鐘晶， 楊鳳嬌， 張艷， 李如帥， 劉慧蓮， 吳建偉

·胸部影像學(xué)·

雙能量CT增強(qiáng)掃描在肺部血管容積再現(xiàn)中的價值

鐘晶， 楊鳳嬌， 張艷， 李如帥， 劉慧蓮， 吳建偉

目的：探討雙能量CT增強(qiáng)掃描在肺部血管容積再現(xiàn)(VR)中的價值。方法：40例患者行胸部雙源CT雙能量增強(qiáng)掃描，把監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在上腔靜脈，分別獲得80 kV(組1)、140 kV(組2)、M=0.6(組3)、最佳單能量(組4)和非線性融合(組5)圖像。由兩位影像科醫(yī)師分別測量肺動脈干、左下肺動脈與左上肺靜脈CT值并計(jì)算平均值，計(jì)算肺動脈干信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)、左下肺動脈與左上肺靜脈CT值差值，使用單因素方差檢驗(yàn)比較上述各指標(biāo)在各組間的差異，獲得最佳質(zhì)量組圖像并行VR重組，規(guī)定肺動脈為紅色，肺靜脈為藍(lán)色，由兩位影像科醫(yī)師共同評價VR圖像質(zhì)量并取得一致意見，根據(jù)肺動靜脈顏色差異把VR圖像分成優(yōu)、良和差三個等級，探討VR圖像的優(yōu)缺點(diǎn)并分析其原因。結(jié)果：5組圖像的SNR和CNR總體有顯著差異(分別為F=25.049，P<0.001；F=24.882，P<0.001)，組5具有最高的SNR、CNR，與其他各組差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均為P<0.05))，5組肺動靜脈CT值差值總體有顯著差異(F=21.120，P<0.001)，組5肺動靜脈CT值差值最高，與組1差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，與其它3組差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。采用非線性融合數(shù)據(jù)行VR重組，32例VR圖像評為優(yōu)，6例評為良，2例因呼吸運(yùn)動導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)移位病例VR圖像評為差。結(jié)論：雙能量CT非線性融合圖像具有很高的SNR、CNR，且肺動靜脈CT值差值最大，VR重組時增加了肺動靜脈色差，有利于肺段血管的精確定位。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 非線性融合； 肺部血管； 容積再現(xiàn)

以肺段切除術(shù)為主的肺部微創(chuàng)手術(shù)需要術(shù)前精準(zhǔn)了解肺部血管等解剖結(jié)構(gòu)，如何獲得理想的良好色差的肺動靜脈三維圖像對于外科醫(yī)生精確制定術(shù)前計(jì)劃至關(guān)重要。雙源雙能量CT掃描能夠獲得連續(xù)的不同能量的圖像，各種能量圖像具有不同的組織對比度，廣泛應(yīng)用于臟器增強(qiáng)檢查、血管成像、去金屬偽影等領(lǐng)域。本文通過比較Siemens雙源CT雙能量增強(qiáng)掃描得到的多種能量圖像，并經(jīng)容積再現(xiàn)(VR)重組試圖總結(jié)出能獲得理想色差的肺部血管圖像的成像技術(shù)，從而為術(shù)前肺段血管的精確定位提供新的技術(shù)方法。

表1 40例胸部雙能量CT增強(qiáng)掃描各種能量圖像質(zhì)量比較

注：*與對應(yīng)項(xiàng)的非線性融合組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；#與對應(yīng)項(xiàng)的140 kV組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

材料與方法

1.研究對象

本組40例行胸部CT增強(qiáng)的患者，男33例，女7例，年齡32～82歲，平均59.8歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：肺部結(jié)節(jié)病灶行增強(qiáng)檢查以及隨訪、胸部有局灶性病變術(shù)前檢查、惡性腫瘤常規(guī)胸部隨訪者。排除標(biāo)準(zhǔn)：肺部有大量或大片病灶、肺動脈栓塞、病灶累及肺部血管、胸水影響肺部血管顯示、肺實(shí)變和不張、對比劑過敏以及不能良好配合者。在檢查前由本人及家屬簽署CT增強(qiáng)檢查知情同意書。

2.檢查方法

采用第二代雙源CT (Siemens Somatom Definition Flash)掃描儀行雙能量掃描，參數(shù)如下：管電壓80/140 kV， 參考管電流為179/76 mAs， 螺距1.2， 球管旋轉(zhuǎn)時間為0.28 s，準(zhǔn)直器64×0.6 mm。開啟Caredose 4D技術(shù)智能調(diào)整mAs?；颊呷⊙雠P位，雙臂上舉，掃描方向?yàn)樽枣i骨上窩至膈肌水平的頭足方向。使用Ulrich高壓注射器，團(tuán)注30 mL碘克沙醇(320 mg I/mL)，流率4 mL/s，隨之以等量生理鹽水沖洗盡量減少上腔靜脈內(nèi)殘留對比劑。采用對比劑跟蹤技術(shù)，將監(jiān)測區(qū)設(shè)置在上腔靜脈，深吸氣屏氣后掃描，掃描閾值為70 HU，延遲3 s掃描。

3.圖像處理及質(zhì)量評估

采用第二代雙源CT工作站攜帶的Dual Energy軟件，選擇Monoenergetic形成能譜曲線，對準(zhǔn)曲線峰值重組最佳單能量圖像，而選擇Optimun Contrast，加權(quán)窗寬200 HU，加權(quán)窗位150 HU(默認(rèn))重組非線性融合圖像，層厚、層距與原始圖像一致。根據(jù)不同能量把圖像分成80 kV組(組1)、140 kV組(組2)、M=0.6組(組3，融合系數(shù)為0.6，即采用60%的80 kV數(shù)據(jù)和40%的140 kV數(shù)據(jù)線性融合的圖像組)、最佳單能量組(組4)和非線性融合組(組5)，其中組1～組3為設(shè)備自動生成。由兩名影像科醫(yī)生分別測量各組圖像肺動脈干的CT值、同層豎脊肌的CT值、左下肺動脈及同層左上肺靜脈的CT值，并計(jì)算平均值，計(jì)算肺動脈干的信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)。計(jì)算公式如下：SNR=肺動脈干CT值/噪聲(N)，CNR=(肺動脈干CT值-豎脊肌CT值)/噪聲(N)，選取興趣區(qū)(ROI)大小約25 mm2，其中噪聲為同層面空氣的標(biāo)準(zhǔn)差。計(jì)算肺動靜脈CT值差值(A-V)和肺動脈較肺靜脈CT值增加百分比[(A-V)/V]。比較SNR、CNR、肺動靜脈CT值差值、肺動脈較肺靜脈CT值增加百分比在各組間差異。

經(jīng)上述各組圖像質(zhì)量客觀評價，獲得SNR、CNR和肺動靜脈CT值差值等綜合質(zhì)量指標(biāo)最佳組，使用GE ADW 4.5工作站，采用該組數(shù)據(jù)重組VR圖像，并根據(jù)肺動靜脈色差分為優(yōu)、良、差三種等級圖像，由兩名影像科醫(yī)師分別對VR圖像分別進(jìn)行評價并取得一致意見，根據(jù)臨床需求具體判斷標(biāo)準(zhǔn)如下：優(yōu)，肺動、靜脈管壁光滑，亞段以上肺動脈呈紅色，肺靜脈為藍(lán)色；良，肺動、靜脈管壁光滑或稍毛糙，段以上肺動脈呈紅色，亞段肺動脈部分或全部呈藍(lán)色，而肺靜脈為藍(lán)色；差，通過色彩不能良好區(qū)分肺動、靜脈。計(jì)算優(yōu)、良和差三個等級患者肺動脈較肺靜脈CT值增加百分比。被評為優(yōu)及良的圖像被認(rèn)為臨床可以接受，評為差的圖像不能滿足臨床要求。分析圖像質(zhì)量差的原因。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

各組病例經(jīng)雙能量CT掃描及重組后得到的圖像的肺動靜脈對比度均不相同(表1)。組5(非線性融合組)肺動靜脈CT值差值最大，圖像質(zhì)量最優(yōu)，因此采用非線性融合原始圖像經(jīng)VR重組。40例重組VR圖像中，32例圖像為優(yōu)(80%)，6例圖像為良(15%)，2例為差(5%)，肺動脈較肺靜脈CT值增加百分比分別為557%、145%和63%，在32例評為優(yōu)和6例評為良的病例中11例上下肺血管有輕微色差(圖1～3)。

圖1 男，65歲。a) 右肺血管VR右側(cè)觀，肺動靜脈CT值差值為550HU，肺動脈主干到亞段各級肺動脈呈紅色，肺靜脈呈藍(lán)色，肺動靜脈色彩分明，圖像質(zhì)量評為優(yōu)。右肺尖段不規(guī)則結(jié)節(jié)(MASS)與所屬動脈(A)和靜脈(V)的關(guān)系清晰可見； b) 右肺血管VR側(cè)上觀。圖2 男，65歲，左肺血管VR圖像，肺動靜脈CT值差值為313HU，肺動脈主干至段肺動脈呈紅色，亞段肺動脈和肺靜脈呈藍(lán)色，部分下葉肺靜脈略帶微紅，不影響動靜脈區(qū)分，圖像質(zhì)量評為良。 圖3 男，54歲，左肺血管VR圖像，肺動靜脈CT值差值為163HU，肺靜脈充盈較多對比劑，肺動脈主干至段肺動脈呈紅色，肺靜脈呈藍(lán)色，但部分亞段、段肺靜脈呈紅色，肺動靜脈不能良好區(qū)分，圖像質(zhì)量評為差。

討 論

肺段切除術(shù)能夠保留更多的肺組織，有利于術(shù)后恢復(fù)，廣泛應(yīng)用于早期肺癌、肺部良性病變以及部分轉(zhuǎn)移瘤等病變，文獻(xiàn)[1]報(bào)道I期非小細(xì)胞肺癌肺段切除術(shù)較楔形切除術(shù)具有更高的存活率而手術(shù)效果與楔形切除術(shù)相當(dāng)。肺段切除術(shù)對影像科提出新的要求，如何顯示肺部血管、支氣管和病灶空間關(guān)系顯得非常重要。

容積再現(xiàn)(VR)能夠以不同的偽彩色顯示各種組織，在CT圖像上不同的灰度代表不同的密度，VR重組要求各種組織具有明顯的密度差，肺動靜脈CT值差值越大，肺動靜脈色差越分明，理想狀態(tài)是肺動脈充盈高濃度對比劑，而肺靜脈未充盈,但即使肺靜脈有少量對比劑，只要肺動靜脈CT值有較大差距也能獲得較為理想的VR圖像，因此如何使得肺動靜脈CT值差值最大化是該技術(shù)成功關(guān)鍵。影響肺部血管VR重組的因素除了對比劑量、濃度、注射流率、監(jiān)測點(diǎn)、延遲時間、肺循環(huán)時間的個體差異等外，在此基礎(chǔ)上如何保證良好的圖像質(zhì)量同時提高肺動靜脈CT值差值至關(guān)重要。

胸部雙能量增強(qiáng)CT掃描廣泛應(yīng)用于肺栓塞等方面的檢查[2-3]。雙能量CT增強(qiáng)掃描時，碘在不同能量下呈現(xiàn)不同的CT值，在低管電壓條件下因?yàn)楣怆娦?yīng)和K邊緣效應(yīng)明顯提高了CT值，碘的CT值在80 kV時較140 kV時增加80%[4]，但低管電壓CT圖像增加對比度同時明顯增加了噪聲，而140 kV的圖像對比度明顯降低，而常規(guī)臨床使用的是混合了60%的80 kV的信息和40%的140 kV的信息的圖像，兼顧了對比度和信噪比。虛擬單能譜技術(shù)常用于去除金屬植入物偽影[5]和去除高濃度對比劑引起的線束硬化偽影[6]，而最佳單能量技術(shù)可以獲得目標(biāo)組織最佳CNR的肺血管圖像[7]?；诜蔷€性融合算法的優(yōu)化對比(optimum contrast)軟件可以每個像素根據(jù)其CT值進(jìn)行不同的能量融合，如果某個像素的CT值越低，其140 kV數(shù)據(jù)所占的比例就越高，相反，若某個像素CT值越高，則80 kV數(shù)據(jù)所占比例就越高，并能自動調(diào)整圖像對比噪聲比，尤其適用于肺動脈強(qiáng)化不佳的病例[4]，在腹部血管成像中也有滿意效果[8-9]。

筆者評價了雙能量CT產(chǎn)生的多序列圖像質(zhì)量并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果顯示非線性融合圖像不僅SNR，CNR最高，肺動靜脈CT值差值最高，肺動脈較肺靜脈CT值增加百分比最大，筆者采用非線性融合圖像行VR重組獲得了肺動靜脈具有明顯色差的VR圖像，其中評為優(yōu)和良的VR圖像占95%，滿足了臨床的需求。因此，筆者認(rèn)為在對比劑量、濃度、注射流率等成像技術(shù)合適前提下，使用非線性融合技術(shù)行肺血管VR重組具有明顯優(yōu)越性。

有關(guān)CT增強(qiáng)VR重組的文獻(xiàn)較少，有學(xué)者[10-11]采用調(diào)節(jié)窗寬和窗位的方法分別顯示肺動脈和肺靜脈，多數(shù)學(xué)者[12,13]使用專用軟件以不同顏色標(biāo)記肺動脈、肺靜脈以及支氣管。國內(nèi)僅1篇文獻(xiàn)采用兩次注射對比劑的方法分別顯示肺動靜脈，也有專用軟件用于圖像后處理[14]。而本研究充分利用雙源CT雙能量掃描能夠獲得各種能量圖像的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)非線性融合圖像不僅具有最好的信噪比和對比噪聲比，同時獲得肺動靜脈CT值差值最大的數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)有的GE公司的ADW4.5工作站以及攜帶的常用軟件，并且采用少量對比劑獲得肺段切除術(shù)所需的具有良好肺動靜脈色差的VR圖像，為肺段切除術(shù)順利實(shí)施提供了可能，這是本研究主要成果，據(jù)筆者檢索所知未見有相關(guān)報(bào)道。

眾多學(xué)者在CT增強(qiáng)診斷肺栓塞時把監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在肺動脈主干[2-3]，但不適合本研究目的，也有許多作者[15]將監(jiān)測點(diǎn)定位于上腔靜脈獲得較為理想的肺動脈成像?；仡櫛窘M40例監(jiān)測過程，有2例因呼吸幅度大，監(jiān)測點(diǎn)移出上腔靜脈，導(dǎo)致監(jiān)測不準(zhǔn)確，掃描延遲，肺靜脈充盈多量對比劑，VR圖像評為差，另2例在監(jiān)測過程中監(jiān)測點(diǎn)也曾移出上腔靜脈，只是最后一次監(jiān)測掃描監(jiān)測點(diǎn)回到上腔靜脈從而觸發(fā)掃描，也許檢查前進(jìn)行呼吸訓(xùn)練能夠避免類似事件的發(fā)生。另外文獻(xiàn)[16]報(bào)道選擇頭臂靜脈監(jiān)測點(diǎn)也能獲得同樣效果，監(jiān)測點(diǎn)移動可能受呼吸運(yùn)動影響會小些。

肺動脈到肺靜脈的循環(huán)時間僅為2～3 s[17]，西門子第二代雙源CT最短延遲時間為3 s，因此當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)CT值達(dá)到閾值后2～3 s肺動脈基本能夠得到良好灌注，但是雙能量CT掃描從肺尖至膈肌需要3～4 s，因此導(dǎo)致肺血管上下出現(xiàn)輕微色差，如果肺循環(huán)時間略慢，那么上肺動脈的紅色較下肺動脈略淺，如果肺循環(huán)時間略快，那么下肺靜脈呈藍(lán)色略帶微紅，但本組資料顯示這種色差總體并不影響肺動靜脈的分辨，筆者也嘗試在首次檢查肺動脈充盈對比劑不理想時，采用延遲4 s的方式獲得較為理想圖像。

針對肺段切除術(shù)等肺部微創(chuàng)手術(shù)，國內(nèi)外均開發(fā)出相關(guān)肺血管三維處理軟件[13-14,18]，而本研究利用雙能量掃描的非線性融合技術(shù)，利用現(xiàn)有工作站及軟件做初步研究，并獲得色差較為滿意的肺血管VR圖像，但存在一些不足，因此如何優(yōu)化檢查程序避免肺血管色差、盡量避免監(jiān)測點(diǎn)移位、根據(jù)肺循環(huán)的個體差異獲得更為理想的VR圖像、把肺血管VR圖像融合支氣管VR圖像將更加有利于手術(shù)定位等方面需要進(jìn)一步探索。

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Value of contrast-enhanced dual-energy CT scanning in volume rendering of pulmonary vessels

ZHONG Jing,YANG Feng-jiao,ZHANG Yan,et al.

Department of Radiology,81th Hospital of PLA,Nanjing 210002,China

Objective:To discuss the value of contrast-enhanced dual-energy CT scan in volume rendering of pulmonary vessels.Methods:40 patients underwent contrast-enhanced dual-energy CT of chest with the region of interest (ROI) of triggering position placed within superior vena cava.The original images were post-processed to create 80kV (group 1),140kV (group 2),M=0.6 (group 3),optimal monoenergetic (group 4) and non-linear blending (group 5) images respectively.The CT values of pulmonary trunk,left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were measured by two radiologists respectively.The value of SNR,CNR of pulmonary trunk and the difference of CT value between left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were calculated.The difference of the above mentioned parameters among the five groups were compared using one-factor analysis of variance test.The VR reformation were performed using the best images of the above mentioned five groups,the pulmonary artery was defined as red coded,pulmonary vein as blue coded,the VR images quality was evaluated by two radiologist and reached in consensus.The quality of VR images were graded as excellent,good and poor according to the chromatism of pulmonary artery and vein.The advantage and disadvantage of VR images and their causes were studied and analyzed.Results:SNR and CNR of the images in the 5 groups had significant statistical difference (F=25.049,P<0.001,F=24.882，P<0.001 ,respectively),group 5 had the highest SNR and CNR value compared with the other 4 groups,with statistical significance (P<0.05,P<0.05 respectively).The difference of CT value between left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were significantly different among the 5 groups (F=21.120，P<0.001),with the biggest difference value in group 5,yet there was no difference between group 1 and group 5 (P>0.05),the CT value difference of group 5 compared with group 2,3 and 4 showed statistical significance (P<0.05).When the VR images were reformed with non-linear blending,the image quality was graded as excellent in 32 cases,good in 6,and poor in 2 which was due to the shift of ROI causing by respiratory movement.Conclusion:The images of dual-energy CT with non-linear blending showed higher SNR and CNR,which maximized the difference of CT value between pulmonary artery and vein and increased their chromatism,it is helpful for precise location of pulmonary vessels.

Tomography,X-ray computed; Non-linear blending; Pulmonary vessel; Volume rendering

210002 南京，解放軍八一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科

鐘晶(1982-)，男，湖南婁底人，住院醫(yī)師，主要從事雙能量CT臨床應(yīng)用工作。

吳建偉，E-mail：wujianwei81@163.com

南京軍區(qū)醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)資助重點(diǎn)項(xiàng)目(15ZD019)

R814.42； R563

A

1000-0313(2017)07-0701-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.008

2016-12-12)