双能CT成像70 keV单能量图像在中央型肺癌支气管动脉成像中的应用研究

李旸, 王海彦, 杨泽宏， 李冬雪, 谢超

2017年国家癌症中心发布的中国最新癌症报告显示,肺癌居城市地区男性癌症发病率的第一位。肺癌的治疗方法包括手术、放疗和化疗,其治疗方式的选择取决于肿瘤的病理类型、肿瘤侵犯范围及是否转移。对于晚期或侵犯邻近重要脏器而无法手术切除的中央型肺癌,放疗易损伤心脏及大血管,经静脉化疗具有全身毒副作用,经支气管动脉行新辅助化疗和姑息化疗可显著提高肿瘤的可切除率,延长患者无疾病进展生存率和总生存率,改善患者生活质量[1]。中央型肺癌常导致咯血,大量出血会迅速危及患者生命,经支气管动脉栓塞可迅速且有效地控制出血[2]。由于支气管动脉的起源和分布个体差异较大,所以在介入治疗前对支气管动脉进行精准评估可提高手术成功率,减少患者插管创伤,降低患者和操作者的辐射剂量。

多层螺旋CT(multi-slice CT, MSCT)是肺癌最常用的检查方法。CT血管成像(CT angiography, CTA)能对冠状动脉、主动脉、脑动脉的解剖及形态进行准确评估。双能CT成像(dual-energy CT,DECT)是利用高低两种能量X线穿过组织的衰减差异进行成像,其能够计算并重建出单能量的图像,有利于提高局部组织的分辨率,特别是在血管成像方面[3]。目前关于DECT CTA在中央型肺癌的支气管动脉成像中的应用研究尚不多。本研究通过对比中央型肺癌DECT 70 keV单能量图像、混合能量图像及MSCT 120 kVp图像的支气管动脉CTA成像效果,探讨DECT 70 keV单能量成像在评估中央型肺癌供血血管支气管动脉中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取江苏省肿瘤医院和中山大学孙逸仙纪念医院2017年6月至2019年5月收治的中央型肺癌患者114例,其中男73例,女41例,年龄30～86(62.3±12.5)岁;均经病理诊断证实。纳入标准:①支气管纤维镜检查或穿刺证实的中央型肺癌;②术前行胸部CTA扫描,且CTA图像清晰、无伪影。排除标准:①检查前已行肿瘤切除和(或)接受放化疗;②因病情重无法配合检查或致图像伪影;③因对比剂过敏而未行CT增强检查患者。114例患者中来自中山大学孙逸仙纪念医院的61例为能谱扫描组,男38例,女23例,平均年龄(64.3±11.8)岁;来自江苏省肿瘤医院的53例为普通扫描组,男35例,女18例,平均年龄(60.2±13.5)岁,两组的性别构成(χ2=0.182)和年龄(t=1.730)差异均无统计学意义(P>0.05)。

1.2 CT检查方法 用美国通用公司GE Discovery CT750 HD宝石能谱64层螺旋CT进行检查。CT平扫后行CTA检查,自肘静脉高压注射对比剂(碘佛醇320),按剂量1.5～2.0 ml/kg计算对比剂用量,流速4～6 ml/s,自动触发扫描,触发点放置于升主动脉层面,触发阈值100 HU,采用一次屏气完整扫描,扫描方向为头至足。扫描范围自锁骨上窝上方2～3 cm至肺底。① 能谱扫描组采用能谱扫描模式,扫描参数:管电压分别为140 kVp和80 kVp,0.5 ms瞬间切换,最大管电流275 mAs,螺旋速度0.6 s,层厚1.25 mm,螺距0.984∶1。② 普通扫描组采用普通扫描模式,扫描参数:球管电压120 kVp,层厚1.25 mm,螺距0.984∶1,管电流299 mAs。

1.3 图像处理及分析 在扫描工作站(GE Discovery CT750 HD,美国通用公司)将原始图像数据重建为层厚1.25 mm、层距1 mm的连续薄层图像,能谱扫描组重建成70 keV单能量图像及混合能量图像,传输至后处理工作站(GE AW 4.6,美国通用公司),分别由两位高年资诊断医师对图像进行多平面重组(multiple plane reformation, MPR)、最大强度投影(maximum intensity projection, MIP)及容积再现(volume rendering, VR),MPR和MIP重建窗宽为350 HU,窗位50 HU。对能谱扫描组的70 keV单能量和混合能量图像,以及普通扫描组的120 kVp图像分别进行评价,判定中央型肺癌供血支气管动脉开口和1～3级分支显示情况。两位医师独立判读,如有不同意见则商量解决。

1.4 统计学方法 采用SPSS 26.0软件进行统计分析,计数资料采用例(%)表示,比较采用卡方检验,P<0.05为差异有统计学意义。一致性检验采用线性加权Kappa检验,Kappa≥0.75,一致性较好;0.75>Kappa≥0.4,一致性一般;Kappa<0.4,一致性较差。

2 结果

2.1 能谱扫描组与普通扫描组的临床病理情况分析 114例中央型肺癌患者的主要病理类型是腺癌和鳞癌;位于左肺57例,右肺57例,均以肺上叶为主;能谱扫描组与普通扫描组的病理类型和病灶部位差异无统计学意义,见表1。114例患者均可观察到多支支气管动脉供血,其中58例同时伴肺动脉供血。CTA表现为病灶侧支气管动脉管径增粗、走行迂曲及分支增多。其中105例(92.1%)中央型肺癌的支气管动脉来源于主动脉,9例(7.9%)为异位起源,来源于肋间后动脉。

表1 两组患者的临床病理情况比较 [例(%)]

2.2 支气管动脉CTA成像分析 两位医师对支气管动脉分支开口,1、2级分支显示的判定一致性良好(Kappa值均为1),3级分支开口显示均较好,其中70 keV单能量图像的Kappa值为0.95,能谱CT扫描混合能量图像的Kappa值为0.92,120 kVp CT扫描图像的Kappa值为0.87。支气管动脉CTA成像分析结果显示,在支气管动脉开口、1～2级支气管动脉分支显示上,70 keV单能量、混合能量及120 kVp CT扫描三者差异无统计学意义(χ2=0、2.343,P>0.05)。在3级支气管动脉分支显示上,70 keV单能量图像略优于混合能量图像(χ2=3.921,P=0.048),70 keV单能量及混合能量图像均明显优于120 kVp CT图像(χ2=10.506、23.260,P<0.01),见表2,图1～2。

表2 能谱CT 70 keV单能量图像、混合能量图像与普通120 kVp CT扫描图像显示中央型肺癌支气管动脉开口及分支情况比较

1A～1B:混合能量冠状位MIP(1A)及VR重建(1B);1C～1D:70 keV单能量冠状位MIP(1C)及VR重建(1D)。均能清楚显示支气管动脉(箭头所指)开口(降主动脉)、1～3级分支,混合能量图像上3级支气管动脉分支显示稍模糊图1 右肺下叶中央型肺癌行能谱CT支气管动脉CTA

2A～2B:120 kVp冠状位MIP(2A)及VR重建(2B),显示支气管动脉(箭头所指)开口(降主动脉)及1～2级分支,3级分支显示不清图2 右肺上叶中央型肺癌行普通CT增强扫描支气管动脉CTA

3 讨论

正常肺部血液循环包括肺静脉、肺动脉、支气管动脉和体循环静脉。肺动静脉的主要功能是气体交换,支气管动静脉的主要功能是为肺部淋巴组织、支气管和胸膜提供营养。血管生成是肿瘤发展和转移的必备条件。当肿瘤生长到一定阶段,会建立自身的血液供应为其生长提供营养[4]。肿瘤细胞的生长需要大量的营养,因此支气管动脉血流量增加、管腔扩张、管壁增厚、分支增多。动脉造影显示支气管动脉负责肺癌的血液供应[5]。本研究应用DECT及MSCT CTA成像显示结果与上述研究一致。

本研究还显示支气管动脉大多来源于主动脉,少数来源于肋间后动脉,与Baile[6]报道的一致。而一些学者认为支气管动脉和肺动脉共同参与了肺癌的血供[7]。正常人的肺动脉和支气管动脉不直接沟通。在恶性肿瘤的发展过程中,肺动脉受侵犯和破坏,然后形成纤维化并闭塞，使支气管动脉形成很多细小且短路的分支血管,并从肺部边缘向中央增殖,逐渐在肿瘤周围形成不成熟的血管网。随着肺循环阻塞时间的延长,促使支气管动脉循环增加而维持正常肺循环的血供。有学者利用对比剂优维显注射,依据血液动力学原理实验显示,当肺动脉阻断后,支气管动脉的血管循环阻力显著降低,表明在肺循环阻塞的情况下,支气管动脉的血流量增加。当肺动脉血流量阻断时,CT也显示对比剂回流入支气管动脉,表明肿瘤的发生导致支气管动脉和肺动脉相沟通[8]。

DECT及MSCT成像均能够对中央型肺癌肿块进行连续、多方位、多层面立体显示,并且利用MIP及VR技术进行CTA重建,能够清楚直观地显示支气管动脉的开口及分支走行情况。本研究中114例中央型肺癌患者的支气管动脉开口及1、2级分支均能够清晰显示,DECT与MSCT无明显差异。DECT单能量图像能够提高组织的分辨率,文献报道采用低剂量造影剂的DECT支气管动脉CTA成像与常规剂量造影剂的成像效果无明显差异[9]。既往研究表明,DECT 70 keV单能量图像相当于常规120 kVp下混合能量图像[10]。本研究结果表明,70 keV单能量CTA显示3级支气管动脉分支的效果略优于混合能量图像,而DECT 70 keV单能量及混合能量CTA均优于MSCT 120 kVp CTA。3级支气管动脉的显示有利于观察其与肺动脉分支的沟通情况,并且为肺癌大咯血患者责任血管的寻找,以及DSA超选择支气管动脉栓塞提供有力的证据及帮助。

综上所述,DECT 70 keV单能量CTA能够对中央型肺癌肿瘤供血支气管动脉开口及其分支走行进行全面的评估,能为肿瘤血供评估及介入治疗提供有力支持。