雙層探測器光譜CT 50 keV低能級圖像對挽救顱內CTA掃描失敗的可行性探索

張勇，張妍，丁金立，張磊，鄭鳳蓮，顧衛彬

首都醫科大學附屬北京天壇醫院 放射科，北京 100070

引言

顱內CT血管造影（CT Angiography，CTA）是臨床評估急性腦卒中、動脈瘤、血管畸形等腦血管病變的重要影像學檢查手段之一[1-2]。行顱內CTA檢查時，需利用高壓注射器經靜脈注射一定量的含碘對比劑。實際掃描檢查中存在因靜脈留置針錯位、高壓注射器故障、藥液排氣不當、患者個體血液循環差等因素導致顱內CTA掃描失敗的情況，主要表現為顱內動脈顯影不佳，難以診斷病情[3-4]。此類情況下，患者需再次注射對比劑后進行掃描，這在增加患者受輻射劑量的同時亦增加了患者出現碘對比劑相關不良反應的概率。因此，探索CTA掃描失敗時的挽救方法具有實際臨床意義。

近年來，能譜CT技術迅速發展，利用其單能量圖像可改善不同組織的對比度、提高圖像質量、擴大CT在頭頸部和神經系統的應用范圍[5]。與其他類型能譜CT相比，雙層探測器光譜CT在血管成像中有獨特優點：一次常規掃描可自動獲得常規CT信息和雙能量信息，不需專門設置雙能量掃描模式序列；探測器采集到的數據以基數據包形式存儲，可在回顧性研究中直接調用進行多參數重建[6]；這樣就可以在一次常規掃描中同時獲取混合能量的常規影像和高-低能量分離的光譜影像。能譜CT虛擬單能級圖像（Virtual Mono-Energetic Images，VMIs）可減少對比劑的用量、改善射線束硬化現象，而不影響血管成像質量[7-9]。低keV單能譜成像可以提高腦CT血管成像的對比度[10]。這為挽救CTA掃描失敗提供了可能性，但是尚缺乏具體研究。本研究擬通過分析雙層探測器光譜CT行顱內CTA掃描失敗的案例，探索50 keV低能級對挽救顱內CTA掃描失敗的可行性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2019年4月至2021年11月在我院雙層探測器光譜CT上行顱內CTA檢查的失敗案例的臨床和影像資料。掃描失敗定義為掃描時，因靜脈留置針不當、藥液排氣不當、跟隨生理鹽水不足、高壓注射器機械故障等因素而導致碘對比劑滲漏或未充分進入患者體內的情況。入組標準：① 有完整的顱內CTA能譜圖像；② 碘對比劑滲漏或因其他故障未充分注入患者體內。排除標準：① 有嚴重偽影者；② 無碘對比劑注入患者體內者；③ 顱內血管（頸內動脈、基底動脈，以及大腦前、中、后血管）閉塞或重度狹窄者。

最終納入31例患者，男16例、女15例，年齡18～87歲，平均年齡（45.2±15.1）歲。其中23例為高壓注射器報警致碘對比劑未充分進入患者體內、8例為碘對比劑輕度滲漏。本研究已獲得本院倫理委員會批準（KY2019-067-02），且受試者均知情同意。

1.2 掃描及重建參數

使用雙層探測器光譜CT（IQon spectral CT，新西蘭）掃描儀，掃描范圍自顱頂至顱底，動脈期掃描參數：自動mAs技術，120 kVp，螺距0.985，旋轉時間0.33 s/r。采用自動觸發掃描方式，監測氣管分叉水平層面，于降主動脈處繪制感興趣區（Region of Interest，ROI），目標閾值設為110 HU，掃描延遲時間設為3.3 s。利用高壓注射器經前臂外周靜脈以5.0 mL/s注入碘海醇50 mL，并跟隨0.9%NaCl 30 mL。掃描結束后可獲得常規CT圖像和能譜CT圖像。常規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50 keV的VMIs，重建層厚設為0.9 mm。

1.3 圖像指標分析

1.3.1 客觀評價

由一名經驗豐富的診斷醫師在Philips SpDS（Spectral Diagnostic Suite 9.0）圖像工作站上對常規CT圖像和50 keV低能級圖像進行定量測量。通過勾畫ROI方式分別測量頸內動脈C7段、大腦中動脈M1段、大腦前動脈A1段、基底動脈、大腦后動脈P1段、胼胝體壓部的CT值及其標準差（Standard Deviation，SD）。每個部位采用同樣方式測量3次，取平均值。血管與軟組織的客觀對比通過所測量血管與胼胝體壓部的對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）進行評估[11]，計算公式如式(1)所示。

其中，μartery和μwm為基于ROI的血管和胼胝體壓部的平均CT值，σartery和σwm分別為相應血管和胼胝體壓部CT值的標準差。

1.3.2 主觀評價

由兩名經驗豐富的診斷醫師（工作年限均大于10年）同時對常規CT圖像和50 keV低能級圖像的可診斷性進行評估。圖像可診斷性評分采用4級評分法（3分：顱內動脈血管與腦實質對比良好，診斷價值高；2分：顱內動脈血管與腦實質對比尚可，有一定診斷價值；1分：顱內動脈血管與腦實質對比較差，診斷價值較低；0分：顱內動脈血管與腦實質對比很差，診斷價值很低）。由兩名技師（參與血管重建工作經驗均大于10年）對圖像進行血管容積重建（Volume Rendering，VR）的難易程度進行評分，最終評分由兩者商議得到，評分標準采用4級評分法（3分：利用后處理工作站可自動重建出頸內動脈、基底動脈以及大腦前、中、后血管的三級或四級分支；2分：工作站可自動重建出頸內動脈、基底動脈以及大腦前、中、后血管的二級分支，三級或四級分支需技師手動重建；1分：僅可自動重建出頸內動脈、基底動脈以及大腦前、中、后血管的一級分支，二級及以上分支需技師手動重建，總體耗時較長；0分：基本無法自動重建出頸內動脈、基底動脈以及大腦前、中、后血管的任何分支）。

1.4 統計學分析

使用SPSS 22.0軟件包進行統計學分析。計數資料用頻數表示，計量資料用±s表示。圖像CT值及CNR均采用Wilcoxon非參數檢驗分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 客觀評價結果

50 keV低能級圖像上測得的同一血管的CT平均值以及計算出的CNR顯著高于常規圖像，差異均具有統計學意義（P＜0.05），但測得的胼胝體壓部的CT平均值與常規圖像無顯著差異（P＞0.05），見表1。

表1 常規圖像與50 keV低能級圖像上所測得的CT值及相應CNR（±s）

表1 常規圖像與50 keV低能級圖像上所測得的CT值及相應CNR（±s）

部位 指標 常規圖像 50 keV Z值 P值頸內動脈C7段CT值 202.61±53.60 388.39±131.08-4.863 ＜0.001 CNR 19.45±9.37 43.15±23.07 -4.136 ＜0.001大腦中動脈M1段CT值 198.71±54.81 381.09±128.33-4.862 ＜0.001 CNR 17.08±8.60 29.79±8.28 -4.626 ＜0.001大腦前動脈A1段CT值 179.68±49.02 337.87±105.14-4.862 ＜0.001 CNR 15.15±6.03 21.21±11.25 -2.117 0.034基底動脈 CT值 196.18±50.22 376.34±114.57-4.863 ＜0.001 CNR 15.90±6.98 24.22±14.17 -3.411 ＜0.001大腦后動脈P1段CT值 174.19±48.92 329.69±108.36-4.862 ＜0.001 CNR 15.67±5.49 25.31±20.19 -3.450 0.001胼胝體壓部 CT值 31.04±1.97 33.61±4.18 -3.193 0.001

2.2 主觀評價結果

在31例掃描失敗的案例中，利用常規圖像，診斷評分和血管VR評分≥2的例數分別為15和14；而利用50 keV低能級圖像，診斷評分和血管VR評分≥2的例數分別增加至25和23，見圖1。利用50 keV低能級圖像更易自動重建出血管的多級分支，其中1例患者利用常規圖像基本無法自動重建出頸內動脈顱內段和基底動脈，而利用50 keV低能級圖像可自動重建出大腦中動脈M1段、大腦前動脈A1段和大腦后動脈P1段，見圖2。

圖1 圖像可診斷性評分（a）和VR難易程度評分（b）的分布圖

圖2 利用后處理工作站進行顱內血管自動重建所得的VR圖像的正視圖

3 討論

顱內CTA可清晰地顯示顱內血管的解剖結構，對臨床評估顱內動脈瘤、血管狹窄、血管閉塞等病變具有重要意義[2,12]。本研究通過分析31例掃描失敗患者的能譜CTA數據，重建了50 keV低能級圖像，從圖像的主觀評價及客觀質量兩方面與常規CTA圖像進行對比分析，探索50 keV低能級圖像在挽救顱內CTA掃描失敗方面的可行性。

研究發現，血管腔內CT值以350～550 HU為宜，過低不利于顯示血管細節，過高則會影響粥樣硬化斑塊的顯示以及狹窄程度的分析[13]。相較于常規圖像，50 keV低能級圖像上顱內血管的CT值顯著提高，這與能級降低導致的光電效應增加密切相關[14-15]；但是腦實質組織受此影響甚微。注射碘對比劑后，血管與腦實質組織受能級變化影響存在差異，導致低能級狀態下，血管與軟組織的對比顯著提升，這也是本研究中50 keV低能級圖像的CNR顯著高于常規圖像的主要原因。

VR后處理技術可實現顱內血管的全容積三維成像，以立體形式清晰顯示顱內血管及病變部位的空間解剖關系，已經成為臨床評估顱內血管病變的重要手段[16-18]。盡管目前的VR技術可實現自動化三維重建，但是仍需要有經驗的放射技師或醫師基于二維原始圖像對自動重建的三維血管的解剖細節進行必要的校正。本研究的主觀評價結果顯示，50 keV低能級圖像比常規圖像更易于進行VR后處理，主要原因是相校于常規圖像，低能級水平時血管的CT值更高[19]，可明顯改善血管與周圍組織的對比度，VR圖像顱內分支顯示更豐富[20]，后處理工作站進行自動重建時更易于重建出血管的多級分支，技師僅需要少量的修正即可完成顱內動脈的三維成像重建。

本研究所涉及的掃描失敗案例，患者血管內均有碘對比劑注入，故顱內血管均有不同程度的碘對比劑增強效果。對比兩組圖像的診斷評分，常規圖像上有10例診斷評分＜2的病例在50 keV圖像的診斷評分中變為≥2，說明50 keV低能級圖像可實現部分掃描失敗病例診斷價值的有效提升。研究結果還顯示，50 keV圖像上仍有6例的診斷評分＜2，說明50 keV低能級圖像并不能挽救所有掃描失敗案例。綜上，50 keV低能級圖像對挽救部分顱內CTA掃描失敗的情況具有一定的應用價值，建議臨床實際掃描時若遇到與本研究相似的掃描失敗案例，可嘗試利用50 keV低能級圖像進行顱內CTA的診斷，避免部分不必要的重復注射對比劑和重復掃描情況，降低患者出現碘對比劑相關不良反應以及輻射劑量增加的概率。

本研究尚存在一些不足之處：① 本研究所涉及的樣本量偏少且僅探索了50 keV低能級圖像的特點，后續研究將增加樣本量并探索不同能級圖像的特點；② 本研究重點討論了顱內血管的可診斷性，未對腦實質的顯示進行充分分析，后續工作將探索不同單能級圖像對腦實質顯示的差異，以及對腦實質內可疑病變顯示的差異；③ 本研究未對顱內血管病變進行專門探索，后續研究將探索低能級圖像對不同顱內血管病變（如顱內動脈瘤）顯示的影響。

4 結論

綜上所述，雙層探測器光譜CT的50 keV低能級圖像對挽救碘對比劑未充分進入患者體內或有對比劑輕度滲漏等顱內CTA掃描失敗情況具有一定應用價值。

致謝

感謝飛利浦醫療周一楠和陸曉梅對本研究CT技術方面的支持。