雙源雙能量CT圖像優(yōu)化技術(shù)對(duì)肺動(dòng)脈成像圖像質(zhì)量的影響

卞 佳 蘇文靜 殷志杰 李 泉

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科 山東 濱州 256603

肺動(dòng)脈栓塞(pulmonary embolism,PE)是一種嚴(yán)重危害人類健康的心血管疾病,具有較高的致殘率及病死率。目前,CT肺動(dòng)脈造影(computer tomography pulmonary angiography, CTPA)已成為診斷PE首選影像學(xué)檢查方法[1]。近年來隨著雙能量CT軟、硬件設(shè)備的不斷發(fā)展與完善,雙能量CT的臨床應(yīng)用越來越廣泛[2]。一次雙能量肺動(dòng)脈CT血管成像(computer tomography angiography, CTA)檢查能夠同時(shí)獲得肺動(dòng)脈解剖圖像以及全肺的灌注信息,為臨床診療提供豐富的信息[3-5]。本研究旨在定量評(píng)價(jià)雙源雙能量CT最佳單能量成像技術(shù)及非線性融合技術(shù)對(duì)肺動(dòng)脈栓子客觀參數(shù)的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 回顧性分析2021年1月至2022年3月經(jīng)肺動(dòng)脈CTA檢查證實(shí)PE患者28例,其中男16例,女12例,年齡48～82歲,平均年齡(66.9±9.9)歲。所有患者及家屬在檢查前均簽署知情同意書。

1.2 掃描參數(shù) 患者均使用Siemens Somatom Definition flash雙源CT行雙能量掃描。囑患者仰臥位,掃描采用頭足方向,掃描范圍為自胸廓入口到膈肌水平。采用人工智能觸發(fā)掃描軟件(Bolus Tracking),將ROI設(shè)在肺動(dòng)脈主干,當(dāng)其CT值達(dá)到預(yù)設(shè)值(100 HU)時(shí)自動(dòng)延遲4 s觸發(fā)掃描。利用雙筒高壓注射器(美國(guó)Medrad公司)以4.5 mL/s的流率經(jīng)肘靜脈注射碘海醇50 mL,隨后按相應(yīng)流率注射生理鹽水20 mL沖洗,以盡量減少腔靜脈內(nèi)殘留的對(duì)比劑。掃描參數(shù)設(shè)定X線管的管電壓分別為100、140 kV,參考管電流分別為300、255 mAs,開啟CARE Dose 4D,探測(cè)器準(zhǔn)直器為128 mm×0.6 mm。

1.3 圖像后處理 掃描結(jié)束后,系統(tǒng)自動(dòng)生成100 kV(A組)、140 kV(B組)兩組圖像。將圖像調(diào)入后處理工作站(Syngo MultiModality Workplace)中Dual Energy應(yīng)用,選擇最佳對(duì)比顯示(Optimal Constrast)選項(xiàng)卡生成非線性融合圖像(C組),融合系數(shù)設(shè)為Blending Center=150 HU,Blending Width=200 HU,然后再選擇Monoenergetic選項(xiàng)卡,根據(jù)對(duì)比噪聲比能譜曲線選擇重建最優(yōu)的Mono圖像(D組)。選取4組圖像中相同層面的栓子及鄰近血管勾畫感興趣區(qū)域,ROI盡量選取栓子中心位置,測(cè)量其CT值、噪聲,計(jì)算得出栓子對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio ,CNR)及信噪比(signal to noise ratio,SNR)。

2 結(jié)果

2.1 各組圖像栓子CT值、SD值的比較 各組圖像間栓子CT值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。各組圖像栓子噪聲有差異,P<0.01;其中C組圖像中栓子噪聲最小,與其他組別兩兩比較,P<0.01(表1)。D組圖像中栓子噪聲與A、B組圖像相比,P<0.05或<0.01。(表2)。

表1 非線性融合圖像與其他三組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較

表2 最佳單能量圖像與其他三組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的比較

2.2 各組圖像栓子SNR及CNR的比較 各組圖像SNR及CNR有差異,P<0.05,其中C組圖像質(zhì)量最佳,與其它組別圖像兩兩比較時(shí),SNR及CNR均有差異,均P<0.05(表1)。D組圖像中栓子SNR與A、B組圖像比較,P<0.05。D組圖像中栓子CNR與A組圖像比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與B組圖像相比,P<0.01 (表2)。

3 討論

隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展,CT已成為臨床工作中最主要的檢查手段。 2006年西門子公司推出了雙能量CT,將CT發(fā)展推入一個(gè)新的時(shí)代。自2007年Johnson等[6]在國(guó)際上首次報(bào)道了雙能量CT的臨床應(yīng)用,雙能量CT技術(shù)已在國(guó)內(nèi)外取得了豐碩研究成果,并在臨床中得到廣泛應(yīng)用[7-8]。肺動(dòng)脈CT成像作為診斷PE首選影像學(xué)檢查方法,雙能量CT掃描可一次掃描獲得肺灌注血容量成像、肺血管增強(qiáng)成像、最佳單能量圖像及非線性融合圖像等多種圖像信息,為臨床診療提供更豐富的影像學(xué)信息。肺灌注血容量成像可通過計(jì)算碘對(duì)比劑在肺實(shí)質(zhì)中的分布,顯示肺灌注信息。肺血管增強(qiáng)成像則根據(jù)物質(zhì)分離算法標(biāo)記肺栓子,提高外周性PE的檢出敏感性。而最佳單能量圖像及非線性融合圖像則可以通過對(duì)原始采集圖像處理不同程度地優(yōu)化圖像客觀質(zhì)量。

①.100 kV圖像;②.140kV圖像;③.非線性融合圖像;④.最佳單能量圖像。

目前已有較多關(guān)于雙能量CT在肺動(dòng)脈血管成像中的應(yīng)用研究,但是研究關(guān)注點(diǎn)主要集中在肺灌注圖像對(duì)PE的診斷價(jià)值[3-5]及對(duì)肺動(dòng)脈血管成像圖像質(zhì)量的改善[9-11],而將肺動(dòng)脈栓子客觀參數(shù)作為研究對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)的臨床研究較少。

本研究應(yīng)用雙源CT后處理工作站中優(yōu)化對(duì)比(Optimum Contrast)程序是采用改進(jìn)型“S”形函數(shù)進(jìn)行不同比例能量混合從而實(shí)現(xiàn)非線性圖像融合。在CT值較低區(qū)域的融合圖像中140 kV圖像信息所占比例較大,而CT值較高區(qū)域則相反,從而在保證低能量圖像中對(duì)比度的同時(shí)獲得高能量圖像的低噪聲。本研究將研究參數(shù)設(shè)為Blending Center=150 HU、Blending Width=200 HU,即對(duì)-50 HU～350 HU范圍內(nèi)的組織圖像進(jìn)行不同比例能量融合。本研究表明,四組圖像中栓子CT值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但是從噪聲、SNR、CNR三方面比較,非線性融合圖像質(zhì)量最佳,與其他三組圖像比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這表明,利用非線性融合圖像可以更清晰地顯示肺動(dòng)脈栓子。

最佳單能量成像技術(shù)可以利用后處理軟件進(jìn)行圖像重組,獲得連續(xù)的虛擬單能量圖像。不同能量級(jí)圖像具有不同特征。低能量級(jí)圖像密度分辨率較高,組織對(duì)比好,但圖像噪聲增高,而高能量級(jí)圖像可以有效抑制硬化和金屬偽影,但組織對(duì)比減弱。

因此,在工作中需要根據(jù)成像目的不同而選擇合適的能量圖像。本研究關(guān)注點(diǎn)在于肺動(dòng)脈栓子的顯示及檢出,因此,要求圖像中栓子與鄰近血管具有良好的對(duì)比度,即兩者之間具有較大CT差值的同時(shí)栓子噪聲也較低。如果X線能量水平降低,血管CT值會(huì)升高,血管與栓子CT差值也越大,但栓子噪聲會(huì)隨之增大,CNR反而會(huì)下降。而X線能量水平升高,栓子噪聲會(huì)減小,但血管CT值也會(huì)下降,CNR也會(huì)隨之下降。因此,最佳單能量圖像可在CT差值和噪聲之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn),使得CNR最優(yōu)化。

綜上所述,雙能量CT非線性融合技術(shù)及最佳單能量圖像技術(shù)在提高肺動(dòng)脈栓子圖像質(zhì)量方面具有一定優(yōu)勢(shì),可用于臨床肺動(dòng)脈成像檢查中。