双源CT单能谱成像技术减低颅内动脉瘤夹伪影的研究

潘雪琳，李真林，程巍，袁元

随着神经外科金属夹材料和手术技术的日益成熟，动脉瘤颈夹闭术被认为是治疗动脉瘤的常用手段[1]。动脉瘤颈夹闭术后常见的并发症有脑血管痉挛、动脉瘤术中破裂、载瘤动脉远端闭塞、残留动脉瘤等。随着多层螺旋CT探测器的增宽，时间分辨率提高，常采用MSCT头部血管成像进行动脉瘤颈夹闭术后的疗效评价。但是，由于金属植入物具有明显的线束硬化伪影，影响对手术区精细解剖结构的观察[2]，并且MSCT血管成像由于动脉瘤夹的线束硬化伪影影响去骨的效果，从而影响并发症的判断。双能量CT已经用于全身不同病变的检查，但是也没有完全避免线束硬化伪影的影响[3-5]。既往研究[6]发现单能量成像（monoenergetic imaging，MEI）可减除金属植入物的伪影，目前，四肢、脊柱金属植入物的单能量成像研究较多，头部金属植入物的金属伪影消除研究很少。本研究采用二代双源CT对颅内动脉瘤夹植入患者进行双能量头部血管扫描，探讨双源CT单能量成像技术在减除颅内动脉瘤夹伪影方面的价值，寻求图像质量较好的单能量成像点。

材料与方法

1.一般资料

2013年7月－2013年10月，48例颅内动脉瘤颈金属夹夹闭术后的患者接受双源CT双能量血管扫描，男21例，女27例，年龄38～68，平均（52.7±2.7）岁。

2.仪器与方法

采用Siemens Somatom Definition Flash双源CT机进行头部血管双能量扫描。扫描范围自颅底下方1cm水平至颅顶。扫描参数：A管管电压Sn 140kV，参考管电流量104mAs；B管管电压100kv，参考管电流量104mAs；准直器宽128i×0.6mm，螺距0.85，脚－头方向扫描，重建层厚0.75mm，层间距0.50mm，机架旋转一周时间0.5s。采用CT双筒高压注射器，经肘静脉以4～5mL／s的流率注射碘比乐（370mg I／mL）50mL，随后以相同的流率注射20mL生理盐水。监测层面置于颅底下方2cm水平，兴趣区放置在颈内动脉，阈值为100HU，当CT值达到100HU后自动触发扫描。

图1 层面选取，动脉瘤夹伪影最重的脑组织即动脉瘤夹长轴的尾部（a）、无动脉瘤夹伪影的脑组织即a的对称点（b）、受动脉瘤夹伪影影响最重的血管（c）、无动脉瘤夹伪影影响的血管即c的对称点（d）。a）横轴面图像；b）冠状面图像。

3.图像重建与数据处理

扫描完成后，将自动重组的Sn 140kV、80kV以及平均加权120kV数据传送到Siemens工作站Syngo Mmwp VE36A，使用双能量单能谱（Monoenergetic）软件进行处理分析，对40～120keV的单能量数据每隔10keV进行重建，共9组单能量图像。

4.测量方法

①典型层面（图1）：a点位于动脉瘤夹伪影最重的脑组织即动脉瘤夹长轴的尾部；b点为a点的对称点，位于无动脉瘤夹伪影的脑组织内；c点位于受动脉瘤夹伪影影响最重的血管；d点为c点的对称点，位于无动脉瘤夹伪影影响的血管内。②测量方法：a、b两点位于相同层面镜像对称，c、d两点位于相同层面镜像对称；a尽量选择动脉瘤夹长轴尾部伪影最大处，c尽量选择在动脉瘤夹伪影影响最重的血管上。在测量c、d两点CT值时，ROI的范围大于血管面积1／2，尽量在血管中央进行测量。a、b两测量点的大小应与c、d保持一致。测量数据分别记录为CTa、CTb、CTc和CTd。计算a、b两点CT值的差值即｜CTa－CTb｜以及c、d两点CT值的差值即｜CTc－CTd｜。

5.统计学分析

所有统计学处理均使用SPSS 16.0统计软件，采用配对t检验分析不同keV时CTa与CTb之间以及CTc、CTd之间的差异，采用方差分析比较9组图像间｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜差异有无统计学意义。P＜0.05为差异有统计学意义。

表1 不同keV下a、b、c、d四个测量点的CT值观察指标 （HU）

结 果

48例患者不同keV下a、b、c、d四个测量点的CT值见表1。9组图像中每一组a、b之间，c、d之间的CT值差异均有统计学意义（P＜0.05）。

｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜测量结果见表2。

表2 不同keV时a、b间和c、d间的CT值差 （HU）

其中｜CTa－CTb｜在120keV时最小，为（10.51±2.79）HU，｜CTc－CTd｜在70keV时最小，为（1.03±0.24）HU（图2）。方差分析显示各组间两值的差异均有统计学意义（P＜0.05），组间两两比较差异亦均有统计学意义（P＜0.05）。

讨 论

在CT扫描或信息处理过程中，CT图像上出现的不属于机体正常信息的某些图像阴影称为伪影，可对诊断造成影响[7]。完美的CT图像不应扭曲被检部位任何断面的任何几何特征[7]。CT图像伪影可分为以下两大类：扫描采集过程中产生的伪影和CT机本身系统有关的伪影。而金属伪影可以在很大程度上降低图像质量，并使放射科医师对邻近结构的评价产生一定困难[8]，对于金属物植入患者术后评估尤其如此。伪影的产生取决于金属物的内在特性，如密度、厚度及形状等。本组所有患者的金属植入物均为钛合金材料，密度、厚度及形状等基本一致。

图2 同一层面不同keV横轴面图像。a）40keV时动脉瘤夹金属伪影较重（箭），颅内血管清晰可见；b）70keV时动脉瘤夹金属伪影有所降低，颅内血管清晰显示；c）120keV时动脉瘤夹金属伪影明显降低，颅内血管显示不佳。 图3 同一层面不同keV冠状面图像。a）40keV时动脉瘤夹旁未见出血征象（箭）；b）70keV时动脉瘤夹旁可见少量出血征象（箭）；c）120keV时动脉瘤夹旁可见少量出血征象（箭）。

随着MSCT扫描时间的缩短、分辨力的提高，动脉瘤夹闭术后患者常采用CT头部血管成像进行疗效评价。CT检查时，X线通过高密度的金属植入物时会被大量吸收，发生严重的衰减，金属夹区域产生条索状金属伪影。尽管低窗位、高窗宽有助于降低金属伪影的影响，但仍对金属夹周围的解剖细节显示不清，不能去除X线束硬化伪影。由于动脉瘤夹的线束硬化伪影影响去骨效果，从而影响对动脉夹周围体积较小的残留动脉瘤和出血性病变的观察，最终影响了常规CT血管成像对金属夹夹闭术后患者在疗效评价方面的临床应用价值。本研究使用的双源CT机比常规CTA技术有所改进，双源CT双能量成像采用100kV和Sn 140kV两种不同能量的X线进行数据采集。由于X线的衰减取决于X线能量，采用100kV和Sn 140kV的X线对同一组织进行扫描时，X线衰减不同，被扫描组织的X线衰减也会不同。金属植入物对低能量X线的衰减系数最大，在高能量X线条件下，其衰减系数减少了50%以上[9]。双源CT机单能谱技术即利用了X线的此种特性，对2个X线球管及探测器所产生的数据通过特殊计算后得到不同keV下的图像。另外，二代双源CT机通过能谱纯化（selected photon shield，SPS）技术，有效减少高能中无效的低能成分，能更好地分离组织，有效降低图像噪声。通过Monoenergetic重建技术得到40～190keV的图像，但是120keV时血管CT值在150HU附近，血管显示不佳，因此本研究旨在对40～120keV下动脉瘤夹伪影对周围脑组织、血管的影响，从而找到对图像质量影响较小的keV值，减少了伪影对周围组织的影响，以便更及时、准确地对动脉瘤夹闭术后患者的情况进行评价。

本研究发现颅内动脉瘤夹产生两种性质的伪影：①与动脉瘤夹长轴平行方向产生的低密度伪影，这类伪影对图像质量的影响最为严重，本文重点讨论此类伪影；②在动脉瘤夹旁边产生的高低混杂密度伪影，此类伪影较为轻，对图像质量的影响不大，本文未对其进行量化分析。

在40～120keV范围内，单能量CT图像上以低密度伪影为主（CTa－CTb＜0，CTc－CTd＜0），瘤夹周围组织CT值偏低。随着管电压增加，40～70keV时｜CTa－CTb｜和｜CTc－CTd｜数值减小，即CTa与CTb以及CTc与CTd的差异越来越小，受伪影影响较重的a、c两点的CT值分别和对称侧未受伪影影响的b、d两点的CT值越接近，伪影对图像质量的影响越小，图像质量越接近于未受伪影影响的优质图像。70～120keV时∣CTa－CTb∣逐渐减少，提示脑组织受金属夹伪影的影响逐渐减小；但是∣CTc－CTd∣逐渐增大，即头部血管受伪影的影响在逐渐增加，同时CTc和CTd仅约150HU，血管的显示不佳。因此总体上来说，70～120keV时随着keV的增加血管显示的清晰程度逐渐降低。本研究结果表明，70keV时｜CTc－CTd｜最小，即CTc与CTd之间差异最小，受伪影影响较重的血管与未受伪影影响的血管的CT值越接近，因此，70keV是降低颅内金属夹伪影的较好单能量成像点。

本研究评价了双能量CTA单能谱技术在48例患者动脉瘤夹闭术后复查的应用价值，结果显示对于颅内动脉瘤夹植入术后的患者而言，40keV时动脉瘤夹金属伪影较重，颅内血管清晰可见，动脉瘤夹旁未见出血征象；70keV时动脉瘤夹金属伪影有所降低，颅内血管清晰显示，动脉瘤夹旁可见少量出血征象；120keV时动脉瘤夹金属伪影明显降低，颅内血管显示不佳，动脉瘤夹旁可见少量出血征象（图2）。本研究结果表明双能量CTA单能谱技术不仅能够降低动脉瘤夹伪影对CT图像质量的影响，采用最佳的keV值还能提高图像对解剖细节的显示，满足临床上放射科医师、神经外科医师对患者治疗效果、并发症及预后的评价。本研究还优化了不同光子能量对单能谱技术重组后图像质量的影响，70keV可提供较好的图像质量。然而本组患者数量相对较少，还需要进一步搜集大组资料对本研究的结论进行验证。

综上所述，双源CT单能谱成像技术能够显著提高动脉瘤夹植入术后CT复查的影像质量，动脉瘤夹植入术后患者CT复查采用70keV进行重建可获得较好的图像质量，在临床中可应用单能谱技术提高图像质量，从而更清楚地显示术后的各种并发症。

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