Vitrea工作站三種頭頸CTA減影技術(shù)效果對比及臨床應(yīng)用價值

龔啟慧 張志偉 蔡焰 張麗娟 姜雪 呂發(fā)金

近年來，隨著人們生活方式的改變，腦血管病的發(fā)病率逐漸升高，其具有較高的致殘率和死亡率［1］，是威脅我國居民生命和健康的重大疾病。頭頸CT血管成像（CTA）作為一種無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)、高效的影像檢查技術(shù)，在觀察腦血管病發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用，但頭頸部血管豐富，動靜脈交疊，而且和復(fù)雜的骨結(jié)構(gòu)相鄰，圖像上小血管顯示不清楚或去骨不完全，仍然會造成誤診或漏診［2］，因此減影技術(shù)的正確選擇，可以提供更多的診斷信息。佳能320排CT采用寬體探測器和軌道同步減影技術(shù)，可以獲得較高空間分辨率和時間分辨率的掃描數(shù)據(jù)［3］，并且它配備的后處理工作站（Vitrea）具有三種可供頭頸CTA后處理的自動減影技術(shù)：Ortho減影、Carotid減影和Cow減影，三種技術(shù)原理有所區(qū)別，且在臨床實踐中各有優(yōu)勢，本文將對三種技術(shù)的減影效果進(jìn)行對比并探討其臨床應(yīng)用價值。

方 法

1.臨床資料

回顧性分析2020年9月—10月于我院所有行320排頭頸CTA檢查患者的臨床及影像資料。排除標(biāo)準(zhǔn)：①影響腦血管顯示的疾病，如顱內(nèi)腫瘤、血管閉塞、血管畸形；②檢查失敗，有大量金屬偽影或運(yùn)動偽影干擾；③行頭頸部血管內(nèi)支架置入術(shù)。共納入患者42例，包括動脈瘤7例，斑塊或狹窄28例，CTA未見明顯異?；颊?1例。其中男25例，年齡30~82歲，平均（60±13）歲；女17例，年齡48~82歲，平均（61±9）歲。

2.CT檢查方法

采用Canon Aquilion Vision 320排CT，行頭頸部CTA檢查，采用軌道同步掃描模式（Orbital）。掃描范圍從主動脈弓平面至顱頂，啟動掃描方式為閾值觸發(fā)，觸發(fā)點位于降主動脈，閾值180 HU，達(dá)到閾值后延遲3 s開始掃描，平掃及增強(qiáng)管電壓100 kV，采用自動管電流調(diào)制技術(shù)，旋轉(zhuǎn)速度0.4 s/r，螺距因子0.813，重建層厚0.5 mm，層間距0.3 mm，矩陣512×512，視野（FOV）320 mm2。經(jīng)右手肘靜脈團(tuán)注對比劑（碘美普爾，碘濃度400 mg/mL），劑量及流速根據(jù)MedRad P3T個性化注射方案［4］計算，生理鹽水50 mL，流率與對比劑相同。

3.圖像后處理

將平掃和增強(qiáng)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vitrea（4.0.693）后處理工作站，由1名有腦血管重建經(jīng)驗的操作者依次采用三種頭頸部血管減影技術(shù)（Ortho減影、Carotid減影、Cow減影）對42例患者的圖像進(jìn)行減影后存圖評價，再將減影圖像上傳至影像存儲與傳輸系統(tǒng)（PACS）系統(tǒng)，進(jìn)行容積再現(xiàn)（VR）重組和圖像質(zhì)量評價。

4.圖像質(zhì)量評價

4.1 客觀評價

由同一位操作者在Vitrea工作站上對三種技術(shù)減影后的圖像上的頸內(nèi)動脈C2段、大腦中動脈M2段、大腦前動脈膝部、顱頂部右側(cè)頂骨勾畫感興趣區(qū)（ROI）并進(jìn)行測量，并選取同層面腦實質(zhì)均勻處作為背景。確保血管內(nèi)ROI位于管腔中央且不與管壁接觸，占血管橫斷面積約2/3，背景ROI面積為90~100 mm2，同時為保證三種技術(shù)減影圖像間ROI的大小、形狀及位置相同，采用在同層圖像間復(fù)制-粘貼ROI的步驟進(jìn)行勾畫。記錄ROI內(nèi)的CT值和SD值，并計算血管的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），計算公式分別為SNR血管=CT血管/SD血管、CNR血管=（CT血管-CT背景）/SD背景。

4.2 主觀評價

由2名有經(jīng)驗的診斷醫(yī)師在PACS系統(tǒng)上分別對三種技術(shù)減影后的原始圖像和VR重組后的3D圖像進(jìn)行評價，意見不一致時經(jīng)討論達(dá)成一致。

（1）分頭部和頸胸部評價減影效果。評價標(biāo)準(zhǔn)：①減影圖像骨區(qū)域和血管周圍無高密度影，VR后完全去骨，無碎片殘留；②減影圖像骨區(qū)域和血管周圍點狀高密度影，VR后少量雜質(zhì)殘留；③減影圖像骨區(qū)域和血管周圍片狀高密度影，VR后大量雜質(zhì)殘留，遮蓋血管的正常顯示。

（2）觀察頭頸部主要動脈血管的顯示情況。選擇頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈、大腦前動脈、大腦后動脈、基底動脈、椎動脈的血管主干作為重點觀察的部位。評價標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)，血管顯示完整，周圍無雜質(zhì)干擾，血管表面光滑，無過度減影；良，血管顯示欠佳，少量雜質(zhì)遮擋血管或是血管表面毛糙，少量血管表面被減掉；差，血管顯示不完整，周圍大量雜質(zhì)干擾或是大量血管表面被減掉，出現(xiàn)假性狹窄，影響診斷。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 22.0軟件，客觀評價中計量資料若服從正態(tài)分布，用±s表示，采用方差分析，兩兩比較采用LSD法，若不服從正態(tài)分布，用M（Q1，Q3）表示，采用多個相關(guān)樣本的Friedman秩和檢驗。主觀評價中等級資料用率表示，采用多個相關(guān)樣本的Friedman秩和檢驗。當(dāng)P＜0.05時，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.客觀評價減影效果

頸內(nèi)動脈C2段血管的顯示：Ortho減影與Cow減影的CT值、SNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），但都高于Carotid減影，SD值均低于Carotid減影（P＜0.05）。三種技術(shù)的CNR差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，CNR由高到低依次為Carotid減影，Ortho減影，Cow減影（P＜0.05）。詳見表1。

大腦中動脈M2段及大腦前動脈膝部血管的顯示：Ortho減影與Carotid減影的CT值差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），而Cow減影的CT值高于前兩種減影方法（P＜0.05）。三種減影方法的SD值、SNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。Ortho減影與Cow減影的CNR差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），均低于Carotid減影（P＜0.05）。詳見表1。

顱頂部右側(cè)頂骨區(qū)域減影效果顯示：Carotid減影對顱骨的去骨效果最差，CT值為正且SD值較大，并顯著高于Ortho減影（P＜0.05），而Cow減影的CT值恒為-1 024 HU且不存在噪聲。詳見表1和圖1A~C。

表1 三種減影技術(shù)圖像質(zhì)量客觀評價

2.主觀評價頭部及頸胸部去骨效果

三種減影技術(shù)在頭部和頸胸部的去骨效果均發(fā)現(xiàn)差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。對于頭部去骨效果，三種減影技術(shù)兩兩比較均有差異（P＜0.05），Cow減影達(dá)到Ⅰ級的圖像比率為92.86%，顯著高于Ortho減影（30.95%）和Carotid減影（2.38%），Carotid減影效果最差，圖像被評為Ⅲ級的比率為21.43%。對于頸胸部去骨效果，三種減影技術(shù)去骨效果均不徹底，兩兩比較顯示Ortho減影達(dá)到Ⅰ級圖像比率為47.62%，顯著高于Carotid減影（16.67%）和Cow減影（9.52%）（P＜0.05）。Cow減影中被評價為Ⅲ級的比率為26.19%，和其余兩種減影技術(shù)相比較差。詳見表2和圖1 A′~C′）

表2 三種減影技術(shù)去骨情況主觀評價

圖1 典型病例1（男，71歲）減影后原始圖像（A~C）和VR圖像（A′~C′）

3.主觀評價頭頸部動脈血管顯示情況

三種減影技術(shù)在頸總動脈的減影效果差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），在頸內(nèi)動脈、大腦前、中、后動脈、基底動脈及椎動脈差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。兩兩比較顯示：Cow和Ortho減影對于大腦中動脈的顯示顯著優(yōu)于Carotid減影（P＜0.05），Ortho減影和Carotid減影在頸內(nèi)動脈和椎動脈的減影效果顯著優(yōu)于Cow減影（P＜0.05）。詳見表3和圖2。

表3 三種減影技術(shù)頭頸動脈血管分段顯示情況主觀評價

討 論

減影的基本原理是用增強(qiáng)圖像與平掃圖像逐層相減，從而去骨，剩下注入對比劑的血管，而減影圖像噪聲由平掃與增強(qiáng)的圖像噪聲相加［5］，因此和單獨(dú)的CTA圖像相比，背景噪聲增加，血管顯示的CT值降低。客觀評價選擇頸內(nèi)動脈C2段代表顱底大血管，大腦中動脈M2段和大腦前動脈膝部［6］代表遠(yuǎn)離顱底的顱內(nèi)較纖細(xì)血管。研究結(jié)果顯示，Carotid減影后圖像上頸內(nèi)動脈C2段CT值和SNR相對較低，而SD值相對較高，因此對顱底大血管而言，Carotid減影顯示的效果最差。而大腦中動脈M2段和大腦前動脈膝部的結(jié)果同時顯示，Cow減影的CT值高于其余兩種方法，對顱內(nèi)較細(xì)小血管而言，Cow的顯示效果最優(yōu)。這是因為圖像VR對血管亮度和管徑的顯示受血管CT值影響［7］，減影后原始圖像上血管CT值越高，則VR后觀察者肉眼所見血管亮度越高，管徑越粗。Carotid減影處理后三處血管的CNR均稍高于其余兩種方法，這可能是此法減影后背景區(qū)域CT值略微降低導(dǎo)致，且在實際觀察中發(fā)現(xiàn)CT值差異造成的影響更為顯著。顱骨區(qū)域的減影效果對比顯示，Carotid減影后最易殘留高密度影，所測量ROI的CT值為正且SD值最高，減影圖像上骨區(qū)域的CT值越趨于負(fù)值時，重組后才越能避免骨對血管的遮擋。Cow減影在此處表現(xiàn)最優(yōu)，這是因為Cow減影根據(jù)頭骨在空間中平移或旋轉(zhuǎn)且不會改變形狀［8］，首先采用剛性對位算法糾正運(yùn)動偽影，接著從平掃圖像中提取骨骼作為蒙片，再與增強(qiáng)圖像減，相減后原有骨區(qū)域內(nèi)CT值設(shè)定為一個定值即-1 024HU［9］，且不存在噪聲。

主觀評價結(jié)果顯示：Cow減影對頭部去骨效果優(yōu)于Ortho減影和Carotid減影，但剛性對位是對平面內(nèi)移動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶ξ患夹g(shù)，下頜骨或椎體的多維運(yùn)動無法得到對位［9］，因此剛性對位的范圍局限于上半部分顱骨，對下頜骨、頸部及胸部骨的去骨效果較差，容易出現(xiàn)大量偽影。此外，Cow減影還會去除肺尖動脈（圖2）。Ortho減影與Carotid采用柔性對位算法，使用可變形的像素網(wǎng)格圖對平掃和增強(qiáng)后的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行投影，非線性和線性的體素位移都可以對位［10-11］，對位范圍較大，當(dāng)頸部及胸部出現(xiàn)因運(yùn)動、呼吸或吞咽導(dǎo)致的平掃和增強(qiáng)圖像的輕微不匹配時，去骨情況和對血管的顯示情況較Cow減影更優(yōu)，其中Ortho減影對頸胸部的去骨效果顯著優(yōu)于Carotid減影。但對于頭動明顯的患者，Ortho減影和Carotid減影效果較差，偽影形式分別為顱骨內(nèi)點狀、片狀高密度影，乳突小房處也容易殘留高密度影（圖2）。所以，當(dāng)進(jìn)行頭頸CTA檢查患者的病變主要位于頭部時，或掃描時出現(xiàn)少量運(yùn)動偽影時，宜選用Cow減影；若合并頸部或胸部病變，為防止殘留骨質(zhì)遮擋血管及病變顯示，宜選用Ortho減影或Carotid減影。

圖2 典型病例2（女，82歲）三種減影技術(shù)的血管顯示

分段評價三種技術(shù)對頭頸部動脈血管顯示情況時，Ortho減影和Cow減影因去骨更徹底和血管CT值較高，對顱內(nèi)血管的顯示較優(yōu)，尤其對大腦中動脈的顯示顯著優(yōu)于Carotid減影。但Cow減影對頸內(nèi)動脈和椎動脈的顯示較差，因為采用閾值去骨，提取骨蒙片時若血管靠近骨或兩者CT值相近，如頸內(nèi)動脈巖段、破裂孔段、床突段以及椎動脈靠近頸椎橫突孔處，易因去骨減影過度出現(xiàn)邊緣毛糙或缺損的情況，嚴(yán)重者可能造成血管假性狹窄的誤診（圖3）。這與姜雪等［12-13］等的研究結(jié)果一致。因此，若病變?nèi)鐒用}瘤、斑塊等位于頸內(nèi)動脈或椎動脈，使用Cow減影時宜結(jié)合CTA原始圖像或多種減影技術(shù)對比觀察。

此外，本研究在PACS系統(tǒng)進(jìn)行三種減影圖像的VR顯示及圖像質(zhì)量評價，控制了血管顯示閾值的一致，此前的研究在不同的后處理工作站間進(jìn)行比較，容易因軟件內(nèi)默認(rèn)閾值的設(shè)置不同，影響血管的顯示。三種減影技術(shù)均為自動減影，無須手動去骨便可得到完整的頭頸CTA血管圖像，在減影速度和易操作程度上優(yōu)于現(xiàn)有的一些減影技術(shù)［13-14］。但本研究評價的血管局限于影像診斷中重點觀察的動脈血管，未涉及靜脈和顱外動脈血管，進(jìn)一步優(yōu)化減影技術(shù)，使全腦血管能真實顯示，是接來下的研究目標(biāo)。

綜上所述，三種減影技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點，Cow減影對小血管顯示最優(yōu)，去骨效果最徹底，受頭部運(yùn)動的影響最低，但對于近骨血管容易去骨過度；Ortho減影和Carotid減影對于血管顯示較光滑完整，但易受到殘余骨質(zhì)遮擋，影響對血管的觀察，同時對位范圍更大，頸胸部去骨情況更好，其中Ortho減影去骨和血管顯示效果優(yōu)于Carotid減影。臨床實踐中需根據(jù)所觀察病變的部位及偽影情況選擇合適的減影技術(shù)，或者采用多種技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行觀察。