能谱CT单能量技术优化头颈CTA图像质量研究

马光明，于勇，陈静，党珊，于楠，段海峰，窦越群

陕西中医药大学附属医院 影像科，陕西 咸阳 712000

引言

社会老龄化日益明显，卒中发病率亦逐步增加。缺血性脑卒中约占所有类型脑卒中的60%～80%[1]，而缺血性卒中的病理基础，是动脉粥斑块形成。因此，尽早检出颈动脉血管壁的基础病变并进行干预治疗是防治脑卒中的关键，而且可降低脑血管意外的发生率[2]。由于具有较好的空间分辨率和密度分辨率以及诊断准确率高等优势，头颈CT血管造影（CT Angiography，CTA）已成为筛查头颈血管性疾病的主要检查方法。然而，头颈CTA成像容易受颈椎横突孔和颅底骨质的干扰，血管与骨质结构紧密相邻，在常规CTA检查中，该区域血管的观察易受到骨质伪影的干扰，疾病诊断准确性降低[3]。头颈部CTA去骨减影法，能有效降低骨骼结构的干扰[4]。但此方法在去骨的同时，同样会导致动脉血管CT值的降低；在某些病例中，由于减影后动脉血管CT值较低，造成动脉血管成像效果不佳，进而可能影响诊断效果[5]。如何在不增加辐射剂量的同时优化图像，已是业界研究热点[6]。能谱CT利用高、低双能（80、140 kVp）瞬时切换（0.5 s内），一次检查可得到101组（40～140 keV）单能图像。在某一个能量水平噪声和对比相对均衡，而此时血管和其周围结构衰减差最大，同时噪声相对来说较低，而此时的能量水平就是最佳单能量图像。单能量技术既可以增加图像信噪比，同时能有效减少硬化伪影，对于血管显示具有一定优势，这些特点为优化头颈CTA图像质量提供了可行性[7-9]。但目前关于能谱CT单能量技术在头颈CTA中的应用，以及如何选择单能量水平，报道较少。因而，本文旨在评估能谱CT单能量技术在头颈联合CTA中对图像质量优化效果，评价其临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采集我院2018年6至12月疑似头颈部血管性疾病，而需要行头颈CTA检查的患者30例，其中女性12例，男性18例，平均年龄（59.56±8.99）岁，年龄45～67岁，体重（62.69±8.88）kg，BMI 为（23.23 ±2.62）kg/m²，以上患者均签署知情同意书。排除标准：① 造影剂过敏者；② 有心、肾、肝功能不全者；③ 有严重哮喘及甲状腺功能亢进者；④ 图像伪影较大影响数据测量的患者。

1.2 仪器与方法

采用通用电气能谱CT机（Discovery CT 750 HD），检查范围从主动脉弓到颅顶。扫描条件：高低电压（80、140 kVp）瞬时切换（0.5 s内），采用GSI-51扫描协议，层厚0.625 mm，螺距0.984：1，机架转速为0.5 s/r；造影剂用量50 mL（270 mgI/mL），经前臂静脉注入，速率4.5 mL/s；而后以相同流速注入40 mL生理盐水（0.9%氯化钠溶液）。应用团注触发扫描技术，主动脉弓水平放置监测点，阈值是100 HU。

1.3 数据处理及评价

检查完成后，重建60、65、70、75、80 keV共5组单能量图像，重建间隔和重建层厚为0.625 mm，自适应迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruct，ASIR）60%，将图像输入工作站3D软件中进行后处理分析。两名医师（工作10年以上）对图像质量应用4分制双盲法评分，参考以下标准：① 图像清晰无明显伪影；② 血管强化程度CT值在350～550 HU；③ 血管分支达4级以上；④ 血管强化均匀，以上每满足一个加1分。

测量上述5组图像主动脉弓、双侧颈总、颈内、双侧大脑中、胸锁乳突肌、脑实质的CT值，以及双侧颈总、颈内、胸锁乳突肌、脑实质SD值，对称的动脉血管求其CT和SD均值，计算出颈部血管的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。计算公式：CNR颈部血管=（目标血管CT值-胸锁乳突肌肉CT值）/胸锁乳突肌肉SD值，SNR颈部血管=目标血管CT值/目标血管SD值；CNR大脑中=（大脑中CT值-脑实质CT值）/脑实质SD值，SNR大脑中=大脑中CT值/脑实质SD。

1.4 统计学分析

2 结果

60 keV单能量图像显示最佳，见图1。包括60～80 keV（间隔5 keV）容积再现图像和曲面重建图像。

2.1 客观评价指标

主动脉弓、颈总、颈内及大脑中动脉的CT值随着能量水平提升60～80 keV，而逐渐下降，在60 keV最高，显著高于其他组（P＜0.05）；60 keV和65 keV组SNR、CNR值最大，和其他三组对比有统计学差异（P＜0.05），但其二者之间无统计学差异（P＞0.05），见表1。

表1 各组头颈部CTA图像CT值、SNR、CNR和主观评分结果对比（分）

2.2 主观评价指标

两名医师的评分结果一致性较好（Kappa值＞0.800）；60 keV组（3.64±0.49）分的主观评分最高，见表1。60 keV组主观评分较70 keV组、75 keV组、80 keV组分别增加约7.37%、47.97%、95.7%，60 keV组主观评分与65 keV组对比无统计学差异，但其均值高于65 keV组。

3 讨论

头颈部血管性疾病发病率日益升高，而早期的筛查并干预，可减轻个人和社会的负担[10-11]。头颈部CTA血管成像作为微创型成像技术，临床应用日趋广泛，其价值得到患者普遍认可[12]。头颈部解剖位置复杂，尤其是颅底及颈椎横突孔，骨质较多，易产生带状伪影，影响邻近血管结构的显示，从而影响诊断准确性。传统头颈CTA一般是通过增加造影剂浓度、造影剂剂量或增加辐射剂量等方式来提升头颈CTA图像质量，但这也会增加对比剂不良反应和潜在辐射损伤。随着医患双方对辐射防护和造影剂过敏的关注，如何在不增加剂量的前提下优化血管成像质量已成为业界关注的焦点。

宝石能谱CT利用80～140 kVp电压瞬时切换（0.5 s），可同时、同向得到不同keV单能量图像、基物质图、有效原子序数、能谱曲线等多参数数据。单能量图像由40 keV到140 keV共计101个能量水平，不同程度能量水平图像拥有各自特点，高能量穿透力强，组织间对比度小，而随着能量水平下降，其穿透力亦逐渐下降，图像的噪声随之增大，而不同结构组织间对比度提升，在某个能量水平可使血管和背景组织结构间对比度最高而图像噪声相对较低，并且此能量水平可使靶血管更好显示，从而优化血管成像[13]。本研究发现主动脉弓、颈总、颈内以及大脑中动脉CT值随着能量水平提升（60～80 keV），而逐步减低，在60 keV单能量水平最高，高于其他各组，这种特征提示我们在临床工作中，对于肾功能不全的病人，可以尝试降低造影剂用量或者使用低浓度造影剂，增强扫描后通过低keV图像的重建来满足临床需求，同样遇到高密度伪影（骨骼或高浓度对比剂伪影）可以适当提高keV重建来减少图像硬化伪影，优化图像质量。

本研究中应用宝石CT配置的ASIR算法，其重要特点是在原始数据空间，通过精准的模型迭代，并引入数据统计信息来进行降噪[14]。有效降噪为低keV能量水平优化图像质量提供了基础条件。于梓婷等[15]研究发现随着ASIR 0～100%权重不断增加，其降噪能力也随之提升，然而图像质量主观评分在ASIR 60%时最高，究其原因可能由于ASIR权重较大时图像噪声降低太多而出现“图像失真”现象。此外，Hahjigeorgiou等[16]研究证实，ASIR选取40%～60%的权重既有较好的降噪能力，亦不会出现最佳“图像失真”，因此本研究中采用ASIR 60%。

多个研究发现单能量技术可以优化腹部血管、支气管动脉、肺动脉、头颅血管，由于血管粗细、位置以及周围软组织不同，其最佳单能量水平也各有不同[17-19]。本研究以颈总、颈内以及大脑中动脉为目标血管，以胸锁乳突肌和脑实质作为背景，不管是SNR、CNR、还是图像质量主观评分，60 keV和65 keV时取值始终位于最高点，说明60 keV和65 keV为本研究的最佳单能量。此外，主动脉弓、颈总、颈内和大脑中动脉的CT值伴随能量水平提升而减低，而60 keV和65 keV组所测量血管的CT值均大于300 HU，符合增强要求，有利于血管显示[9]。分析其主要原因可能是由于碘的CT值会随着射线能量的变化而产生较大范围的波动，低kVp时含碘造影剂的血管CT值和对比度明显增加[20]。

综上所述，能谱CT单能量技术可增加头颈部血管CT值，提升靶血管和背景之间对比度，而头颈CTA最优单能量水平位于60 keV，这能给临床诊断提供更多帮助。