安徽省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學影像科(安徽 合肥 230031)

王傳彬 高 飛 董江寧 韋樹華李乃玉 韋 超 方 昕

論 著

能譜CT優(yōu)化支氣管動脈CT血管成像質(zhì)量的最佳單能量值的初步研究

安徽省腫瘤醫(yī)院醫(yī)學影像科(安徽 合肥 230031)

王傳彬 高 飛 董江寧 韋樹華李乃玉 韋 超 方 昕

目的 評價能譜CT單能量成像技術在顯示支氣管動脈中的應用價值，尋求其CTA圖像質(zhì)量最佳的單能量keV值或區(qū)間。方法 回顧性分析18例患者影像資料，均采用能譜CT掃描技術行胸部增強掃描，符合研究標準的15例。數(shù)據(jù)采集完成后直接獲取140kVp混合能量和70keV單能量圖像，再通過AW4.5工作站GSI viewer軟件得到最佳單能量圖像，并每隔5keV對50-80keV區(qū)間進行拆分，分別獲取50keV、55keV、60keV、65keV、70keV、75keV、80keV單能量圖像，比較上述7組支氣管動脈的對比噪聲比(CNR)、信噪比(SNR)，并采用Bonferroni法進行比較。結果 本研究15例中，28支支氣管動脈均符合研究要求。50keV單能量組(CNR：33.21±10.03；SNR: 38.54±10.53)略優(yōu)于55keV組(CNR：28.29±8.28；SNR:33.98±8.76)，二者之間無顯著統(tǒng)計學差異(P=0.211、0.517)；但50keV、55keV均優(yōu)于余下5組不同keV單能量組(CNR、SNR呈遞減趨勢)，P＜0.05。GSI軟件所測得較佳單能量水平均位于50-55keV水平，以53keV最多見(14/28，50%)。實際測量值與GSI viewer軟件自動得到的最佳keV值相符。結論 在50-80keV區(qū)間7組不同水平單能量模式下的支氣管供血動脈的顯示中，最佳單能量位于50-55keV水平間，最佳單能量keV值為53keV。

能譜成像；支氣管動脈；血管造影術；體層攝影術；X線計算機

支氣管動脈(Bronchial artery,BA)是肺支架組織的營養(yǎng)動脈，其起自胸主動脈或肋間后動脈，與支氣管伴行，分布于支氣管、肺動脈、肺靜脈和臟層胸膜，并且有部分分支分布到肺淋巴結、食管等[1]，其管徑雖細小，卻與許多肺部疾病息息相關。本研究意在探索能譜CT單能量技術在支氣管動脈CT血管成像(CT angiography,CTA)中的作用，從而獲取優(yōu)于常規(guī)CT的支氣管動脈圖像質(zhì)量，為臨床診斷和治療帶來更多的信息。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2013年2月至3月在我院行胸部能譜增強CT掃描的18例患者的資料。其中肺癌10例，非肺癌患者8例。因有3例患者所得動脈期圖像不符合診斷要求，故從本研究中剔除。最終納入研究的觀察對象共15例，男9例，女6例，年齡42～73歲，平均59.3歲，所獲取CTA顯示質(zhì)量優(yōu)良的支氣管動脈共28支。所有肺癌患者均經(jīng)過手術病理證實。入選患者均簽署了檢查知情同意書。

1.2 CT檢查方法與數(shù)據(jù)處理、圖像評價

1.2.1 掃描條件：采用GE Discovery CT 750HD能譜CT機，GSI掃描技術，行胸部增強掃描，管電壓80、140kVp瞬時切換，機架旋轉時間0.5s，螺距為1.375：1，固定管電流為550mA，層厚5mm，重建間隔5mm，F(xiàn)OV 50cm×50cm，圖像重建采用標準算法。碘對比劑為碘普羅胺(370mg I/ml)，劑量為1.2ml/kg，注射速率為4ml/ s。應用對比劑智能跟蹤技術確定動脈期延遲時間，觸發(fā)的閾值為120HU，達到閾值后直接觸發(fā)掃描。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理：掃描結束后，直接獲得重建層厚和重建間隔均為0.625mm的140kVp混合能量圖像和70keV單能量圖像，將后者傳至AW 4.5工作站，應用GSI viewer軟件，每隔5keV重建50～80keV區(qū)間的7組單能量圖像。然后通過optimal CNR軟件獲取最佳單能量組圖像。

1.2.3 圖像測量：將上述重建的7組單能量圖像(50～80keV)分別載入three-phases liver軟件進行分析。在同一窗寬、窗位的橫斷面(窗寬400HU、窗位50HU)像、滑動薄塊最大密度投影(slice thin slab-maximum intensity projection，STSMIP)像(窗寬800HU、窗位200HU)及容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)像(窗寬270HU、窗位125HU)上觀察測量血管管壁的情況。采用圓形ROI放在支氣管動脈的中心，直徑約1mm，避開硬化偽影的區(qū)域,每個keV的ROI在大小、形態(tài)和位置盡可能保持一致。先在橫斷面上測取上述7組單能量組中支氣管動脈的CNR、SNR。然后采用STS-MIP和VR重組技術觀察血管壁的清晰度、銳利度、連續(xù)性及顯示細小分支動脈的級別，進而評價不同組之間血管質(zhì)量的優(yōu)劣。所需測量的數(shù)據(jù)包括：（1）感興趣支氣管動脈和背景組織1(同層肌肉)的CT值(分別命名為CT1，CT2），以及背景組織2(同層的皮下脂肪，相當于縱隔脂肪)的SD噪聲值。（2）支氣管動脈-脂肪組織對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)，CNR=(CT1-CT2/SD噪聲)。（3）支氣管動脈-脂肪組織信號噪聲比(signal to noise ratio，SNR)，SNR=CT1/SD噪聲。所有數(shù)據(jù)均測三次，取其平均值。

1.3 統(tǒng)計學方法 使用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計學分析，統(tǒng)計學處理采用Kruskal-Wallis檢驗及Bonferroni法，p＜0.05有統(tǒng)計學差異。

2 結 果

2.1 圖像顯示質(zhì)量主觀評價單能量組組間比較：(1)50keV、55keV和optimal CNR軟件所測的最佳單能量組中支氣管動脈的顯示相近，無法辨別三者之間的微小差距(附圖)；(2)60～80keV單能量組的支氣管動脈的顯示，隨著能量的升高，圖像質(zhì)量逐漸變差。

最佳單能量組與混合能量組間比較：50keV、55keV和optimal CNR軟件所測的的最佳單能量組中支氣管動脈圖像質(zhì)量均明顯優(yōu)于140kVp混合能量組。

2.2 CNR和SNR的變化情況 在50～80keV區(qū)間，支氣管動脈的CNR值和SNR值隨著能量的升高，而呈現(xiàn)出遞減的趨勢(表1、2)。兩兩比較發(fā)現(xiàn)：50keV組(CNR：33.21±10.03；SNR：38.54±10.53)略優(yōu)于55keV組(CNR：28.29±8.28；SNR: 33.98±8.76)，但無顯著統(tǒng)計學差異(P=0.211、0.517)；但均優(yōu)于余下5組不同keV單能量組(CNR、SNR呈遞減趨勢,見表1、2)，有顯著的統(tǒng)計學差異(P＜0.05)。通過optimal CNR軟件所測得最佳單能量點均位于50～55keV水平間，并且以53keV最多見(14/28，50%)。

3 討 論

3.1 研究支氣管動脈的意義 支氣管動脈非常細小，其開口內(nèi)徑僅1～2mm，但作為肺臟的唯一營養(yǎng)血管，它具有非常重要的作用。由于支氣管動脈不斷輸送新鮮的動脈血供應肺的實質(zhì)和間質(zhì)，所以大多數(shù)肺疾病都會導致支氣管動脈循環(huán)的生理平衡被打破，從而引起B(yǎng)A形態(tài)、分布和血流的變化。尤其是肺癌患者，其作為惡性腫瘤，將大大刺激供血動脈使血流量增加，從而使BA明顯增粗。因此研究支氣管動脈對于某些疾病的治療具有重要意義，如經(jīng)BA開展的相關介入治療，BA化療藥物灌注治療肺癌，BA栓塞治療咯血等等。此外肺、縱隔、食管等外科手術事先了解BA的起源、數(shù)目、管徑、走行等三維解剖學特征亦將有助于治療的過程和效果。

3.2 傳統(tǒng)多排螺旋CTA觀察支氣管動脈的局限性 在CT血管造影以前，DSA是BA評價的唯一金標準，雖然其具有很高的分辨率，但作為一種侵襲性的檢查手段，它的并發(fā)癥一直較高，且檢查時限長、費用高、創(chuàng)傷大、圖像缺乏立體感、超選擇插管困難、須多次造影才能完成全部顯像，并且不能保證全部顯示肺癌供血血管。隨著CT技術的發(fā)展，CT血管造影在血管中的應用也越來越廣泛，它已被證明是一種快速、簡單、無創(chuàng)及可靠的方法，而且結合工作站的多種后處理方式，可以更加快捷、直觀以及完美的從各個角度展示血管的空間解剖和病變特征，并且克服了經(jīng)插管血管造影或DSA不能保證全部顯示其供血血管的缺點，是評價肺癌供血血管及血供情況的一種無創(chuàng)傷性有效方法[2]。64層CTA作為一種非創(chuàng)傷性血管評估手段，具有較大的臨床應用價值，它可以個體化地、有效地顯示BA的起源、位置、分布特征及三維關系等[3]，但若想獲得更佳質(zhì)量的CTA圖像，必須通過增加對比劑濃度、劑量、增加X線劑量或者采用特定的掃描條件設置來實現(xiàn)，但是隨之也增加了對比劑和X線劑量的不良反應，而且在提高了血管成像質(zhì)量的同時，降低了其固有SNR值，從而影響圖像質(zhì)量，導致細小動脈顯示不佳[4]。

3.3 能譜CT最佳單能量技術優(yōu)化支氣管動脈CTA質(zhì)量的優(yōu)勢CT能譜成像是基于單源雙能量技術實現(xiàn)的，它通過80kVp和140kVp高低電壓瞬時切換形成了101個單能量圖像，避免了X線硬化偽影的產(chǎn)生及其帶來的CT值“漂移”，從而使圖像質(zhì)量得到有效改善，并且可以在所獲取的兩組原始數(shù)據(jù)基礎上重建出40～140keV的任意單能量圖像，從而為臨床提高更多的診斷信息[4]。單能量圖像在不同能量水平具有不同的特征，一般來說，低能量水平圖像組織對比增強，但噪聲增高；高能量水平圖像硬化偽影少，但組織對比減弱，當在某一能量水平時，對比與噪聲二者之間達成一個最好的平衡，即相當于最佳信噪比圖像與最小噪聲圖像之間進行融合，兼顧了其對比度和對比噪聲比，可以同時清晰顯示病灶內(nèi)部結構特征和周圍組織結構情況，可以檢出比常規(guī)圖像更多的病灶，那么這一能量水平就是該病灶的最佳keV值[5]。單能量能譜重建模式能夠優(yōu)化惡性腫瘤供血動脈血管成像質(zhì)量[6]，能夠優(yōu)化顱腦血管及頸部血管的顯示[7-8]，并且可以優(yōu)化門靜脈、肝靜脈及下肢靜脈圖像質(zhì)量[9-11]。它可以兼顧圖像的噪聲，為清晰顯示細小的支氣管動脈主干及分支提供了可靠的理論依據(jù)，并且具有可實現(xiàn)性。

既往的研究形式及結果多樣，不僅有研究101個單能量點中的一部分，如：大網(wǎng)膜結構的最佳能量區(qū)段為50～80keV[4]、顱腦CTA圖像最佳的能量區(qū)段為51.11±3.43keV[7]，楊皓[12]等認為寶石能譜CT最佳單能(50～70keV)圖像能增加肝癌病灶與正常組織之間的對比等，也有精確到某個具體單能量點的研究，如：肝靜脈成像的最佳keV值在50keV左右[10]、頸橫動脈的最佳單能量點位45keV[8]、李小虎[13]等認為寶石能譜CT單能量50keV為腎結石成分分析的最佳keV等，由此可見不同組織的最佳單能量水平具有明顯的不一致性。故本組研究初步選擇以5keV作為間隔進行數(shù)據(jù)采集和比較，以尋求彼此之間的差異性。

本研究通過應用能譜CT掃描，計算出對支氣管動脈顯示的最佳keV范圍為50～55keV，該區(qū)間適應于本例研究中的全部28支支氣管動脈，并且涵蓋了所有通過optimal CNR軟件獲取的最佳單能量點數(shù)值，在此區(qū)間，支氣管動脈的CTA成像質(zhì)量明顯提高，其質(zhì)量改善的重要基礎是支氣管動脈與肌肉、脂肪等背景的CNR和SNR值的明顯提高[14]。

總之，寶石能譜CT最佳單能量(50～55keV)圖像能增加支氣管動脈與周圍組織的對比度，優(yōu)化了圖像質(zhì)量，能夠清楚顯示支氣管動脈的數(shù)量、起源、分支、走行、管徑及管壁情況，為臨床各種肺部疾病的治療及療效評估提供有力的幫助，特別是肺癌患者的介入栓塞方面，不僅可以明確目標血管分支及栓塞范圍，而且降低了介入栓塞的盲目性。因此可以將此區(qū)間keV值作為日常工作中肺部疾病供血血管造影能譜掃描的參考。

3.4 本研究不足之處 第一，樣本總量不足，籠統(tǒng)研究了單能量成像對于支氣管動脈顯示的最佳能量點，沒有區(qū)分不同的病種。第二、按病種分類的樣本量也偏少，日后可繼續(xù)按照不同的肺部疾病對支氣管動脈的最佳顯示進一步進行研究；第三、本研究中選用5keV的間隔范圍偏大，在以后的研究中，可以做到1keV，精度更高。

1. 李琦,吳景全,羅天友,等.支氣管動脈64層螺旋CT影像解剖學研究.臨床放射學雜志,2008,11(27):1550-1554.

2. 譚理連,何明基,李志銘,等.肺癌16層螺旋CT支氣管動脈血管成像與DSA對比分析.放射學實踐,2008,23(8):885-888.

3. 么剛,張士福,劉影.64排CT支氣管動脈成像的臨床應用.中國CT和MRI雜志.2008,6(2):40-42.

4. 張曉鵬.探索的精神和樂趣--CT能譜成像臨床應用研究中的思考.中華放射學雜志,2011,45:709-712.

5. Matsumoto K，Jinzaki M，Tanami Y，et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching:Improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT. Radiology，2011，259：257-262. PMID:21330561.

6. 董江寧,李乃玉,劉同柱,等.能譜CT最佳單能量技術優(yōu)化腹部惡性腫瘤供血動脈血管成像圖像質(zhì)量的研究.中華放射學雜志,2013,47(7):1-5.

7. 威晉,薛蘊菁,段青,等.能譜CT顱腦血管造影最佳單能量應用初探.中國醫(yī)學計算機成像雜志,2013,19:17-19.

8. 趙雪松,繆飛,林曉珠,等.頸橫動脈64排能譜CT血管造影成像的初步應用研究.中國醫(yī)學計算機成像雜志,2013,19:84-86.

9. Zhao LQ,He W,Li J Y,e t al.Improving image quality in portal venography with spectral CT imaging.Eur J Radiol,2012,81:1677-1681.

10.孫駿,羅先富,王守安.能譜CT單能量圖像對提高肝靜脈成像質(zhì)量的臨床應用價值.中華放射學雜志,2013,47(2):132-135.

11.王杏娟,任小璐,劉云.能譜CT單能量成像在提高下肢CT靜脈成像質(zhì)量中的價值.中華放射學雜志,2013,47(6):563-565.

12.楊皓,殷士蒙,孫榮躍,等.肝癌介入栓塞前的能譜CT血管成像評估.中國醫(yī)學計算機成像雜志,2013,19:91-94.

13.李小虎,劉斌,余永強,等.能譜CT單能量區(qū)分體外腎結石成分的初步實驗研究.中國CT和MRI雜志.2011,9(5):9-11,20.

14.Coursey CA，Nelson RC，Boll DT， et al. Dual-Energy Multidetector CT：How does it work, what can it tell us, and when can we use it in abdominopelvic imaging. RadioGraphics，2010；30：1037-1055. PMID:20631367.

(本文編輯: 唐潤輝)

A Preliminary Study on Optimizing Monoenergetic Parameters of CTA Imagning Quality of Bronchial Arteries in Spectral CT

WANG Chuan-bin, GAO Fei, DONG Jiang-ning, et al．, Department of Radiology, the Affiliated Anhui provincial Hospital, (Anhui provincial tumor hospital), Anhui Medical University,Hefei 230031,China

Objective To investigate the value of the optimal monochromatic parameters of CT angiography(CTA) in displaying bronchial artery and find the optimized keV for displaying bronchial artery in CTA by spectral CT with gemstone spectral imaging (GSI) technique． Methods 18patients were underwent chest enhanced CT scan by the GSI technique, and 15ones meet a criterion． The clinical and imaging data were analyzed respectively． After scanning, the 140kVp mixed energy images and 70keV monochromatic images were obtained with standard algorithm． All the source images were transmitted into AW4．5and obtained monochromatic images from 50keV to 80keV (every 5keV) by GSI viewer software． CNR and SNR of 7groups were analyzed．All data were analyzed by Bonferroni method． Results Totally 28bronchial arteries were involved in this study． The CNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 33．21, 28．29, 24．60, 19．54, 16．79, 14．25, 12．27respectively．The SNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 38．54, 33．98, 30．76, 25．36, 22．56, 20．16, 18．55respectively．There was no statistical difference of CNR and SNR between 50keV and 55keV (P=0．211＞0．05, P=0．517＞0．05respectively)．The CNR and SNR of 50keV image and 55keV image were statistically higher than those other keV groups (P＜0．05respectively), The optimal keV with optimal CNR by using GSI viewer software was from 50-55keV, which was almost all in 53keV [50% (14/28)]． Conclusion 50-55keV was the optimized keV for displaying bronchial artery in the CTA, and 53keV was the best．

Gemstone Spectral Imaging; Bronchial Artery; Angiography; Tomography; X-ray Computed

R445.3

A

10.3969/j.i s s n.1672-5131.2014.04.02

2014-04-20

董江寧