柔性減影CE-boost技術用于頭頸部CT血管成像

李俊超,侯 娟,劉文亞*,趙梓程

[1.新疆醫科大學第一附屬醫院影像中心,新疆 烏魯木齊 830054;2.佳能醫療系統(中國)有限公司,北京 100015]

頭頸部CT血管成像(CT angiography,CTA)對于診斷腦動脈瘤、頭頸部血管畸形及缺血性卒中等腦血管疾病具有重要作用[1-3],但動脈充盈不佳可致末梢微小血管顯示不清而影響診斷[4-5]。CTA血管增強程度與對比劑流率、濃度呈明顯正相關,增加對比劑注射劑量可提高血管腔密度并更好地顯示末梢微小血管[6-7],但可能增加對比劑腎病發生率[7]。柔性減影CE-boost是一種全新的血管增強后處理技術,無需增加對比劑流率或濃度即可獲得比傳統CTA成像更好的圖像質量[8-11]。本研究觀察CE-boost技術對于提高頭頸部CTA圖像質量的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2023年5月—7月于新疆醫科大學第一附屬醫院接受頭頸部CTA檢查的疑診頭頸部血管病變患者,排除碘對比劑過敏、嚴重腎功能不全、妊娠期或哺乳期女性及圖像存在嚴重金屬偽影者后,最終納入40例,男27例、女13例,年齡24～85歲、平均(59.6±12.5)歲。本研究獲醫院倫理委員會批準(K202305-22)。檢查前患者均知情同意。

1.2 儀器與方法 采用Canon Aquilion ONE Genesis 320排螺旋CT掃描儀。囑患者仰臥、頭先進,自足側向頭側掃描,范圍包括主動脈弓至顱頂;參數:管電壓120 kV;自動管電流模式,調節范圍100～700 mA;準直器160×0.5 mm;轉速0.5 s/rot;螺距0.806。平掃結束后使用雙筒高壓注射器以5 ml/s流率經右側肘正中靜脈注射50 ml碘海醇(370 mgI/ml),并以相同流率跟注20 ml生理鹽水;采用自動團注追蹤技術,將監測ROI置于主動脈弓層面降主動脈,觸發閾值為200 HU。

以三維自適應迭代低劑量(adaptive iterative dose reduction 3D,AIDR 3D)算法重建,層厚1 mm,層間隔0.8 mm,獲得常規CTA圖像(A組);以SURESubtraction Iodine mapping軟件對A組圖像行后處理,經柔性減影CE-boost處理生成CE-boost圖像(B組)。將2組圖像數據傳至Vitrea(Vital Images)工作站,行容積再現(volume rendering,VR)、最大密度投影(maximum intensity projection,MIP)及多平面重組等。

1.3 評估圖像質量

1.3.1 主觀評估 由2名具有5年以上CT診斷經驗的放射科醫師分別評價2組圖像質量,以5分制對整體圖像質量(圖1)、血管清晰度(圖2)及血管樹完整度(圖3)進行評分。

圖1 患者男,57歲,腔隙性腦梗死,頸部軸位CTA A.常規CTA圖,整體圖像質量主觀評分為4分,左、右頸總動脈CT值分別為452 HU及446 HU; B.CE-boost圖,整體圖像質量主觀評分為5分,左、右頸總動脈CT值分別為647 HU及636 HU 圖2 患者女,65歲,腦梗死,顱內動脈MIP圖 A.常規CTA圖顯示血管清晰度欠佳,主觀評分為3分; B.CE-boost圖主觀評價結果為5分

圖3 患者女,61歲,腔隙性腦梗死,顱內動脈VR圖 A.常規CTA圖顯示末端分支動脈欠清晰,部分遠端血管不可見,主觀評分為4分; B.CE-boost圖顯示末端分支動脈較為清晰(箭),血管樹更完整,評分5分

1.3.2 客觀評估 于軸位圖像所示主動脈弓(aortic arch,AA),頸總動脈(common carotid artery,CCA)起始部,頸內動脈(internal carotid artery,ICA)C1、C4段,椎動脈(vertebral artery,VA) V1、V4段,以及基底動脈(basilar artery,BA),大腦前動脈(anterior cerebral artery,ACA)A1、A3段,大腦中動脈(middle cerebral artery,MCA)M1、M3段,大腦后動脈(posterior cerebral artery,PCA)P1、P3段的遠、近端設置ROI,將其置于血管中心,使其大小盡量接近管腔直徑,避開血管壁及斑塊測量平均CT值,以其內CT值的標準差(standard deviation,SD)作為圖像噪聲;以血管鄰近組織[包括肌肉(胸鎖乳突肌)及腦組織(半卵圓中心)]作為背景,測量其平均CT值和圖像噪聲,計算圖像信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)及對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR):SNR=CT血管/SD血管,CNR=[CT血管-CT肌肉(腦組織)]/SD肌肉(腦組織)。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以±s描述符合正態分布的計量資料,組間行配對t檢驗;以中位數(上下四分位數)描述偏態分布計量資料,組間行Wilcoxon符號秩檢驗。采用Cohen's Kappa檢驗評價觀察者間評價結果的一致性:Kappa>0.8為幾乎完全一致,0.6

2 結果

2.1 圖像質量主觀評價結果 觀察者間評價整體圖像質量(Kappa=0.626)、血管清晰度(Kappa=0.785)及血管樹完整度(Kappa=0.729)基本一致,評估結果可靠性較高。B組圖像在整體圖像質量得分[5(5,5)]、血管清晰度得分[5(5,5)]及圖像血管樹完整度得分[5(5,5)]均高于A組圖像[分別為4(4,5)、4(4,4)及5(4,5)](P均<0.001)。見表1。

表1 2組CTA圖像質量主觀評分結果

2.2 圖像質量客觀評價結果 B組頸段及顱內段各級動脈的平均CT值、SNR、CNR均高于A組(P均<0.001),見表2～4;B組AA、V1-VA、C1-ICA、A1-ACA、A3-ACA、M1-MCA、M3-MCA、P1-PCA段動脈噪聲值均高于A組(P均<0.05);組間CCA、V4-VA、C4-ICA、BA、P3-PCA段動脈噪聲差異無統計學意義(P均>0.05),見表5。組間血管周圍肌肉組織CT值差異無統計學意義(P>0.05);B組腦組織CT值高于A組(P<0.05),見表2;B組肌肉、腦組織圖像噪聲均低于A組(P均<0.001),見表5。

表2 2組頭頸部CTA圖像各級動脈及周圍背景CT值比較(HU)

表3 2組頭頸部CTA圖像中各級動脈SNR比較

表4 2組頭頸部CTA圖像中各級動脈CNR比較

表5 2組頭頸部CTA圖像中各級動脈周圍背景噪聲值比較(HU)

3 討論

作為頭頸部血管成像常用方法,頭頸部CTA對于腦血管疾病的病因學診斷具有重要價值[12],但圖像質量易受掃描技術、對比劑用量等因素影響[13]。

利用深度學習重建算法可改善頭頸部CTA顯示顱內小血管效果,相比傳統濾波反投影和迭代重建算法,其圖像噪聲更低,SNR、CNR和空間分辨率更高[14]。柔性減影CE-boost為新興后處理技術,適配于所有常規掃描圖像,無需重建原始數據;通過將增強圖像與平掃圖像進行減影而獲得血管碘圖,并添加到經降噪處理后的原始增強圖像中,以提升血管增強程度[11,13]。IIZUKA等[15]報道,使用CE-boost技術可極大提升主動脈瘤腔內修復術后Ⅱ型內漏腔的CT值、SNR及CNR,增強病變顯示清晰度。

本研究中,B組圖像中各級動脈的CT值明顯高于A組。CT值增高可提升動脈的對比度和可見性、改善CTA圖像分辨率,有助于更加清晰地顯示細微結構,尤其對于顱腦細小動脈。SNR和CNR同樣是評估CTA圖像質量的重要指標[16]。本研究結果顯示,B組圖像中,隨動脈管腔CT值提升,各級動脈的SNR和CNR亦顯著增高。SNR提高意味著血管腔信號強于噪聲,圖像質量更好、血管結構更清晰,有助于檢測和診斷血管疾病;同時,CNR較高即血管腔與周圍組織之間對比更為明顯,有助于準確識別和定位血管病變[17]。

本研究對CTA圖像質量的主觀評分結果顯示,B組圖像質量好于A組,顯示動脈更為清晰,可更加完整地顯示血管樹;而客觀評價結果顯示,B組血管周圍肌肉組織及腦組織的CT值較A組有所上升而噪聲低于A組,且圖像更加細膩、顆粒度及硬化偽影更小,與針對整體圖像質量的主觀評分結果相符;但本研究中B組圖像血管噪聲并無明顯改善,與OTGONBAATAR等[8]的結果相符,可能與減影配準過程中降噪濾波不足有關。

綜上,利用柔性減影 CE-boost 技術可提高頭頸部CTA圖像質量,使血管輪廓更加清晰、顯示血管樹更加完整。但本研究為單中心、回顧性分析,樣本量較小,有待后續進一步完善。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻:李俊超研究設計和實施、撰寫文章;侯娟數據分析;劉文亞研究設計、審閱文章;趙梓程統計分析。