能谱探测器CT在上腔静脉CT成像中的应用

王国蓉，王志伟，王怡宁，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730

·论著·

能谱探测器CT在上腔静脉CT成像中的应用

王国蓉，王志伟，王怡宁，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730

目的评估新一代能谱探测器CT在上腔静脉(SVC)CT成像中的应用价值。方法连续纳入30例患者，均接受胸部增强CT扫描，所有扫描图像重建为8个序列，包括120 kVp常规扫描成像及40、50、60、70、80、90、100 keV能级的能谱图像。在各组SVC管腔近、中、远段勾画感兴趣区，测量各个感兴趣区及前胸壁均匀脂肪组织的CT值和标准差值，计算图像信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)和每例患者所接受的有效剂量(ED)。由2名医师采用双盲法共同对图像质量进行主观评分。组间图像质量比较采用独立样本t检验，2名医师对图像质量的主观评分采用非参数检验，并计算Kappa(κ)值评价2名医师对图像质量分析的一致性。结果各个能级水平SVC管腔近、中、远段CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)。单能谱40 keV时SVC管腔平均CT值为(223.51±40.35)HU，SNR为13.56±4.18，CNR为24.15±6.58，明显高于其他各能级组和常规扫描组[CT值：(97.70±13.85)HU；SNR：4.59±1.41；CNR：9.69±2.81](P<0.005)。所有患者所接受的平均ED为(2.04±0.63)mSv。两位医师对图像质量的评分分别为1(1，2)、1(1，2)，差异无统计学意义(Z=-0.358，P=0.720)。两位医师对图像质量的主观评价具有非常好的一致性(κ=0.863，P=0.000)。结论应用能谱探测器CT可以良好地显示SVC，且显影最佳的单能谱能级是40 keV。

能谱探测器CT；上腔静脉；CT血管成像

临床工作中常会遇到涉及上腔静脉(superior vena cava，SVC)病变的患者，如胸部及纵隔占位累及SVC[1- 2]；先天性SVC发育异常如永存左位上腔静脉[3- 4]、上腔静脉血栓等。为了了解病变情况，使SVC清晰显影的检查方法必不可少。而传统的影像学方法对上腔静脉的显示存在难点，如：传统CT增强扫描对比剂在管腔内易形成分层状伪影，影响观察，尤其难以评价血栓性病变；大剂量碘对比剂延迟扫描方案虽然可以获得相对良好的显影效果，但含碘对比剂的使用会潜在存在发生对比剂肾病的风险[5]；磁共振扫描虽无物理辐射，但相对禁忌证较多，受呼吸运动等伪影影响明显；由于有肺组织遮盖，超声检查对评价SVC的效用有限[6]；数字减影血管造影被认为是诊断血管性疾病的“金标准”，但其为有创性检查，有引起并发症的风险，故不作为常规的检查方法。因此，在减少对比剂用量的前提下，又能保证上腔静脉准确显影成为亟待解决的问题。本研究拟评估新一代能谱探测器CT对上腔静脉准确显像的可行性，以期为今后的临床工作提供参考和帮助。

对象和方法

对象连续纳入2016年12月至2017年1月在北京协和医院就诊，临床提示SVC无明确病变且拟行胸部增强CT扫描的患者30例，其中男11例(36.7%)、女19例(63.3%)，平 均 年 龄 (61.0±11.4)岁，平均体质量指数(body mass index，BMI) (23.6±6.7)kg/m2。排除标准：18岁以下患者、孕妇或哺乳期妇女、呼吸配合不佳、碘对比剂过敏、严重心肝肾及呼吸功能不全患者。本研究经北京协和医院伦理委员会批准，所有患者在检查前均签署知情同意书。

扫描方法及图像处理30例患者均采用新一代能谱探测器CT(IQon，Philips Healthcare，Best，the Netherlands)进行胸部增强CT扫描。扫描时先做胸部屏气定位像，扫描范围自胸廓入口至膈肌水平。扫描参数为：管电压120 kVp；管电流采用智能mAs调控技术，调控指数为15；扫描采用前瞻心电门控技术，触发时相选择75% R-R间期，机架旋转速度 0.27 s/r。扫描完成后，获得常规CT图像和能谱CT图像。常规CT图像重建选用混合迭代重建方法，重建层厚1 mm，层间距1 mm。能谱探测器CT图像重建为能谱基础图像(spectral base image，SBI)，从能谱基础图像中可获得各单能谱图像(40、50、60、70、80、90、100 keV)，单能谱图像与常规CT图像使用相同的层厚和层间距。观察窗宽、窗位为750 HU、50 HU。对比剂采用碘帕醇(典比乐，含碘370 mgI/ml，上海博莱科信谊药业有限责任公司)。用双筒高压注射器在单侧前臂静脉注入对比剂，以3 ml/s的速率注入30 ml对比剂，之后以相同速率注入40 ml生理盐水，注入对比剂后延时60 s开始扫描。

图像分析

客观定量分析：对图像客观质量评估中感兴趣区 (regions of interest，ROIs) 的测量在飞利浦能谱工作站上进行，由1位3年以上放射科工作经验的医师进行，在某个系列的图像上(如常规扫描成像)使用圆形测量工具分别置于上腔静脉管腔的近段(ROI1)、中段(ROI2)和远段(ROI3)，将自动测量该区域的CT值和标准差(standard deviation，SD)值；同时将每个感兴趣区复制到其他能级的图像上进行测量，保证同一例患者各个能级下的3个ROI区域位置一致。感兴趣区应画的尽可能大且3个感兴趣区域的面积应尽可能保持一致(平均面积50 mm3)。同时测量前胸壁均匀脂肪组织的CT值和SD值，作为背景噪声。计算图像的信噪比 (signal to noise ratio，SNR) (SNR=管腔内3个感兴趣区的平均CT值/背景噪声SD值)和对比噪声比 (contrast to noise ratio，CNR)[CNR=(管腔内3个感兴趣区的平均CT值-前胸壁脂肪组织的CT值)/背景噪声SD值]

主观定性分析：由两位具有3年以上放射科工作经验的医师采用双盲法对图像质量进行主观评估，采用3级评分法：1级：图像质量良好，SVC管腔内对比剂充盈佳、均匀性好，观察不受限；2级：图像质量中等，SVC管腔内对比剂充盈尚可，其均匀程度低于1级，观察稍受限；3级：图像质量差，SVC管腔内对比剂充盈差、密度不均匀，观察明显受限。

辐射剂量记录CT机自动生成的剂量报告中的CT容积剂量指数 (CT dose index volume，CTDIvol)、有效剂量长度乘积 (effective dose-length product，DLP) 等剂量数据。每例患者完成本次检查所受的有效剂量 (effective dose，ED)=DLP×k，k为胸部权重因子，k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

统计学处理采用 SPSS 20.0统计软件，符合正态分布的计量资料均以均数±标准差表示，组间CT值、SNR、CNR差异的比较采用独立样本t检验，主观图像质量的评估采用非参数秩和检验，并计算Kappa (κ) 值评价两位医师对图像质量评分的一致性(κ值0.81～1.00为一致性非常好，0.61～0.80为一致性好，0.41～0.60为一致性一般，<0.40提示一致性差)，P<0.05 为差异有统计学意义。

结 果

客观图像质量比较30例患者中，各个单能谱能级水平上腔静脉管腔近、中、远段CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)(表1)。单能谱40 keV时上腔静脉平均CT值[(223.51±40.35)HU]、SNR值(13.56±4.18)及CNR值(24.15±6.58)明显高于其他能级组[50 keV：CT值(157.76±26.00)HU，t=7.501，P=0.000；SNR值10.45±3.01，t=3.307，P=0.002；CNR值19.66±5.26，t=2.916，P=0.000；60 keV：CT值(119.13±17.68)HU，t=12.977，P=0.000；SNR值8.11±2.26，t=6.283，P=0.000；CNR值16.20±4.26，t=5.555，P=0.000；70 keV：CT值(96.16±12.85)HU，t=16.469，P=0.000；SNR值6.59±1.78，t=8.409，P=0.000；CNR值13.86±3.63，t=7.495，P=0.000；80 keV：CT值(81.40±9.87)HU，t=18.736，P=0.000；SNR值5.58±1.48，t=9.861，P=0.000；CNR值12.30±3.23，t=8.845，P=0.000；90 keV：CT值(71.90±8.08)HU，t=20.177，P=0.000；SNR值4.92±1.30，t=10.820，P=0.000；CNR值11.28±2.99，t=9.746，P=0.000；100 keV：CT值(65.46±6.96)HU，t=21.140，P=0.000；SNR值4.46±1.16，t=11.489，P=0.000；CNR值10.57±2.81，t=10.388，P=0.000]及常规扫描组[CT值(97.70±13.85)HU，t=16.151，P=0.000；SNR值4.59±1.41，t=11.138，P=0.000；CNR值9.69±2.81，t=11.062，P=0.000](图1)。

表 1 各能级上腔静脉近、中、远段CT值比较(-±s)Table 1 Comparisons of CT values at the proximal end，middle part，and distal end in the superior vena cava among every monoenergetic spectral levels(-±s)

ROI1：上腔静脉近段；ROI2：上腔静脉中段；ROI3：上腔静脉远段；t1、P1：ROI1与ROI2比较；t2、P2：ROI1与ROI3比较；t3、P3：ROI2与ROI3比较

ROI1：the proximal end in the superior vena cava；ROI2：the middle part in the superior vena cava；ROI3：the distal end in the superior vena cava；t1，P1：ROI1vs. ROI2；t2，P2：ROI1vs. ROI3；t3，P3：ROI2vs.ROI3

A.常规扫描；B.能谱成像40 keV；C.能谱成像50 keV；D.能谱成像60 keV；E.能谱成像70 keV；F.能谱成像80 keV；G.能谱成像90 keV、H.能谱成像100 keV

A.conventional；B.monoenergetic 40 keV；C.monoenergetic 50 keV；D.monoenergetic 60 keV；E.monoenergetic 70 keV；F.monoenergetic 80 keV；G.monoenergetic 90 keV；H；monoenergetic 100 keV

图1女，55岁，胸闷，采用常规扫描成像及能谱成像获得的上腔静脉图像

Fig1Images of the superior vena cava generated by using conventional and monoenergetic restruction models in a 55-year-old woman presented with chest distress

主观图像质量比较两位医师对图像质量的评分分别为1(1，2)、1(1，2)，差异无统计学意义(Z=-0.358，P=0.720)。两名医师对图像质量的主观评价具有非常好的一致性(κ=0.863，P=0.000) (表2)。

辐射剂量所有患者所接受的平均ED为(2.04±0.63)mSv。

表 2 两位阅片者主观图像质量评分的一致性Table 2 Agreement of subjective image quality between two readers

讨 论

SVC由左右头臂静脉汇合而成，最终汇入右心房，参与血液循环。SVC是上半身及头、颈部血液静脉回流的主要通道[1]。SVC因血管壁薄、纵隔可扩张空间有限等，容易受到推压。许多胸部及纵隔病变如肺癌、淋巴瘤、恶性胸腺瘤等容易侵及SVC，造成上腔静脉综合征[7- 9]。若想明确SVC病变，主要在于定位及定性的诊断，临床工作中常使用增强CT扫描技术进行成像，本研究对象均为SVC正常患者，重点是为了比较不同能级水平下SVC的显示情况，探讨此技术的临床可行性，结果表明能谱探测器CT可以良好地显示SVC全程。

对于SVC成像，采用增强CT扫描时，注药部位(单侧或双侧肢体、上肢或下肢)、药物使用配比(纯对比剂或对比剂与水混合注入)等均会影响SVC显影情况。刘小兵[10]探究螺旋CT上腔静脉造影的最优对比剂注射方案及相关参数时，根据注射部位(单侧肘前静脉、下肢静脉、双侧肘前静脉)、注药速度(单、双侧肘前静脉：2 ml/s，下肢静脉：3 ml/s)及对比剂浓度(单侧肘前静脉和下肢静脉：300 mgI/ml；双侧肘前静脉：150 mgI/ml、100 mgI/ml、75 mgI/ml、50 mgI/ml)对70例SVC正常的受检者分组，最终结果表明经双侧肘前静脉以2 ml/s同时注射浓度为 75 mgI/ml对比剂，延迟25 s开始扫描是对SVC显影最理想的对比剂注射方案。Hyo-Cheol等[11]采用200 ml稀释后的对比剂溶液(碘对比剂∶0.9%生理盐水=1∶2)，双侧上肢静脉同时注射，延时50 s扫描，以达到显示SVC的目的。陈天武等[12]采用肘静脉注射纯对比剂碘普罗胺注射液(300 mgI/ml)或碘海醇(300 mgI/ml)80～100 ml，延时30 s对SVC显影，亦可对SVC管腔异常情况做出判断。本研究采用“30 ml碘帕醇对比剂以3 ml/s的速率经单侧前臂静脉注入，之后以相同速率注入40 ml生理盐水，延迟60 s扫描”方式对SVC显影，与前述研究相比较，不仅减少了对比剂用量、降低患者罹患对比剂肾病的风险；而且选择单侧前臂静脉注药，减轻了患者的痛苦。最终研究结果表明此用量模式可以实现对SVC的良好显影。

以往SVC成像常采用大剂量对比剂注射，如Sundaram等[13]采用130 ml碘对比剂对SVC成像，在注入对比剂后延迟期(60 s)SVC显像良好，CT值能达到(377±652) HU，研究患者所接受的平均ED为(7.9±2.1)mSv。Delesalle等[14]探讨能谱CT对胸部血管显像时，对比剂用量明显减少，使用84 ml碘对比剂，ED为(4.62±1.0)mSv。而本研究在新型能谱CT上对比剂用量(30 ml)进一步减少，辐射剂量[(2.04±0.63)mSv]也较前减低。对于能谱CT而言，能级越低，碘对比剂的衰减越少，因此，低能级有助于提高管腔内的对比度，使得显影更加清晰[15- 16]；而另一方面，图像噪声会随着能级的增加而减低[14]，本研究显示在40 keV时，图像的SNR和CNR最高，即图像质量最佳。本研究所用的IQon能谱CT相比传统CT，最突显的优势在于，它可以生成40～200 keV任意能级的多组单能谱图像，以便于在不同能级下清晰显示各组织器官的影像，有助于医师根据需求选择最佳能级图像，从而提高诊断的准确性。其次，能谱CT成像得到的单能量图像有利于消除硬化伪影[17]，提高图像的清晰度。

本研究在对比剂用量及辐射剂量减低的同时，选择最佳单能谱40 keV以达到对SVC的准确显影，对日后临床工作有着良好的应用前景。

本研究的局限性在于：(1)入组患者皆为上腔静脉无任何病变患者，主要着重于图像质量的评估，暂未在诊断准确性方面提供有力证据；(2)入组病例数较少，未能根据患者的相应临床症状进行细化。

综上，本研究结果显示，应用能谱探测器CT对上腔静脉显像时，最佳显影的单能谱能级为40 keV，用此种扫描方法既降低了受检者的辐射剂量，也减少了对比剂用量，值得在临床上进一步开展与应用。

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ApplicationoftheDual-layerSpectralDetectorCTintheCTAngiographyofSuperiorVenaCava

WANG Guorong，WANG Zhiwei，WANG Yining，JIN Zhengyu

Department of Radiology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

WANG Zhiwei Tel：010- 69155444，E-mail：zhiweiwang1981@sina.com

ObjectiveTo evaluate the application of the dual-layer spectral detector CT in the CT angiography of superior vena cava (SVC).MethodsTotally 30 consecutive patients who underwent chest enhanced CT in our center were enrolled in this study. Eight series of images were reconstructed，including the conventional images at 120 kVp and seven series of virtual monoenergetic spectral images at 40，50，60，70，80，90，and 100 keV. The regions of interest (ROIs) were placed at the level of the proximal end，middle part，and distal end in the SVC vessel. The CT values and standard deviations of these three ROIs and the lipid on prothroax wall were measured. The signal to noise ratio (SNR)，contrast to noise ratio (CNR)，and effective dose (ED) were calculated. In addition，the quality of images was evaluated by two blinded readers using a grading scheme. The differences in CT values，SNR，and CNR among groups were analyzed using the independentt-test. The quality of all images was compared using non-parametric test between two readers，and the consistency between two radiologists were evaluated by using Kappa (κ) value.ResultsThere was no significantly different attenuation value among three ROIs of the SVC for each monoenergetic images (allP>0.05). The SVC showed significantly higher attenuation value (223.51±40.35)HU，SNR 13.56±4.18 and CNR 24.15±6.58 in the 40 keV group than in other keV groups and the conventional group [attenuation value：(97.70±13.85)HU；SNR：4.59±1.41；CNR：9.69±2.81] (P<0.005). The mean ED was(2.04±0.63) mSv. The subjective diagnostic scores accessed from two radiologists were 1 (1，2) and 1 (1，2) (Z=-0.358，P=0.720). The subjective diagnostic quality values evaluated by two observers showed excellent consistency (κ=0.863，P=0.000).ConclusionAn optimal imaging of the SVC can be achieved on monoenergetic reconstructions at 40 keV by using the dual-layer spectral detector CT.

dual-layer spectral detector CT；superior vena cava；CT angiography

ActaAcadMedSin，2017,39(6)：806-811

国家临床重点专科建设项目(2014)Supported by the National Key Clinical Specialist Construction Programs of China(2014)

王志伟 电话：010- 69155444，电子邮件：zhiweiwang1981@sina.com

R814.42

A

1000- 503X(2017)06- 0806- 06

10.3881/j.issn.1000- 503X.2017.06.012

2017- 05- 01)