牛朋影，蔣 磊，劉 淵，蔡 中，張 濤

(寧夏回族自治區(qū)人民醫(yī)院 北方民族大學(xué)教學(xué)合作醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，寧夏 銀川 750001)

雙能量CT不同技術(shù)在低劑量對(duì)比劑頭頸CTA圖像優(yōu)化中的對(duì)比

牛朋影，蔣 磊，劉 淵，蔡 中*，張 濤

(寧夏回族自治區(qū)人民醫(yī)院 北方民族大學(xué)教學(xué)合作醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，寧夏 銀川 750001)

目的 探討傳統(tǒng)線性120 kVp、高級(jí)虛擬單能量重建技術(shù)與非線性融合技術(shù)在低劑量對(duì)比劑頭頸部CTA圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化中的應(yīng)用價(jià)值。方法 對(duì)20例患者低流率(2.0 ml/s)、低劑量(總劑量20 ml)注射對(duì)比劑，雙能量模式下行頭頸部CTA檢查，經(jīng)后處理獲得傳統(tǒng)線性120 kVp(A組)、非線性融合(B組)及虛擬高級(jí)單能量40 keV(C組)圖像。于MIP軸位圖像上對(duì)大腦中動(dòng)脈及頸內(nèi)動(dòng)脈圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分，測(cè)量頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值，計(jì)算CNR；并對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果 3組間大腦中動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈圖像質(zhì)量主觀評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=38.84、37.38，P均<0.001)，B、C組大腦中動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈評(píng)分均優(yōu)于A組(P均<0.001)；B、C組間頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.32、0.16)。3組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值及CNR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)。B、C組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值及CNR均大于A組(P均<0.05)；C組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值明顯高于B組(P均<0.05)。B、C組頸內(nèi)動(dòng)脈CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.43)，B組大腦中動(dòng)脈CNR大于C組(P=0.002)。結(jié)論 虛擬高級(jí)單能量40 keV及非線性融合技術(shù)均可提高頭頸CTA的圖像質(zhì)量，非線性融合技術(shù)可優(yōu)選用于顱內(nèi)血管CTA。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；血管造影術(shù)；圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助；圖像質(zhì)量

CTA操作快捷、簡(jiǎn)單，可大范圍成像，對(duì)診斷動(dòng)脈粥樣硬化、動(dòng)脈瘤等疾病有較高的準(zhǔn)確率和敏感度[1-2]，是臨床頭頸部血管疾病診斷和篩查常用的影像方法[3-4]。CTA的圖像質(zhì)量受對(duì)比劑劑量、濃度、注射流率等因素影響[5]，大劑量對(duì)比劑的應(yīng)用存在潛在風(fēng)險(xiǎn)，如對(duì)比劑腎病(contrast media induced nephropathy, CIN)及其他相關(guān)不良反應(yīng)的發(fā)生率會(huì)逐漸增加[6]，因而減少對(duì)比劑總量，同時(shí)優(yōu)化圖像質(zhì)量，對(duì)影像檢查有重要意義。本研究通過對(duì)比傳統(tǒng)線性 120 kVp、雙能量CT虛擬高級(jí)單能量重建技術(shù)與非線性融合技術(shù)低劑量對(duì)比劑頭頸部CTA圖像質(zhì)量，旨在制定優(yōu)化圖像質(zhì)量的最佳方法。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年10月—2016年1月于我院醫(yī)學(xué)影像中心接受頭頸部CTA檢查的患者20例，男13例，女7例，年齡41～69歲，平均(56.3±8.9)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：疑似或已有頭頸部動(dòng)脈血管疾??；體質(zhì)指數(shù)(body mass index, BMI)在正常范圍(根據(jù)BMI中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，18.5～23.9 kg/m2)。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對(duì)比劑過敏、孕婦及嚴(yán)重心腎功能不全患者。

1.2儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition FLASH雙源CT掃描儀。在患者肘前靜脈置入套管針。采用雙筒高壓注射器推注碘對(duì)比劑(370 mgI/ml)，流率2.0 ml/s，對(duì)比劑總量20 ml，后以相同流率推注生理鹽水50 ml。采用人工智能觸發(fā)掃描，觸發(fā)點(diǎn)位于主動(dòng)脈弓層面，觸發(fā)閾值100 HU。掃描范圍由主動(dòng)脈弓至顱頂，掃描方向?yàn)樽阒令^。掃描參數(shù)：準(zhǔn)直2×64×0.6 mm，X線A、B管電壓140 kVp、80 kVp，采用CARE Dose 4D技術(shù)調(diào)整實(shí)際管電流。重建層厚1.0 mm，重建間隔0.9 mm。采用基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建(sinogram-affirmed iterative reconstruction, SAFIRE)技術(shù)進(jìn)行圖像后處理，迭代強(qiáng)度為3。將所有圖像傳至后處理工作站(Syngo Muhimodality Workplace)，分別行傳統(tǒng)線性120 kV、非線性融合及虛擬高級(jí)40 keV單能量算法重建。將傳統(tǒng)線性120 kVp、非線性融合及虛擬高級(jí)單能量40 keV圖像分別定義為A、B、C組。

1.3圖像評(píng)價(jià) 客觀評(píng)價(jià)：由2名具有3年以上頭頸部CTA診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行數(shù)值測(cè)量，取其平均值。分別于傳統(tǒng)線性120 kVp、非線性融合及虛擬高級(jí)40 keV單能量處理后的軸位增強(qiáng)圖像選取相同大小ROI(頸內(nèi)動(dòng)脈層面ROI為0.1 cm2，大腦中動(dòng)脈層面為5.0 mm2)，測(cè)量CT值和標(biāo)準(zhǔn)差值(standard deviation, SD)，包括頸內(nèi)動(dòng)脈C1段和胸鎖乳突肌、大腦中動(dòng)脈M1段和顳肌。ROI的選取盡量避開鈣化嚴(yán)重或血管狹窄程度嚴(yán)重的部位。計(jì)算血管的CNR[7-8]：CNR=(CT血管-CT肌肉)/SD肌肉。

主觀評(píng)價(jià)：由1名3年以上頭頸CTA診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師和1名副主任醫(yī)師進(jìn)行評(píng)分，意見不一致時(shí)同第三位主任醫(yī)師討論決定，若仍不能達(dá)成一致意見，則將該病例剔除。采用MIP重建相同層厚的圖像；對(duì)頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈顯示情況及周圍組織分界的清晰程度進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[9]：1分，很差；2分，差；3分，中，可以診斷；4分，好，診斷良好。

2 結(jié)果

2.1主觀評(píng)價(jià) 3組間大腦中動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈圖像質(zhì)量主觀評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=38.84、37.38，P均<0.001)，B、C組大腦中動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈評(píng)分均優(yōu)于A組(頸內(nèi)動(dòng)脈：A、B組間比較，Z=-3.96，P<0.001，A、C組間比較，Z=-3.99，P<0.001；大腦中動(dòng)脈：A、B組間比較，Z=-4.18，P<0.001，A、C組間比較，Z=-4.10，P<0.001)；B、C組間頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.00、-1.41，P=0.32、0.16)。見表1、圖1。

2.2客觀評(píng)價(jià) 3組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值及CNR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.001)。B、C組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值及CNR均大于A組(P均<0.05)；C組頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈CT值明顯高于B組(P均<0.05)。B、C組頸內(nèi)動(dòng)脈CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.43)，B組大腦中動(dòng)脈CNR大于C組 (P=0.002)。見表2、圖1。

3 討論

一代雙源雙能量CT的普通單能量成像技術(shù)雖然可用于優(yōu)化頭頸部血管CTA圖像，但在 60 keV以上才能獲得較好的血管圖像，在低keV時(shí)圖像噪聲過高[10]。新雙源CT以兩套近94°(一代雙源為90°)排列的球管探測(cè)器系統(tǒng)同時(shí)各自采集圖像，提高了時(shí)間分辨率，降低了輻射劑量，新雙源雙能量掃描可同時(shí)獲得40～190 keV不同水平單能量級(jí)圖像，與一代雙源CT比較其高級(jí)單能量算法優(yōu)化了低keV的圖像噪聲，提高了單能譜圖像的圖像質(zhì)量。本研究最佳單能量技術(shù)采用高級(jí)單能量40 keV。Grant等[11]研究表明，新雙源雙能量CT掃描模式下的虛擬高級(jí)單能量技術(shù)，在40 keV時(shí)圖像CNR最佳。在頭頸部CTA檢查中對(duì)比劑最低劑量為30 ml[12]，本研采用2.0 ml/s低流率注射和20 ml極低對(duì)比劑總量，可有效減低CIN[13-14]的發(fā)生率。頭頸部CTA雙能量掃描采用低管電壓及極低劑量高濃度對(duì)比劑，可在不降低圖像質(zhì)量的前提下有效提高血管CT值。因體質(zhì)量過重或過輕均可導(dǎo)致血管內(nèi)對(duì)劑的CT值升高或降低，從而對(duì)對(duì)比劑所產(chǎn)生的硬化偽影的判斷存在偏差，影響研究的準(zhǔn)確性，因此，本研究選取中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BMI正常范圍(18.5～23.9 kg/m2)的人群。

圖1 患者女，56歲，虛擬高級(jí)單能量40 keV、非線性融合圖像優(yōu)于傳統(tǒng)線性120 kVp圖像 A、B.傳統(tǒng)線性120 kVP頭頸部CTA圖像； C、D.非線性融合頭頸部CTA圖像； E、F.虛擬高級(jí)單能量40 keV頭頸部CTA圖像

組別大腦中動(dòng)脈1分2分3分4分頸內(nèi)動(dòng)脈1分2分3分4分A組3161017111B組0061400218C組0081200317F值38．8437．38P值<0．001<0．001

表2 各組圖像客觀數(shù)據(jù)比較(±s)

本研究主觀評(píng)分顯示，虛擬高級(jí)單能量40 keV及非線性融合頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于傳統(tǒng)線性120 kVp圖像，提示前兩種技術(shù)均可提高CTA圖像質(zhì)量；非線性融合與虛擬高級(jí)單能量40 keV頸內(nèi)動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能由于雙能量非線性融合技術(shù)能夠從低管電壓的圖像中提取血管內(nèi)較高的CT值，而虛擬高級(jí)單能量40 keV技術(shù)則是利用雙能量掃描高低千伏兩份數(shù)據(jù)計(jì)算每一個(gè)體素內(nèi)碘基衰減和水基衰減構(gòu)成比例，進(jìn)而計(jì)算在40 keV光子能級(jí)時(shí)血管顯示最優(yōu)的單能譜圖像，使兩者之間僅針對(duì)血管的主觀目測(cè)度無差異。

本研究客觀評(píng)價(jià)顯示，非線性融合技術(shù)與虛擬高級(jí)單能量40 keV圖像血管CT值及CNR均明顯高于傳統(tǒng)線性120 kVp，提示這兩種技術(shù)在顯示血管及提高整體圖像質(zhì)量中均優(yōu)于傳統(tǒng)線性120 kVp圖像；以往學(xué)者[15]著重單能量圖像的優(yōu)化或非線性融合與傳統(tǒng)線性融合技術(shù)的對(duì)比，而非線性融合與高級(jí)單能量圖像比較的報(bào)道罕見。本研究顯示，虛擬高級(jí)單能量40 keV頸內(nèi)動(dòng)脈及大腦中動(dòng)脈血管CT值均明顯高于非線性融合技術(shù)，提示高級(jí)單能量通過對(duì)低電壓條件下圖像進(jìn)行后期處理，可在不減低圖像質(zhì)量的同時(shí)，有效提高血管CT值，表明僅針對(duì)血管顯影而言，高級(jí)單能量更優(yōu)越。兩組圖像CNR比較，頸內(nèi)動(dòng)脈圖像差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.43)；而采用非線性融合技術(shù)大腦中動(dòng)脈CNR明顯高于高級(jí)單能量40 keV，提示非線性融合技術(shù)對(duì)腦內(nèi)組織與血管整體情況顯示更具優(yōu)勢(shì)，提示非線性融合技術(shù)更優(yōu)選應(yīng)用于顱內(nèi)血管，是因?yàn)榉蔷€性融合技術(shù)既可從低管電壓的圖像中提取血管內(nèi)較高的CT值，又可從高管電壓的圖像中尋找較低噪聲的軟組織圖像，達(dá)到增強(qiáng)組織對(duì)比，提高圖像質(zhì)量的目的，即非線性融合技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化的折中，使圖像中所有的組織結(jié)構(gòu)均能達(dá)到均衡的目測(cè)度。有學(xué)者[16]研究結(jié)果也證明非線性融合圖像在提高圖像信噪比、增加主觀清晰度等方面有一定優(yōu)勢(shì)。

本研究的不足：未與金標(biāo)準(zhǔn)頭頸部DSA進(jìn)行對(duì)比，缺少DSA與3種技術(shù)對(duì)病灶顯示的對(duì)比分析，在下一步的工作中會(huì)進(jìn)行深入對(duì)比研究。

綜上所述，在頭頸CTA顯示中，與傳統(tǒng)線性120 kVp比較， 虛擬高級(jí)單能量40 keV及非線性融合技術(shù)能在減少對(duì)比劑總量的情況下，可提高圖像質(zhì)量，而非線性融合技術(shù)可能較虛擬高級(jí)單能量40 keV技術(shù)更適用于顱內(nèi)血管疾病的檢查。

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Comparison of different techniques of dual-energy CT in head and neck angiography image optimization of low-dose contrast media

NIUPengying,JIANGLei,LIUYuan,CAIZhong*,ZHANGTao

(MedicalImagingCenter,NingxiaHuiAutonomousRegionPeople'sHospital,NorthEthnicUniversityTeachingHospital,Yinchuan750001,China)

Objective To explore the application value of traditional linear-blended 120 kVp, advanced virtual monoenergetic reconstruction and nonlinear blending technique in the optimization of head and neck CTA image quality of ultra low dose contrast media. Methods Twenty patients underwent dual energy executive head and neck CTA using low injection rate (2.0 ml/s) and low total volume (20 ml) of contrast agent. After post-processing, the images of traditional linear-blended 120 kVp (group A), non-linear blending (group B) and 40 keV images using an advanced virtual monoenergetic (Mono+) reconstruction (group C) were obtained. In the MIP axial image, the image quality of the middle cerebral artery and the internal carotid artery was evaluated by subjective score; the CT values of the internal carotid artery and the middle cerebral artery were measured, then of CNR was calculated. The statistical analysis was performed. Results There were significant differences in subjective scores of image quality in the middle cerebral artery and the internal carotid artery among three groups (F=38.84, 37.38,P<0.001), score of the middle cerebral artery and internal carotid artery in group B and group C were better than those of group A (P<0.001). There were no significant differences in the score of internal carotid artery and middle cerebral artery in group B and C (P=0.32, 0.16). CT and CNR of the internal carotid artery and middle cerebral artery among three groups were statistically significant (P<0.001). CT and CNR in group B and C were higher than those in group A (allP<0.05); the CT values of internal carotid artery and middle cerebral artery in group C were significantly higher than those in group B (bothP<0.05). There was no significant difference in CNR between the group B and C (P=0.43), the CNR of the middle cerebral artery in group B was greater than that in group C (P=0.002). Conclusion Both advance monoenergetic reconstruction and non-linear blending technique can improve image quality of carotid and cerebrovascular CTA. Non-linear blending may be preferred for cerebrovascular CTA.

Tomography, X-ray computed; Angiography; Image processing, computer-assisted; Image quality

牛朋影(1983—)，女，河北保定人，碩士，主治醫(yī)師。研究方向：CT、MR診斷技術(shù)。E-mail: niupngying714@163.com

蔡中，寧夏回族自治區(qū)人民醫(yī)院 北方民族大學(xué)教學(xué)合作醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，750001。E-mail： 13995281313@163.com

2016-08-01

2016-11-17

影像技術(shù)學(xué)

10.13929/j.1003-3289.201608004

R814.42

A

1003-3289(2017)02-0285-05