雙能量非線性融合技術補救非峰值肺動脈CTA圖像質量的應用價值

黃益龍， 韓丹， 蔣悅， 金弋人， 趙雯， 趙衛

·心血管影像學·

雙能量非線性融合技術補救非峰值肺動脈CTA圖像質量的應用價值

黃益龍， 韓丹， 蔣悅， 金弋人， 趙雯， 趙衛

目的：探討雙能量非線性融合(NLB)技術在補救非峰值肺動脈CTA圖像質量(主觀評分≤3分)中的應用價值。方法：回顧性搜集64例圖像質量主觀評分≤3分的肺動脈雙能CTA圖像(線性融合圖像，LB組)，將每例患者的原始圖像采用NLB技術進行后處理，獲得非線性融合圖像(NLB組)。比較兩組圖像上7支肺血管(肺動脈主干、右肺動脈、左肺動脈、左肺上葉動脈、左肺下葉動脈、右肺上葉動脈、右肺下葉動脈)、栓子及背部肌肉的CT值及其標準差(SD)、信號噪聲比(SNR)、對比噪聲比(CNR)和圖像質量主觀評分。主觀評分采用5分法，≤3分為非峰值圖像。結果：CT顯示肺動脈栓塞31例。NLB組7支肺血管CT值、SNR及CNR較LB組提高(P<0.05)。栓子平均CT值NLB組低于LB組，NLB組栓子CNR較LB組升高(P<0.05)，而NLB組血管層面背部肌肉平均CT值和SD與LB組相比，差異無統計學意義(P>0.05)。NLB組主觀評分高于LB組，主觀評分提高0.53分(P<0.05)。結論：NLB技術可提高圖像質量并增強肺栓子與血管對比度，補救非峰值肺動脈CTA圖像。

肺動脈栓塞； 雙能CT； 血管成像； 非線性融合技術； 圖像質量

肺動脈栓塞(pulmonary embolism，PE)是臨床常見急癥，致死率及致殘率均較高。CT肺動脈血管成像(CT pulmonary angiography，CTPA)已成為臨床診斷PE的首選檢查，但常因患者肺血管痙攣、心肺循環功能差、呼吸偽影及掃描技術等因素，導致圖像質量不佳，甚至影響準確診斷[1-2]。重復掃描則增加患者所接受的輻射劑量及經濟負擔。雙源CT雙能量單次掃描可同時獲得兩種電壓的圖像及系列衍生圖像。一般情況下線性融合(linear blending，LB)圖像已能滿足診斷要求。而非線性融合(non-linear blending，NLB)技術可以改進圖像質量。文獻報道NLB可明顯改善肝門靜脈和腫瘤病灶的圖像質量，目前尚未見NLB補救CTPA圖像質量的臨床應用[3-5]。因此，本研究對行雙能胸部CTPA檢查的非峰值LB圖像(主觀評分≤3分)采用NLB技術進行后處理，旨在評估NLB技術對改善和提高CTPA圖像質量的臨床應用價值。

材料與方法

1.研究對象

回顧性搜集2011年5月-2015年11月在本院行雙能胸部CTPA檢查(LB圖像)、且其圖像質量評分≤3分的64例患者的病例資料。其中男28例，女36例，年齡23～87歲，平均(62.16±16.00)歲。64例患者中31例CTPA診斷為肺栓塞，33例無肺栓塞征象。

2.檢查方法

使用Siemens Somatom第二代雙源CT機，采用雙能量掃描模式，掃描范圍自胸廓入口至膈肌水平，足頭方向。掃描參數：A/B管電壓80 kV/Sn140 kV，參考管電流200/85 mAs，Care dose 4D技術，64 i×0.6 mm，0.28 s/r，螺距0.45，層厚1 mm，層距0.7 mm，FBP重建。LB圖像融合權重因子M=0.6(相當于120 kV電壓掃描)。對比劑為碘普羅胺(370 mg I/mL)，注射流率5 mL/s，總量50 mL，隨后相同流率注射50 mL生理鹽水。采用對比劑團注跟蹤技術，監測平面位于右心室，觸發閾值100 HU，平均掃描時間4.98 s，延遲時間2.00 s。

3.圖像后處理及分析

掃描后自動獲得80 kV和Sn140 kV圖像及LB(M=0.6)圖像。采用Siemens后處理工作站(MMWP70212- VIA101174)和優化對比(Optimal Contrast)軟件，系統默認融合中心(blending center，BC)為150 HU，融合寬度(blending width，BW)為200 HU，獲得橫軸面NLB圖像，然后進行MPR、MIP及VR圖像重組。

4.圖像質量評價

圖像質量客觀評價：在橫軸面圖像上測量7支血管(肺動脈主干、右肺動脈、左肺動脈、左肺上葉動脈、左肺下葉動脈、右肺上葉動脈、右肺下葉動脈)及血管對應層面背部肌肉、栓子及栓子同層面相鄰血管的CT值及其SD。ROI置于血管分叉遠端1 厘米的位置，面積占各支血管或栓子截面積的70%～80%，避開鈣化或血管狹窄嚴重區域。血管部分栓塞的病例只測量栓子及同層面殘留血管腔，完全栓塞的病例則不測量。LB組和NLB組各ROI所在層面、位置及大小均保持一致。計算各支血管及栓子的信號噪聲比(SNR)和對比噪聲比(CNR)：

(1)

(2)

(3)

(4)

圖像質量主觀評價：窗寬700 HU、窗位100 HU，由2位診斷經驗豐富的醫師采用雙盲法5分制進行評分[6]。5分：圖像對比度優秀，可顯示第7級肺動脈血管分支，較好顯示肺動脈栓塞，可進行肺動脈栓塞診斷；4分：圖像對比度良好，可顯示5級肺動脈血管分支，可進行肺動脈栓塞診斷；3分：圖像對比度一般，可顯示第4級肺動脈血管分支，大致能夠滿足臨床診斷要求；2分：圖像對比度較差，肺動脈3級血管解剖結構顯示較模糊，分支血管不清，無法達到明確診斷要求；1分：圖像對比度差，肺動脈主干結構模糊，顯示不清，無法達到診斷要求。評分≤3分為非峰值圖像質量。可診斷率為評分3～5分的病例數量與患者總數的比值，優良率為評分4～5分的患者數與患者總數的比值。

5.統計學分析

使用SPSS 22.0統計學軟件。計量資料采用Shapiro-Wilk正態性檢驗，服從正態采用分別者采用兩組間配對t檢驗。非正態分布數據則采用中位數(上下四分位數)描述，選擇Wilcoxon檢驗進行分析。兩位觀察者圖像質量主觀評分的一致性采用Kappa分析。圖像質量評分非正態分布，采用非參數Mann-Whitney U檢驗比較組間差異。P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.血管圖像質量的客觀評價

LB組和NLB組中7支肺血管及相應層面背部肌肉CT值、SNR及CNR的測量值見圖1～2。NLB組7支血管的CT值及SD值、SNR及CNR較LB組提高，差異均有統計學意義(P<0.05)。NLB組血管對應層面背部肌肉的CT值較LB組降低，但兩組間差異無統計學意義(P>0.05)；但NLB組背部肌肉的SD值較LB組降低，差異有統計學意義(P<0.05)。

2.肺栓子的客觀評價結果(表1)

LB組和NLB組肺動脈栓子的CT值、SD、SNR、CNR及栓子相鄰血管CT值的測量結果及比較見表1。兩組間肺栓子CT值的差異無統計學意義(P>0.05)。與LB組比較，NLB組中肺栓子的SD值減低，SNR、CNR和栓子相鄰血管的CT值升高，差異均有

圖1 各支肺血管CT值的直方圖。NLB組7支肺動脈分支的CT值均高于LB組(P<0.05)。標準線表示標準差。ACT=肺動脈主干；BCT=右肺動脈；CCT=左肺動脈；DCT=左肺上葉動脈；ECT=左肺下葉動脈；FCT=右肺上葉動脈；GCT=右肺下葉動脈。 圖2 各支肺血管CNR的直方圖。NLB組7支肺動脈的CNR均高于LB組(P<0.05)。標準線表示標準差。ACNR=肺動脈主干；BCNR=右肺動脈；CCNR=左肺動脈；DCNR=左肺上葉動脈；ECNR=左肺下葉動脈；FCNR=右肺上葉動脈；GCNR=右肺下葉動脈。

指標LBNLBZ值P值CT值(HU)47．00(32．50，64．50)41．50(33．00，61．00)-1．5780．115SD(HU)28．00(23．00，33．25)22．50(18．25，28．50)-2．8360．005SNR1．40(1．20，2．60)1．69(1．30，3．15)-1．9770．048CNR11．8(8．00，14．93)20．04(11．53，27．70)-3．2960．001相鄰血管CT值(HU)355．00(300．05，416．50)469．50(397．50，534．75)-3．2970．001

注：LB組和NLB組各項數據采用中位數表示，括號內為四分位數。

統計學意義(P<0.05)。

3.兩組圖像的主觀評分結果(表2)

表2 兩組圖像的主觀評價結果 (例)

兩位醫師的主觀評分的一致性很好(Kappa值=0.672)。LB組和NLB組圖像質量的平均評分分別為2.44±0.62和2.97±0.78，差異有統計學意義(P<0.05)，通過NLB技術處理后圖像質量評分平均增高0.53分，其中LB組1～2分的圖像中43.75%(14/32)的評分增高，LB組3分的圖像中56.25%(18/32例)的評分增高，圖像的可診斷率由50.00%(32/64)提高到68.75%(44/64)，優良率提高了28.13%。

討 論

CTPA是確診肺動脈栓塞的最有效檢查方法，具有敏感性和特異性高、輻射劑量低、檢查快速簡便及相對無創等優點[7]。雙能量CTA檢查后采用融合技術進行圖像重建可獲得高對比度、低噪聲的圖像。線性融合技術(LB)將兩種能量掃描獲取的信息以固定比例融合，而非線性融合(NLB)技術能夠根據圖像中每個像素的不同，改變雙能量的融合比例，以此達到更好的融合效果。張帆等[8]體外研究發現，NLB圖像較線性融合圖像能更進一步提高圖像的SNR，增加圖像的對比度。多篇文獻報道NLB圖像可改善肝門靜脈和腫瘤病灶等的圖像質量[4-5]，但目前未見NLB技術對CTPA圖像處理的研究報道。本研究中采用的NLB后處理軟件(Optimum Contrast)采用的是Moidal融合，即改良的“S”形函數雙能量圖像融合，是根據80 kV圖像上每個像素的CT值、融合中心(BC)及融合寬度(BW)來決定該像素的融合比例，通過調整融合系數獲得最佳融合效果[3]。Paul等[9]對頸部LB比例的研究發現，M=0.6時圖像SNR和CNR最大。Lv等[10]比較了腹部多個血管LB(M=0.5)和NLB圖像采用單一融合系數(BC=150 HU，BW=200 HU)的圖像質量，結果顯示NLB對腹部血管的顯示更佳。本研究中LB融合權重因子M選擇0.6，即40%的80 kV與60%的140 kV圖像信息進行融合；而NLB采用默認融合系數BC和BW。

本組64例LB非峰值CTPA圖像(主觀圖像質量評分≤3分)采用NLB技術進行處理后，7支不同分級不同部位肺動脈血管的CT值、SNR及CNR均有明顯增高。由于CTPA圖像上肺血管的CT值均較高，NLB可使血管以80 kV能量信息成分為主，以此獲得高組織對比的圖像[10]。雖然血管噪聲略有增高，但不影響對各支血管的觀察，因此NLB主要應用于觀察血管病變。NLB圖像上背部肌肉的平均CT值與LB組比較無明顯差異，且噪聲降低，說明NLB技術不僅可提高血管的CT值，還可降低軟組織噪聲，有利于觀察周圍軟組織病變。有多位學者的研究結果顯示，NBL技術可提高門靜脈的CT值和CNR，顯著提高門靜脈與肝實質的對比[4,11-13]。NLB圖像上肺動脈更清晰銳利，且能顯示更遠端的血管分支。

圖3 女，87歲，雙肺下葉肺動脈栓塞。a)LB圖像，圖像質量欠佳，主觀評分為2分；b)同層面NLB圖像，血管對比度更高，栓子顯示更清楚(箭)，主觀評分為3分：c)LB圖像，可見左下葉肺動脈內栓子(箭)；d)同層面NLB圖像，顯示栓子的密度和圖像噪聲減低，鄰近血管內CT值增加，栓子與血管間的對比度更高(箭)；e)LB-MIP圖像，可見遠段血管顯示模糊(箭)；f)同層面NLB-MIP圖像，顯示的遠端細小血管分支更多且更加清晰(箭)。

本研究中，3分的LB圖像通過NLB后處理后28.13%圖像質量提高而成為優良圖像；≤2分的LB圖像，通過NLB后處理后37.5%的不可診斷、需重掃描的圖像轉變為可診斷圖像，避免了重復掃描所導致的輻射劑量的增加，同時節約了時間。但部分1～2分的圖像(20例)，經NLB處理后圖像質量的改善有限，仍需重新掃描。這可能是由于血管內對比劑含量極低、偽影過大或血管狹窄或痙攣程度較顯著等原因。通過調整NBL融合系數后門靜脈圖像質量較采用默認融合系數的圖像有明顯提高[5,13]，而本研究中未對是否能通過個性化調節融合系數來獲得更佳的CTPA融合圖像進行研究。

本組31例CTPA診斷有肺動脈栓塞的病例中，NLB圖像上肺動脈栓子的CNR明顯高于LB圖像，因為NLB技術一方面提高肺動脈栓子相鄰血管CT值，一方面可降低栓子的CT值和SD，從而可提高兩者間的對比度，能更加精確的觀察栓子的大小和范圍，更清晰地顯示栓子的形態、與管壁的關系及充盈缺損的類型等，可提高對肺動脈栓塞的診斷準確性。有研究發現，NLB技術可增加腫瘤與正常實質間的對比度，能更加明確 地顯示病灶大小、數目及邊緣等，從而降低漏診率[5,14]。本研究結果與此相符。此外，劉杰等[15]將NLB技術應用于主動脈CTA檢查中，發現這一技術可減少對比劑的用量。NLB技術能否減低CTPA檢查中的對比劑用量，尚有待研究。

綜上所述，雙能CTPA采用NBL后處理技術可提高及改善圖像質量，提高各級各部位肺動脈CT值和對比噪聲比，增強肺栓子與血管的對比度，從而可改善非峰值CTPA圖像的質量，彌補部分掃描不足。

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Application value of using dual energy CT with non-linear blending technique to improve the image quality of off-peak CTPA

HUANG Yi-long,HAN Dan,JIANG Yue,et al.

Department of Imaging，the First Affiliated Hospital of Kunming Medical University Yunnan,Kunming 650032,China

Objective：To investigate the application of non-linear blending technique with dual energy CT to improve the image quality on off-peak CTPA with the subjective score ≤3.Methods：The CT images of 64 patients undergone contrast-enhanced dual energy CT of chest were collected,the images were defined as linear blending group,their subjective score was ≤3 for image quality.The CT raw data of each patient were post-processed with non-linear blending technique.Therefore,images were divided into linear blending (LB) group and non-linear blending (NLB) group.The contrast image quality score,CT value and SD,SNR and CNR of 7 pulmonary arteries including pulmonary artery trunk,right pulmonary artery,left pulmonary artery,left upper lobe artery,left lower lobe pulmonary artery,right upper lobe pulmonary artery and right lower lobe artery,embolus and muscles at the back of chest were measured and calculated,as well as the subjective scoring of image quality was performed.Using 5 grade for the scoring,and ≤3 was judged as off-peak image.Result：31 cases showed pulmonary embolism (PE) on CTPA.The CT values、SNRs and CNRs of the 7 pulmonary arteries in NLB group were improved when compared with that of LB group,with significant statistic difference (P<0.05).The mean CT value of pulmonary embolus in NLB group was lower than that of LB group,and the CNR of embolus in NLB group was higher than that of LB group (P<0.05).The mean CT value and SD of the muscles at the back of chest in NLB group had no statistically significant difference when compared with that of LB group (P>0.05).The subjective image score of NLB group increased 0.53 when compared with that of LB group (P<0.05).Conclusion：The image quality could be improved by NBL technique,as well as the contrast of pulmonary embolus and artery could be enhanced， thus,the off-peak CTPA images could be rectified.

Pulmonary embolism； Dual-energy CT； Angiography； Non-linear blending technique； Image quality

650032 昆明，昆明醫科大學第一附屬醫院影像學科

黃益龍(1991-)，男，福建莆田人，碩士研究生，主要從事影像診斷工作。

韓丹，E-mail：kmhandan@sina.com

云南省創新團隊基金項目資助(2014HC018)；昆明醫科大學研究生創新基金資助 (KM2007L33)

R543.2； R814.42

A

1000-0313(2017)04-0383-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.04.019

2016-10-15

2017-01-08)