能譜CT單能量技術優(yōu)化頭頸CTA圖像質量研究

馬光明，于勇，陳靜，黨珊，于楠，段海峰，竇越群

陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 影像科，陜西 咸陽 712000

引言

社會老齡化日益明顯，卒中發(fā)病率亦逐步增加。缺血性腦卒中約占所有類型腦卒中的60%～80%[1]，而缺血性卒中的病理基礎，是動脈粥斑塊形成。因此，盡早檢出頸動脈血管壁的基礎病變并進行干預治療是防治腦卒中的關鍵，而且可降低腦血管意外的發(fā)生率[2]。由于具有較好的空間分辨率和密度分辨率以及診斷準確率高等優(yōu)勢，頭頸CT血管造影（CT Angiography，CTA）已成為篩查頭頸血管性疾病的主要檢查方法。然而，頭頸CTA成像容易受頸椎橫突孔和顱底骨質的干擾，血管與骨質結構緊密相鄰，在常規(guī)CTA檢查中，該區(qū)域血管的觀察易受到骨質偽影的干擾，疾病診斷準確性降低[3]。頭頸部CTA去骨減影法，能有效降低骨骼結構的干擾[4]。但此方法在去骨的同時，同樣會導致動脈血管CT值的降低；在某些病例中，由于減影后動脈血管CT值較低，造成動脈血管成像效果不佳，進而可能影響診斷效果[5]。如何在不增加輻射劑量的同時優(yōu)化圖像，已是業(yè)界研究熱點[6]。能譜CT利用高、低雙能（80、140 kVp）瞬時切換（0.5 s內），一次檢查可得到101組（40～140 keV）單能圖像。在某一個能量水平噪聲和對比相對均衡，而此時血管和其周圍結構衰減差最大，同時噪聲相對來說較低，而此時的能量水平就是最佳單能量圖像。單能量技術既可以增加圖像信噪比，同時能有效減少硬化偽影，對于血管顯示具有一定優(yōu)勢，這些特點為優(yōu)化頭頸CTA圖像質量提供了可行性[7-9]。但目前關于能譜CT單能量技術在頭頸CTA中的應用，以及如何選擇單能量水平，報道較少。因而，本文旨在評估能譜CT單能量技術在頭頸聯(lián)合CTA中對圖像質量優(yōu)化效果，評價其臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采集我院2018年6至12月疑似頭頸部血管性疾病，而需要行頭頸CTA檢查的患者30例，其中女性12例，男性18例，平均年齡（59.56±8.99）歲，年齡45～67歲，體重（62.69±8.88）kg，BMI 為（23.23 ±2.62）kg/m2，以上患者均簽署知情同意書。排除標準：① 造影劑過敏者；② 有心、腎、肝功能不全者；③ 有嚴重哮喘及甲狀腺功能亢進者；④ 圖像偽影較大影響數(shù)據(jù)測量的患者。

1.2 儀器與方法

采用通用電氣能譜CT機（Discovery CT 750 HD），檢查范圍從主動脈弓到顱頂。掃描條件：高低電壓（80、140 kVp）瞬時切換（0.5 s內），采用GSI-51掃描協(xié)議，層厚0.625 mm，螺距0.984：1，機架轉速為0.5 s/r；造影劑用量50 mL（270 mgI/mL），經(jīng)前臂靜脈注入，速率4.5 mL/s；而后以相同流速注入40 mL生理鹽水（0.9%氯化鈉溶液）。應用團注觸發(fā)掃描技術，主動脈弓水平放置監(jiān)測點，閾值是100 HU。

1.3 數(shù)據(jù)處理及評價

檢查完成后，重建60、65、70、75、80 keV共5組單能量圖像，重建間隔和重建層厚為0.625 mm，自適應迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruct，ASIR）60%，將圖像輸入工作站3D軟件中進行后處理分析。兩名醫(yī)師（工作10年以上）對圖像質量應用4分制雙盲法評分，參考以下標準：① 圖像清晰無明顯偽影；② 血管強化程度CT值在350～550 HU；③ 血管分支達4級以上；④ 血管強化均勻，以上每滿足一個加1分。

測量上述5組圖像主動脈弓、雙側頸總、頸內、雙側大腦中、胸鎖乳突肌、腦實質的CT值，以及雙側頸總、頸內、胸鎖乳突肌、腦實質SD值，對稱的動脈血管求其CT和SD均值，計算出頸部血管的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。計算公式：CNR頸部血管=（目標血管CT值-胸鎖乳突肌肉CT值）/胸鎖乳突肌肉SD值，SNR頸部血管=目標血管CT值/目標血管SD值；CNR大腦中=（大腦中CT值-腦實質CT值）/腦實質SD值，SNR大腦中=大腦中CT值/腦實質SD。

1.4 統(tǒng)計學分析

2 結果

60 keV單能量圖像顯示最佳，見圖1。包括60～80 keV（間隔5 keV）容積再現(xiàn)圖像和曲面重建圖像。

2.1 客觀評價指標

主動脈弓、頸總、頸內及大腦中動脈的CT值隨著能量水平提升60～80 keV，而逐漸下降，在60 keV最高，顯著高于其他組（P＜0.05）；60 keV和65 keV組SNR、CNR值最大，和其他三組對比有統(tǒng)計學差異（P＜0.05），但其二者之間無統(tǒng)計學差異（P＞0.05），見表1。

表1 各組頭頸部CTA圖像CT值、SNR、CNR和主觀評分結果對比（分）

2.2 主觀評價指標

兩名醫(yī)師的評分結果一致性較好（Kappa值＞0.800）；60 keV組（3.64±0.49）分的主觀評分最高，見表1。60 keV組主觀評分較70 keV組、75 keV組、80 keV組分別增加約7.37%、47.97%、95.7%，60 keV組主觀評分與65 keV組對比無統(tǒng)計學差異，但其均值高于65 keV組。

3 討論

頭頸部血管性疾病發(fā)病率日益升高，而早期的篩查并干預，可減輕個人和社會的負擔[10-11]。頭頸部CTA血管成像作為微創(chuàng)型成像技術，臨床應用日趨廣泛，其價值得到患者普遍認可[12]。頭頸部解剖位置復雜，尤其是顱底及頸椎橫突孔，骨質較多，易產(chǎn)生帶狀偽影，影響鄰近血管結構的顯示，從而影響診斷準確性。傳統(tǒng)頭頸CTA一般是通過增加造影劑濃度、造影劑劑量或增加輻射劑量等方式來提升頭頸CTA圖像質量，但這也會增加對比劑不良反應和潛在輻射損傷。隨著醫(yī)患雙方對輻射防護和造影劑過敏的關注，如何在不增加劑量的前提下優(yōu)化血管成像質量已成為業(yè)界關注的焦點。

寶石能譜CT利用80～140 kVp電壓瞬時切換（0.5 s），可同時、同向得到不同keV單能量圖像、基物質圖、有效原子序數(shù)、能譜曲線等多參數(shù)數(shù)據(jù)。單能量圖像由40 keV到140 keV共計101個能量水平，不同程度能量水平圖像擁有各自特點，高能量穿透力強，組織間對比度小，而隨著能量水平下降，其穿透力亦逐漸下降，圖像的噪聲隨之增大，而不同結構組織間對比度提升，在某個能量水平可使血管和背景組織結構間對比度最高而圖像噪聲相對較低，并且此能量水平可使靶血管更好顯示，從而優(yōu)化血管成像[13]。本研究發(fā)現(xiàn)主動脈弓、頸總、頸內以及大腦中動脈CT值隨著能量水平提升（60～80 keV），而逐步減低，在60 keV單能量水平最高，高于其他各組，這種特征提示我們在臨床工作中，對于腎功能不全的病人，可以嘗試降低造影劑用量或者使用低濃度造影劑，增強掃描后通過低keV圖像的重建來滿足臨床需求，同樣遇到高密度偽影（骨骼或高濃度對比劑偽影）可以適當提高keV重建來減少圖像硬化偽影，優(yōu)化圖像質量。

本研究中應用寶石CT配置的ASIR算法，其重要特點是在原始數(shù)據(jù)空間，通過精準的模型迭代，并引入數(shù)據(jù)統(tǒng)計信息來進行降噪[14]。有效降噪為低keV能量水平優(yōu)化圖像質量提供了基礎條件。于梓婷等[15]研究發(fā)現(xiàn)隨著ASIR 0～100%權重不斷增加，其降噪能力也隨之提升，然而圖像質量主觀評分在ASIR 60%時最高，究其原因可能由于ASIR權重較大時圖像噪聲降低太多而出現(xiàn)“圖像失真”現(xiàn)象。此外，Hahjigeorgiou等[16]研究證實，ASIR選取40%～60%的權重既有較好的降噪能力，亦不會出現(xiàn)最佳“圖像失真”，因此本研究中采用ASIR 60%。

多個研究發(fā)現(xiàn)單能量技術可以優(yōu)化腹部血管、支氣管動脈、肺動脈、頭顱血管，由于血管粗細、位置以及周圍軟組織不同，其最佳單能量水平也各有不同[17-19]。本研究以頸總、頸內以及大腦中動脈為目標血管，以胸鎖乳突肌和腦實質作為背景，不管是SNR、CNR、還是圖像質量主觀評分，60 keV和65 keV時取值始終位于最高點，說明60 keV和65 keV為本研究的最佳單能量。此外，主動脈弓、頸總、頸內和大腦中動脈的CT值伴隨能量水平提升而減低，而60 keV和65 keV組所測量血管的CT值均大于300 HU，符合增強要求，有利于血管顯示[9]。分析其主要原因可能是由于碘的CT值會隨著射線能量的變化而產(chǎn)生較大范圍的波動，低kVp時含碘造影劑的血管CT值和對比度明顯增加[20]。

綜上所述，能譜CT單能量技術可增加頭頸部血管CT值，提升靶血管和背景之間對比度，而頭頸CTA最優(yōu)單能量水平位于60 keV，這能給臨床診斷提供更多幫助。