雙層探測器光譜CT虛擬平掃聯(lián)合40 keV虛擬單能量成像用于降低小腸CT造影輻射劑量

尹 嬌,魏 茜,彭 超,楊亞英

(昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科,云南 昆明 650032)

小腸CT造影(CT enterography, CTE)帶來的輻射劑量問題不容忽視。利用雙層探測器光譜CT儀(dual-layer spectral detector CT, DLCT)可實現(xiàn)同時、同源及同向雙能量成像,利用虛擬平掃(virtual non-contrast, VNC)技術還可去除增強圖像中的碘基質,獲得類似真實平掃(true non-contrast, TNC)的圖像[1];以虛擬單能量成像(virtual monoenergetic image, VMI)能以較低能級明顯增加組織強化的差異[2]。本研究觀察DLCT VNC聯(lián)合40 keV VMI用于降低CTE輻射劑量的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2021年3月—2022年11月63例于昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院接受CTE檢查的炎性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)患者,男45例、女18例,年齡18～75歲、中位年齡45.5歲;克羅恩病(Crohn disease, CD)34例、潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis, UC)29例;59例處于IBD活動期,4例處于緩解期;根據(jù)臨床表現(xiàn),DLCT重建動、靜脈期VNC(VNCa、VNCv)及VMI及病理所見確診[3]。排除標準:①腎衰竭;②圖像存在偽影,無法滿足診斷要求;③胃腸道充盈不佳。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(2022倫審L第136號);檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 腸道準備 囑患者檢查前日完善腸道準備;檢查前60 min口服2.5%等滲甘露醇溶液2 000 ml、掃描前追服300 ml;掃描前10 min予肌內注射山莨菪堿10 mg。

1.2.2 CT檢查 采用Philips Healthcare IQon Spectral CT儀行腹部平掃及雙期增強掃描。囑患者仰臥,自膈頂至恥骨聯(lián)合水平進行掃描;參數(shù):管電壓120 kVp,曝光量80～140 mAs,螺距0.985,準直器寬度64×0.625 mm,轉速0.5 s/rot,矩陣512×512,層厚及層間距均為5 mm,重建層厚及層間距均為1 mm。之后經(jīng)肘靜脈以流率4 ml/s團注對比劑碘海醇(350 mgI/ml,1.5 ml/kg體質量)并跟注30 ml生理鹽水,于達到閾值(120 HU)后延遲7 s行動脈期掃描,28 s后行靜脈期掃描。重建常規(guī)CT [TNC和動、靜脈期]、VNCa、VNCv及40 keV VMI圖像。

1.3 圖像分析

1.3.1 客觀評價 由1名具有3年影像學診斷經(jīng)驗的醫(yī)師于Philips SpDS工作站獲取上述圖像,分別于病變累及腸壁(強化明顯處)及同層面未受累腸壁手動勾畫ROI(面積分別為6 mm2及2 mm2);于L3層面腹主動脈、回結腸靜脈、腰大肌、內臟脂肪及骨松質處勾畫總面積約16 mm2的ROI。通過復制粘貼ROI使其在各種圖像中的形狀及大小保持一致,測量其CT值及噪聲[CT值標準差(standard deviation, SD)];共勾畫3次,取平均值;以腰大肌SD為背景噪聲,計算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)及對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio, CNR)。

1.3.2 主觀評價 由2名具有5年以上腹部影像學診斷經(jīng)驗的醫(yī)師以盲法閱片,意見不一致時經(jīng)協(xié)商決定,觀察各種圖像的對比度、噪聲,以及顯示病變腸壁、腹主動脈及其分支、腸系膜上靜脈及其屬支與周圍結構情況,并以5分制予以評分[4]:1分,圖像噪聲大,對比度極差,無法檢出病灶;2分,圖像對比度、銳利度差,噪聲較大,病灶與周圍組織結構顯示不清;3分,圖像對比度、銳利度一般,有部分噪聲,顯示病灶與周圍組織結構尚可;4分,圖像對比度、銳利度好,噪聲低,顯示病灶與周圍組織結構較清晰;5分,圖像對比度、銳利度好,幾乎無噪聲,顯示病灶與周圍組織結構清晰。

1.4 輻射劑量 記錄Philips SpDS工作站自動生成的患者劑量長度乘積(dose-length product, DLP)及容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol);計算有效劑量(effective dose, ED):ED=DLP×0.015[5]。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料,以單因素方差分析行多組間比較,以獨立樣本t檢驗行兩兩比較;以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合正態(tài)分布者,行Mann-WhitneyU檢驗。針對TNC、VNCa及VNCvCT值無統(tǒng)計學差異的病變/組織,以Bland-Altman圖分析其CT值的一致性。以Kappa檢驗分析觀察者間圖像主觀評分結果的一致性:Kappa≤0.40為一致性較差,0.40～0.75為一致性中等,≥0.75為一致性良好。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 TNC、VNCa及VNCv圖像客觀評價結果 TNC、VNCa及VNCv之間,病變腸壁、未累及腸壁及腰大肌CT值差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05),且一致性均較好[一致性界限LoA(limits of agreement)外數(shù)據(jù)點比例為2%～3%](圖1);腹主動脈、回結腸靜脈、內臟脂肪及骨松質CT值差異均有統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。VNCa及VNCv圖像中,病變腸壁、未累及腸壁、腹主動脈、回結腸靜脈、腰大肌、內臟脂肪及骨松質的SD均低于TNC(P均<0.05)。TNC、VNCa及VNCv之間,病變腸壁、未累及腸壁、腹主動脈及回結腸靜脈SNR差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05),而病變腸壁、未累及腸壁及腹主動脈CNR差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 TNC、VNCa及VNCv圖像客觀評價結果比較(n=63)

圖1 Bland-Altman散點圖顯示TNC與VNCv圖像CT值的一致性 A.病變腸壁; B.未累及腸壁; C.腰大肌

2.2 常規(guī)動脈期與40 keV VMI圖像客觀評價結果 VMI圖像中的病變腸壁、腹主動脈及回結腸靜脈的CT值、SNR及CNR均高于常規(guī)動脈期圖像(P均<0.05);VMI圖像中的病變腸壁SD高于、腹主動脈及回結腸靜脈SD均低于常規(guī)動脈期圖像(P均<0.05)。見表2及圖2。

表2 常規(guī)動脈期圖像與VMI圖像客觀評價結果比較(n=63)

圖2 患者女,46歲,CD活動期 A、B.冠狀位常規(guī)動脈期容積再現(xiàn)(volume rendering, VR)圖(A)及VMI VR圖(B)均清晰顯示腹主動脈和腸系膜上動脈及其分支,VMI VR圖并清晰顯示回結腸靜脈(紅箭)、腸系膜上靜脈及其屬支(綠箭)和左卵巢靜脈(白箭)

2.3 主觀評價結果 2名醫(yī)師對常規(guī)掃描圖像與VNCv聯(lián)合VMI圖像的主觀評價結果的一致性良好(Kappa值分別為0.814及0.785),主觀評分分別為4(4,5)及4(4,5),差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

2.4 常規(guī)掃描與以VNCv聯(lián)合40 keV VMI行CTE輻射劑量 常規(guī)掃描CTE的DLP、CTDIvol及ED分別為(1 712.13±517.96)mGy·cm、(30.49±9.22)mGy及(25.68±7.77)mSv;VNCv聯(lián)合40 keV VMI CTE 的DLP、CTDIvol及ED分別為(554.41±170.15)mGy·cm、(10.53±3.02)mGy及(8.21±2.71)mSv。相比常規(guī)掃描方案,以VNCv聯(lián)合40 keV VMI方案行CTE可使輻射劑量下降約67.53%。

3 討論

IBD為病因不明的慢性非特異性炎癥性疾病,包括CD與UC,均以復發(fā)與緩解交替出現(xiàn)為主要特點[3]。

基于DLCT的VNC技術無需額外調整掃描參數(shù),時間分辨力高且不增加輻射劑量,多用于頭頸部及腹腔實質性器官[6-10];其獲取類似TNC圖像的關鍵在于盡可能縮小組織的CT值差值。VNC與TNC圖像中,約90%組織CT值差值<15 HU。本研究對IBD患者行CTE,對比TNC、VNCa及VNCv圖像中病變腸壁、未累及腸壁、腹主動脈、回結腸靜脈、腰大肌、內臟脂肪及骨松質的CT值,發(fā)現(xiàn)除骨松質(平均CT值差值約84 HU)外,其余各處平均CT值差值均<14 HU,且Bland-Altman圖顯示TNC與VNC圖像病變腸壁、未累及腸壁及腰大肌CT值的一致性良好,提示以VNC成像替代TNC具有一定可行性。既往研究[11]發(fā)現(xiàn) L1在重建VNC圖像中的CT值明顯低于TNC(51.9 HUvs. 103.6 HU),或可解釋本研究所見TNC與VNC圖像骨松質CT值差異較大。

DLCT以雙層探測器采集高、低能數(shù)據(jù),基于時間及空間完全匹配的投影數(shù)據(jù)域對其進行解析,同時利用反相關噪聲降噪技術有效提高數(shù)據(jù)分析準確性,可降低圖像噪聲、提高圖像質量[12]。本研究VNCa及VNCv圖像背景噪聲均低于TNC圖像。

付藍琦等[13]報道,頸內動脈CT值、SNR及CNR在TNC、VNCa及VNCv間均無明顯差異(P均>0.05)。LENNARTZ等[14]認為腹腔靜脈在VNCv中的CT值顯著高于TNC。本研究發(fā)現(xiàn)亦腹主動脈在VNCa中的CT值、SNR均高于TNC及VNCv,回結腸靜脈在VNCv中的CT值、SNR均高于TNC及VNCa,考慮與血管內對比劑濃度較高、光子能譜間重疊相對較大而致高、低能量分離不徹底有關[15]。病變腸壁、未累及腸壁、腹主動脈及回結腸靜脈的CNR在VNCa與VNCv之間無明顯差異(P均>0.05),主要原因可能再在于其與腰大肌CT值無明顯差異。

少數(shù)CD患者可發(fā)生急性腸系膜靜脈血栓或慢性腸系膜靜脈閉塞,需以最大密度投影及VR技術加以顯示[16]。本研究對常規(guī)動脈期及40 keV VMI圖像的客觀評價結果顯示,VMI中的病變腸壁、腹主動脈及回結腸靜脈的CT值、SNR及CNR均優(yōu)于常規(guī)動脈期圖像(P均<0.05),提示其可滿足臨床診斷及三維重建需要。

既往研究[14]報道,VNCv聯(lián)合40 keV VMI圖像與常規(guī)三期CT掃描顯示腹部大血管效果相似。PATEL等[17]以VMI圖像替代常規(guī)動脈期圖像評價腹部主要動脈,發(fā)現(xiàn)可使輻射劑量下降35%。本研究以DLCT CTE靜脈期單相重建VNC代替TNC、VMI代替動脈期圖像,可使輻射劑量下降約67.53%,且圖像質量主觀評價結果與傳統(tǒng)圖像無明顯差異(P>0.05)。

綜上所述,DLCT VNC聯(lián)合40 keV VMI可降低CTE輻射劑量。本研究的主要不足:①為單中心回顧性分析,且樣本量較小;②正常情況下腸壁較薄,手動勾畫ROI難免誤差;③主觀評估僅涉及2種掃描方案,有待后續(xù)進一步完善。