双源CT单能量优化技术在双能量肺动脉成像中的应用

梁晓雪 高剑波 梁丽丹 张乐乐 刘 杰 付 立

双源CT单能量优化技术在双能量肺动脉成像中的应用

梁晓雪 高剑波 梁丽丹 张乐乐 刘 杰 付 立

目的定量评价双源CT双能量肺动脉成像单能量优化后低单能谱图像对于提高肺动脉显示的价值。资料与方法2016年9月－2016年12月行双源CT低剂量（对比剂用量30 ml）双能量肺动脉成像的患者，扫描模式100/sn140 kVp，选择其中融合图像中肺动脉及其分支CT值低于300 HU且远端分支显示欠佳的30例患者。扫描获得3组不同能量、优化单能谱及非线性融合图像。分别测量非线性（A组）、100 kVp（B组）、优化低单能谱（40+、50+、60+ keV，分别为C、D、E组）图像中肺段、亚段及亚亚段动脉的CT值、SD值，计算信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）。比较5组图像肺动脉的CT值、SD值、SNR及CNR值。结果C～E组肺动脉的CT值均显著高于A、B组（P＜0.05）。C组肺段动脉的SNR值高于A组（P＜0.05）。C、D组亚段动脉的SNR值高于A组（P＜0.05）。C～E组段和亚段肺动脉的SNR值均高于B组（P＜0.05）。C～E组亚亚段动脉的SNR值与A组相比差异无统计学意义（P＞0.05），但高于B组且差异有统计学意义（P＜0.05）。C～E组和A组的CNR值差异无统计学意义（P＞0.05），但高于B组的CNR值（P＜0.05）。结论双能量肺动脉成像中低单能谱联合单能量优化技术可以有效提高肺动脉CT值，充分显示远端肺动脉分支，同时图像质量与非线性融合图像相当，优于低能量（100 kVp）图像。

体层摄影术，X线计算机；肺动脉；双能量；单能谱

随着CT技术的不断发展，其较快的扫描速度使CT血管成像（CTA）逐渐成为临床诊断肺栓塞的首选影像学方法。双源CT双能量模式可以同时得到2种能量X线的采样数据，并根据这2种能量数据确定体素在40～190 keV能量范围内的衰减系数，进一步得到单能谱图像，这种相对纯净的单能谱图像能够降低硬化伪影，获得相对纯净的CT值图像[1-2]。既往研究发现，双能量肺动脉CTA中70～80 keV图像噪声较低，对比噪声比（CNR）较高，为肺动脉成像的最佳单能谱范围[3]。然而，对于肺动脉CT值低于300 HU或者远端分支显影较差的患者，其诊断价值显著降低。尽管低单能谱图像CT值较高，但相应的图像噪声也较大，限制了其应用。本研究对单能量优化技术能否降低肺动脉低单能谱图像噪声，提高肺动脉远端分支显示率进行定量研究，从而评估单能量优化技术的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2016年9－12月于郑州大学第一附属医院行双源CT双能量肺动脉成像的患者，其中线性融合图像中肺动脉及其分支CT值低于300 HU且远端分支显示欠佳共30例，男19例，女11例；年龄30～62岁， 平 均（58.00±15.61） 岁； 体 重 指 数（23.40±3.15）kg/m2；其中肺动脉高压4例，合并肺部感染、慢性阻塞性肺疾病21例，心率＞90次/分5例。

1.2 仪器与方法 采用Siemens第二代双源CT（Somatom Definition Flash）行双能量增强扫描，扫描采用足头方向，范围自膈肌水平至胸廓入口。扫描参数：准直128×0.6 mm，机架旋转时间0.3 s，螺距1.1～1.2，管电压100 kVp和140 kVp，管电流89 mA和76 mA，层厚5 mm，重建层厚1 mm，重建间隔1 mm，视野330 mm，扫描时间12 s。以5 ml/s注射碘海醇（350 mgI/ml）30 ml后，注射生理盐水50 ml。

采用人工智能触发扫描方式，将感兴趣区设于肺动脉主干，当CT值达50 HU时，延迟3 s后自动开始扫描。扫描采用实时曝光剂量调节技术（Care Dose 4D）。

1.3 图像后处理及分析 将原始图像传至西门子后处理工作站（Syngo Via），利用Dual energy软件获得优化单能谱及非线性融合图像。分别测量非线性融合图像（A组）、100 kVp图像（B组）、优化低单能谱图像（40+、50+、60+ keV，分别为C、D、E组）中肺段、亚段及亚亚段动脉、肺动脉主干同层面背部肌肉的CT值和噪声标准差SD值，计算信噪比（SNR）、CNR值。SNR=肺动脉CT值/SD值，CNR=（肺动脉CT值－肌肉CT值）/SD值。混合能量图像混合系数为0.6。测量CT值时避开有栓子的管腔，感兴趣区面积≥管腔最大层面的1/2。所有数据均测量3次，取平均值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件， 5组图像肺动脉分支的CT值、SD值、SNR及CNR值比较呈正态分布时采用单因素方差分析，方差齐时采用LSD检验，方差不齐时采用DunnettT3检验进行两两比较；采用Kruskal-Wallis检验分析非正态分布数据差异。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组CT值、SD值比较 C、D、E组肺动脉的CT值均显著高于A、B组，差异有统计学意义（P＜0.05）。C组肺动脉SD值最高，与A、B组图像差异有统计学意义（P＜0.05）。D组肺动脉SD值高于A组图像，差异有统计学意义（P＜0.05）；D组肺段动脉SD值高于B组图像，差异有统计学意义（P＜0.05）。E组亚亚段肺动脉SD值高于A组图像，差异有统计学意义（P＜0.05），与B组图像间差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1、图1。

表1 不同图像肺动脉CT值及SD值比较（±s，HU）

表1 不同图像肺动脉CT值及SD值比较（±s，HU）

注：C组肺段动脉SD值、A组亚段动脉SD值数据不符合正态分布，采用Kruskal-Wallis检验。与A组比较，*P＜0.05；与B组比较，#P＜0.05

分组 CT值SD值肺段动脉 亚段肺动脉 亚亚段肺动脉 肺段动脉 亚段肺动脉 亚亚段肺动脉A组 280.50±75.72 260.72±81.43 231.99±84.16 29.91±9.91 28.45（26.17，36.59） 28.66±14.45 B 组 295.66±65.72 282.03±84.00 252.95±89.44 37.09±9.79 40.68±13.31 50.48±18.46 C组 863.35±197.41*# 827.68±223.84*# 795.69±245.40*#66.25（60.82，80.00）*# 64.99±19.51*# 83.34±36.43*#D组 572.74±129.97*# 554.16±145.45*# 516.20±164.18*# 48.73±15.61*# 45.29±12.84* 65.20±28.12*E 组 397.56±88.46*# 383.12±101.71*# 349.67±110.00*# 36.00±9.95 35.42±10.20 54.59±23.68*

2.2 各组SNR值、CNR值比较 C组肺段动脉的SNR值高于A组，差异有统计学意义（P＜0.05）。C、D组亚段肺动脉的SNR值高于A组，差异有统计学意义（P＜0.05）。C、D、E组段和亚段肺动脉的SNR值均高于B组，差异有统计学意义（P＜0.05）。C、D、E组远端分支（亚亚段肺动脉）的SNR值与A组相比差异无统计学意义（P＞0.05），但高于B组，差异有统计学意义（P＜0.05）。各级肺动脉分支C、D、E组和A组的CNR值差异无统计学意义（P＞0.05），但高于B组的CNR值，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

图1 女，53岁，临床怀疑肺栓塞行双能量肺动脉CTA检查。非线性融合图像，测量左下肺段动脉CT值220.9 HU，SD值29.5（箭，A）；100 kVp图像，测量左下肺段动脉CT值228.0 HU，SD值44.0（箭，B）；40+ keV图像，测量左下肺段动脉CT值702.8 HU，SD值87.2（箭，C）；50+ keV图像，测量左下肺段动脉CT值475.9 HU，SD值43.7（箭，D）；60+ keV图像，测量左下肺段动脉CT值328.5 HU，SD值35.1（箭，E）

表2 不同图像肺动脉SNR值、CNR值比较（±s）

表2 不同图像肺动脉SNR值、CNR值比较（±s）

注：A组肺段动脉SNR、B组亚段动脉SNR、B～E组肺段动脉CNR、各组亚段动脉、亚亚段动脉CNR值数据不符合正态分布，采用Kruskal-Wallis检验。与A组比较，*P＜0.05；与B组比较，#P＜0.05

分组 SNR CNR肺段动脉 亚段肺动脉 亚亚段肺动脉 肺段动脉 亚段肺动脉 亚亚段肺动脉A组 8.77（8.75，11.19） 9.25±3.27 9.86±6.02 13.18±6.05 10.32（9.60，14.57） 8.45（7.85，12.77）B组 8.40±2.49 6.94（6.31，8.93） 5.69±2.91 6.18（6.02，8.39） 5.96（5.43，8.16） 5.26（4.54，7.30）C 组 13.73±5.50*# 14.25±6.54*# 11.08±5.27# 12.42（11.78，16.78）#11.74（11.10，16.23）#11.91（10.59，15.70）#D 组 12.86±4.72# 13.30±5.50*# 9.33±4.65 # 11.13（10.52，14.87）#10.67（9.98，14.48）# 9.98（9.07，13.64）#E 组 11.81±3.91# 11.77±4.81# 7.71±3.97# 9.65（9.12，12.76）# 9.60（8.54，12.42）# 8.30（7.49，11.40）#

3 讨论

近年来，CT技术的重大发展使肺动脉成像的空间分辨率及时间分辨率有了显著提高，CT肺动脉成像诊断肺栓塞的敏感度和特异度分别为83%～100%、89%～98%，已经成为诊断肺栓塞的首选检查方法[4-5]。然而，部分患者常有心肺疾病等合并症，血流动力学较差，导致其检查失败或者图像无法明确诊断，延误病情，使致残率和死亡率升高。此外，由于对比剂注射方式、速度、监测层面、监测阈值大小、延迟时间等扫描条件的设定不同及其限制，肺动脉远端分支往往显影浅淡，无法明确诊断是否存在栓子。本研究30例患者中，肺动脉高压4例，合并肺部感染、慢性阻塞性肺疾病21例，心率＞90次/分5例，上述不可控因素导致CTA肺动脉CT值较低（＜300 HU）且远端分支显影浅淡，无法做出准确诊断。

双能量CT肺动脉成像扫描可同时获得低管电压、高管电压、线性融合图像，并能够评估肺灌注情况。低管电压（100 kVp）图像能够相应地提高图像CT值，且图像质量优于线性融合图像，已经常规应用于临床诊断[6-8]。由于X线的衰减程度与X线能量成反比，采用不同能量的X线对同一组织进行扫描时，其X线衰减会有差异。采用单能谱后处理软件进行计算后，双能量数据可得到40～190 keV不同水平连续多组单能谱图像，其测量各物质的CT值等均相对稳定[9-11]。尽管低单能谱图像能够有效提高肺动脉CT值，但其图像噪声较大，无法应用于临床。最新研究表明，优化单能谱图像能够降低图像噪声，提高CNR，能够更明确地显示肿瘤的位置、边缘及提高血管对比度[11-13]。本研究结果显示，40+、50+、60+ keV图像肺段、亚段及亚亚段动脉CT值明显高于100 kVp图像，且3组SNR值、CNR值均高于100 kVp图像，提示优化后的低单能谱图像可有效提高肺动脉CT值及远端分支的显示，并且优化了图像的对比度。

非线性融合分别在CT值较低的部分高管电压图像和CT值较高的部分低管电压图像中信息所占比例较大，在此中间的数据按一定的斜率进行融合，即改变双能量的融合比例[12-14]。既往研究表明，非线性融合图像能够降低图像噪声，提高图像对比度，优于低能量图像和线性融合图像[15-17]。通过与非线性融合图像比较发现，3组单能谱图像中肺动脉分支CT值明显高于非线性融合图像（P＜0.05）。40+ keV图像中肺段、亚段动脉SNR值高于非线性融合图像（P＜0.05），亚亚段动脉SNR值与非线性融合图像差异无统计学意义（P＞0.05）。50+ keV图像亚段动脉SNR值高于optimum图像（P＜0.05），段、亚亚段动脉SNR值与非线性融合图像差异无统计学意义（P＞0.05）。60+ keV图像中段、亚段、亚亚段动脉的SNR值与非线性融合图像相当，差异无统计学意义（P＞0.05）。3组图像肺动脉分支的CNR值与optimum图像差异均无统计学意义（P＞0.05）。上述结果表明单能量优化技术提高了低能谱图像的SNR及CNR，图像质量与非线性融合图像相当，且肺动脉CT值明显升高。

总之，双能量肺动脉CTA低单能谱图像联合单能量优化技术能够有效提高肺动脉CT值，充分显示肺动脉远端分支，同时图像质量并无降低，甚至优于低管电压图像，并且与非线性融合图像相当。

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（本文编辑 张晓舟）

Advanced Virtual Monoenergetic Technique in Dual-source Dual-energy CT Pulmonary Angiography

LIANG XiaoxueGAO JianboLIANG LidanZHANG LeleLIU JieFU Li

PurposeTo quantitatively evaluate the ability of advanced virtual monoenergetic technique (monoplus) in improving the display of pulmonary arteries with dual-source CT dual-energy pulmonary angiography.Materials and MethodsThirty patients whose CT values in pulmonary artery and its branches were lower than 300 HU in mixed images while image quality was poor in distal branches were enrolled in this study.All these patients underwent dual-source dual-energy (100/Sn140 kVp) CT pulmonary angiography (CTPA) with small amount of contrast medium (30 ml) from September 2016 to December 2016.Non-linear blending images were assigned in group A,100 kVp images from one tube were assigned in group B,and optimized monoenergetic images with low keV monoplus (40+,50+,60+ keV) were assigned in group C,D and E,respectively.CT and SD values of segmental,subsegmental and distal branches were measured,and signal noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) were calculated.ResultsAmong all the 5 groups,CT values of pulmonary artery in group C,D and E were significantly higher than in group A and B (P＜0.05).SNR values of segmental artery in group C were significantly higher than those in group A (P＜0.05).SNR values of subsegmental artery in group C and D were significantly higher than those in group A (P＜0.05).SNR values of segmental and subsegmental pulmonary artery in group C,D and E were all significantly higher than those in group B (P＜0.05).The SNR values of distal branches in group C,D and E were not significantly different from those in group A (P＞0.05),but were significantly higher than those in group B (P＜0.05).CNR values in group C,D and E were not significantly different from those in group A (P＞0.05),but were significantly higher than those in group B(P＜0.05).ConclusionCombined with dual-source dual-energy CT pulmonary angiography,low keV monoplus images can effectively increase CT values of pulmonary artery and clearly display the distal branches.Meanwhile,the image quality is comparable with non-linear blending images,better than that of low tube voltage (100 kVp) images.

Tomography,X-ray computed; Pulmonary artery; Dual energy;Monoenergetic image

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.10.016

郑州大学第一附属医院放射科 河南郑州450001

高剑波

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China

Address Correspondence to:GAO JianboE-mail: cjr.gaojianbo@vip.163.com

R445.3

2017-06-16

修回日期：2017-07-20

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第10期：777-780

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (10): 777-780