雙層探測器能譜CT 60 keV單能圖像在頭頸部CTA中的應(yīng)用

付永春，江濱，張磊，周一楠，陳紅燕，陳緒珠

1.首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院放射科，北京 100070；2.北京市神經(jīng)外科研究所神經(jīng)流行病學室，北京 100070；3.飛利浦（中國）投資有限公司，北京 100026；*通信作者 付永春 fuyongchunmail@sina.com

頭頸部CT血管造影（CTA）是觀察顱內(nèi)血管結(jié)構(gòu)（如Willis環(huán)）及診斷血管疾病的首選檢查方法，其診斷價值已接近或相當于數(shù)字減影血管造影（DSA），且臨床應(yīng)用越來越廣泛[1]。頭頸部CTA具有安全、無創(chuàng)、快速、準確等優(yōu)點，是頭頸部動脈疾病檢查的“金標準”；但其掃描范圍大，對比劑用量多，患者所受輻射劑量損傷相對較重，如何解決這些不足，使其更好地應(yīng)用于臨床，是目前科學研究的重要課題。

采用雙層探測器能譜CT（IQon Spectral CT）進行常規(guī)掃描可通過多模態(tài)能譜數(shù)據(jù)提高顱內(nèi)組織分辨率，同時獲得形態(tài)學及功能學信息，從而快速獲得全面的診斷信息，只需一次掃描即可顯示目標血管的解剖結(jié)構(gòu)、斑塊的物質(zhì)成分及血液的灌注信息，實現(xiàn)血管疾病的“一站式”解決。

本研究擬通過對比從Philips IQon Spectral CT頭頸部CTA重建60 keV單能圖像與常規(guī)圖像，探尋低能級單能圖像在血管疾病臨床診療中的優(yōu)勢。

1 資料與方法

1.1 研究對象 本研究為回顧性分析。收集2019年12月—2020年5月于首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院放射科接受頭頸部CTA檢查的48例患者，其中女18例，男30例，年齡29～82歲。納入標準：①由于以下原因接受頭頸部CTA檢查，包括診斷腦血管病、動脈瘤、顱內(nèi)動靜脈畸形，明確腦出血的原因，評估主動脈弓至顱內(nèi)血管是否存在管腔狹窄及其程度，明確腦栓塞性疾病的部位及其程度；②無碘對比劑過敏史。排除標準：①妊娠期或哺乳期患者；②嚴重肝腎功能不全患者；③哮喘、心力衰竭患者；④甲狀腺功能亢進患者；⑤既往有頭頸部手術(shù)史者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，免除患者知情同意。

1.2 頭頸部CTA檢查 采用雙層探測器光譜CT（IQon Spectral CT，Philips），掃描體位：頭先進，仰臥位。去除掃描野內(nèi)會影響成像的物品（如金屬異物），患者雙手臂自然放松置于身體兩側(cè)，固定頭部及雙肩。并囑患者檢查時勿做吞咽動作。掃描范圍：主動脈弓下緣至顱頂。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，采用自動管電流及智能追蹤觸發(fā)技術(shù)，自動觸發(fā)閾值設(shè)置為100 Hu，層厚及層間距均為0.625 mm，螺距0.8，矩陣512×512。掃描步驟：①進行正側(cè)位定位像掃描；②調(diào)節(jié)對比劑碘佛醇（320 mgI/ml）流速為5 ml/s，以雙筒高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘正中靜脈團注，總劑量50 ml；然后立即注入40 ml生理鹽水沖管。在升主動脈處設(shè)置興趣區(qū)（ROI）監(jiān)測點。

1.3 圖像后處理 掃描結(jié)束后，將原始數(shù)據(jù)傳輸至ISP（IntelliSpace Portal V9）后處理工作站進行重建及分析。重建層厚1 mm，層間距1 mm，卷積核：B。使用Spectral Level 3迭代水平進行薄層重建，分別獲得常規(guī)圖像組及60 keV單能圖像組的薄層圖像。采用多平面重組（MPR）、曲面重組（CPR）、最大密度投影（MIP）、容積成像（VR）等后處理方法重組圖像，并結(jié)合軸位圖像，用于后續(xù)評價與分析。

1.4 圖像分析

1.4.1 客觀圖像質(zhì)量評價 由2名高年資神經(jīng)影像診斷醫(yī)師在相同條件下（窗寬400 Hu，窗位40 Hu）對重建后的圖像進行測量，測量3次取平均值。分別測量主動脈弓、頸內(nèi)動脈分叉處及大腦中動脈（M1段）的CT值、噪聲及同層面軟組織的CT值、噪聲。用于測量的ROI大小約為血管腔的1/2，盡量避開血管壁及鈣化斑放置ROI。根據(jù)公式（1）、（2）計算信噪比（SNR）及對比信噪比（CNR）。

1.4.2 主觀圖像質(zhì)量評價 由2名高年資神經(jīng)影像科醫(yī)師采用盲法，根據(jù)圖像質(zhì)量、血管邊緣、血管主干及分支顯示情況分別進行診斷，并對圖像質(zhì)量做出主觀評價，采用5分法對圖像質(zhì)量進行綜合評分：5分，圖像噪聲小，顆粒均勻，組織對比度佳，頸部各動脈對比劑顯示完全充盈，邊緣清晰銳利，各動脈分支顯示清晰；4分，圖像噪聲較小，顆粒較均勻，組織對比度較好，頸部各動脈對比劑顯示完全充盈，邊緣清晰，各動脈分支均能夠顯示；3分，圖像噪聲較大，顆粒欠均勻，組織對比度尚可，頸部各動脈對比劑顯示完全充盈，邊緣略模糊，各動脈分支顯示不清；2分，圖像噪聲較大，顆粒粗糙，組織對比度不明顯；頸部各動脈對比劑充盈，邊緣模糊，各動脈分支顯示不清晰；1分，圖像噪聲大，顆粒粗糙，組織對比度差，頸部各動脈對比劑充盈，邊緣不清，各動脈分支顯示不清晰。如評分≥3分認為圖像能夠滿足影像診斷要求。2名醫(yī)師意見不一致時經(jīng)協(xié)商達成共識。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學分析，正態(tài)分布的計量資料用±s表示。兩組圖像CT值、噪聲、SNR及CNR比較采用配對樣本t檢驗，圖像質(zhì)量主觀評分比較采用Mann-WhitneyU檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 CT值及CNR比較 在主動脈弓、頸動脈分叉處及大腦中動脈（M1段）水平，60 keV單能圖像組CT值及CNR均明顯高于常規(guī)圖像組（P均<0.05），見表1。

2.2 噪聲比較 在頸動脈分叉處水平，兩組圖像噪聲差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。60 keV單能圖像組主動脈弓圖像和大腦中動脈圖像噪聲明顯低于常規(guī)圖像組（P均<0.05），見表1。

2.3 SNR值比較 在大腦中動脈（M1段）水平，兩組SNR差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）；在主動脈弓及頸動脈分叉處，60 keV單能圖像組SNR均明顯高于常規(guī)圖像組（P均<0.001），見表1。

表1 兩組客觀圖像質(zhì)量評價指標比較

2.4 圖像質(zhì)量主觀評分比較 兩組圖像質(zhì)量均可滿足診斷要求（≥3分）。60 keV單能圖像組總體圖像質(zhì)量評分高于常規(guī)圖像組（P<0.05），見表2及圖1～3。

表2 兩組圖像質(zhì)量主觀評分情況（例）

圖1 男，54歲，右側(cè)大腦中動脈狹窄。A為常規(guī)VR圖像（前面觀）；B為60 keV單能VR圖像（前面觀），光譜60 keV單能VR圖像中血管顯影均優(yōu)于常規(guī)VR圖像，尤其大腦中、后動脈及遠端血管分支

圖2 男，63歲，左側(cè)頸內(nèi)動脈狹窄，腦梗死。A為常規(guī)MIP圖像（前面觀）；B為60 keV單能MIP圖像（前面觀）。光譜60 keV單能MIP圖像中血管顯影均優(yōu)于常規(guī)圖像，尤其大腦中、后動脈及遠端血管分支

圖3 男，66歲，左側(cè)大腦中動脈（M1）狹窄。60 keV單能軸位圖像（A）中大腦中動脈（M1）CT值明顯高于常規(guī)圖像（B）

3 討論

隨著人口老齡化加劇，心腦血管疾病、高血壓、糖尿病的發(fā)病率呈逐年上升趨勢。頭頸部血管疾病是目前臨床常見的疾病類型，其中以椎基底動脈供血障礙、大面積腦梗死為著。此類疾病的典型特征為高發(fā)病率、高致殘率及高致死率，早發(fā)現(xiàn)、早治療有助于改善患者預(yù)后。

CTA因其無創(chuàng)、快捷、圖像信息豐富、相關(guān)并發(fā)癥少及經(jīng)濟性等特點，已成為臨床診斷頭頸部血管疾病的首選方法，其檢查結(jié)果與DSA檢查結(jié)果的一致性高。頭頸部CTA對動脈病變具有較高的敏感度及特異度；但其掃描范圍較大，掃描層厚較薄，導(dǎo)致患者所受輻射劑量過大，對受檢者腎功能損害較大。因此，合理降低輻射劑量是目前學者研究的重點課題和方向[2]。在CT檢查中，降低輻射劑量具有重要意義。近年，關(guān)于頭頸部CTA不同低劑量掃描方案的研究報道逐漸增多，進行低劑量CT研究的主要目的是在獲得高質(zhì)量圖像與降低輻射劑量之間找到一個最佳平衡點[3]。研究表明，當管電壓接近于碘的K值時，碘對比劑信號檢出率會出現(xiàn)躍升，從而增加與周圍軟組織的對比度[4]。

能譜CT是一種新成像模式，在臨床上已廣泛應(yīng)用，具有定量分析和多參數(shù)的特點[5-6]。隨著能譜CT后處理軟件技術(shù)的不斷更新，其降低輻射劑量和所需符合診斷要求的圖像質(zhì)量方面可同時滿足[7]。Philips IQon Spectral CT（簡稱光譜CT）是一種立體雙層光譜探測器CT掃描儀，其利用立體雙層結(jié)構(gòu)、上下層不同晶體閃爍物質(zhì)直接吸收不同能量射線，實現(xiàn)同時、同源、同向能譜技術(shù)，將能譜CT從探索階段推至成熟的臨床應(yīng)用[8]。光譜CT成像技術(shù)將成為未來CT成像新的發(fā)展方向[9]。

采用光譜CT可在一次常規(guī)掃描中同時獲取混合能量的常規(guī)影像及高低能量分離的能譜影像[10-12]。通過對原始數(shù)據(jù)的分析、計算、提取，獲得單能圖像，可分別得到40～200 keV單能圖像[13]，采用光譜CT還可進一步選擇不同keV能級優(yōu)化噪聲及對比度，進而得到最佳圖像質(zhì)量，擴大能譜CT在頭頸部及神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍[14-15]。在提高圖像質(zhì)量方面，單能譜成像同樣具有優(yōu)勢[16]。

CTA圖像質(zhì)量受多種因素的影響，如對比劑注射流速、濃度、總量及管電壓的選擇等[17]。血管CT值越高，表明圖像質(zhì)量越好，血管腔內(nèi)的最佳CT值范圍為300～450 Hu[18-19]。血管腔內(nèi)平均CT值>250 Hu可滿足臨床對血管的影像評價需求[20]。既往研究報道，采用單能重建的能譜CT可顯著降低噪聲，并提高圖像質(zhì)量[21-22]。

與常規(guī)CTA的后重建圖像相比，單能60 keV后重建圖像碘對比劑的CT值高，可明顯改善血管與周圍組織對比，且動脈顯影好，VR圖像顱內(nèi)分支顯示更豐富。此外，理論上可以推論：低能級單能圖像有利于提高碘對比劑的強化特性，在頸部CTA檢查中同時降低輻射劑量、減少對比劑用量及流速，仍可獲得滿足診斷要求的、清晰的后處理圖像。

能譜技術(shù)是一項比較成熟的技術(shù)，已經(jīng)得到很多研究證實，并在臨床上廣泛應(yīng)用。本研究通過對頭頸部CTA檢查的所有圖像的原始數(shù)據(jù)在ISP（Intelli Space Portal V9）專屬軟件進行統(tǒng)一后處理，探究60 keV單能光譜圖像的優(yōu)勢，作為一種新技術(shù)為影像科醫(yī)師的診斷和鑒別診斷提供更多新的方法和思路。

本研究的局限性：①樣本量較小，有待進一步增加樣本量，以提高研究結(jié)果的準確性；②未涉及CTA與DSA和（或）MRA的對比分析；③未在低劑量條件下對比分析60 keV與常規(guī)劑量下重建圖像質(zhì)量的差異。以上不足需在后續(xù)研究中加以完善。

綜上所述，與常規(guī)CTA圖像相比，60 keV單能后處理光譜圖像動脈血管內(nèi)的對比劑濃度顯著升高，且動脈顯影效果更好，血管與周圍組織對比更清晰，VR及MIP圖像顯示顱內(nèi)分支動脈豐富。60 keV單能圖像為頭頸部CTA檢查提供了新的思路，建議在臨床推廣使用。