肠周脂肪间隙动、静脉期VNC噪声低于真实平扫，而信噪比均高于真实平扫，图像质量有所提高。这可能得益于双能量后处理线性融合方式，双能量融合图像有效利用了高低千伏的数据，既得到低千伏优质对比度，又得到高千伏的低噪声。据文献报道[4，11-12]，部分学者认为动脉期虚拟平扫图像质量较门静脉期虚拟平扫好，更有利于病灶的检出。这可能跟对比剂在体内循环的时间有关：动脉期对比剂主要集中在动脉血管中，在脏器毛细血管含量较少；而静脉期器官组织内对比剂增多，因而后处理得到虚拟平扫更接近真实平扫。而本研究中两期VNC图像评分之间无明显差异，并且在病变肠壁检出率无明显差别。此外，研究中病变肠壁、引流区淋巴结及脂肪间隙的CT值略低于真实平扫，这可能是因为VNC在去碘中同时存在去碘不足与去碘过度的情况[12]。正是因为虚拟平扫成像有去碘的过程，所以对于一些胃肠道活动性出血的病灶的显示可能会受到影响，有文献[13]提出了虚拟平扫对于肠道内较小的高密度物体的显示能力不及常规平扫，并且这可能会影响对肠道隐形活动性出血与钙化的误判。此外，IBD初期，部分肠壁厚度可以正常，而增强后强化却会较正常肠壁增加。综上，在诊断时虚拟平扫图像需要结合增强图像，才能准确发现IBD的早期改变和分析及诊断隐匿的肠道病变。

本研究不足之处，虚拟平扫图像主要考察腹部IBD病变，对于实质脏器病变没有进一步考察；研究对象较少且多为年轻患者，其腹腔病变相对简单，没有考察到更多复杂肠道病变。但近年来虚拟平扫在腹部实质脏器及胃肠道空腔脏器病变应用研究的报道也越来越多，如结直肠病变、胃癌等[14-15]。这些研究都提示了VNC广阔的临床应用前景。

总之，双能量动、静脉期VNC均可在保证图像质量、不影响IBD诊断的前提下减少常规平扫的辐射剂量；而且动、静脉期VNC图像差异无统计学意义，可有望替代真实平扫用于IBD诊断、有效监测和评估患者疗效反应，提高疾病的缓解率和患者的生活质量。

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Preliminary application of dual-energy dual-source CT virtual non-contrast imaging in inflammatory bowel diseases

LAN Xing1,TANG Hao2,ZHOU Fan3,ZHOU Chang-sheng2,HUANG Wei2
(1.School of Medical Imaging,Xuzhou Medical University,Xuzhou Jiangsu 221004,China;2.Department of Medical Imaging,Jinling Hospital,Nanjing 210002,China;3.Nanjing Drum Tower Hospital Affiliated with Medical School of Nanjing University,Nanjing 210008,China)

Objective:To assess the clinical feasibility of dual-source CT enterography using dual-energy virtual non-contrast(VNCT)imaging in diagnosis of inflammatory bowel diseases.Materials and Methods:The dual-energy dual-source CT enterography data from a cohort of 37 inflammatory bowel disease patients(31 Crohn’s disease and 6 ulcerative colitis),who were confirmed by clinical settings,were analyzed retrospectively.All the patients underwent abdominal conventional non-enhanced CT scan(CNCT)as well as arterial and venous phase dual-energy enhanced scan(100kVp/210mAs and Sn140 kVp/162 mAs).VNCT images of arterial and venous phase were obtained using the dual-energy software.The differences of image quality,radiation dose and diagnostic coincidence rate between the true non-contrast scan and VNC images were compared.Results:Compared with CNCT images,all the inflammatory bowel segments were detected accurately by VNCT images,and there was no significant difference of size and extent of lesions between the CNCT and VNCT.All the VNCT images met the requirement of diagnosis,and the differences of intestinal wall thickness,intestinal wall edema or effusion,intestinal morphology and lymph node size were no significant.The noise level of images obtained from VNC was lower than that of the real non-contrast scan(P＜0.05),with higher SNR(P＜0.05).There was no significant difference of image scoring among the three groups(P＞0.05).There was no statistic difference of the radiation dose of conventional non-enhanced CT,arterial and venous phase CECT.The radiation dose of two-phase dual-energy scan was 32.97%lower than that of the conventional threephase scans.Conclusion:For inflammatory bowel diseases,the virtual non-contrast images obtained from the dual-energy CT scan can effectively reduce the radiation dose,decrease radiation injury,and meet the needs of clinical diagnosis.

Inflammatory bowel diseases;Tomography,spiral computed

R574；R814.42

A

1008－1062（2017）05－0345－05

2016-08-19；

2016-09-12

蓝星（1989-），男，广东高州人，在读硕士研究生。E-mail：bluestar200911@163.com

黄伟，南京军区南京总医院医学影像科，210002。E-mail：radiology@126.com