雙能量CT虛擬單能譜成像技術在腦動脈瘤夾閉術后評估中的應用

趙艷娥， 寧輝， 鄭玲， 張龍江， 陳國中， 周長圣， 盧光明

·雙能量CT影像學專題·

雙能量CT虛擬單能譜成像技術在腦動脈瘤夾閉術后評估中的應用

趙艷娥， 寧輝， 鄭玲， 張龍江， 陳國中， 周長圣， 盧光明

目的以常規顱腦CTA為對照，研究雙能量CT單能譜成像用于顱內動脈瘤頸夾閉術后評估的最佳能量范圍。方法對36例患者40組雙能量數據進行回顧性分析。采用雙能量單能譜軟件在60～100 keV之間每隔10 keV值進行單能量圖像重組，平均加權120 kV為常規CTA圖像，共6組圖像。分別測量每組圖像偽影影響最重的腦組織和血管CT值，評估線束硬化偽影和血管對比度，并對單能量和CTA圖像質量進行主觀評價。結果60～100 keV之間單能量圖像的動脈瘤夾金屬偽影分別為(116.9±73.0)、(72.4±37.3)、(49.8±27.0)、(34.8±20.7)和(26.7±18.2) HU。常規CTA圖像的硬化偽影(62.5±31.6) HU與70～80 keV單能量圖像差異無統計學意義(P>0.05)，80～100 keV的單能量圖像硬化偽影低于常規CTA。60～100 keV單能量圖像的血管對比度分別為(301.9±74.9)、(217.6±54.2)、(163.8±41.8)、(126.9±34.2)和(103.1±46.1) HU，常規CTA的血管對比度(183.5±48.8) HU與70～80 keV單能量圖像差異無統計學意義(P>0.05)。60～100 keV和常規CTA圖像質量為優和良的比例分別為20.0%、47.5%、85%、35%、15%、65%。結論雙能量CT成像用于顱內動脈瘤頸夾閉術后患者評估的最佳能量范圍是70～80 keV，80 keV有望成為最佳單能量成像點。

雙源雙能量CT；顱內動脈瘤；體層攝影術，X線計算機；偽影

隨著MSCT空間分辨力和時間分辨力不斷提高，MSCT腦血管成像已經成為臨床評估動脈瘤夾閉術后療效的主要檢查方法[1]，但由于金屬植入物具有明顯的線束硬化偽影，不僅影響CTA對術區解剖結構的顯示，還影響對術后并發癥的判斷。雙能量CT虛擬單能譜成像技術能降低線束硬化偽影[2]，但對于顱內動脈瘤夾閉植入術后的CTA評估，在降低線束硬化偽影的同時，還需要足夠的血管對比度。盡管雙能量CT虛擬單能譜成像技術的低keV單能量圖像能夠提高圖像的密度分辨力，提高血管內對比劑的密度，優化血管的顯示，但是圖像噪聲也隨之增大，金屬偽影加重；高keV單能量圖像有助于金屬偽影的去除，但是圖像對比度降低，血管顯示不清。所以需要尋找腦動脈瘤夾閉術后評估的最佳能量成像范圍。潘雪琳等[3]通過對48例顱內動脈瘤頸夾閉雙能量CT能譜成像進行分析，發現70 keV單能量圖像進行重建可獲得較好的圖像質量，但該研究沒有與常規CTA進行比較，因此70 keV圖像的線束硬化偽影是否低于常規CTA尚不明確，需要進一步研究。本研究將各單能量圖像與常規CTA圖像進行對照，旨在尋找雙能量CT虛擬單能譜成像技術對腦動脈瘤夾閉術后評估的最佳能量范圍。

材料與方法

1.病例資料

搜集2013年1月-2014月4月共36例因顱內動脈瘤行夾閉術后行頭顱雙能量CTA檢查的患者，其中4例患者行2次雙能量CTA，故共40組雙能量數據納入本組研究。36例患者中男17例，女19例，年齡35～76歲，平均59.94歲。動脈瘤夾閉術后CTA復查時間間隔為18小時至11個月。排除標準：碘對比劑過敏、孕婦、嚴重心腎功能不全患者。動脈瘤夾材料為磁鈦合金。

2.檢查方法

所有患者檢查前均簽署知情同意書。所有患者均在Siemens Somatom Definition Flash DSCT機上進行CT掃描。雙能量CTA掃描程序：首先進行常規掃描定位像，后行常規頭顱平掃，然后進行增強雙能量掃描，經右側肘前靜脈以3～4 mL/s流率應用雙筒高壓注射器注射對比劑碘普羅胺(300 mg I/mL) 70～80 mL，再以相同的流率注射40 mL生理鹽水。使用人工智能觸發掃描，觸發點定于頸總動脈分叉部，觸發閾值100 HU，延時5 s開始自動掃描。掃描范圍從下頜骨至顱頂，掃描方向由足側向頭側順動脈血流方向掃描，掃描時間5～7 s。掃描參數：2個球管電壓分別為140和80 kV，有效電流分別為51和213 mAs，準直器寬度64×2×0.6 mm，矩陣512×512，自動重建層厚0.75 mm，層間距0.5 mm，掃描螺距0.7，球管旋轉速度0.5 s/r。

3.影像重組及數據測量分析

掃描完成后，將自動重組的Sn140 kV、80 kV以及平均加權120 kV數據傳送到Siemens工作站SyngoMMWP VE36A，使用雙能量單能譜軟件(Monoenergytic)進行后處理分析。對60～100 keV的單能量數據每隔10 keV進行圖像重組，共5組單能量圖像。將平均加權120 kV圖像作為常規CTA圖像。

圖像硬化偽影：典型層面和測量方法參考潘雪琳等[3]的研究方法。a點位于動脈瘤夾偽影最重的腦組織即動脈瘤夾長軸的尾部；b點為a點的對稱點，位于無動脈瘤夾偽影的腦組織內(圖1)；計算a、b兩點CT值的差值即|CTa-CTb|，作為硬化偽影評估的定量指標。

血管對比度：c點盡量選擇在動脈瘤夾偽影影響最重的血管中央上，興趣區(regio of interest，ROI)覆蓋血管截面的70%～80%，d點選擇在影響最重血管附近的腦組織內(圖1)。計算c、d兩點CT值的差值即|CTc-CTd|，作為評估血管對比度的定量指標。

圖像質量主觀評價由兩位醫師共同完成。影像質量主觀評價按如下評分系統進行；1分，優秀，瘤夾周圍無偽影,周圍腦組織分辨清楚，血管顯示清晰，可以用于診斷；2分，良好，瘤夾周圍偽影小,周圍腦組織分辨尚清楚，血管顯示尚清晰，可以用于診斷；3分，差，瘤夾周圍偽影較大,周圍腦組織分辨模糊，血管顯示模糊，不能用于診斷。

4.統計學分析

采用SPSS 16.0軟件進行統計學分析，如數據符合正態分布，統計方法選取方差分析，方差齊性兩兩比較采用LSD方法，方差不齊時兩兩比較采用Tambane's T2；如數據符合偏態分布，則采用秩和檢驗進行比較。圖像質量評分比較采用χ2檢驗，將常規CTA質量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質量評分<3分的比率進行比較。以P<0.05為差異有統計學意義。

結果

1.硬化偽影結果分析

硬化偽影的|CTa-CTb|值分布狀態符合正態分布，方差分析結果顯示F值=24.89，P=0.001，組間差異有統計學意義。|CTa-CTb|值隨著單能量keV值升高而減低(表1)，60 keV硬化偽影最嚴重，與其它keV組和常規CTA差異均有統計學意義(P=0.001)；除了70 keV和80 keV、70 keV和常規CTA、80 keV和90 keV、80 keV和常規CTA差異無統計學意義(P值均>0.05)之外，其它組兩兩比較差異均有統計學意義(P值均<0.05)。

2.血管對比度分析結果

血管對比度的|CTc-CTd|值分布狀態符合正態分布，故采用多個獨立樣本方差分析統計方法，統計結果為F值=71.2，P<0.05，組間差異有統計學意義。|CTc-CTd|值隨著單能量keV值升高而減低(表2)，60 keV血管對比度最高，與其它keV組和常規CTA差異均有統計學意義(P=0.001)。除了70 keV和常規CTA、80 keV和常規CTA、90 keV和100 keV差異無統計學意義(P值均>0.05)之外，其它組兩兩比較差異均有統計學意義(P值均<0.05)。

表1 圖像線束硬化偽影結果分析 (HU)

注：*常規CTA的|CTa-CTb|值與不同keV組|CTa-CTb|值的兩兩比較結果。

3.圖像質量主觀評價結果

60～100 keV之間的單能量圖像和常規CTA圖像質量主觀評價結果見表3。經χ2檢驗，6組圖像質量的主觀評分差異有統計學意義(P<0.05)。60～100 keV圖像質量評分為優秀和良好者(評分<3分)所占比例分別為20.0%、47.5%、85%、35.0%、15%。常規CTA圖像質量評分為優秀和良好者所占比例為65%。常規CTA圖像的質量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質量評分<3分的比率進行χ2檢驗，結果顯示常規CTA組與70keV組差異無統計學意義(P>0.05)，與其它keV組差異均有統計學意義(P<0.05，表3)。本組1例左側大腦中動脈瘤夾閉術后60～100 keV虛擬單能量成像，肉眼觀察80 keV虛擬單能量圖像線束硬化偽影較少且血管對比度較高(圖2)。

表2 血管對比度分析結果 (HU)

注：*常規CTA的|CTc-CTd|值與不同keV組|CTc-CTd|的值兩兩比較結果。

圖1 興趣區測量示意圖。a點位于動脈瘤夾偽影最重的腦組織內；b點位于無動脈瘤夾偽影的腦組織，即a的對稱點；c點位于受動脈瘤夾偽影影響最重的血管；d點位于受動脈瘤夾偽影影響最重血管旁腦組織內。圖2 同一層面不同keV單能量頭顱橫軸面圖像，圖像窗寬、窗位相同。a) 60 keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影較重，影響左側大腦中動脈評估；b) 70 keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影較重；c) 80keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影明顯降低，血管顯示清晰；d) 90keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影消失，但腦血管對比度明顯下降；e) 100keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影消失，但腦血管對比度明顯下降。

表3 虛擬單能量成像圖像質量主觀評價結果 組(%)

注：*常規CTA圖像的質量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質量評分<3分的比率進行χ2檢驗的結果。

討論

硬化偽影是CT偽影之一，指相鄰的兩種組織因密度、厚度和結構差異較大而引起的一種偽影[4]。因為常規CTA掃描采用單一的管電壓，球管產生的是混雜各種能量的X光子的寬譜，衰減值較高的物質(如骨質和金屬等)會吸收較多低能量的X光子，而能量較高的光子會穿透該物質，這種不同比例的吸收特性會造成線束硬化偽影和金屬偽影，影響圖像質量。腦動脈瘤夾在CT圖像上產生的硬化偽影對術后評估主要有兩方面的影響，第一個方面是對腦實質的影響，這方面的影響主要為對術后腦實質的并發癥評估，比如腦梗死、腦出血，第二個方面是對腦血管的影響。

目前減少CT成像硬化偽影的方法很多，增加管電壓、降低掃描螺距可以降低金屬偽影，Mamourian等[5]建議的掃描螺距為0.6 mm。采用非螺旋掃描模式采集CTA圖像也可降低金屬偽影，Mamourian等[6]采用體外模型試驗證實了這一點，但此方法增加了患者的輻射劑量。相關文獻報道迭代重建技術結合薄層掃描有助于降低金屬偽影的影響[7]。另外，可采用硬化偽影小的金屬植入物治療，常用的動脈瘤夾材料成分是鈷鉻合金和鈦類合金，后者硬化偽影小于前者[8]。以上方法雖然能夠降低硬化偽影的影響，但并不能從根本上消除。消除CT偽影的理想方法就是球管只輸出單一能量的X線光子。通過雙能量CT掃描，根據金屬植入物對低能量X線的衰減系數最大，在高能量X線條件下其衰減系數減少了50%以上的特性[9]，采用Monoenergetic后處理軟件，將傳統X射線混合能量圖像重建成40～190 keV連續的151組虛擬單能量圖像，即雙能量CT虛擬單能譜成像技術，此技術的出現為降低金屬植入物的硬化偽影提供了一種新方法[10]。與常規CT降低線束偽影的方法相比，雙能量CT虛擬單能譜成像技術的主要優勢是在不增加患者輻射劑量的情況下[11]，一次掃描可同時獲得40～190 keV連續的151組單能量圖像，選擇合適的能量成像點可達到降低或消除硬化偽影的要求。第二代雙源CT通過能譜純化技術，可有效減少高能X線光譜中無效的低能成分，有效降低圖像噪聲。

本研究結果顯示對于顱內動脈瘤夾植入術后的患者，60 keV單能量圖像的血管對比度雖然最高，但動脈瘤夾周圍偽影較重，明顯高于常規CTA，并且80.0%的圖像質量評價為差，主要是因為動脈瘤夾金屬偽影在低keV時較重，影響了腦血管或周圍腦組織的術后評估，不適用于臨床評估。90～100 keV單能量圖像的動脈瘤夾偽影雖然較輕，但血管對比度較低，血管顯示不清晰，與常規CTA相比差異有統計學意義(P<0.05)，并且分別有65%和85%的圖像質量評價為差，故此范圍的單能量圖像亦不適合臨床評估。70～80 keV圖像不僅血管對比度高于其它單能量圖像，而且硬化偽影低于其它單能量圖像；經過圖像質量主觀評價，70～80 keV能量圖像質量評價為優和良的比例高于其它單能量圖像。綜上分析，70～80 keV能量圖像是動脈瘤夾閉患者術后評估的最佳能量成像范圍。通過與常規CTA比較，雖然70～80 keV能量圖像的線束硬化偽影與常規CTA差異無統計學意義，但是80 keV的|CTa-CTb|差值的均值略低于常規CTA，并且80 keV的血管CT均值為(203.5±36.8) HU，大于150 HU[3]。80 keV的主觀圖像質量評價為優和良的比例高于常規CTA和70 keV，而70 keV的硬化偽影略高于常規CTA，故80 keV能夠提供較常規CTA硬化偽影低并且有足夠血管對比度的圖像，有望成為動脈瘤夾閉患者術后評估的最佳能量成像點。這與文獻報道的動脈瘤夾植入術后患者最佳能譜成像點為70 keV[3]略有差異，主要原因可能是受偽影影響血管的定量評估指標不同。潘雪琳等[3]研究的d點選取在血管內，計算的是受偽影影響血管與未受偽影影響血管的CT值的差值，而本研究血管對比度計算的是受偽影影響血管的CT值與其鄰近腦組織CT值的差值。本研究圖像質量主觀評價發現52.5%(21/40)的70 keV單能量圖像由于偽影較重，影響周圍腦組織或血管的評估，但由于70 keV單能量圖像血管對比度較高，硬化偽影較輕的患者可選擇70 keV單能量圖像用于動脈瘤夾閉術后評估，以取得較高的血管對比度。

綜上所述，對于腦動脈瘤夾閉術后隨訪的患者，雙能量CT單能譜成像較好的單能量范圍是70～80 keV，80 keV能夠提供硬化偽影低于常規CTA并且血管對比度能夠滿足臨床評估要求的單能量圖像，有望作為動脈瘤夾閉術后雙能量CT單能譜成像的最佳能量點，為降低腦動脈瘤夾CT硬化偽影提供了一種新技術，具有很好的臨床應用前景。

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《放射學實踐》(英文稿)稿約

《放射學實踐》是由國家教育部主管，華中科技大學同濟醫學院主辦，與德國合辦的全國性影像學學術期刊，由國內著名影像專家郭俊淵教授擔任主編，創刊至今已28周年。本刊堅持服務廣大醫學影像醫務人員的辦刊方向，關注國內外影像醫學的新進展、新動態，全面介紹X線、CT、磁共振、介入放射及放射治療、超聲診斷、核醫學、影像技術學等醫學影像方面的新知識、新成果，受到廣大影像醫師的普遍喜愛。

本刊為國家科技部中國科技論文核心期刊、中國科學引文數據庫統計源期刊，在首屆《中國學術期刊(光盤版)檢索與評價數據規范》執行評優活動中，被評為《CAJ—CD規范》執行優秀期刊。

2012年始本刊擬在英文專欄刊發全英文文稿。

1.文稿應具科學性、創新性、邏輯性，并有理論和實踐意義。論點鮮明，資料可靠，數據準確，結論明確，文字簡練，層次清楚，打印工整。

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4.論著采用敘述式摘要。關鍵詞一般3～5個，請采用最新版的MeSH詞表(醫學主題詞注釋字順表)中的主題詞。MeSH詞表中無該詞時，方可用習用的自由詞。使用縮略語時，應在文中首次出現處寫明中、英文全稱。

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6.線條圖應另紙描繪，全圖外廓以矩形為宜，高寬比例約為5∶7，避免過于扁寬或狹長。照片圖須清晰，像素高，層次分明，圖題及圖解說明清楚。

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《放射學實踐》編輯部

TheapplicationofmonoenergeticimaginginpostoperativeevaluationofthepatientswithintracranialaneurysmclippingusingdualenergyCTangiography

ZHAO Yan-E,NING Hui,ZHENG Ling,et al.

Department of Medical Radiology,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command,PLA,Nanjing 210002,P.R.China

Objective:Using conventional CTA as control,to explore the optimal energy range for mono-energetic imaging of the dual-energy CT to evaluate the postoperative patient with intracranial aneurysm clipping.Methods40 sets of dual energy CT data from 36 patients were analyzed retrospectively.The dual-energy CT data were processed by using the mono-energetic software.Then single energy images were generated every 10keV ranging from 60 to 100 keV.The average weighted 120kV was set as conventional CTA image for comparison.In order to assess the beam hardening artifacts and vascular contrast,the CT value of cerebral tissue and blood vessels were measured,ROI were set on regions where were most severe affected by hardening artifacts.Reconstructed single energy images were assessed by two experienced radiologists blindly.ResultsThe CT value of metal hardening artifact of aneurysm clip were(116.9±73.0),(72.4±37.3),(49.8±27.0),(34.8±20.7) and(26.7±18.2)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was statistically significant difference between above CT value in each group and that in the conventional CTA image(62.5±31.6).The vascular contrast were(301.9±74.9),(217.6±54.2),(163.8±41.8),(126.9±34.2) and(103.1±46.1)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was no statistically significant difference of vascular contrast between the conventional CTA image(183.5±48.8)HU and 80 keV monoenergetic image.The ratios of excellent or good image quality of the single energy image were 20.0%,47.5%,85%,35.0%,15% for each group respectively and 65% for conventional CTA group.ConclusionThe optimal energy range of the dual-energetic imaging for postoperative evaluation of intracranial aneurysm neck clipping is from 70 to 80keV.The 80keV is suggested as the best setting point for single energy image because it has lower hardening artifacts while maintaining similar vascular contrast.

Dual energy CT; Intracranial aneurysm; Tomography,X-ray computed; Artifact

210002 南京，南方醫科大學附屬臨床醫學院/南京軍區南京總醫院醫學影像科(趙艷娥、鄭玲、張龍江、陳國中、周長圣、盧光明)；710077 中航工業西安醫院影像科(寧輝)

趙艷娥(1981-)，女，山東德州人，博士研究生，主治醫師，主要心血管影像診斷工作。

，盧光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R739.4; R814.42

A

1000-0313(2014)09-0988-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.002

2014-08-01

2014-08-28)