能譜CT聯合ASIR-V及雙低對比劑在肝硬化門靜脈成像中應用價值研究

鄧建濤，嚴高武，馬婷，范小萍，李勇

遂寧市中心醫院 放射影像科，四川 遂寧 629000

引言

肝硬化是一種以肝組織彌漫性纖維化、假小葉和再生結節形成為特征的慢性進行性肝病，CT門靜脈成像（Computed Tomography Portal Venography，CTPV）是肝硬化患者的主要影像學檢查方法之一，能了解門靜脈解剖和側支循環開放情況、評估肝靜脈與門靜脈的位置關系和通暢情況。肝硬化患者由于門靜脈血流受阻、血液淤滯，常伴有門靜脈高壓、腹水及心肝腎功能不全等疾病，因此常需增加對比劑濃度和劑量、加大注射速率或通過降低管電壓、改變掃描采集時間及應用低能量掃描等方式來提高門靜脈的成像效果[1-3]，但隨之帶來的是對比劑腎病、碘外滲風險以及圖像噪聲增加、圖像質量下降等一系列問題[4]。因此如何在獲得高質量的門靜脈圖像的同時盡可能地減少對比劑的濃度和劑量仍然是目前臨床關注的問題，CT能譜成像提供了這種可能性，能譜CT一次能譜成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI）掃描即可獲得40～140 keV共101種的單能量圖像，低能量圖像能提高細小血管的顯示率，增加圖像的組織對比度，提升血管的強化能力，但圖像噪聲也相應增加，而多模型迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，ASIR-V）技術可以改善圖像質量，降低圖像噪聲[5-6]，為能譜低對比劑劑量成像研究提供了基礎。既往運用CT能譜技術改善門靜脈圖像質量的研究主要有門靜脈最佳單能量成像[7-8]、低濃度對比劑聯合單能量圖像成像[9-10]、自適應迭代重建算法聯合單能量圖像成像[11-12]、單能量圖像降低對比劑劑量[13-14]等，但這些研究多局限于單因素或雙因素分析且多數研究為正常門靜脈成像或成像過程中對比劑濃度較高或對照組仍采用FBP重建未采用ASIR-V重建，實驗條件稍弱或未對能譜CTPV的輻射劑量進行對照研究等，同時較少有研究將能譜單能量與ASIR-V及雙低對比劑聯合應用于肝硬化患者門靜脈成像中。因此，本研究旨在探討不同權重的多模型迭代重建技術聯合低用量、低濃度對比劑在肝硬化患者能譜門靜脈成像中的可行性，以期獲得門靜脈的最佳單能量與迭代重建權重組合。

1 材料與方法

1.1 一般資料

前瞻性連續收集遂寧市中心醫院2020年6—12月臨床擬診斷肝硬化需行CTPV檢查的患者80例。納入標準：① 年齡≥18歲；② 臨床考慮肝硬化需接受CTPV檢查；③ 且自愿參與本研究。排除標準：① 有碘劑過敏者；② 肝脾臟有手術史者；③ 肝占位累及脈管區者；④ 無法屏住呼吸者。將患者按隨機數字表法分為A組和B組，每組40例，其中A組男21例，女19例，年齡35～74歲，平均（56.46±11.37）歲，體質指數（Body Mass Index，BMI）（23.06±2.36）kg/m2；B組男18例，女22例，年齡32～75歲，平均（55.23±9.53）歲，BMI（22.22±2.49）kg/m2。兩組患者的性別、年齡和BMI比較差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。兩組患者均采用Child-Pugh進行分級，肝硬化分級資料及臨床病程差異均無統計學意義（P＞0.05），見表1。本次研究獲得本院倫理委員會審批（批號：LLSLH20220008），所有患者檢查前均簽署知情同意書。

表1 2組患者肝硬化分級資料及臨床病程（n=80）

1.2 儀器與方法

采用美國GE Healthcare Revolution 能譜CT掃描機，患者檢查過程中均按標準技術方法行上腹部平掃+三期增強掃描，所有患者上腹部平掃均采用常規120 kV模式掃描，三期增強掃描：A組采用常規120 kV模式掃描，B組采用GSI模式掃描，取仰臥位、正位定位像，選用閾值追蹤模式，監測位置設置在肝門層面的腹主動脈上，監測閾值為150 HU，掃描范圍自膈頂到髂前上棘，其他掃描條件一致:球管切換時間0.5 s/r，自動管電流（能譜模式選擇GSI Assist、常規模式選擇Smart mA），噪聲指數=10，螺距為0.992，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，對比劑通過高壓注射器以3.5 mL/s的速率經肘靜脈注射，其中A組使用碘帕醇（370 mgI/mL），對比劑用量按1.4 mL/kg進行計算；B組使用碘海醇（300 mgI/mL），對比劑用量按1.2 mL/kg計算，注射結束后追加40 mL 0.9% NaCl溶液沖管，閾值觸發后延遲7 s掃描動脈期，門靜脈期與動脈期掃描時間間隔30 s，動脈期掃描結束120 s后掃描延遲期。

1.3 圖像后處理

A組自動輸出120 kV、ASIR-V 40%重建圖像；B組行能譜增強掃描后，利用門靜脈期的原始數據按間隔5 keV提取40～70 keV的單能量圖像（共7組），再分別用濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）及 ASIR-V 20%～80%（間隔20%）重組，得到35個亞組的門靜脈圖像，所有圖像重建層厚、層間距均為1.25 mm。

1.4 圖像分析

客觀評價：在軸位薄層圖像上，由兩名影像科腹部血管組副主任醫師測量門靜脈主干最大層面的CT值和噪聲值，以上述層面的肝臟和豎脊肌為組織背景，分別測量肝臟實質和豎脊肌的CT值及SD值，測量時應注意避開血管，所有數據均測量3次取平均值為最終參考值，數據測量有分歧時經商議決定。其中門靜脈主干、肝臟和豎脊肌感興趣區分別為（25.27±1.08）、（99.89±1.47）、（49.87±0.53）mm2，門靜脈的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）的計算公式為：SNR=CT值門靜脈/SD值門靜脈、CNR=（CT值門靜脈-CT值肝實質）/SD值豎脊肌[15]。

主觀評價：仍由上述兩名醫師瀏覽各組數據的軸位、容積再現VR及最大密度投影MIP圖像，采用5分法對圖像質量進行評價[16]（5分：圖像顆粒度小，肝實質與血管對比對好，門靜脈大血管清晰，末梢分支充盈良好；4分：圖像顆粒度較小，肝實質與血管對比度較好，門靜脈大血管較清晰，末梢分支充盈較好；3分：圖像顆粒度正常，肝實質與血管對比對一般，門靜脈大血管較清晰，末梢分支充盈不好；2分：圖像顆粒度較大，肝實質與血管對比度較差，各級門靜脈血管顯示較差；1分：圖像顆粒度大，肝實質與血管對比度差，門靜脈血管粗糙、淺淡，無法分辨遠端）。3分及以上符合診斷要求，可用于后續分析。

1.5 輻射劑量和碘劑量

記錄各組患者門靜脈期對應的CT容積劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），有效輻射劑量計算方式為ED=DLP×0.015。記錄各組患者對比劑用量，計算公式：碘劑量=對比劑濃度×對比劑用量×0.001。

1.6 統計學分析

采用SPSS 21.0軟件進行統計分析。對兩組患者的一般資料、對比劑用量、碘攝入量、輻射劑量、圖像的主觀及客觀指標進行比較分析。計量資料以±s（正態分布）或中位數（上、下四分位數）（非正態分布）表示，采用獨立樣本t檢驗或Wilcoxon秩和檢驗比較。以χ2檢驗比較患者性別差異。多組圖像間客觀指標差異采用kruskal-wallisH檢驗比較；以Mann-WhitneyU檢驗比較圖像質量的主觀評分。采用Kappa分析2名醫師主觀評分的一致性。Kappa值≥0.75為一致性較好，0.40≤Kappa值＜0.75為一致性中等，Kappa值＜0.40為一致性較差。通過綜合評價，得到B組中最佳單能量能級和最佳ASIR-V迭代比例的組合，然后再與A組進行比較。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 低對比劑組的圖像質量評價

2.1.1 B組圖像的客觀評價

當單能量能級水平一定時，隨著ASIR-V迭代比例的增加，圖像的SNR和CNR升高，噪聲減小（P＜0.001）；ASIR-V 60%和ASIR-V 80%圖像的信噪比和CNR高于FBP組、ASIR-V 20%和ASIR-V 40%組（P＜0.001），其中ASIR-V 80%組噪聲最低。當迭代重建的比例一定時，門靜脈的噪聲和CNR在不同單能級水平圖像上差異有統計學意義（P＜0.001）；單能量為70 keV時，門靜脈圖像噪聲最小（表 2～4）。

表2 B組不同單能量圖像的背景噪聲結合ASIR-V圖像的客觀評價指標比較結果

表3 B組不同單能量圖像的SNR結合ASIR-V圖像的客觀評價指標比較結果

表4 B組不同單能量圖像的CNR結合ASIR-V圖像的客觀評價指標比較結果

2.1.2 B組圖像的主觀評價

2名副主任醫師主觀評分一致性較高（Kappa=0.845）。當迭代重建的比例一定時，不同單能級圖像上門靜脈主觀評分差異具有統計學意義（P＜0.001）；當單能量在55～65 keV范圍內時，圖像的主觀評分高于70 keV，且迭代的權重比例由FBP升高至ASIR-V 60%時，圖像主觀評分增加；然而，當ASIR-V提高到80%時，圖像質量下降；60 keV組門靜脈圖像主觀評分高于其他單能量組，差異有統計學意義（P＜0.001）；當單能量在65～70 keV時，迭代重建比例的升高，圖像質量的主觀評分無明顯變化（表5和圖 1）。

圖1 門靜脈圖像的主觀評價

表5 B組不同單能量圖像結合ASIR-V圖像主觀評價指標比較結果（分，±s）

表5 B組不同單能量圖像結合ASIR-V圖像主觀評價指標比較結果（分，±s）

單能量重建算法 FBP ASIR-V 20% ASIR-V 40% ASIR-V 60% ASIR-V 80% Z值 P值40 keV 2.95±0.22 3.20±0.41 3.40±0.50 3.65±0.49 3.50±0.51 23.777 ＜0.001 45 keV 3.25±0.44 3.45±0.51 3.70±0.47 4.05±0.22 3.95±0.39 40.464 ＜0.001 50 keV 3.55±0.60 3.75±0.55 4.00±0.32 4.30±0.47 4.20±0.52 24.320 ＜0.001 55 keV 3.85±0.59 4.05±0.39 4.35±0.49 4.55±0.51 4.40±0.59 19.226 ＜0.001 60 keV 4.15±0.49 4.30±0.47 4.50±0.51 4.75±0.44 4.60±0.50 14.425 ＜0.006 65 keV 4.00±0.56 4.10±0.31 4.20±0.41 4.30±0.47 4.30±0.57 5.691 0.223 70 keV 3.70±0.57 3.75±0.64 3.80±0.52 3.80±0.41 3.85±0.37 1.380 0.848 Z值 56.127 51.576 55.766 58.041 39.484 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.1.3 綜合評價

綜合上述研究結果，當迭代重建算法選擇ASIR-V 60%且單能量重建水平選擇60 keV時，CTPV的圖像質量客觀評價與主觀評分均高于其余各組，此時將B組中的60 keV、ASIR-V 60%門靜脈圖像定義為B1組。

2.2 兩組患者圖像質量、對比劑用量、碘攝入量和輻射劑量比較

雙低對比劑結合單能量組（B1組）門靜脈圖像的SNR及CNR高于常規劑量組（A組），差異有統計學意義（P＜0.001）；A組與B1組的圖像質量主觀評分分別為（4.45±0.61）、（4.75±0.44）分，差異有統計學意義（Z=8.745，P=0.018）；A組對比劑總量為（84.25±7.89）mL，碘攝入量（31.17±2.72）g，B1組對比劑總量為（71.13±8.24）mL，碘攝入量（21.33±2.35）g，B1組對比劑總量較A組減少約15.57%，碘攝入量較A組減少約31.56%，差異有統計學意義（P＜0.001）；A、B1 組三期增強掃描的平均CTDIvol、DLP及ED值比較差異均無統計學意義（P＞0.05），見表6。

表6 A、B1組患者一般資料、輻射劑量、對比劑用量、碘攝入量及圖像質量的客觀評價比較結果

3 討論

CTPV可清晰顯示門靜脈及側支循環靜脈的完整影像，提供手術解剖學的直觀影像，用于評估肝靜脈與門靜脈的位置關系和通暢情況，確定穿刺位點和旋轉角度，降低手術并發癥，因此對于肝硬化患者TIPS術前方案的制定非常重要[17-18]。CTPV的成像圖像質量主要由門靜脈血管的強化程度來決定，但由于肝硬化患者本身血液循環減弱，加之門靜脈高壓等病理因素，使門靜脈血管內的對比劑濃度降低，影響門靜脈的增強效果[19]。能譜單能量成像技術和迭代算法的聯合應用有效地解決了門靜脈成像的難點。

Revolution能譜CT采用單個X射線管及高（140 kV）和低（80 kV）的瞬時雙kVp能量切換的成像方法，利用人體不同組織在不同能量X射線下產生的不同吸收量，在投影空間內將獲得的不同能級數據進行解析，從而分離出40～140 keV能量范圍內的單能量圖像。Hu等[20]研究表明，40～75 keV的單能量水平范圍是顯示門靜脈圖像的最佳區域。本研究發現，在同一迭代比例水平的圖像上，門靜脈的噪聲和CNR在不同單能級水平圖像上存在差異，且55～65 keV圖像的主觀評價高于70 keV，同時60 keV較其他單能量組圖像質量的主觀評分高，因此認為60 keV是能譜門靜脈成像的最佳單能量圖像，此結果與高璐等[21]報道的肝臟血管能譜成像時門靜脈最佳單能量值為61 keV的結果基本相似。本研究結果還顯示，ASIR-V 60%圖像的SNR、CNR高于FBP、ASIR-V 20%及40%組的圖像；單能量在40～60 keV范圍時，迭代權重比例由FBP升高至ASIR-V 60%時，圖像主觀評分增加；而升高至ASIR-V 80%時，圖像質量降低，可能原因是隨著迭代強度的提高會引起噪聲頻率的改變和漂移，圖像會出現過度平滑而失真，甚至出現蠟像狀偽影降低了診斷醫師的主觀評分，此與李瑩等[22]報道的在腹部CT掃描時ASIR-V 60%門靜脈圖像質量較好結果一致，因此認為ASIR-V設置為60%時門靜脈圖像質量效果最佳。

在增強檢查過程中，降低對比劑的濃度、減少對比劑的用量是預防或減少對比劑腎病發生最重要的原則，尤其對于高危因素患者[23]。本研究采用雙低對比劑能譜CTPV檢查的原理是:在低keV值的圖像上，X線與物質主要發生光電效應，X線光子能量較低，使光子能量更接近含碘組織的“K緣”（33.2 keV），從而使血管的CT值升高，圖像對比度增大[24-25]。羅昆等[26]采用雙低對比劑（270 mgI/mL、1.2 mL/kgvs.350 mgI/mL、1.5 mL/kg）聯合單能量技術行能譜門靜脈成像，結果顯示，61 keV的單能量圖像可以獲得滿足臨床需求的門靜脈圖像，同時還降低了對比劑的濃度和用量。趙晶等[12]通過60 keV單能量圖像聯合FBP及ASIR 30%～60%間隔10%重建門靜脈圖像，結果顯示能譜門靜脈成像中獲得最佳圖像質量的ASIR比值為40%。而本研究與上述報道最大的區別在于:能譜門靜脈成像中在使用雙低對比劑的同時還聯合了最新的ASIR-V技術，結果顯示，B組中的60 keV、ASIR-V 60%組門靜脈圖像的客觀評價與主觀評分均高于A組，B1組對比劑總量較A組減少約15.57%（P＜0.05），碘攝入量較A組減少約31.56%（P＜0.05），此與羅昆等[26]研究結果基本相似；而與趙晶等[12]結果不同的原因可能是：ASIR是初期的迭代重建技術,是在原始數據空間利用系統統計噪聲模型和光學模型通過反復迭代、修正來降低圖像噪聲，但數據計算量大，比較耗時；而ASIR-V融合物體、物理及噪聲模型于一體，摒棄了傳統的光學建模，比ASIR具有更好的圖像空間分辨率和更大降低圖像的噪聲的能力，從而提供更加精準的圖像質量。

Revolution CT行GSI能譜掃描的輻射劑量一直備受臨床工作者的關注，本研究在保證掃描條件基本一致的前提下，結果顯示能譜組三期增強掃描的平均輻射劑量與常規120 kV管電壓組比較，差異無統計學意義（3.91±0.38 mSvvs.4.13±0.67 mSv，P＞0.05），說明2種掃描技術方法產生的輻射劑量相當，與王小鵬等[27]報道的輻射劑量結果（能譜組3.62±0.80 mSvvs.常規管電壓組3.89±1.02 mSv）基本一致。

本研究的不足：本研究全文均采用后置ASIR-V技術改善圖像質量，未進行使用前置ASIR-V技術在改善肝硬化患者能譜掃描圖像質量、降低輻射劑量的對比研究；僅對能譜掃描后40～70 keV的低能量圖像做研究，未將高能量圖像納入對比；病例數少，樣本量有待擴大。

綜上所述，肝硬化患者采用60 keV單能量圖像+ASIR-V 60%的迭代權重組合聯合雙低對比劑行門靜脈CT血管成像，不僅可以獲得滿足臨床需求的圖像質量，同時降低了對比劑的濃度和劑量，值得臨床推廣應用。