柔性减影CE-boost技术用于头颈部CT血管成像

李俊超,侯 娟,刘文亚*,赵梓程

[1.新疆医科大学第一附属医院影像中心,新疆 乌鲁木齐 830054;2.佳能医疗系统(中国)有限公司,北京 100015]

头颈部CT血管成像(CT angiography,CTA)对于诊断脑动脉瘤、头颈部血管畸形及缺血性卒中等脑血管疾病具有重要作用[1-3],但动脉充盈不佳可致末梢微小血管显示不清而影响诊断[4-5]。CTA血管增强程度与对比剂流率、浓度呈明显正相关,增加对比剂注射剂量可提高血管腔密度并更好地显示末梢微小血管[6-7],但可能增加对比剂肾病发生率[7]。柔性减影CE-boost是一种全新的血管增强后处理技术,无需增加对比剂流率或浓度即可获得比传统CTA成像更好的图像质量[8-11]。本研究观察CE-boost技术对于提高头颈部CTA图像质量的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2023年5月—7月于新疆医科大学第一附属医院接受头颈部CTA检查的疑诊头颈部血管病变患者,排除碘对比剂过敏、严重肾功能不全、妊娠期或哺乳期女性及图像存在严重金属伪影者后,最终纳入40例,男27例、女13例,年龄24～85岁、平均(59.6±12.5)岁。本研究获医院伦理委员会批准(K202305-22)。检查前患者均知情同意。

1.2 仪器与方法 采用Canon Aquilion ONE Genesis 320排螺旋CT扫描仪。嘱患者仰卧、头先进,自足侧向头侧扫描,范围包括主动脉弓至颅顶;参数:管电压120 kV;自动管电流模式,调节范围100～700 mA;准直器160×0.5 mm;转速0.5 s/rot;螺距0.806。平扫结束后使用双筒高压注射器以5 ml/s流率经右侧肘正中静脉注射50 ml碘海醇(370 mgI/ml),并以相同流率跟注20 ml生理盐水;采用自动团注追踪技术,将监测ROI置于主动脉弓层面降主动脉,触发阈值为200 HU。

以三维自适应迭代低剂量(adaptive iterative dose reduction 3D,AIDR 3D)算法重建,层厚1 mm,层间隔0.8 mm,获得常规CTA图像(A组);以SURESubtraction Iodine mapping软件对A组图像行后处理,经柔性减影CE-boost处理生成CE-boost图像(B组)。将2组图像数据传至Vitrea(Vital Images)工作站,行容积再现(volume rendering,VR)、最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)及多平面重组等。

1.3 评估图像质量

1.3.1 主观评估 由2名具有5年以上CT诊断经验的放射科医师分别评价2组图像质量,以5分制对整体图像质量(图1)、血管清晰度(图2)及血管树完整度(图3)进行评分。

图1 患者男,57岁,腔隙性脑梗死,颈部轴位CTA A.常规CTA图,整体图像质量主观评分为4分,左、右颈总动脉CT值分别为452 HU及446 HU; B.CE-boost图,整体图像质量主观评分为5分,左、右颈总动脉CT值分别为647 HU及636 HU 图2 患者女,65岁,脑梗死,颅内动脉MIP图 A.常规CTA图显示血管清晰度欠佳,主观评分为3分; B.CE-boost图主观评价结果为5分

图3 患者女,61岁,腔隙性脑梗死,颅内动脉VR图 A.常规CTA图显示末端分支动脉欠清晰,部分远端血管不可见,主观评分为4分; B.CE-boost图显示末端分支动脉较为清晰(箭),血管树更完整,评分5分

1.3.2 客观评估 于轴位图像所示主动脉弓(aortic arch,AA),颈总动脉(common carotid artery,CCA)起始部,颈内动脉(internal carotid artery,ICA)C1、C4段,椎动脉(vertebral artery,VA) V1、V4段,以及基底动脉(basilar artery,BA),大脑前动脉(anterior cerebral artery,ACA)A1、A3段,大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)M1、M3段,大脑后动脉(posterior cerebral artery,PCA)P1、P3段的远、近端设置ROI,将其置于血管中心,使其大小尽量接近管腔直径,避开血管壁及斑块测量平均CT值,以其内CT值的标准差(standard deviation,SD)作为图像噪声;以血管邻近组织[包括肌肉(胸锁乳突肌)及脑组织(半卵圆中心)]作为背景,测量其平均CT值和图像噪声,计算图像信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)及对比度噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR):SNR=CT血管/SD血管,CNR=[CT血管-CT肌肉(脑组织)]/SD肌肉(脑组织)。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s描述符合正态分布的计量资料,组间行配对t检验;以中位数(上下四分位数)描述偏态分布计量资料,组间行Wilcoxon符号秩检验。采用Cohen's Kappa检验评价观察者间评价结果的一致性:Kappa>0.8为几乎完全一致,0.6

2 结果

2.1 图像质量主观评价结果 观察者间评价整体图像质量(Kappa=0.626)、血管清晰度(Kappa=0.785)及血管树完整度(Kappa=0.729)基本一致,评估结果可靠性较高。B组图像在整体图像质量得分[5(5,5)]、血管清晰度得分[5(5,5)]及图像血管树完整度得分[5(5,5)]均高于A组图像[分别为4(4,5)、4(4,4)及5(4,5)](P均<0.001)。见表1。

表1 2组CTA图像质量主观评分结果

2.2 图像质量客观评价结果 B组颈段及颅内段各级动脉的平均CT值、SNR、CNR均高于A组(P均<0.001),见表2～4;B组AA、V1-VA、C1-ICA、A1-ACA、A3-ACA、M1-MCA、M3-MCA、P1-PCA段动脉噪声值均高于A组(P均<0.05);组间CCA、V4-VA、C4-ICA、BA、P3-PCA段动脉噪声差异无统计学意义(P均>0.05),见表5。组间血管周围肌肉组织CT值差异无统计学意义(P>0.05);B组脑组织CT值高于A组(P<0.05),见表2;B组肌肉、脑组织图像噪声均低于A组(P均<0.001),见表5。

表2 2组头颈部CTA图像各级动脉及周围背景CT值比较(HU)

表3 2组头颈部CTA图像中各级动脉SNR比较

表4 2组头颈部CTA图像中各级动脉CNR比较

表5 2组头颈部CTA图像中各级动脉周围背景噪声值比较(HU)

3 讨论

作为头颈部血管成像常用方法,头颈部CTA对于脑血管疾病的病因学诊断具有重要价值[12],但图像质量易受扫描技术、对比剂用量等因素影响[13]。

利用深度学习重建算法可改善头颈部CTA显示颅内小血管效果,相比传统滤波反投影和迭代重建算法,其图像噪声更低,SNR、CNR和空间分辨率更高[14]。柔性减影CE-boost为新兴后处理技术,适配于所有常规扫描图像,无需重建原始数据;通过将增强图像与平扫图像进行减影而获得血管碘图,并添加到经降噪处理后的原始增强图像中,以提升血管增强程度[11,13]。IIZUKA等[15]报道,使用CE-boost技术可极大提升主动脉瘤腔内修复术后Ⅱ型内漏腔的CT值、SNR及CNR,增强病变显示清晰度。

本研究中,B组图像中各级动脉的CT值明显高于A组。CT值增高可提升动脉的对比度和可见性、改善CTA图像分辨率,有助于更加清晰地显示细微结构,尤其对于颅脑细小动脉。SNR和CNR同样是评估CTA图像质量的重要指标[16]。本研究结果显示,B组图像中,随动脉管腔CT值提升,各级动脉的SNR和CNR亦显著增高。SNR提高意味着血管腔信号强于噪声,图像质量更好、血管结构更清晰,有助于检测和诊断血管疾病;同时,CNR较高即血管腔与周围组织之间对比更为明显,有助于准确识别和定位血管病变[17]。

本研究对CTA图像质量的主观评分结果显示,B组图像质量好于A组,显示动脉更为清晰,可更加完整地显示血管树;而客观评价结果显示,B组血管周围肌肉组织及脑组织的CT值较A组有所上升而噪声低于A组,且图像更加细腻、颗粒度及硬化伪影更小,与针对整体图像质量的主观评分结果相符;但本研究中B组图像血管噪声并无明显改善,与OTGONBAATAR等[8]的结果相符,可能与减影配准过程中降噪滤波不足有关。

综上,利用柔性减影 CE-boost 技术可提高头颈部CTA图像质量,使血管轮廓更加清晰、显示血管树更加完整。但本研究为单中心、回顾性分析,样本量较小,有待后续进一步完善。

利益冲突:全体作者声明无利益冲突。

作者贡献:李俊超研究设计和实施、撰写文章;侯娟数据分析;刘文亚研究设计、审阅文章;赵梓程统计分析。