基于雙層探測器的光譜CT 虛擬單能量圖像優化門靜脈血管圖像質量的研究

楊立平，李福興，王慧穎，劉秀杰，高萬軍

天津市寶坻區人民醫院·天津醫科大學寶坻臨床學院影像科 （天津 301800）

門靜脈影像學檢查常用于顯示肝硬化患者側支循環的開放情況和肝癌患者門靜脈的受累程度，為臨床評估病情提供參考。多層螺旋CT 血管成像（multi-slice CT angiography，MSCTA）是目前臨床評估門靜脈常用的影像學檢查方法，但影響圖像質量的因素眾多。有研究表明，應用能譜CT 對門靜脈進行虛擬單能量圖像（virtual monoenergetic image，VMI）處理可以提高門靜脈血管圖像質 量[1]。雙 層 探 測 器 光 譜CT（dual-layer spectral detector CT，SDCT）是一項近期開始被應用于臨床的新技術，成像原理和圖像處理方式均有別于以往的能譜CT[2-3]，其虛擬平掃[4]、碘密度圖及有效原子序數圖[2]等功能已顯現出良好的臨床應用前景，但目前關于應用VMI 技術提高門靜脈血管圖像質量的研究較少。本研究回顧性分析行腹部SDCT平掃及增強掃描的44例患者的影像資料，比較不同能級VMI（40、50、60、70 keV）和常規混合能量（quality check，QC）的門靜脈圖像質量，并尋找應用SDCT 顯示門靜脈最佳VMI 的能級水平，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年5—10月在天津醫科大學寶坻臨床學院行腹部SDCT平掃及增強檢查的44例患者的影像資料，其中男24例，女20例；年齡15～80歲，平均51歲；肝囊腫7例，腎囊腫8例，膽囊炎6例，胰腺癌2例，肝血管瘤4例，肝轉移瘤8例，膽總管下段占位2例，未見異常7例。本研究已獲得醫院醫學倫理委員會的審核批準。

納入標準：（1）檢查包括平掃、動脈期增強及門靜脈期增強3組圖像；（2）腹部病變不影響感興趣區的勾畫。排除標準：（1）圖像偽影重；（2）有腹部手術史；（3）腹部病變較大影響門靜脈的血液循環、走行及分布。

1.2 檢查方法

所選取圖像均為SDCT（IQon spectral CT，Philips Healthcare，Cleveland，OH，USA）采集，包括上腹部平掃及動脈期、門靜脈期增強掃描，掃描范圍自膈頂至雙腎下極，設置管電壓為120 kVp，管電流采用自動管電流控制技術，機架旋轉速度為0.5 s/周，準直器寬度為64 mm×0.625 mm，螺距為0.969，對比劑為碘佛醇（江蘇恒瑞醫藥股份有限公司，國藥準字H20143027，規格：100 ml∶74.1 g），注射速度為3.0 ml/s，用量為1 ml/kg；增強掃描動脈期采用對比劑智能追蹤閾值觸發技術，感興趣區（region of interest，ROI）設在腹腔干水平腹主動脈腔內，閾值為100 HU，于動脈期結束35 s后開始門靜脈期掃描。

1.3 圖像重建

門靜脈期掃描獲得的數據采用兩種方法進行重建，一種是采用iDose重建，獲得QC圖像；另一種是采用光譜重建，生成全息光譜圖像（spectral based image，SBI），再將SBI導入荷蘭Philips SpDS圖像工作站（Spectral Diagnostic Suite 6.5，Philips Healthcare）進行分析，獲得不同能級（40、50、60、70 keV）門靜脈VMI。不同能級VMI和QC圖像的重建層厚及層間距均為5 mm，我們可根據需求進一步進行門靜脈CTA、多平面重組、最大密度投影或容積再現等圖像后處理。

1.4 圖像評價1.4.1 客觀評價

選取肝門區層面，在門靜脈主干及肝實質內分別勾畫相同面積（50～100 mm2）的ROI，并測量CT值（在肝實質內勾畫ROI時應避開病變及脈管系統），每個ROI的CT值均測量3次后取平均值。此外，采用公式SNR=ROIo/IN計算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR），采用公式CNR=（ROIo-ROId）/IN計算對比噪聲比（contrast-to-noise，CNR），其中，ROIo為ROI門靜脈的CT值，ROId為ROI肝實質的CT值，IN為平均圖像噪聲值[門靜脈平均圖像噪聲值（image noise，IN）為同層面肝實質CT值的標準差]。

1.4.2 主觀評價

由兩名中級職稱以上，從事腹部CT 影像診斷的放射科醫師盲法獨立閱片，分別對門靜脈VMI（40、50、60、70 keV）及QC 圖像進行圖像質量主觀評分，最終取兩名醫師評分的平均值。（1）門靜脈邊緣銳利度的評分標準：5分，非常銳利；4分，比較銳利；3分，基本銳利；2分，邊緣欠清晰；1分，邊緣模糊。（2）CTA 的評分標準：在CTA 圖像上，顯示門靜脈主干為1分，1級肝內分支為2分，每多顯示一級分支增加1分。（3）門靜脈-肝實質對比度評分標準：5分，非常好；4分，較好；3分，好；2分，稍差；1分，較差[5]。上述3個分值取均值作為門靜脈圖像質量的主觀評分。

1.5 統計學處理

采用SPSS 25.0軟件進行統計學分析。計量資料以中位數（P25，P75）表示，不同VMI（40、50、60、70 keV）組和QC 組間的比較應用Kruskal-Wallis檢驗；對兩名放射科醫師圖像質量主觀評價的一致性采用組內相關系數（intraclass correlation coefficient，ICC）評價，ICC＜0.40表示一致性較差，＞0.75表示一致性較高。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

各組間的門靜脈CT 值、SNR、CNR 及圖像質量主觀評分比較，差異均有統計學意義（P＜0.001）；40 keV 組門靜脈CT 值、SNR、CNR 及圖像質量主觀評分均高于其余能級組和QC 組，差異有統計學意義（P＜0.05或0.01）；各組間的IN 比較，差異無統計學意義（P=0.108），見表1。40 keV VMI 與其他各組比較，門靜脈-肝實質對比度好（圖1），VR 圖像門靜脈邊緣光滑銳利，肝內分支顯影多（圖2）。兩名放射科醫師對圖像質量主觀評價的一致性高，ICC值為0.825（P＜0.05）。

表1 不同能級VMI 和QC 各指標的比較[中位數（P25，P75）]

3 討論

目前，臨床應用的能譜CT 主要包括基于球管電壓切換的能譜CT 和SDCT，前者根據球管電壓的切換方式又可分為單源kV 切換模式、雙源高-低kV 模式[6]。SDCT 的球管與非能譜CT 的球管工作原理相同，但其探測器由兩層不同的物質組成，上層釔基石榴石層主要吸收低能量X 線，下層稀土陶瓷閃爍晶體層主要吸收高能量X 線[2]，高、低能量的分離發生在探測器，無需改變球管的輸出。與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，SDCT 檢查前無需預設能譜掃描模式，可進行常規采集[3]，在不增加患者輻射劑量的情況下，可同時獲得QC 圖像和SBI 數據，待檢查結束后，可根據診斷需要，對SBI 數據進行回顧性重建，即可得到包括40～200 keV VMI 在內的多種能譜信息。

本研究VMI 組圖像質量的客觀指標（CT 值、SNR 及CNR）均顯著高于QC 組，且以40 keV 時最高。能譜CT 的VMI，隨著能級水平接近碘的k 邊緣（33.2 keV），組織衰減增加[7]，對比度增加，因此，SDCT 與基于球管電壓切換的能譜CT 一樣，40 keV 時門靜脈的CT 值最高。與本研究的結果不同，有研究發現，當VMI 為49～53 keV（平均51 keV）時，門靜脈的SNR 及CNR 最高[1]，分析原因可能是由于其使用的是單源kV 切換模式的能譜CT，圖像噪聲在低能級時顯著上升，導致40 keV 時門靜脈的SNR、CNR 反而低于49～53 keV。SDCT 在生成各VMI 前的原始數據域空間經過了反相關噪聲抑制，與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，SDCT 可做到全能光譜恒定低噪聲[8]。本研究還發現，雖然在40 keV 時噪聲略增加，但與其他不同能級條件下的圖像噪聲相比未見顯著性差異。總之，對于SDCT，門靜脈SNR及CNR 最佳VMI 的能級水平均為40 keV，低于基于球管電壓切換方式能譜CT 的最佳keV 值。

客觀評價并不能全面反映圖像的質量。高欽宗等[9]利用SDCT 檢測兔VX2肝癌模型微小病灶，發現雖然40 keV 能級狀態下病灶的SNR 及CNR 最高，但圖像質量在45～50 keV能級狀態下最好，并認為其原因可能是40 keV 能級狀態下，富血供病灶與周圍正常肝臟組織的對比度過高，病灶細節的顯示能力反而下降。有研究應用SDCT 對圖像質量不能滿足診斷要求的肺動脈CTA 圖像進行回顧性分析，發現40 keV時肺動脈VMI 質量最高，使其中絕大部分（78/79）的圖像質量大幅提升，從而達到滿足診斷的圖像質量要求[10]。本研究結果與后者研究結果相似，40 keV 的VMI 門靜脈圖像不僅客觀指標值最高，而且圖像質量的主觀評分也最佳，可能過高的對比度對血管細節顯示的影響并不如對肝臟富血供病灶的影響顯著，其原因還有待進一步研究。此外，本研究還發現，不同觀察者間對門靜脈圖像質量主觀評分的一致性高。

本研究未分析高于70 keV的VMI，因為當能量＞70 keV時，隨著能量的增高圖像對比度會顯著下降[11]。此外，能量間隔選擇10 keV，顯然不夠精細，但研究結果提示，最佳能級為40 keV，因此應該不會對結果產生影響。Bellini 等[12]認為，對于不同能級水平VMI 的觀察，應采用不同的窗寬和窗位，本研究未考慮該因素可能存在的影響，待后續研究中進一步完善。

綜上所述，應用SDCT 完成腹部增強檢查后，進行回顧性VMI 重建，可顯著提高門靜脈血管圖像質量；綜合考慮CT 值、CNR、SNR 等客觀指標及圖像質量的主觀評分，與基于球管電壓切換的能譜CT 不同，VMI 選取40 keV 時門靜脈血管圖像質量最佳。