宝石CT肺动脉能谱成像最佳单能量图像的选择

李又洁 高宗辉 王明超 周 伟 马春忠

肺动脉CT 血管成像( CT pulmonary angiography，CTPA)因其方便和高效性已成为临床筛查肺栓塞的首选检查方法，且对肺栓塞具有较高的敏感度及特异度[1]。能谱CT诞生前一直使用混合能量（kVp）图像进行诊断，而近些年瞬时双kVp为核心技术的能谱CT彻底改变了常规CT传统诊断模式，在获得混合能量的同时得到单能量（keV）图像和基物质图像。经过近几年的应用和研究，能谱CT成像已经在全身各系统病变的诊断中获得了广泛的应用，取得了初步的成果[2-4]。单能量成像提供了优越的解剖图像，减少对比剂的用量，扩大了优质扫描的时间窗。本研究旨在探讨能谱CT低浓度对比剂肺动脉成像最佳单能量图像的选择。

方 法

1．研究对象

随机选取本院2015年10月至2017年2月期间门诊收治的可疑肺栓塞患者44例，所有患者均有不同程度胸闷、憋气症状。入选标准：体质指数（BMI）＜26的患者，无明确对比剂过敏史，无严重肝肾功能及心肺功能不全。检查前均签署知情同意书，其中男25例，女19例，年龄29～70岁、平均（54．16±7．85）岁。

2．检查方法

采用美国GE Discovery CT750 HD扫描仪，运用GSI扫描技术(管电流600mA， 80/140kV管电压快速切换)。准直器宽度40cm，螺距（pitch）1．375：1，层厚/层距5mm，重建层厚/层距1．25/0．625 mm。扫描范围自膈面下向上扫至肺尖部。注射对比剂威视派克(Visipaque 270； 270 mgI/ml)，流率4．5ml/s，平均用量 45ml；盐水注射流速 4．5ml/s，用量25ml。双筒高压注射器注射。应用智能跟踪触发扫描，将感兴趣区(ROI)设定在右心房或右心室，选择最小的诊断延迟时间，当兴趣区内CT值达到100 HU时，扫描自动开始。对比剂经右侧肘静脉注射，避开因左肘静脉汇入上腔静脉可能产生的横行高密度伪影影响双肺上叶动脉的观察；扫描方向选择自足向头也是为了避免过高的上腔静脉伪影。

3．图像后重组及观察分析

扫描后获得混合能量图像传至GE AW 4．6工作站上获得8组单能量图像（40～75 keV间距为5keV 的8组图像），采用容积再现(volume rendering，VR)、 最 大 密 度 投 影 (maximum intensity projection，MIP)、 曲 面 重 建（curve planar reformation， CPR）等对各组单能量图像肺动脉后重组显示与分析。由两名经验丰富的中级以上放射科医师按双盲法完成图像分析（包括主观评分和客观评价），主观评分过程中如有不同意见需协商一致解决。

3．1客观评价：指标包括图像CT值、噪声值（SD）、对比噪声比(CNR)、信噪比（SNR)。分别在8组单能量图像上选定相同层面和相同大小的ROI（ROI占管腔面积2/3），测量肺动脉主干（PA)的CT值及SD值、同层面均匀密实无硬化伪影的背阔肌(LD)CT值；设置4mm的

ROI，测量同层面肺动脉干上方、左侧、右侧的空气密度标准差计算平均值得出背景噪声（BN）。每幅图像的测量位置、范围均需通过复制、粘贴的方式保持绝对一致。根据公式SNRPA=CTPA/SDPA，CNRPA=(CTPA-CTLD)/BN计算肺动脉干的SNR和CNR值。

3．2主观评分： 从肺动脉各级分支的辨认情况、肌肉脂肪组织的显示情况及噪声三个方面对图像评分：①肺动脉各级分支辨认情况分为4级[5]：1分，主肺动脉、肺动脉干、叶动脉及肺段动脉（3级及以上分支）充盈强化良好，血管显示差，肺动脉与上腔静脉分界不清，无法进行诊断和评价；2分，亚段肺动脉（4级分支）充盈强化良好，血管显示尚可，与周围软组织对比尚良好；3分，5级分支充盈强化良好，血管显示基本清晰，与周围软组织对比基本良好；4分，6级及以上分支充盈强化良好，血管显示清晰，与周围软组织对比良好；②肌肉和脂肪组织的显示情况分为4级：1分，无法观察肌肉及脂肪间隙；2分，肌肉及脂肪间隙显示模糊；3分，肌肉及脂肪间隙显示稍模糊；4分，肌肉及脂肪间隙显示清晰；③图像噪声分为4级：1分，噪声大，颗粒感很强；2分，噪声中等，颗粒感较强；3分，噪声较小，颗粒感较轻；4分，噪声小，图像平滑细腻；在同样的窗宽(360 HU)和窗位(60 HU)下观察图像，以三方面评分的平均值作为图像质量评分。

4．放射剂量计算

有效剂量(effective dose，ED)=剂量长度乘积(DLP)×K[胸部 K=0．014mSv/(mGy·cm)][6]

5．统计学处理

统计学处理应用SPSS 13．0统计学软件，数据资料以均数±标准差表示，分别对8组单能量图像的CT值、SD值、SNR及CNR进行多个样本的方差齐性检验、单因素方差分析，并采用SNK检验进行组间两两比较，对所得主观评分结果进行多个样本比较的Wilcoxon符号秩检验。P＜0．05认为差异有统计学意义。

结 果

60～65keV单能图像显示最佳，见图1。

图1 A．60keV主肺动脉横断面图像；B．60keV主肺动脉冠状面图像；C．65keV主肺动脉横断面图像；D．65keV主肺动脉冠状面图像。

1．客观评价指标

单能图像肺动脉干CT值随着keV的增加逐渐减小（图2A）；图像的SD值随着keV的增加先快速减小，后缓慢增大，65keV时SD值相对最小（图2B)；SNR和CNR随keV增加先增大后减少，两者峰值在60-65keV（图2C）。

8组单能量图像的CT值、SD值、CNR、SNR见表1。其中65 keV组图像SD值最低，与其他组比较差异有统计学意义（P＜0．05）；60 keV和 65 keV组图像的CNR值亦明显高于其他组（P＜0．05），该两组间差异无统计意义(P=0．318)；60 keV组和65 keV组图像的SNR值明显高于其他组（P＜0．05)，该两组间差异无统计学意义（P=0．679）。

表1 8组单能量图像客观及主观评价结果（均数±标准差）

图2 客观评价指标和主观评分结果(A、B、C、D)。

2．主观评价指标（见图2D）

图像主观评分随着keV的增加先逐渐增高，后逐渐减低，60 keV组评分（3．78±0．26）最高，与其他组比较差异有统计学意义（P＜0．001）见表1。

3．放射剂量

本组研究中患者的体质指数（BMI）平均（23．99±1．91）；有效剂量 ED：(4．07±0．24)mSV，CTD：12．72mGy。

讨 论

传统CT成像球管产生X射线是混合能量的，穿过人体低能射线易被滤掉而产生线束硬化伪影，会产生物质CT值的“漂移”，而影响图像质量。能谱CT是以瞬时双kVp为核心技术，成像过程中使用140 kVp 和80 kVp 在瞬间（0．5ms）完成切换，一次扫描可以获得在时空上完美组合的两组一致的能量信息。两组数据信息在投影空间内相互匹配，通过在投影空间的重建，消除线束硬化伪影导致的物质CT值的“漂移”，从而得到40～140keV之间的一系列的101 组单能量图像[7]。在同一能量水平的单能量图像上，物质本身密度决定其衰减系数，故可保证同一物质的衰减系数恒定，在精准的硬化效果的校正基础上得到准确的图像。单能量图像在不同能量水平上具有不同特征，低能量X线穿透力弱，图像CT值和组织对比相应增高，但噪声增高[8]；高能量X线穿透力强，图像硬化伪影减少，但组织的对比减弱。本研究结果显示（图2A）：随着keV减小，肺动脉主干的CT值逐渐增大，40keV时CT值最大（754±113）HU，这种特征提示我们遇到肾功能不全的患者时，可以尝试减少对比剂用量或使用低浓度对比剂，扫描后通过低keV图像的重建来满足诊断需要；同样，在遇到上腔静脉高浓度伪影的干扰时，通过适度提高keV重建减少图像的硬化伪影，以此来提高诊断的准确性。

本研究结果中，图像的背景噪声也随着keV的减小而逐渐增大，40keV时SD值约（53．91±6．74）。只有当组织对比度与噪声值之间达到平衡，即衰减差异达到最大而噪声值相对较小，这时候获得的单能图像才是最佳keV图像[6]。在进行肺动脉病变诊断过程中需要兼顾两者，才能获得最佳图像以减少图像质量不佳导致的诊断误差。本研究中，能量水平在60～65keV时，肺动脉干图像的SNR（19．61±3．89）、CNR（29．25±9．50）值相对最高，图像的噪声值（SD值）相对最低（17．22±2．84）HU，图像主观评分最高（3．78±0．26）分。这与Cheng 等[9]研究中的最佳keV范围基本符合。在他们的研究中，使用高浓度对比剂（370mgI/ml）进行肺动脉能谱扫描，发现肺动脉栓子的最佳keV值为65～70 keV，此时图像具有较低的噪声和较高的CNR，并且能够满足临床诊断要求。对比上述研究结果发现，在本实验中使用低浓度对比剂（威视派克270mgI/ml）亦能进行肺动脉能谱成像，所获得的图像能够满足临床诊断要求。60keV时，肺动脉干的CT值平均（380±53）HU。符合Bae等[10]研究报道当肺动脉内CT值＞250 HU就能够达到诊断肺动脉栓塞的要求。本研究的最佳keV值略低于Cheng等的结果，两组图像的客观评价结果有一定的差别，考虑与两组研究中BMI及使用对比剂浓度不同有关，Cheng组的BMI高于本组病人，BMI的增大会引起背景噪声值的增大，从而影响图像质量，导致图像的SNR及CNR减小；另一方面，低浓度对比剂对图像质量会产生一定的影响。

近年来，CT血管成像所致的潜在致癌风险已经引起公众的高度重视和业内的广泛讨论[11]。尽管使用GSI技术，仍可以保持低剂量肺动脉成像，本研究中平均辐射剂量（4．07±0．24 mSV)，和既往报道的结果[12]相当甚至更低。之所以能够保证这么低的射线剂量主要与GSI扫描特点有关，扫描过程中，高管电压（140kVp)扫描只占整个扫描时间的1/3，其余2/3的时间切换为低管电压（80kVp）扫描；宝石探测器光电转换效率高，清空速度快，超高采样率与高清算法的结合，使得宝石CT可以在较低剂量条件下得到较高清晰度的图像等。

本研究局限之处在于实验中尚未分析对于肺动脉栓塞诊断的准确性，没有进一步与侵入式肺动脉造影结果作为对照。故目前的结果尚不能得出以下结论：使用宝石能谱CT GSI扫描检测肺动脉栓塞时，图像质量的提高一定能带来更高的诊断准确率，有待下一步研究证实。其次，本组患者的体质指数均在26以下，没有分析不同BMI组间图像质量的差异，尤其是当BMI大于26时，GSI扫描还能否得出以上结论，尚需进一步大样本多组比较分析。综上所述，使用低浓度对比剂可以在宝石能谱CT GSI扫描时使用，并且最佳的单能图像在60～65keV水平。