下肢能谱CT静脉成像最佳重建能级和自适应统计迭代重建权重

王诗耕,刘义军,李贝贝,王 旭,范 勇,童小雨,魏 巍,方 鑫

(大连医科大学附属第一医院放射科,辽宁 大连 116011)

下肢深静脉血栓(deep venous thrombosis, DVT)指下肢深静脉内血液异常凝结引起的静脉回流障碍性疾病,目前是仅次于脑血管和冠状动脉疾病的第三大血管疾病,其在我国的发病率逐年升高[1-2]。腘静脉段以上近端DVT和小腿深静脉等远端DVT易引发静脉瓣功能障碍或肺栓塞,准确、及时检出DVT非常重要[3-4]。下肢CT静脉成像(CT venography, CTV)能全面、直观地显示双侧下肢静脉,但其中DVT对比度欠佳[5-6]。能谱CT低能级单能量成像现已用于动脉成像[7];能谱CT自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction V, ASIR-V)算法可有效降低图像噪声。本研究探讨下肢能谱CTV最佳重建能级和ASIR-V权重。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2021年1月—2022年6月82例大连医科大学附属第一医院接受下肢CTV检查的疑诊DVT患者,男41例、女41例,年龄42～93岁、平均(65.9±10.8)岁,共192处血栓;均无心肺功能异常,且治疗后随访示血栓明显减少或消失;按扫描模式为常规120 kVp组(A组)和能谱扫描组(B组)。A组男20例、女22例,年龄52～92岁、平均(68.0±9.9)岁,体质量指数(body mass index, BMI)(24.67±4.21)kg/m2,共90处血栓;B组男21例、女19例,年龄42～93岁、平均(64.0±12.5)岁,BMI(24.31±3.55)kg/m2,共102处血栓。本研究经院伦理委员会审核批准(YJ-KY-2022-57),检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用 GE Revolution CT扫描仪。嘱患者仰卧、足先进,双手上举;经右肘正中静脉以流率3.5～4.0 ml/s注入150 ml碘佛醇(350 mgI/ml),跟注20～30 ml生理盐水,延迟210 s后自足底至膈肌上缘进行扫描。参数:A组,管电压120 kVp,自动管电流(100～600 mA);B组,采用宝石能谱成像(gemstone spectral imaging, GSI)模式,管电压80/140 kVp瞬时切换,管电流采用GSI Assist技术,噪声指数(noise index, NI)11;其余扫描参数相同:转速0.5 s/rot,螺距1.531∶1,层厚5 mm。

扫描结束后记录容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)和剂量长度乘积(dose-length product, DLP),计算有效剂量(effective dose, ED):ED=DLP×k,其中k=0.015 mSv/(mGy·cm),为腹部权重因子。

1.3 图像后处理 A组:重建40% ASIR-V图像;B组:重建40、50、60及70 keV单能量图像并分别结合40%、60%及80% ASIR-V;均采用标准Stnd卷积核,重建层厚、层间距均为1.25 mm;将所获13种图像传至GE AW4.7工作站行曲面重建(curve planar reconstruction, CPR)。

1.4 客观评价 基于2组轴位图像测量左肾动脉水平下腔静脉、左股骨头水平股静脉、左膝关节水平腘静脉、股骨上段股内侧肌的CT值和噪声(SD)。测量静脉时避开血管狭窄区域(若静脉段完全闭塞则以对侧相同静脉段替代)和金属植入物区域,将ROI置于管腔中央,使ROI面积占血管截面的70%～80%;测量股内侧肌时将约150 mm2ROI置于肌肉上。分别以股内侧肌为背景,计算上述静脉的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)和对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR):SNR=CT值静脉/SD背景,CNR=(CT值静脉-CT值背景)/SD背景。

1.5 主观评分 由2名具有5年以上工作经验的影像科医师采用盲法针对轴位图像和CPR显示静脉情况及血栓清晰度以5分法进行评分[6,8],取二者均值为最终结果;以≥3分为符合临床诊断要求。

1.6 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料,组间行t检验,或单因素方差分析及两两比较LSD法;以中位数(上下四分位数)表示不符合者,行Mann-WhitneyU检验。采用Friedman检验比较主观评分,以χ2检验比较其他计数资料。采用Kappa检验分析2名医师主观评分的一致性:以0.60≤Kappa<0.80为一致性高,Kappa≥0.80为一致性极高。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料及辐射剂量 A组CTDIvol、DLP和ED均高于B组(P均<0.05),见表1。

表1 接受下肢常规120 kVp扫描与能谱扫描的DVT患者一般资料及辐射剂量比较

2.2 客观评价 13种图像间,各静脉CT值、SD、SNR及CNR差异均有统计学意义(P均<0.001)。B组12种图像之间,ASIR-V权重一致时,不同keV图像中各静脉CT值、SD、SNR和CNR差异均有统计学意义(P均<0.05),且均随keV能级增加而降低;keV能级水平一致时,不同权重ASIR-V图像中,各静脉SD、SNR和CNR差异均有统计学意义(P均<0.05),而CT值差异均无统计学意义(P均>0.05),且随ASIR-V权重增加,SD减小、SNR和CNR增加。

B组40、50、60 keV图像中各静脉CT值均高于A组(P均<0.05);40、50、60、70 keV结合60%、80% ASIR-V图像中,除70 keV结合60% ASIR-V图像外,其余图像中各静脉SNR和CNR均高于A组(P均<0.05)。

2.3 主观评价 2名医师主观评分一致性高或极高(Kappa=0.725～0.957,P均<0.05)。

2.3.1 显示静脉 B组12组图像之间,ASIR-V权重一致时,不同keV图像主观评分差异均有统计学意义(P均<0.05),且随keV能级升高而呈先高后低趋势;keV能级水平一致时,除50 keV图像外,不同ASIR-V权重图像主观评分差异均有统计学意义(P均<0.05),随ASIR-V权重增加,评分呈先高后低趋势。50 keV结合40%、60%、80% ASIR-V图像主观评分最高(P均<0.05)。见表2及图1～2。

图1 A组患者,女,76岁,右下肢DVT 120 kVp 40% ASIR-V图示左下肢深静脉充盈良好,右下肢股腘静脉DVT(箭) 图2 B组患者,女,81岁,左下肢DVT 40(A)、50(B)、60(C)、70 keV(D)结合60% ASIR-V图示右下肢深静脉充盈良好,左下肢股腘静脉DVT(箭)

表2 A组与B组图像显示静脉主观评分比较

2.3.2 显示血栓清晰度 B组图像中,50 keV结合40%、60%、80% ASIR-V图像显示静脉主观评分最高,其间显示近、远端血栓清晰度主观评分差异均有统计学意义(P均<0.05);其中,近端血栓主观评分≥4者分别占比97.62%(41/42)、97.62%(41/42)及97.62%(41/42),均高于A组的68.42%(26/38),远端血栓主观评分≥4者分别占比83.33%(50/60)、91.67%(55/60)及80.00%(48/60),均高于A组的32.69%(17/52)。

B组上述3种图像显示近端DVT清晰度主观评分差异均无统计学差异(P均>0.05),显示远端DVT主观评分差异均有统计学意义(P均<0.05),且随ASIR-V权重增加而呈先高后低趋势。见表3及图3～6。

表3 A、B组图像显示血栓清晰度主观评分比较

3 讨论

能谱CT通过单源双能瞬时切换技术,可获得低keV(40～70 keV)图像以改善组织对比度、提升血管成像质量[7,9]。本研究以10 keV为能级间隔重建图像,观察下肢CTV最佳能级水平,发现ASIR-V权重一致时,B组各静脉CT值、SNR和CNR随keV能级增加而降低,这是由于随能级越低,光电效应占比增高,静脉内碘对比剂显影效果得以强化[10];但40 keV图像在大幅提升对比度的同时增加了图像噪声,显示静脉和血栓边缘效果欠佳,且部分容积效应使静脉与周围组织间界限不清[11]。相比A组图像,B组50 keV图像不仅增加了对比度,且较好地平衡了图像噪声,在显示细节的同时提高了成像质量,有助于显示DVT。

为提升静脉对比度,既往研究[6,8,12]以70 kVp行下肢CTV,相比常规120 kVp,虽辐射剂量有所降低,但静脉CT值仅增加约50%,且可见明显线束硬化伪影。ASIR-V图像重建算法可通过选择不同权重等级达到不同降噪效果[7]。80% ASIR-V过分改变噪声结构,使图像出现蜡状伪影而降低其层次感,影响肌肉与DVT、静脉与DVT分界,尤其对较小的远端DVT,可致其边缘锐化、轮廓不清而被忽略[13]。本研究50 keV图像中,虽然随ASIR-V权重升高,静脉SD逐渐降低、SNR和CNR升高,但显示静脉主观评分及显示DVT清晰度变化不大,以60% ASIR-V中显示血栓清晰度≥4分者占比最高。

综上,50 keV结合60% ASIR-V为能谱下肢CTV最佳重建方法。但本研究样本量有限,且未针对对比剂注射方案及不同辐射剂量等进行观察,有待后续进一步完善。