雙源CT單能量優(yōu)化技術(shù)在雙能量肺動脈成像中的應(yīng)用

梁曉雪 高劍波 梁麗丹 張樂樂 劉 杰 付 立

雙源CT單能量優(yōu)化技術(shù)在雙能量肺動脈成像中的應(yīng)用

梁曉雪 高劍波 梁麗丹 張樂樂 劉 杰 付 立

目的定量評價雙源CT雙能量肺動脈成像單能量優(yōu)化后低單能譜圖像對于提高肺動脈顯示的價值。資料與方法2016年9月－2016年12月行雙源CT低劑量（對比劑用量30 ml）雙能量肺動脈成像的患者，掃描模式100/sn140 kVp，選擇其中融合圖像中肺動脈及其分支CT值低于300 HU且遠端分支顯示欠佳的30例患者。掃描獲得3組不同能量、優(yōu)化單能譜及非線性融合圖像。分別測量非線性（A組）、100 kVp（B組）、優(yōu)化低單能譜（40+、50+、60+ keV，分別為C、D、E組）圖像中肺段、亞段及亞亞段動脈的CT值、SD值，計算信噪比（SNR）、對比噪聲比（CNR）。比較5組圖像肺動脈的CT值、SD值、SNR及CNR值。結(jié)果C～E組肺動脈的CT值均顯著高于A、B組（P＜0.05）。C組肺段動脈的SNR值高于A組（P＜0.05）。C、D組亞段動脈的SNR值高于A組（P＜0.05）。C～E組段和亞段肺動脈的SNR值均高于B組（P＜0.05）。C～E組亞亞段動脈的SNR值與A組相比差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但高于B組且差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。C～E組和A組的CNR值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但高于B組的CNR值（P＜0.05）。結(jié)論雙能量肺動脈成像中低單能譜聯(lián)合單能量優(yōu)化技術(shù)可以有效提高肺動脈CT值，充分顯示遠端肺動脈分支，同時圖像質(zhì)量與非線性融合圖像相當，優(yōu)于低能量（100 kVp）圖像。

體層攝影術(shù)，X線計算機；肺動脈；雙能量；單能譜

隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展，其較快的掃描速度使CT血管成像（CTA）逐漸成為臨床診斷肺栓塞的首選影像學方法。雙源CT雙能量模式可以同時得到2種能量X線的采樣數(shù)據(jù)，并根據(jù)這2種能量數(shù)據(jù)確定體素在40～190 keV能量范圍內(nèi)的衰減系數(shù)，進一步得到單能譜圖像，這種相對純凈的單能譜圖像能夠降低硬化偽影，獲得相對純凈的CT值圖像[1-2]。既往研究發(fā)現(xiàn)，雙能量肺動脈CTA中70～80 keV圖像噪聲較低，對比噪聲比（CNR）較高，為肺動脈成像的最佳單能譜范圍[3]。然而，對于肺動脈CT值低于300 HU或者遠端分支顯影較差的患者，其診斷價值顯著降低。盡管低單能譜圖像CT值較高，但相應(yīng)的圖像噪聲也較大，限制了其應(yīng)用。本研究對單能量優(yōu)化技術(shù)能否降低肺動脈低單能譜圖像噪聲，提高肺動脈遠端分支顯示率進行定量研究，從而評估單能量優(yōu)化技術(shù)的臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2016年9－12月于鄭州大學第一附屬醫(yī)院行雙源CT雙能量肺動脈成像的患者，其中線性融合圖像中肺動脈及其分支CT值低于300 HU且遠端分支顯示欠佳共30例，男19例，女11例；年齡30～62歲， 平 均（58.00±15.61） 歲； 體 重 指 數(shù)（23.40±3.15）kg/m2；其中肺動脈高壓4例，合并肺部感染、慢性阻塞性肺疾病21例，心率＞90次/分5例。

1.2 儀器與方法 采用Siemens第二代雙源CT（Somatom Definition Flash）行雙能量增強掃描，掃描采用足頭方向，范圍自膈肌水平至胸廓入口。掃描參數(shù)：準直128×0.6 mm，機架旋轉(zhuǎn)時間0.3 s，螺距1.1～1.2，管電壓100 kVp和140 kVp，管電流89 mA和76 mA，層厚5 mm，重建層厚1 mm，重建間隔1 mm，視野330 mm，掃描時間12 s。以5 ml/s注射碘海醇（350 mgI/ml）30 ml后，注射生理鹽水50 ml。

采用人工智能觸發(fā)掃描方式，將感興趣區(qū)設(shè)于肺動脈主干，當CT值達50 HU時，延遲3 s后自動開始掃描。掃描采用實時曝光劑量調(diào)節(jié)技術(shù)（Care Dose 4D）。

1.3 圖像后處理及分析 將原始圖像傳至西門子后處理工作站（Syngo Via），利用Dual energy軟件獲得優(yōu)化單能譜及非線性融合圖像。分別測量非線性融合圖像（A組）、100 kVp圖像（B組）、優(yōu)化低單能譜圖像（40+、50+、60+ keV，分別為C、D、E組）中肺段、亞段及亞亞段動脈、肺動脈主干同層面背部肌肉的CT值和噪聲標準差SD值，計算信噪比（SNR）、CNR值。SNR=肺動脈CT值/SD值，CNR=（肺動脈CT值－肌肉CT值）/SD值?；旌夏芰繄D像混合系數(shù)為0.6。測量CT值時避開有栓子的管腔，感興趣區(qū)面積≥管腔最大層面的1/2。所有數(shù)據(jù)均測量3次，取平均值。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 17.0軟件， 5組圖像肺動脈分支的CT值、SD值、SNR及CNR值比較呈正態(tài)分布時采用單因素方差分析，方差齊時采用LSD檢驗，方差不齊時采用DunnettT3檢驗進行兩兩比較；采用Kruskal-Wallis檢驗分析非正態(tài)分布數(shù)據(jù)差異。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 各組CT值、SD值比較 C、D、E組肺動脈的CT值均顯著高于A、B組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。C組肺動脈SD值最高，與A、B組圖像差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。D組肺動脈SD值高于A組圖像，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；D組肺段動脈SD值高于B組圖像，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。E組亞亞段肺動脈SD值高于A組圖像，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），與B組圖像間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。見表1、圖1。

表1 不同圖像肺動脈CT值及SD值比較（±s，HU）

表1 不同圖像肺動脈CT值及SD值比較（±s，HU）

注：C組肺段動脈SD值、A組亞段動脈SD值數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用Kruskal-Wallis檢驗。與A組比較，*P＜0.05；與B組比較，#P＜0.05

分組 CT值SD值肺段動脈 亞段肺動脈 亞亞段肺動脈 肺段動脈 亞段肺動脈 亞亞段肺動脈A組 280.50±75.72 260.72±81.43 231.99±84.16 29.91±9.91 28.45（26.17，36.59） 28.66±14.45 B 組 295.66±65.72 282.03±84.00 252.95±89.44 37.09±9.79 40.68±13.31 50.48±18.46 C組 863.35±197.41*# 827.68±223.84*# 795.69±245.40*#66.25（60.82，80.00）*# 64.99±19.51*# 83.34±36.43*#D組 572.74±129.97*# 554.16±145.45*# 516.20±164.18*# 48.73±15.61*# 45.29±12.84* 65.20±28.12*E 組 397.56±88.46*# 383.12±101.71*# 349.67±110.00*# 36.00±9.95 35.42±10.20 54.59±23.68*

2.2 各組SNR值、CNR值比較 C組肺段動脈的SNR值高于A組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。C、D組亞段肺動脈的SNR值高于A組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。C、D、E組段和亞段肺動脈的SNR值均高于B組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。C、D、E組遠端分支（亞亞段肺動脈）的SNR值與A組相比差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但高于B組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。各級肺動脈分支C、D、E組和A組的CNR值差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但高于B組的CNR值，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。見表2。

圖1 女，53歲，臨床懷疑肺栓塞行雙能量肺動脈CTA檢查。非線性融合圖像，測量左下肺段動脈CT值220.9 HU，SD值29.5（箭，A）；100 kVp圖像，測量左下肺段動脈CT值228.0 HU，SD值44.0（箭，B）；40+ keV圖像，測量左下肺段動脈CT值702.8 HU，SD值87.2（箭，C）；50+ keV圖像，測量左下肺段動脈CT值475.9 HU，SD值43.7（箭，D）；60+ keV圖像，測量左下肺段動脈CT值328.5 HU，SD值35.1（箭，E）

表2 不同圖像肺動脈SNR值、CNR值比較（±s）

表2 不同圖像肺動脈SNR值、CNR值比較（±s）

注：A組肺段動脈SNR、B組亞段動脈SNR、B～E組肺段動脈CNR、各組亞段動脈、亞亞段動脈CNR值數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用Kruskal-Wallis檢驗。與A組比較，*P＜0.05；與B組比較，#P＜0.05

分組 SNR CNR肺段動脈 亞段肺動脈 亞亞段肺動脈 肺段動脈 亞段肺動脈 亞亞段肺動脈A組 8.77（8.75，11.19） 9.25±3.27 9.86±6.02 13.18±6.05 10.32（9.60，14.57） 8.45（7.85，12.77）B組 8.40±2.49 6.94（6.31，8.93） 5.69±2.91 6.18（6.02，8.39） 5.96（5.43，8.16） 5.26（4.54，7.30）C 組 13.73±5.50*# 14.25±6.54*# 11.08±5.27# 12.42（11.78，16.78）#11.74（11.10，16.23）#11.91（10.59，15.70）#D 組 12.86±4.72# 13.30±5.50*# 9.33±4.65 # 11.13（10.52，14.87）#10.67（9.98，14.48）# 9.98（9.07，13.64）#E 組 11.81±3.91# 11.77±4.81# 7.71±3.97# 9.65（9.12，12.76）# 9.60（8.54，12.42）# 8.30（7.49，11.40）#

3 討論

近年來，CT技術(shù)的重大發(fā)展使肺動脈成像的空間分辨率及時間分辨率有了顯著提高，CT肺動脈成像診斷肺栓塞的敏感度和特異度分別為83%～100%、89%～98%，已經(jīng)成為診斷肺栓塞的首選檢查方法[4-5]。然而，部分患者常有心肺疾病等合并癥，血流動力學較差，導致其檢查失敗或者圖像無法明確診斷，延誤病情，使致殘率和死亡率升高。此外，由于對比劑注射方式、速度、監(jiān)測層面、監(jiān)測閾值大小、延遲時間等掃描條件的設(shè)定不同及其限制，肺動脈遠端分支往往顯影淺淡，無法明確診斷是否存在栓子。本研究30例患者中，肺動脈高壓4例，合并肺部感染、慢性阻塞性肺疾病21例，心率＞90次/分5例，上述不可控因素導致CTA肺動脈CT值較低（＜300 HU）且遠端分支顯影淺淡，無法做出準確診斷。

雙能量CT肺動脈成像掃描可同時獲得低管電壓、高管電壓、線性融合圖像，并能夠評估肺灌注情況。低管電壓（100 kVp）圖像能夠相應(yīng)地提高圖像CT值，且圖像質(zhì)量優(yōu)于線性融合圖像，已經(jīng)常規(guī)應(yīng)用于臨床診斷[6-8]。由于X線的衰減程度與X線能量成反比，采用不同能量的X線對同一組織進行掃描時，其X線衰減會有差異。采用單能譜后處理軟件進行計算后，雙能量數(shù)據(jù)可得到40～190 keV不同水平連續(xù)多組單能譜圖像，其測量各物質(zhì)的CT值等均相對穩(wěn)定[9-11]。盡管低單能譜圖像能夠有效提高肺動脈CT值，但其圖像噪聲較大，無法應(yīng)用于臨床。最新研究表明，優(yōu)化單能譜圖像能夠降低圖像噪聲，提高CNR，能夠更明確地顯示腫瘤的位置、邊緣及提高血管對比度[11-13]。本研究結(jié)果顯示，40+、50+、60+ keV圖像肺段、亞段及亞亞段動脈CT值明顯高于100 kVp圖像，且3組SNR值、CNR值均高于100 kVp圖像，提示優(yōu)化后的低單能譜圖像可有效提高肺動脈CT值及遠端分支的顯示，并且優(yōu)化了圖像的對比度。

非線性融合分別在CT值較低的部分高管電壓圖像和CT值較高的部分低管電壓圖像中信息所占比例較大，在此中間的數(shù)據(jù)按一定的斜率進行融合，即改變雙能量的融合比例[12-14]。既往研究表明，非線性融合圖像能夠降低圖像噪聲，提高圖像對比度，優(yōu)于低能量圖像和線性融合圖像[15-17]。通過與非線性融合圖像比較發(fā)現(xiàn)，3組單能譜圖像中肺動脈分支CT值明顯高于非線性融合圖像（P＜0.05）。40+ keV圖像中肺段、亞段動脈SNR值高于非線性融合圖像（P＜0.05），亞亞段動脈SNR值與非線性融合圖像差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。50+ keV圖像亞段動脈SNR值高于optimum圖像（P＜0.05），段、亞亞段動脈SNR值與非線性融合圖像差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。60+ keV圖像中段、亞段、亞亞段動脈的SNR值與非線性融合圖像相當，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。3組圖像肺動脈分支的CNR值與optimum圖像差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。上述結(jié)果表明單能量優(yōu)化技術(shù)提高了低能譜圖像的SNR及CNR，圖像質(zhì)量與非線性融合圖像相當，且肺動脈CT值明顯升高。

總之，雙能量肺動脈CTA低單能譜圖像聯(lián)合單能量優(yōu)化技術(shù)能夠有效提高肺動脈CT值，充分顯示肺動脈遠端分支，同時圖像質(zhì)量并無降低，甚至優(yōu)于低管電壓圖像，并且與非線性融合圖像相當。

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（本文編輯 張曉舟）

Advanced Virtual Monoenergetic Technique in Dual-source Dual-energy CT Pulmonary Angiography

LIANG XiaoxueGAO JianboLIANG LidanZHANG LeleLIU JieFU Li

PurposeTo quantitatively evaluate the ability of advanced virtual monoenergetic technique (monoplus) in improving the display of pulmonary arteries with dual-source CT dual-energy pulmonary angiography.Materials and MethodsThirty patients whose CT values in pulmonary artery and its branches were lower than 300 HU in mixed images while image quality was poor in distal branches were enrolled in this study.All these patients underwent dual-source dual-energy (100/Sn140 kVp) CT pulmonary angiography (CTPA) with small amount of contrast medium (30 ml) from September 2016 to December 2016.Non-linear blending images were assigned in group A,100 kVp images from one tube were assigned in group B,and optimized monoenergetic images with low keV monoplus (40+,50+,60+ keV) were assigned in group C,D and E,respectively.CT and SD values of segmental,subsegmental and distal branches were measured,and signal noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) were calculated.ResultsAmong all the 5 groups,CT values of pulmonary artery in group C,D and E were significantly higher than in group A and B (P＜0.05).SNR values of segmental artery in group C were significantly higher than those in group A (P＜0.05).SNR values of subsegmental artery in group C and D were significantly higher than those in group A (P＜0.05).SNR values of segmental and subsegmental pulmonary artery in group C,D and E were all significantly higher than those in group B (P＜0.05).The SNR values of distal branches in group C,D and E were not significantly different from those in group A (P＞0.05),but were significantly higher than those in group B (P＜0.05).CNR values in group C,D and E were not significantly different from those in group A (P＞0.05),but were significantly higher than those in group B(P＜0.05).ConclusionCombined with dual-source dual-energy CT pulmonary angiography,low keV monoplus images can effectively increase CT values of pulmonary artery and clearly display the distal branches.Meanwhile,the image quality is comparable with non-linear blending images,better than that of low tube voltage (100 kVp) images.

Tomography,X-ray computed; Pulmonary artery; Dual energy;Monoenergetic image

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.10.016

鄭州大學第一附屬醫(yī)院放射科 河南鄭州450001

高劍波

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China

Address Correspondence to:GAO JianboE-mail: cjr.gaojianbo@vip.163.com

R445.3

2017-06-16

修回日期：2017-07-20

中國醫(yī)學影像學雜志

2017年 第25卷 第10期：777-780

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (10): 777-780