雙層探測(cè)器光譜CT腸系膜上動(dòng)脈成像：虛擬單能級(jí)圖像與常規(guī)圖像質(zhì)量對(duì)比

陳晨，魏曉磊，朱小倩，劉松，呂品，張冰

腸系膜上動(dòng)脈(superior mesenteric artery,SMA)由腹主動(dòng)脈發(fā)出，其分支供應(yīng)范圍廣泛，包括胰腺、十二指腸、空回腸及右半結(jié)腸等臟器。腸系膜上動(dòng)脈病變，如夾層、栓塞等，可導(dǎo)致腸道相應(yīng)供血節(jié)段發(fā)生急性缺血壞死，是臨床常見的急腹癥之一[1]。目前評(píng)價(jià)腸系膜上動(dòng)脈病變主要依賴于CT增強(qiáng)檢查，CTA可清晰地顯示腸系膜上動(dòng)脈的解剖結(jié)構(gòu)及管腔內(nèi)病變。既往通過增加對(duì)比劑用量或降低管電壓來提高血管與周圍組織的對(duì)比度，提高血管成像質(zhì)量，但會(huì)增加對(duì)比劑腎病的風(fēng)險(xiǎn)以及患者接受的輻射劑量。

近年來，隨著CT技術(shù)的發(fā)展，能譜CT在血管成像中得到了廣泛應(yīng)用[2-3]，能譜CT虛擬單能級(jí)圖像(virtual mono-energetic images,VMIs)可減少對(duì)比劑的用量，降低輻射劑量，而不影響血管成像質(zhì)量。雙層探測(cè)器光譜CT在能譜CT技術(shù)上基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，掃描時(shí)間更短，后處理速度更快，輻射劑量更低，能夠應(yīng)用于常規(guī)掃描中，提供能譜數(shù)據(jù)“回顧性分析”功能。但是目前對(duì)此項(xiàng)技術(shù)在腸系膜上動(dòng)脈成像中的應(yīng)用價(jià)值的相關(guān)研究較少[4]，且樣本量較小。因此，本研究通過分析雙層探測(cè)器光譜CT不同keV條件下腸系膜上動(dòng)脈的圖像質(zhì)量，旨在評(píng)估雙層探測(cè)器光譜CT在腸系膜上動(dòng)脈中的應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析2019年4月-2019年10月在本院行腹部CT增強(qiáng)掃描的連續(xù)病例的臨床和CT圖像。納入標(biāo)準(zhǔn)：①有完整的腹部CT平掃及動(dòng)脈期、靜脈期增強(qiáng)掃描圖像；②動(dòng)脈期和靜脈期均采用能譜掃描模式。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腹部手術(shù)史；②有腹部疾病，且可能影響到腸系膜上動(dòng)脈；③圖像有明顯偽影(呼吸運(yùn)動(dòng)不佳或腰椎內(nèi)固定偽影)。最終納入105例患者，男59例，女46例，年齡16～86歲，平均(50.3±13.7)歲。

2.檢查參數(shù)

使用Philips IQon雙層探測(cè)器光譜CT，掃描范圍自膈肌頂部至恥骨聯(lián)合下緣，掃描參數(shù)：自動(dòng)mAs技術(shù)，120 kVp，層厚5.0 mm，螺距1.020，0.5 s/r。動(dòng)脈期和靜脈期掃描分別在注射對(duì)比劑后30和70 s完成。使用高壓注射器經(jīng)肘靜脈注射對(duì)比劑碘佛醇(320 mg I/mL)，總量80～100 mL，注射流率3.0 mL/s，之后再以1.5 mL/s的流率注射生理鹽水15 mL。掃描完成后，獲得常規(guī)CT圖像和能譜CT圖像。常規(guī)CT圖像采用混合迭代重建算法；能譜CT圖像采用投影空間光譜重建，得到全息光譜圖像(spectral based image,SBI)。在Philips Intellispace Portal工作站上利用SBI生成40～200 keV不同能級(jí)水平(間隔10 keV)的VMIs，重建層厚均為1.0 mm。

3.圖像分析

客觀評(píng)價(jià)：由一位放射科醫(yī)師在Philips SpDS(Spectral Diagnostic Suite 9.0)圖像工作站上對(duì)常規(guī)CT圖像和VMIs進(jìn)行定量評(píng)估。分別在腸系膜上動(dòng)脈及同層面圖像上的豎脊肌和皮下脂肪內(nèi)勾畫ROI(面積約15 mm2)，測(cè)量CT值及其標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)。將所勾畫的ROI采用復(fù)制粘貼的方式，用于其它組圖像和不同部位的測(cè)量，保證每例患者每組圖像的每個(gè)部位所對(duì)應(yīng)ROI的形態(tài)、位置以及大小保持一致。SMA內(nèi)的ROI放置于血管中心，避開血管周圍的鈣化斑塊；豎脊肌內(nèi)的ROI，則應(yīng)該避開周圍脂肪組織。每個(gè)部位采用同樣的方法測(cè)量3次，取平均值。按照公式(1)和(2)計(jì)算圖像的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio,CNR)[5]：

(1)

(2)

其中，CTSMA和CT豎脊肌分別為腸系膜上動(dòng)脈和豎脊肌的平均CT值，SDSMA和SD脂肪分別為腸系膜上動(dòng)脈和皮下脂肪的CT值標(biāo)準(zhǔn)差的平均值，SD脂肪代表圖像噪聲。

主觀評(píng)價(jià)：由兩位分別具有2年及10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對(duì)常規(guī)CT圖像和VMIs進(jìn)行主觀質(zhì)量評(píng)估，最終得分由兩位協(xié)商得出。在容積重建(volume rendering,VR)圖像中，采用相同的重建角度，應(yīng)用5級(jí)評(píng)分法[6]對(duì)腸系膜上動(dòng)脈的成像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。5分：血管信號(hào)強(qiáng)度非常好，血管邊緣非常銳利；4分：血管信號(hào)強(qiáng)度好，血管邊緣比較銳利；3分：血管信號(hào)強(qiáng)度適中，血管邊緣基本銳利；2分：血管信號(hào)強(qiáng)度差，血管邊緣欠清晰；1分：血管信號(hào)強(qiáng)度很差，血管邊緣模糊。同時(shí)，在VR圖像中，對(duì)可觀察到的腸系膜上動(dòng)脈的分支數(shù)進(jìn)行評(píng)估：每增加一個(gè)分支或?qū)僦剑梅衷黾?分。

4.統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS 22.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用Pearson相關(guān)分析進(jìn)行不同單能級(jí)水平與圖像SNR、CNR的相關(guān)性分析；根據(jù)正態(tài)分布檢驗(yàn)結(jié)果，組間差異性分析采用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

常規(guī)圖像與不同單能級(jí)水平腸系膜上動(dòng)脈的CT值、圖像的SNR、CNR和噪聲見表1。隨著能級(jí)水平的提高，圖像的SNR和CNR顯著降低(r值分別為-0.891和-0.810，P值均<0.001)，其中40keV組圖像的SNR和CNR最高。

表1 常規(guī)圖像和不同能級(jí)圖像上圖像質(zhì)量定量參數(shù)值

本研究中進(jìn)一步比較了40 keV單能級(jí)圖像與常規(guī)圖像的SNR、CNR及圖像噪聲(表2)，結(jié)果顯示40 keV組圖像的SNR和CNR顯著高于常規(guī)圖像，而圖像噪聲低于常規(guī)圖像，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.001)。

表2 兩種圖像客觀圖像質(zhì)量參數(shù)的比較

2.圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)

對(duì)常規(guī)圖像和40 keV圖像的VR圖像上SMA的圖像質(zhì)量主觀評(píng)估結(jié)果見表3。兩組圖像在信號(hào)強(qiáng)度、邊緣銳利度與腸系膜上動(dòng)脈分支顯示方面，均具有顯著差異(P值均<0.001)，40 keV單能級(jí)圖像顯著優(yōu)于常規(guī)圖像(圖1)。

表3 常規(guī)和40keV圖像上SMA成像質(zhì)量的主觀評(píng)估

討 論

CT血管成像(CTA)可以清晰地顯示腸系膜上動(dòng)脈的起源和解剖變異，并可進(jìn)一步評(píng)估管腔內(nèi)病變，能夠直觀、快速和無創(chuàng)地顯示病變部位、程度及相應(yīng)的受累腸段。目前，CTA已經(jīng)取代血管造影，成為SMA病變的臨床診斷和外科手術(shù)前最重要的檢查方法[1]。雙層探測(cè)器光譜CT通過產(chǎn)生40～200 keV范圍內(nèi)不同keV水平的單能級(jí)圖像，可以進(jìn)一步地提高CTA的圖像質(zhì)量[7]。

本研究結(jié)果表明，在不同能級(jí)的VMIs中，40 keV圖像的SNR和CNR最高，腸系膜上動(dòng)脈顯示最佳；隨著能級(jí)水平的提高，SNR和CNR逐漸降低，呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.891和-0.810(P<0.001)。低keV水平單能級(jí)圖像受光電效應(yīng)的影響最大，碘的衰減值最大，血管對(duì)比度高，因此，圖像的SNR和CNR也越高[8]。

進(jìn)一步對(duì)常規(guī)混合能級(jí)圖像與40 keV單能級(jí)圖像的圖像質(zhì)量進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示40 keV單能級(jí)圖像的SNR和CNR均顯著高于常規(guī)圖像(P<0.001)。這與Doerner等[7]的研究結(jié)果相符，在對(duì)胸部腫瘤患者的胸部CT增強(qiáng)圖像的研究中，亦發(fā)現(xiàn)單能級(jí)圖像的CT值、SNR和CNR均隨著能級(jí)水平的增加而降低，低能級(jí)(40～70 keV)重建的單能級(jí)圖像的SNR和CNR顯著高于常規(guī)圖像。

在對(duì)腸系膜血管能譜CTA圖像質(zhì)量的研究中，Yin等[4]研究發(fā)現(xiàn)最佳單能級(jí)+40%自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技術(shù)可以顯著改善腸系膜上動(dòng)脈和靜脈的成像質(zhì)量，其次是最佳單能級(jí)重建圖像。Wang等[9]對(duì)下肢動(dòng)脈閉塞性疾病患者進(jìn)行下肢動(dòng)脈成像研究，結(jié)果顯示能譜CT最佳單能級(jí)圖像的質(zhì)量優(yōu)于混合能級(jí)圖像。大量研究結(jié)果表明單能級(jí)重建圖像的圖像質(zhì)量優(yōu)于常規(guī)圖像，但研究多集中于最佳單能級(jí)水平的圖像質(zhì)量，并沒有比較不同keV單能級(jí)圖像的圖像質(zhì)量。

本研究中對(duì)SMA成像質(zhì)量的主觀評(píng)估結(jié)果顯示，40 keV圖像上SMA的信號(hào)強(qiáng)度、邊緣銳利度以及分支血管顯示情況均顯著優(yōu)于常規(guī)圖像(P均<0.001)，對(duì)SMA分支血管的顯示數(shù)較常規(guī)圖像平均提高8.04±4.03，這一結(jié)果也進(jìn)一步佐證了客觀評(píng)估的結(jié)論。此外，在圖像噪聲水平方面，與Doerner等[10]的另一項(xiàng)關(guān)于腹部血管成像的研究結(jié)果顯示，40 keV單能級(jí)圖像的噪聲要高于常規(guī)圖像，盡管差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.99)。而本組研究結(jié)果顯示40 keV單能級(jí)圖像的噪聲水平要低于常規(guī)圖像，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。

本研究存在一些不足之處：首先，由于本研究屬于回顧性分析，因此無法分析低對(duì)比劑濃度、低輻射劑量時(shí)雙層探測(cè)器光譜CT在SMA成像中的圖像質(zhì)量；其次，由于本研究側(cè)重于圖像質(zhì)量，無法在腸系膜上動(dòng)脈病變的診斷性能上提供有效證據(jù)；此外，本研究屬于單中心研究，研究結(jié)果還需要在多中心、更大樣本量中得到證實(shí)。

綜上所述，在腸系膜上動(dòng)脈CTA檢查中，雙層探測(cè)器光譜CT 40 keV單能級(jí)圖像較常規(guī)圖像的CNR和SNR顯著提高，在血管信號(hào)強(qiáng)度、邊緣銳利度以及分支血管的顯示方面也較常規(guī)圖像顯著提高，在對(duì)腸系膜上動(dòng)脈病變的臨床評(píng)估中可提供幫助，有望進(jìn)一步拓展其臨床應(yīng)用范圍。