雙層探測器光譜CT多參數圖像診斷咯血患者中體-肺循環分流的價值

渠慧芳 王武章 汪立明 鄧薇薇 劉曉敏 楊濟生 郭曉雯 張運曾 魯憶南 金鋒，4

肺組織內體循環與肺循環的終末支之間存在大量的潛在交通支毛細血管網，正常情況下幾乎不開放，在慢性炎癥、腫瘤、肺栓塞、組織壞死、手術創傷，以及先天性心肺疾病等多種病理因素影響下，部分吻合支通過擴張或直接交通的方式，形成體-肺循環之間的異常分流現象(bronchial-pulmonary shunt，BPS)，此現象為導致咯血的常見且重要的原因[1-2]。目前，數字減影-血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是診斷體-肺循環分流的標準，但DSA檢查價格昂貴且為有創檢查，并且多在患者咯血后需要栓塞治療時進行，無法作為常規體-肺循環的篩查手段。因此，對有咯血風險的患者，采用無創的影像學方法診斷BPS具有重要的臨床價值。胸部強化CT圖像可以提供肺部血管形態信息，評估咯血潛在的責任血管，是目前研究肺部血管性病變的最常用的檢查手段。雙層探測器光譜CT(簡稱“光譜CT”)與普通強化CT掃描相比，不僅掃描速度更快，還可以通過對能量數據的多種后處理手段獲得常規混合能級圖像，并重建多種光譜圖像，如40 keV單能級圖像和碘密度圖像，能夠更好地顯示胸部血管解剖結構及細節特點，提高對比噪聲比，以及同級別血管內不同碘濃度之間的差異性[3]。

本研究回顧性分析經DSA確診存在BPS的咯血患者的光譜CT體動脈期重建的常規混合能級圖像和光譜圖像序列中的40 keV單能級圖像和碘密度圖，總結存在BPS的咯血患者的光譜CT影像學特征，探討光譜CT在BPS的檢出及定性中的臨床應用價值。

資料和方法

一、資料來源

收集山東省胸科醫院(2021年更名為山東省公共衛生臨床中心)2019年12月至2020年12月在DSA介入栓塞治療咯血過程中發現存在BPS，并且于DSA檢查前1周已經行光譜CT增強掃描的患者。納入標準：(1)在DSA造影圖中可以看到明顯的體-肺循環分流征象；(2)患者DSA術前1周內接受光譜CT胸部增強掃描，掃描期相必須包含體動脈期掃描。排除標準：(1)CT掃描圖像質量不佳，不能用于分析；(2)合并其他肺部血管畸形。

本研究共收集31例患者，其中2例患者由于憋氣較差，呼吸偽影較重，1例合并肺動靜脈瘺而被排除，最終納入28例患者進行研究。

二、掃描方法

1.DSA：超選擇性支氣管相關體動脈DSA(由介入醫師完成)探查造影動脈包括：正常起源于主動脈-支氣管動脈及異位起源于胸主動脈、雙側鎖骨下動脈、腹主動脈、支氣管動脈和其他非支氣管性體動脈側支，包括肋頸干、甲狀頸干、胸廓內動脈、胸外側動脈、膈下動脈、腹腔動脈、腎動脈等。觀察并記錄BPS發生的肺部區域，因為在DSA的視野內無法區分兩肺的5個解剖肺葉，因此根據目測法，按照上中下三分法將兩側肺野分為左上、左中、左下、右上、右中、右下6個區域，分別記錄每例患者存在BPS的肺部區域，以便在相應肺野的CT圖像中對照有無異常顯示的肺動脈血管。

2.胸部增強掃描：采用雙層探測器光譜CT(IQon光譜CT，荷蘭飛利浦醫療集團)行胸部動態增強掃描。患者取仰臥位，掃描范圍均為胸廓入口水平至膈肌水平，于仰臥位吸氣末屏氣時掃描。掃描參數：管電壓120 kV，采用管電流自動控制技術自動調節管電流(80～210 mAs)，準直器寬度64×0.625 mm，X 線管旋轉速度0.27 s/周，螺距0.953。對比劑采用碘帕醇(含碘370 mg/ml)，用量根據患者體質量計算(1.2 ml/kg)，注射60～100 ml對比劑(最高注射100 ml對比劑)，后追加40 ml生理鹽水，注射流率3～4 ml/s。對比劑注射后30 s采集體動脈期圖像，其中2例患者同時包括對比劑注射20 s 后的肺動脈期圖像。

CT圖像采集完成后，除了常規迭代重建120 kV常規混合能級圖像外，另進行光譜重建生成全息光譜圖像(spectral base image，SBI)。基于光譜數據包在飛利浦星云后處理工作站中實時獲取虛擬單能量圖像及碘密度圖，其中虛擬單能級圖像選擇40 keV 能級水平。所有圖像重建層厚為1.0 mm，層間距為1.0 mm，重建算法為soft算法。視野500 mm×500 mm，矩陣512×512。

三、圖像分析

由2名高年資主治及以上職稱醫師分別基于常規圖像、40 keV單能級圖像及碘密度圖進行獨立閱片，采取單盲法判讀，閱讀光譜CT的診斷醫生不能事先知道BPS診斷及責任血管的具體位置。在常規混合能級圖像及40 keV單能級圖像中分別在病變區尋找是否有支持BPS陽性的肺動脈血管。體動脈期圖像中支持BPS陽性的診斷標準：調整窗寬窗位，在病變區域內可目測肺動脈分支CT值較對側正常同級別肺動脈CT值明顯增高，接近主動脈CT值。分別統計在常規混合能級圖像及40 keV單能級圖像中，在每例患者六分法的肺野內所觀察到的BPS陽性率。然后，在DSA提示BPS的病變區域內，在不同級別的肺動脈血管內選取5個ROI，分別為主-肺動脈根部(ROI1)、病變區域內目測CT值最高的肺動脈所屬葉級肺動脈根部(ROI2)、病變區域內目測肺動脈CT值最高的部位(ROI3)、對側與ROI2對應的同葉級肺動脈根部(ROI4)，以及與ROI3對應的正常肺組織內同水平肺動脈(ROI5)。5個ROI的選取范圍為在對應血管的管腔內盡可能選擇最大的范圍，并且ROI3的選擇標準為肺葉內亞段級及以上標準的肺動脈，以保證測量的準確度。如對側也為DSA提示的BPS異常區域，則因無對照的ROI4和ROI5，只測量ROI1、ROI2和ROI3。在光譜數據的各序列圖像中，選擇常規混合能級圖像、40 keV單能級圖像和碘密度圖，測量上述5個或3個ROI的CT值和碘密度值，測量的ROI1～5示意圖見圖1～5。

圖1～5 患者，男，45歲。圖1～5分別表示常規圖像上各ROI示意圖(2020年5月)。圖1表示ROI1，位于主肺動脈根部。圖2表示ROI2，位于病變區域內目測CT值最高的肺動脈的所屬葉級肺動脈根部。圖3表示ROI3，位于病變區域內目測CT值最高的肺動脈。圖4表示ROI4，位于對側與ROI2對應的同葉級肺動脈根部。圖5表示ROI5，位于與ROI3對應的正常肺組織內同水平肺動脈

四、統計學處理

結 果

一、患者一般資料

28例患者中，男性21例，女性7例；年齡18～84歲，平均(55.30±10.20)歲。基礎疾病包括：肺結核11例(合并毀損肺4例)，曲霉菌感染3例，其他肺部感染8例(合并支氣管擴張3例)，肺癌2例，肺部分切除術后患者2例(1例因肺結核毀損切除，1例因先天支氣管擴張切除)。其余2例無基礎疾病。

二、六分法肺野內不同檢查方法間BPS陽性率的比較

根據六分法，將28例患者肺部圖像分為168個肺野。DSA圖像共發現39處BPS陽性肺野，見圖6。28例患者中，常規迭代重建120 kV混合能量圖像和40 keV單能級圖像。40 keV單能級圖像分別檢出20例患者(71.4%)和23例患者(82.1%)，40 keV單能級圖像檢出率略高于普通CT增強圖像；39處DSA診斷出BPS的肺野中，普通CT增強圖像和40 keV單能級圖像分別檢出27處(69.2%)和30處(76.9%)，40 keV單能級圖像的BPS陽性檢出率同樣略高于常規圖像。但常規圖像和40 keV單能級圖像對患者的檢出率和肺野的檢出率間差異均無統計學意義(McNemar精確檢驗，P值均為0.250)。在DSA無陽性發現的肺野中，常規圖像和40 keV單能級圖像亦無陽性發現。

圖6 患者，男，54歲。數字減影-血管造影顯示左中肺野內可見異常分流現象(2020年3月)

以168處肺野為研究對象，以DSA檢測結果為標準，分別對40 keV單能級圖像和常規圖像對BPS的檢出結果進行診斷試驗，結果顯示，常規混合能級圖像檢出的敏感度為69.2%，特異度為100.0%，受試者工作特征曲線(ROC曲線)曲線下面積為0.846(0.783～0.897)；40 keV單能級圖像的敏感度為76.9%，特異度為100.0%，ROC曲線下面積為0.885(0.826～0.929)。40 keV單能級圖像的敏感度和ROC曲線下面積均高于常規圖像。

三、BPS光譜圖像陽性的咯血患者不同部位及等級肺動脈血管客觀評價指標

根據40 keV單能級圖像中提示BPS陽性的30支出現BPS征象的肺動脈血管，其中20支血管的對側也出現BPS陽性征象，10支血管正常。在光譜CT體動脈期常規混合能級圖像、40 keV單能級圖像和碘密度圖的圖像上，分別測量病變側及部分相應正常肺組織內的5個或3個ROI，記錄不同ROI內相應的CT值及碘密度值。表1列出了BPS陽性的30支肺動脈血管及對側正常的20支肺血管各ROI在三組圖像上的CT值和碘密度值。

表1 BPS光譜圖像陽性咯血患者不同序列圖像中各ROI在三組圖像的測量值

通過表1可見，BPS陽性側的肺動脈CT值與碘密度值逐漸增高，即ROI3>ROI2>ROI1， ROI3的CT值和碘密度值明顯高于ROI1和ROI2，差異有統計學意義。

對側正常肺組織內，則呈現正常的沿血流方向及管腔由粗變細，對比劑濃度逐漸降低的情況，ROI1略高于ROI4和ROI5，但CT值和碘密度值三組間差異無統計學意義。

四、BPS陽性的肺動脈血管內對比劑變化趨勢與正常肺動脈變化趨勢的比較

為了比較病變區域與對側同級正常肺組織的變化差異性，通過兩兩比較的辦法，分別比較自主-肺動脈根部至病灶側肺動脈根部與主-肺動脈根部至對側正常肺組織側葉級肺動脈根部的變化差異性(即ROI1-ROI2與ROI1-ROI4)、自主-肺動脈根部至病灶內肺動脈與主-肺動脈根部至對側同水平正常肺組織內肺動脈的變化差異性(即ROI1-ROI3與ROI1-ROI5)、自病灶側葉級肺動脈根部至病灶內肺動脈與對側同級正常肺組織葉級肺動脈根部至肺組織內的變化差異性(即ROI2-ROI3與ROI4-ROI5)。分析CT值及碘密度值的變化，其數據增大計為陽性，統計其陽性率。見表2。

表2 BPS陽性的肺動脈血管內對比劑變化趨勢與正常肺動脈變化趨勢的比較

統計結果顯示，沿血流方向，BPS陽性側肺動脈血管內的CT值和碘密度值逐漸增高的陽性率與對側正常肺血管增高的陽性率差異均有統計學意義(P值均<0.001)，即BPS陽性側肺動脈管腔內造影劑濃度沿血流方向逐漸增高，與正常肺血管的造影劑濃度變化趨勢間差異有統計學意義。在40 keV單能級圖像中，通過多平面重建的方式，多可直接觀察到趨勢變化，如圖7。

圖7 患者，男，54歲。40 keV單能級圖像(2020年3月)顯示，與對側正常右下肺動脈對比劑濃度相比，左下肺動脈可見明顯的濃度增高，且呈由主動脈根部至左下肺動脈分支逐漸增高的趨勢。箭頭為左下肺動脈

五、BPS陽性肺動脈的雙期錯時顯影

2例同時掃描肺動脈期和體動脈期的患者，可見BPS陽性的肺動脈，在肺動脈期對比劑濃度明顯低于正常肺動脈，而在體動脈期，則明顯高于正常體動脈，呈現獨特的假性肺栓塞的錯時顯影征象，如圖8～13。

圖8～13 患者，女，62歲。圖8～10為肺動脈期圖像，顯示左側肺動脈內對比劑濃度呈沿血管走行逐漸降低的趨勢，在40 keV單能級圖像及碘密度圖序列中，測量左下肺動脈內相應ROI值均自主干向外逐漸降低。圖11～13為主動脈期圖像，顯示左側肺動脈內對比劑濃度呈沿血管走行逐漸增高的趨勢，在40 keV單能級圖像及碘密度圖序列中，測量左下肺動脈內相應ROI值均自主干向外逐漸增高

討 論

一、BPS現象的原因及DSA征象

肺組織接受體循環(主要是指支氣管動脈)及肺循環雙重血管系統供血。在肺栓塞、腫瘤、慢性肺部感染、肺組織壞死、手術創傷及先天性心肺疾病等多種病理因素的作用下，肺動脈血流減少或需求量增加，而支氣管動脈代償性增生。因為不同循環間的壓力差，且肺動脈管壁較薄，大量血液將通過吻合支擴張或直接交通增加血流量，經支氣管動脈等體動脈直接分流至肺動脈血管內，從而導致BPS的發生[4]。

沈松柏等[5]的研究中，324例因咯血行栓塞治療的患者中，98例存在BPS，其結果表明，由于出血量少等原因，DSA造影檢查顯示支氣管動脈出血直接征象少見，多表現為支氣管動脈增粗和迂曲，病變區血管走行雜亂、對比劑外溢、肺動脈分支密度異常增高，對比劑快速離心性流向肺動脈末梢，而肺動脈主干和右心室則較少見異常增高影。

二、BPS的CT增強圖像特點

為保證咯血治療的效果，介入栓塞術前的CT血管造影價值較大，不僅能夠提高尋找和栓塞責任血管的效率[6]，而且能提前發現BPS的存在，對栓塞劑的選擇有一定的指導意義[5-6]。

既往BPS多由DSA檢查發現，少見BPS的CT動脈血管成像報道。先前有文獻報道，35.5%的真性BPS能通過CT動脈血管成像獲得確診[7]，這對咯血介入術前預判支氣管循環異常血流動力學改變，以及對體動脈多支供血的術前評估均具有重要的臨床價值。

此外，由于BPS區域內的肺動脈接受了體動脈供血，在體動脈期，可以出現肺動脈的異常灌注。渠海賢等[8]和敖國昆等[9]利用CT灌注成像，在肺結核合并咯血的患者中存在BPS者做了與DSA的對照研究，研究結果表明，CT灌注指數對BPS的檢查有著較高的敏感度及特異度。但在臨床中，行CT灌注掃描的患者數量較少，且輻射劑量略高。

肺動脈分支錯期顯影是CT動脈成像診斷BPS的基本征象，表現為肺動脈對比劑充盈期，接受分流的肺動脈分支內對比劑異常充盈缺損，而在體動脈對比劑充盈期，異常分流的肺動脈分支內對比劑異常充盈，使該肺動脈分支的CT值明顯高于肺動脈主干或其他肺動脈分支的CT值，接近體動脈的CT值。在肺動脈期，病變肺血管內沒有足夠的對比劑充盈，而在主動脈充盈期，含對比劑濃度較高的體循環血液可以借分流使肺動脈分支出現明顯的對比劑充盈，使該肺動脈分支產生與其他肺動脈分支之間明顯的CT值差異。本組患者中有2例同時掃描了肺動脈期，可以見到明顯錯時顯影征象。

與DSA比較，CT動脈成像對肺動脈主干、段及亞段分支的錯時顯影的檢測有較高的一致性。CT動脈成像對BPS的檢出與CT圖像的密度分辨率和空間分辨率有關，同時與BPS的分流量、分流發生的血管水平(即肺動脈的解剖分級)有關。與DSA相比，CT動脈成像對BPS檢出率略低的原因分析，一是與發生分流的分支級別和分流量有關，其中分流量為最主要的因素；二是由于DSA檢查為體動脈內直接注入對比劑，且注射速度明顯高于CT動脈成像檢查，因此，對隱源性咯血中分流量較小的BPS的檢查陽性率明顯高于CT動脈成像檢查。本組患者中，5例未從CT及光譜圖像中發現明顯的BPS的咯血患者，肺內CT表現均為陰性或僅有肺內出血征象，沒有明顯的肺內病變的慢性長期刺激，BPS分流量較小。

三、BPS的光譜圖像特點

主動脈期的光譜CT圖像，與傳統CT增強掃描圖像相比，40 keV單能級圖像可以明顯提高血管內對比劑的顯影程度[3]，低keV的單能級圖像主要受光電效應的影響，用于增加血管強化，低能量圖像上含碘組織的CT值增高，也意味著增加了不同強化程度的血管之間的密度分辨率，因此更加有利于不同強化程度血管的肉眼分辨率。因此，在適當調整窗寬窗位的情況下，較傳統圖像更易發現異常顯影的肺動脈，提高BPS的檢出率，碘密度圖也可更好顯示肺內血管，密度分辨率優于普通強化CT圖像[10-11]。本研究的結果也說明了這一點。本研究采取在40 keV單能級圖像中定位陽性BPS肺動脈的ROI，其余序列均保持同樣的ROI進行測量。碘密度圖不僅對吸收碘多的病灶顯示更佳，而且也有利于顯示含碘量少的病灶[12-13]，因此，對強化后的細小血管的顯示也優于傳統CT強化圖像。但光譜圖像在臨床中的應用相對較少，在推廣中有一定的局限性。

本研究存在一定局限性：(1)樣本量較少，納入總患者例數有限；(2)未同時測量傳統CT強化圖像中ROI的CT值；(3)只關注了體動脈-肺動脈之間的異常分流情況，沒有納入體動脈-肺靜脈的異常分流患者。

綜上所述，雙層探測器光譜CT體動脈期光譜圖像能夠較準確地診斷咯血患者中的BPS責任血管，有助于介入術前對BPS異常血管的預判，指導臨床治療方式的選擇。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻渠慧芳：采集數據、分析/解釋數據、起草文章；王武章：對文章的知識性內容作批評性審閱；汪立明、鄧薇薇、劉曉敏：分析、解釋數據；楊濟生、郭曉雯、張運曾、魯憶南：實施研究；金鋒：行政、技術及材料支持