能谱CT优化支气管动脉CT血管成像质量的最佳单能量值的初步研究

安徽省肿瘤医院医学影像科(安徽 合肥 230031)

王传彬 高 飞 董江宁 韦树华李乃玉 韦 超 方 昕

论 著

能谱CT优化支气管动脉CT血管成像质量的最佳单能量值的初步研究

安徽省肿瘤医院医学影像科(安徽 合肥 230031)

王传彬 高 飞 董江宁 韦树华李乃玉 韦 超 方 昕

目的 评价能谱CT单能量成像技术在显示支气管动脉中的应用价值，寻求其CTA图像质量最佳的单能量keV值或区间。方法 回顾性分析18例患者影像资料，均采用能谱CT扫描技术行胸部增强扫描，符合研究标准的15例。数据采集完成后直接获取140kVp混合能量和70keV单能量图像，再通过AW4.5工作站GSI viewer软件得到最佳单能量图像，并每隔5keV对50-80keV区间进行拆分，分别获取50keV、55keV、60keV、65keV、70keV、75keV、80keV单能量图像，比较上述7组支气管动脉的对比噪声比(CNR)、信噪比(SNR)，并采用Bonferroni法进行比较。结果 本研究15例中，28支支气管动脉均符合研究要求。50keV单能量组(CNR：33.21±10.03；SNR: 38.54±10.53)略优于55keV组(CNR：28.29±8.28；SNR:33.98±8.76)，二者之间无显著统计学差异(P=0.211、0.517)；但50keV、55keV均优于余下5组不同keV单能量组(CNR、SNR呈递减趋势)，P＜0.05。GSI软件所测得较佳单能量水平均位于50-55keV水平，以53keV最多见(14/28，50%)。实际测量值与GSI viewer软件自动得到的最佳keV值相符。结论 在50-80keV区间7组不同水平单能量模式下的支气管供血动脉的显示中，最佳单能量位于50-55keV水平间，最佳单能量keV值为53keV。

能谱成像；支气管动脉；血管造影术；体层摄影术；X线计算机

支气管动脉(Bronchial artery,BA)是肺支架组织的营养动脉，其起自胸主动脉或肋间后动脉，与支气管伴行，分布于支气管、肺动脉、肺静脉和脏层胸膜，并且有部分分支分布到肺淋巴结、食管等[1]，其管径虽细小，却与许多肺部疾病息息相关。本研究意在探索能谱CT单能量技术在支气管动脉CT血管成像(CT angiography,CTA)中的作用，从而获取优于常规CT的支气管动脉图像质量，为临床诊断和治疗带来更多的信息。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2013年2月至3月在我院行胸部能谱增强CT扫描的18例患者的资料。其中肺癌10例，非肺癌患者8例。因有3例患者所得动脉期图像不符合诊断要求，故从本研究中剔除。最终纳入研究的观察对象共15例，男9例，女6例，年龄42～73岁，平均59.3岁，所获取CTA显示质量优良的支气管动脉共28支。所有肺癌患者均经过手术病理证实。入选患者均签署了检查知情同意书。

1.2 CT检查方法与数据处理、图像评价

1.2.1 扫描条件：采用GE Discovery CT 750HD能谱CT机，GSI扫描技术，行胸部增强扫描，管电压80、140kVp瞬时切换，机架旋转时间0.5s，螺距为1.375：1，固定管电流为550mA，层厚5mm，重建间隔5mm，FOV 50cm×50cm，图像重建采用标准算法。碘对比剂为碘普罗胺(370mg I/ml)，剂量为1.2ml/kg，注射速率为4ml/ s。应用对比剂智能跟踪技术确定动脉期延迟时间，触发的阈值为120HU，达到阈值后直接触发扫描。

1.2.2 数据处理：扫描结束后，直接获得重建层厚和重建间隔均为0.625mm的140kVp混合能量图像和70keV单能量图像，将后者传至AW 4.5工作站，应用GSI viewer软件，每隔5keV重建50～80keV区间的7组单能量图像。然后通过optimal CNR软件获取最佳单能量组图像。

1.2.3 图像测量：将上述重建的7组单能量图像(50～80keV)分别载入three-phases liver软件进行分析。在同一窗宽、窗位的横断面(窗宽400HU、窗位50HU)像、滑动薄块最大密度投影(slice thin slab-maximum intensity projection，STSMIP)像(窗宽800HU、窗位200HU)及容积再现(volume rendering，VR)像(窗宽270HU、窗位125HU)上观察测量血管管壁的情况。采用圆形ROI放在支气管动脉的中心，直径约1mm，避开硬化伪影的区域,每个keV的ROI在大小、形态和位置尽可能保持一致。先在横断面上测取上述7组单能量组中支气管动脉的CNR、SNR。然后采用STS-MIP和VR重组技术观察血管壁的清晰度、锐利度、连续性及显示细小分支动脉的级别，进而评价不同组之间血管质量的优劣。所需测量的数据包括：（1）感兴趣支气管动脉和背景组织1(同层肌肉)的CT值(分别命名为CT1，CT2），以及背景组织2(同层的皮下脂肪，相当于纵隔脂肪)的SD噪声值。（2）支气管动脉-脂肪组织对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)，CNR=(CT1-CT2/SD噪声)。（3）支气管动脉-脂肪组织信号噪声比(signal to noise ratio，SNR)，SNR=CT1/SD噪声。所有数据均测三次，取其平均值。

1.3 统计学方法 使用SPSS 17.0软件进行统计学分析，统计学处理采用Kruskal-Wallis检验及Bonferroni法，p＜0.05有统计学差异。

2 结 果

2.1 图像显示质量主观评价单能量组组间比较：(1)50keV、55keV和optimal CNR软件所测的最佳单能量组中支气管动脉的显示相近，无法辨别三者之间的微小差距(附图)；(2)60～80keV单能量组的支气管动脉的显示，随着能量的升高，图像质量逐渐变差。

最佳单能量组与混合能量组间比较：50keV、55keV和optimal CNR软件所测的的最佳单能量组中支气管动脉图像质量均明显优于140kVp混合能量组。

2.2 CNR和SNR的变化情况 在50～80keV区间，支气管动脉的CNR值和SNR值随着能量的升高，而呈现出递减的趋势(表1、2)。两两比较发现：50keV组(CNR：33.21±10.03；SNR：38.54±10.53)略优于55keV组(CNR：28.29±8.28；SNR: 33.98±8.76)，但无显著统计学差异(P=0.211、0.517)；但均优于余下5组不同keV单能量组(CNR、SNR呈递减趋势,见表1、2)，有显著的统计学差异(P＜0.05)。通过optimal CNR软件所测得最佳单能量点均位于50～55keV水平间，并且以53keV最多见(14/28，50%)。

3 讨 论

3.1 研究支气管动脉的意义 支气管动脉非常细小，其开口内径仅1～2mm，但作为肺脏的唯一营养血管，它具有非常重要的作用。由于支气管动脉不断输送新鲜的动脉血供应肺的实质和间质，所以大多数肺疾病都会导致支气管动脉循环的生理平衡被打破，从而引起BA形态、分布和血流的变化。尤其是肺癌患者，其作为恶性肿瘤，将大大刺激供血动脉使血流量增加，从而使BA明显增粗。因此研究支气管动脉对于某些疾病的治疗具有重要意义，如经BA开展的相关介入治疗，BA化疗药物灌注治疗肺癌，BA栓塞治疗咯血等等。此外肺、纵隔、食管等外科手术事先了解BA的起源、数目、管径、走行等三维解剖学特征亦将有助于治疗的过程和效果。

3.2 传统多排螺旋CTA观察支气管动脉的局限性 在CT血管造影以前，DSA是BA评价的唯一金标准，虽然其具有很高的分辨率，但作为一种侵袭性的检查手段，它的并发症一直较高，且检查时限长、费用高、创伤大、图像缺乏立体感、超选择插管困难、须多次造影才能完成全部显像，并且不能保证全部显示肺癌供血血管。随着CT技术的发展，CT血管造影在血管中的应用也越来越广泛，它已被证明是一种快速、简单、无创及可靠的方法，而且结合工作站的多种后处理方式，可以更加快捷、直观以及完美的从各个角度展示血管的空间解剖和病变特征，并且克服了经插管血管造影或DSA不能保证全部显示其供血血管的缺点，是评价肺癌供血血管及血供情况的一种无创伤性有效方法[2]。64层CTA作为一种非创伤性血管评估手段，具有较大的临床应用价值，它可以个体化地、有效地显示BA的起源、位置、分布特征及三维关系等[3]，但若想获得更佳质量的CTA图像，必须通过增加对比剂浓度、剂量、增加X线剂量或者采用特定的扫描条件设置来实现，但是随之也增加了对比剂和X线剂量的不良反应，而且在提高了血管成像质量的同时，降低了其固有SNR值，从而影响图像质量，导致细小动脉显示不佳[4]。

3.3 能谱CT最佳单能量技术优化支气管动脉CTA质量的优势CT能谱成像是基于单源双能量技术实现的，它通过80kVp和140kVp高低电压瞬时切换形成了101个单能量图像，避免了X线硬化伪影的产生及其带来的CT值“漂移”，从而使图像质量得到有效改善，并且可以在所获取的两组原始数据基础上重建出40～140keV的任意单能量图像，从而为临床提高更多的诊断信息[4]。单能量图像在不同能量水平具有不同的特征，一般来说，低能量水平图像组织对比增强，但噪声增高；高能量水平图像硬化伪影少，但组织对比减弱，当在某一能量水平时，对比与噪声二者之间达成一个最好的平衡，即相当于最佳信噪比图像与最小噪声图像之间进行融合，兼顾了其对比度和对比噪声比，可以同时清晰显示病灶内部结构特征和周围组织结构情况，可以检出比常规图像更多的病灶，那么这一能量水平就是该病灶的最佳keV值[5]。单能量能谱重建模式能够优化恶性肿瘤供血动脉血管成像质量[6]，能够优化颅脑血管及颈部血管的显示[7-8]，并且可以优化门静脉、肝静脉及下肢静脉图像质量[9-11]。它可以兼顾图像的噪声，为清晰显示细小的支气管动脉主干及分支提供了可靠的理论依据，并且具有可实现性。

既往的研究形式及结果多样，不仅有研究101个单能量点中的一部分，如：大网膜结构的最佳能量区段为50～80keV[4]、颅脑CTA图像最佳的能量区段为51.11±3.43keV[7]，杨皓[12]等认为宝石能谱CT最佳单能(50～70keV)图像能增加肝癌病灶与正常组织之间的对比等，也有精确到某个具体单能量点的研究，如：肝静脉成像的最佳keV值在50keV左右[10]、颈横动脉的最佳单能量点位45keV[8]、李小虎[13]等认为宝石能谱CT单能量50keV为肾结石成分分析的最佳keV等，由此可见不同组织的最佳单能量水平具有明显的不一致性。故本组研究初步选择以5keV作为间隔进行数据采集和比较，以寻求彼此之间的差异性。

本研究通过应用能谱CT扫描，计算出对支气管动脉显示的最佳keV范围为50～55keV，该区间适应于本例研究中的全部28支支气管动脉，并且涵盖了所有通过optimal CNR软件获取的最佳单能量点数值，在此区间，支气管动脉的CTA成像质量明显提高，其质量改善的重要基础是支气管动脉与肌肉、脂肪等背景的CNR和SNR值的明显提高[14]。

总之，宝石能谱CT最佳单能量(50～55keV)图像能增加支气管动脉与周围组织的对比度，优化了图像质量，能够清楚显示支气管动脉的数量、起源、分支、走行、管径及管壁情况，为临床各种肺部疾病的治疗及疗效评估提供有力的帮助，特别是肺癌患者的介入栓塞方面，不仅可以明确目标血管分支及栓塞范围，而且降低了介入栓塞的盲目性。因此可以将此区间keV值作为日常工作中肺部疾病供血血管造影能谱扫描的参考。

3.4 本研究不足之处 第一，样本总量不足，笼统研究了单能量成像对于支气管动脉显示的最佳能量点，没有区分不同的病种。第二、按病种分类的样本量也偏少，日后可继续按照不同的肺部疾病对支气管动脉的最佳显示进一步进行研究；第三、本研究中选用5keV的间隔范围偏大，在以后的研究中，可以做到1keV，精度更高。

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(本文编辑: 唐润辉)

A Preliminary Study on Optimizing Monoenergetic Parameters of CTA Imagning Quality of Bronchial Arteries in Spectral CT

WANG Chuan-bin, GAO Fei, DONG Jiang-ning, et al．, Department of Radiology, the Affiliated Anhui provincial Hospital, (Anhui provincial tumor hospital), Anhui Medical University,Hefei 230031,China

Objective To investigate the value of the optimal monochromatic parameters of CT angiography(CTA) in displaying bronchial artery and find the optimized keV for displaying bronchial artery in CTA by spectral CT with gemstone spectral imaging (GSI) technique． Methods 18patients were underwent chest enhanced CT scan by the GSI technique, and 15ones meet a criterion． The clinical and imaging data were analyzed respectively． After scanning, the 140kVp mixed energy images and 70keV monochromatic images were obtained with standard algorithm． All the source images were transmitted into AW4．5and obtained monochromatic images from 50keV to 80keV (every 5keV) by GSI viewer software． CNR and SNR of 7groups were analyzed．All data were analyzed by Bonferroni method． Results Totally 28bronchial arteries were involved in this study． The CNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 33．21, 28．29, 24．60, 19．54, 16．79, 14．25, 12．27respectively．The SNR of bronchial artery from 50keV to 80keV were 38．54, 33．98, 30．76, 25．36, 22．56, 20．16, 18．55respectively．There was no statistical difference of CNR and SNR between 50keV and 55keV (P=0．211＞0．05, P=0．517＞0．05respectively)．The CNR and SNR of 50keV image and 55keV image were statistically higher than those other keV groups (P＜0．05respectively), The optimal keV with optimal CNR by using GSI viewer software was from 50-55keV, which was almost all in 53keV [50% (14/28)]． Conclusion 50-55keV was the optimized keV for displaying bronchial artery in the CTA, and 53keV was the best．

Gemstone Spectral Imaging; Bronchial Artery; Angiography; Tomography; X-ray Computed

R445.3

A

10.3969/j.i s s n.1672-5131.2014.04.02

2014-04-20

董江宁