能譜CT在心臟起搏器植入術后的臨床應用研究

施康，儲晨，楊尚文，王銘君，李茗，胡安寧，辛小燕

1.南京大學醫學院附屬鼓樓醫院 醫學影像科，江蘇 南京 210008；2.GE（中國）CT影像研究中心，上海 200210

引言

目前，臨床使用心臟起搏器治療慢性心律失常以及傳導系統疾病時，需要將脈沖發生器植入囊袋并置于胸壁。在長期的接觸中，患者會出現位置偏移、感染等一系列并發癥，其中囊袋感染最為常見，嚴重者可導致感染性心內膜炎[1-2]。CT檢查是術后隨訪常用的方法，可以直接觀察囊袋位置，以及周圍軟組織是否存在感染。然而，由于CT掃描過程中線束硬化、“光子饑餓”等原因，植入部位會出現嚴重的偽影，干擾組織結構的觀察[3-4]。能譜CT是CT發展史上一大技術突破，在臨床各系統疾病診斷中已得到廣泛應用，通過采用高低管電壓雙kVp瞬時切換的掃描方式獲取兩組投影數據，并提取單一能量進行定量分析成像，可以降低金屬偽影[5-6]。同時，能譜CT提供的去金屬偽影（Metal Artifact Reduction，MAR）技術也能夠用于偽影的消除[7-9]。本研究旨在探討能譜CT單能量成像結合MAR技術在心臟起搏器植入術后CT掃描去金屬偽影的臨床應用價值，以及觀察周圍軟組織的最佳單能量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2021年2—5月于南京大學醫學院附屬鼓樓醫院醫學影像科行胸部CT檢查的心臟起搏器植入患者。共納入44例患者，其中男33例、女11例，年齡41～90歲，平均年齡（70.5±11.0）歲。所有檢查均獲得本院倫理委員會批準（2019-100-01），且患者已簽署知情同意書。納入標準：① 既往因心律失常、心臟傳導疾病等行心臟起搏器植入術后復查的患者；② 心臟起搏器植入術后電池使用壽命完結，需要更換電池的患者。排除標準：① 心臟起搏器植入部位臨近有其余金屬物植入的患者；② 因無法配合導致掃描圖像質量差的患者。

1.2 儀器設備與檢查方法

所有患者掃描均使用128排CT（GE Revolution 矢量CT）進行能譜檢查。掃描參數：管電壓80/140 kV瞬時切換（＜0.5 ms），自動管電流調制，噪聲指數（Noise Index，NI）為13，探測器寬度128×0.625 mm，螺距0.992，機架旋轉時間0.5 s/圈，采用容積掃描方式。掃描范圍從胸廓入口至肺底向足側延伸1～1.5個椎體長度。圖像重建參數：自適應統計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASIR）權重設置為50%，縱膈窗層厚5 mm，層間距5 mm，窗寬350 HU，窗位50 HU。肺窗層厚1.25 mm，層間距1.25 mm，窗寬1500 HU，窗位-600 HU。

1.3 數據測量與記錄

將能譜掃描的原始數據作為非MAR組，進行MAR重建后作為MAR組，傳輸至GE-AW 4.7工作站，分別獲得兩組 120 kVp-like 混合能量及 70～140 keV 間隔 10 keV 的單能量圖像。利用GSI軟件中Compared功能對相同能量的兩組圖像進行測量，使其感興趣區（Region of Interest，ROI）大小、位置、形狀保持一致[10]。測量選取金屬偽影覆蓋面積最大的層面，在臨近的胸大肌、胸小肌上劃取ROI（30～50 mm2），記錄混合能量圖像 CT0 值及標準差SD0值，單能量圖像CT1值及標準差SD1值。CT值及SD值是在同一層面高、低密度偽影范圍，各取一個ROI進行測量，將兩個ROI的平均值進行記錄并統計（低密度ROI的CT值取絕對值）。同一層面，在對側受偽影較小的背側脂肪組織劃取ROI，記錄CT2值及SD2值。

1.3.1 客觀評價

根據相關文獻計算MAR、非MAR組在偽影區ROI內的偽影指數（Artifact Indx，AI）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）[11]。

1.3.2 主觀評價

由兩名工作年限超過5年的放射科醫師對MAR、非MAR組圖像進行5分制盲法閱片，主要觀察偽影區周圍軟組織細節對比以及囊袋位置是否顯示清晰，評分內容包括圖像偽影、組織對比及綜合評分[11]（5分：圖像無明顯偽影，軟組織細節及囊袋位置顯示清晰；4分：圖像偽影較輕，軟組織細節及囊袋位置顯示較清晰，不影響診斷；3分：圖像偽影較明顯但可接受，軟組織細節及囊袋位置顯示欠清晰；2分：圖像偽影很明顯，軟組織細節及囊袋位置辨識困難，嚴重影響診斷；1分：圖像偽影極明顯，軟組織細節及囊袋位置無法辨識，無法用于診斷）。兩名醫師評分不一致時，經協商得到最終分數。≥3分為可滿足診斷要求。

1.4 統計學分析

采用SPSS 23.0統計軟件進行數據分析。對圖像客觀質量指標AI值和CNR值均以±s表示，使用配對樣本t檢驗進行比較，并對AI值使用單因素方差分析LSD法進行對比研究。圖像主觀質量評分使用列聯表，以中位數（上、下四分位數）［M（Q1，Q3）］表示，利用Kappa值對評分一致性進行判定，Kappa值＜0.4表示一致性較差，0.4≤Kappa值＜0.75表示一致性一般，Kappa值≥0.75表示一致性較好。P＜0.05認為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 客觀評價結果

客觀評價結果如表1和圖1所示，MAR組圖像AI值、CNR值在各單能量下均顯著低于非MAR組（P＜0.05），兩組圖像AI值、CNR值均隨著單能量能級增長而不斷降低。兩組圖像70、80 keV圖像的AI值與120 kVp-like混合能量圖像無統計學差異（P＞0.05），90～140 keV 圖像的 AI值均低于混合能量圖像（P＜0.05）。AI值單因素方差分析LSD法結果顯示，MAR組100～140 keV的組間AI值無統計學差異，非MAR組110～140 keV組間AI值無統計學差異（P＞0.05）。

表1 混合能量和虛擬單能量下AI值、CNR值比較（±s）

表1 混合能量和虛擬單能量下AI值、CNR值比較（±s）

注：a表示各單能量與混合能量比較P＜0.05；b表示MAR組和非MAR組AI值、CNR值比較P＜0.05。

能量/keV AI值 CNR值MAR組 非MAR組 MAR組 非MAR組混合能量 32.44±16.23b 113.95±66.77 5.09±3.50b 32.38±18.39單能量70 36.26±18.67b 130.41±76.01 5.42±3.84b 33.92±19.64 80 29.34±14.52b 100.64±57.41 4.65±3.27b 31.05±17.13 90 24.63±11.92ab 81.55±46.07a 3.91±2.90b 28.37±15.39 100 21.35±10.12ab 68.31±38.70a 3.38±2.54ab 26.26±14.39a 110 19.15±9.00ab 59.47±34.12a 2.97±2.34ab 24.45±13.90a 120 17.58±8.27ab 53.58±31.22a 2.62±2.24ab 22.76±13.60a 130 16.44±7.73ab 49.38±29.13a 2.42±2.21ab 21.72±13.55a 140 15.52±7.30ab 46.31±27.56a 2.28±2.17ab 20.72±13.61a

圖1 非MAR組、MAR組不同能量下AI值（a）、CNR值（b）比較

2.2 兩組不同能量下圖像質量比較

非MAR組混合能量、70 keV單能量，左前胸壁偽影重，囊袋位置及周圍軟組織顯示不清（圖2a～2b）；非MAR組140 keV單能量，偽影有所降低，囊袋位置依舊顯示不清，周圍軟組織局部顯示稍清晰（圖2c）；MAR組混合能量，較非MAR組偽影明顯降低（圖2d）；MAR組110 keV單能量，囊袋位置顯示清晰，周圍軟組織對比尚好（圖2e）；MAR組140 keV單能量，囊袋位于皮下組織與胸大肌之間，圖像細膩，周圍軟組織對比較110 keV差（圖 2f）。

圖2 非MAR組、MAR組不同能量下圖像質量比較

2.3 主觀評價結果

兩名診斷醫師評分一致性較好，Kappa值為0.873，評分高低與單能量能級有關。如表2所示，低keV圖像由于金屬偽影重，周圍軟組織辨識困難，綜合評分低；隨著keV增加，偽影范圍開始縮小，軟組織對比逐漸清晰，綜合評分提高，并在110 keV時達到最高；130～140 keV偽影范圍無顯著變化，但是軟組織對比明顯降低，評分下降。

表2 虛擬單能量主觀評分比較[M（Q1，Q3）]

3 討論

能譜CT對掃描獲取的原始數據進行能譜分析，得到單能量圖像，利用高keV進行成像可以降低金屬偽影[12]。MAR技術是專門用于去金屬偽影的技術，曾雨薇等[13]在仿真體模內放入心臟起搏器進行CT掃描，MAR重建后發現可以減輕圖像中的金屬偽影。趙晴晴等[14]認為，高keV單能量聯合MAR技術成像，能夠進一步降低金屬偽影，并且已經廣泛應用于骨科、脊柱外科等術后CT去偽影檢查中，但是在心臟起搏器植入術后的應用研究較少[15-16]。

本研究中，MAR組AI值、CNR值在各單能量下均顯著低于非MAR組，這可能與MAR技術原理有關。MAR技術是利用原始圖像中未被損壞的數據，不斷去修正、重組由于金屬物對穿過X線造成高衰減而損壞的數據，從而降低金屬偽影，反復的修正、重組致圖像細節對比不夠清晰[17-18]。通過將MAR組70～140 keV單能量圖像與MAR組120 kVp-like混合能量圖像對比，發現70、80 keV單能量圖像去金屬偽影效果不明顯，AI值無明顯縮小；90～140 keV單能量圖像AI值均低于混合能量圖像，并在140 keV時達到最低值（15.52±7.30），此時圖像偽影最輕，觀察囊袋位置最清晰。然而，過高的keV導致偽影區周圍軟組織細節顯示降低，對觀察軟組織腫脹、血腫造成影響。研究發現MAR組100～140 keV組間AI值沒有統計學差異，而圖像CNR值下降33.59%～55.20%；非MAR組110～140 keV組間AI值沒有統計學差異，圖像CNR值下降12.38%～36.00%。因此，必要時可以適當降低keV從而提高軟組織對比。熊祖坤等[19]認為110 keV單能量成像能夠保證在偽影區軟組織CT值差異最小情況下，最大程度地去除偽影；李杰等[20]在能譜CT上的研究結果顯示，單能量成像聯合MAR技術時，110～140 keV是最佳單能量范圍。在本研究中，低keV單能量圖像，受金屬偽影影響，偽影區軟組織顯示不清致綜合評分低。隨著keV的增加，偽影范圍不斷縮小，軟組織顯示逐漸清晰，組織對比評分及綜合評分都得到提高，其中110 keV單能量圖像綜合評分最高。但是，由于心臟起搏器金屬材質的差異致部分病例在僅采用110 keV單能量成像時，偽影降低程度不足，周圍軟組織的顯示和對比依舊有較大影響。此時聯合MAR技術在100～120 keV進行成像，能夠在降低偽影的同時，最大程度地保留軟組織對比。

當然，本研究也存在一定的不足：研究樣本量較小，增加樣本量會使數據結果更有說服力；未對心臟起搏器的材質進行分類分析，同時缺乏對偽影區臨近的解剖結構、縱膈血管等進行研究，增加研究內容可以更全面地評估去偽影效果。

4 結論

綜上所述，能譜CT高keV單能量成像聯合MAR技術可以有效去除心臟起搏器植入術后CT復查掃描過程中產生的金屬偽影；并且100～120 keV單能量有利于周圍軟組織對比顯示；臨床可以根據實際需要選擇最佳的能譜顯示。