双能量CT虚拟单能谱成像技术在脑动脉瘤夹闭术后评估中的应用

赵艳娥， 宁辉， 郑玲， 张龙江， 陈国中， 周长圣， 卢光明

·双能量CT影像学专题·

双能量CT虚拟单能谱成像技术在脑动脉瘤夹闭术后评估中的应用

赵艳娥， 宁辉， 郑玲， 张龙江， 陈国中， 周长圣， 卢光明

目的以常规颅脑CTA为对照，研究双能量CT单能谱成像用于颅内动脉瘤颈夹闭术后评估的最佳能量范围。方法对36例患者40组双能量数据进行回顾性分析。采用双能量单能谱软件在60～100 keV之间每隔10 keV值进行单能量图像重组，平均加权120 kV为常规CTA图像，共6组图像。分别测量每组图像伪影影响最重的脑组织和血管CT值，评估线束硬化伪影和血管对比度，并对单能量和CTA图像质量进行主观评价。结果60～100 keV之间单能量图像的动脉瘤夹金属伪影分别为(116.9±73.0)、(72.4±37.3)、(49.8±27.0)、(34.8±20.7)和(26.7±18.2) HU。常规CTA图像的硬化伪影(62.5±31.6) HU与70～80 keV单能量图像差异无统计学意义(P>0.05)，80～100 keV的单能量图像硬化伪影低于常规CTA。60～100 keV单能量图像的血管对比度分别为(301.9±74.9)、(217.6±54.2)、(163.8±41.8)、(126.9±34.2)和(103.1±46.1) HU，常规CTA的血管对比度(183.5±48.8) HU与70～80 keV单能量图像差异无统计学意义(P>0.05)。60～100 keV和常规CTA图像质量为优和良的比例分别为20.0%、47.5%、85%、35%、15%、65%。结论双能量CT成像用于颅内动脉瘤颈夹闭术后患者评估的最佳能量范围是70～80 keV，80 keV有望成为最佳单能量成像点。

双源双能量CT；颅内动脉瘤；体层摄影术，X线计算机；伪影

随着MSCT空间分辨力和时间分辨力不断提高，MSCT脑血管成像已经成为临床评估动脉瘤夹闭术后疗效的主要检查方法[1]，但由于金属植入物具有明显的线束硬化伪影，不仅影响CTA对术区解剖结构的显示，还影响对术后并发症的判断。双能量CT虚拟单能谱成像技术能降低线束硬化伪影[2]，但对于颅内动脉瘤夹闭植入术后的CTA评估，在降低线束硬化伪影的同时，还需要足够的血管对比度。尽管双能量CT虚拟单能谱成像技术的低keV单能量图像能够提高图像的密度分辨力，提高血管内对比剂的密度，优化血管的显示，但是图像噪声也随之增大，金属伪影加重；高keV单能量图像有助于金属伪影的去除，但是图像对比度降低，血管显示不清。所以需要寻找脑动脉瘤夹闭术后评估的最佳能量成像范围。潘雪琳等[3]通过对48例颅内动脉瘤颈夹闭双能量CT能谱成像进行分析，发现70 keV单能量图像进行重建可获得较好的图像质量，但该研究没有与常规CTA进行比较，因此70 keV图像的线束硬化伪影是否低于常规CTA尚不明确，需要进一步研究。本研究将各单能量图像与常规CTA图像进行对照，旨在寻找双能量CT虚拟单能谱成像技术对脑动脉瘤夹闭术后评估的最佳能量范围。

材料与方法

1.病例资料

搜集2013年1月-2014月4月共36例因颅内动脉瘤行夹闭术后行头颅双能量CTA检查的患者，其中4例患者行2次双能量CTA，故共40组双能量数据纳入本组研究。36例患者中男17例，女19例，年龄35～76岁，平均59.94岁。动脉瘤夹闭术后CTA复查时间间隔为18小时至11个月。排除标准：碘对比剂过敏、孕妇、严重心肾功能不全患者。动脉瘤夹材料为磁钛合金。

2.检查方法

所有患者检查前均签署知情同意书。所有患者均在Siemens Somatom Definition Flash DSCT机上进行CT扫描。双能量CTA扫描程序：首先进行常规扫描定位像，后行常规头颅平扫，然后进行增强双能量扫描，经右侧肘前静脉以3～4 mL/s流率应用双筒高压注射器注射对比剂碘普罗胺(300 mg I/mL) 70～80 mL，再以相同的流率注射40 mL生理盐水。使用人工智能触发扫描，触发点定于颈总动脉分叉部，触发阈值100 HU，延时5 s开始自动扫描。扫描范围从下颌骨至颅顶，扫描方向由足侧向头侧顺动脉血流方向扫描，扫描时间5～7 s。扫描参数：2个球管电压分别为140和80 kV，有效电流分别为51和213 mAs，准直器宽度64×2×0.6 mm，矩阵512×512，自动重建层厚0.75 mm，层间距0.5 mm，扫描螺距0.7，球管旋转速度0.5 s/r。

3.影像重组及数据测量分析

扫描完成后，将自动重组的Sn140 kV、80 kV以及平均加权120 kV数据传送到Siemens工作站SyngoMMWP VE36A，使用双能量单能谱软件(Monoenergytic)进行后处理分析。对60～100 keV的单能量数据每隔10 keV进行图像重组，共5组单能量图像。将平均加权120 kV图像作为常规CTA图像。

图像硬化伪影：典型层面和测量方法参考潘雪琳等[3]的研究方法。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(图1)；计算a、b两点CT值的差值即|CTa-CTb|，作为硬化伪影评估的定量指标。

血管对比度：c点尽量选择在动脉瘤夹伪影影响最重的血管中央上，兴趣区(regio of interest，ROI)覆盖血管截面的70%～80%，d点选择在影响最重血管附近的脑组织内(图1)。计算c、d两点CT值的差值即|CTc-CTd|，作为评估血管对比度的定量指标。

图像质量主观评价由两位医师共同完成。影像质量主观评价按如下评分系统进行；1分，优秀，瘤夹周围无伪影,周围脑组织分辨清楚，血管显示清晰，可以用于诊断；2分，良好，瘤夹周围伪影小,周围脑组织分辨尚清楚，血管显示尚清晰，可以用于诊断；3分，差，瘤夹周围伪影较大,周围脑组织分辨模糊，血管显示模糊，不能用于诊断。

4.统计学分析

采用SPSS 16.0软件进行统计学分析，如数据符合正态分布，统计方法选取方差分析，方差齐性两两比较采用LSD方法，方差不齐时两两比较采用Tambane's T2；如数据符合偏态分布，则采用秩和检验进行比较。图像质量评分比较采用χ2检验，将常规CTA质量评分<3分的比率分别与不同keV组图像质量评分<3分的比率进行比较。以P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.硬化伪影结果分析

硬化伪影的|CTa-CTb|值分布状态符合正态分布，方差分析结果显示F值=24.89，P=0.001，组间差异有统计学意义。|CTa-CTb|值随着单能量keV值升高而减低(表1)，60 keV硬化伪影最严重，与其它keV组和常规CTA差异均有统计学意义(P=0.001)；除了70 keV和80 keV、70 keV和常规CTA、80 keV和90 keV、80 keV和常规CTA差异无统计学意义(P值均>0.05)之外，其它组两两比较差异均有统计学意义(P值均<0.05)。

2.血管对比度分析结果

血管对比度的|CTc-CTd|值分布状态符合正态分布，故采用多个独立样本方差分析统计方法，统计结果为F值=71.2，P<0.05，组间差异有统计学意义。|CTc-CTd|值随着单能量keV值升高而减低(表2)，60 keV血管对比度最高，与其它keV组和常规CTA差异均有统计学意义(P=0.001)。除了70 keV和常规CTA、80 keV和常规CTA、90 keV和100 keV差异无统计学意义(P值均>0.05)之外，其它组两两比较差异均有统计学意义(P值均<0.05)。

表1 图像线束硬化伪影结果分析 (HU)

注：*常规CTA的|CTa-CTb|值与不同keV组|CTa-CTb|值的两两比较结果。

3.图像质量主观评价结果

60～100 keV之间的单能量图像和常规CTA图像质量主观评价结果见表3。经χ2检验，6组图像质量的主观评分差异有统计学意义(P<0.05)。60～100 keV图像质量评分为优秀和良好者(评分<3分)所占比例分别为20.0%、47.5%、85%、35.0%、15%。常规CTA图像质量评分为优秀和良好者所占比例为65%。常规CTA图像的质量评分<3分的比率分别与不同keV组图像质量评分<3分的比率进行χ2检验，结果显示常规CTA组与70keV组差异无统计学意义(P>0.05)，与其它keV组差异均有统计学意义(P<0.05，表3)。本组1例左侧大脑中动脉瘤夹闭术后60～100 keV虚拟单能量成像，肉眼观察80 keV虚拟单能量图像线束硬化伪影较少且血管对比度较高(图2)。

表2 血管对比度分析结果 (HU)

注：*常规CTA的|CTc-CTd|值与不同keV组|CTc-CTd|的值两两比较结果。

图1 兴趣区测量示意图。a点位于动脉瘤夹伪影最重的脑组织内；b点位于无动脉瘤夹伪影的脑组织，即a的对称点；c点位于受动脉瘤夹伪影影响最重的血管；d点位于受动脉瘤夹伪影影响最重血管旁脑组织内。图2 同一层面不同keV单能量头颅横轴面图像，图像窗宽、窗位相同。a) 60 keV单能量图像示动脉瘤夹硬化伪影较重，影响左侧大脑中动脉评估；b) 70 keV单能量图像示动脉瘤夹硬化伪影较重；c) 80keV单能量图像示动脉瘤夹硬化伪影明显降低，血管显示清晰；d) 90keV单能量图像示动脉瘤夹硬化伪影消失，但脑血管对比度明显下降；e) 100keV单能量图像示动脉瘤夹硬化伪影消失，但脑血管对比度明显下降。

表3 虚拟单能量成像图像质量主观评价结果 组(%)

注：*常规CTA图像的质量评分<3分的比率分别与不同keV组图像质量评分<3分的比率进行χ2检验的结果。

讨论

硬化伪影是CT伪影之一，指相邻的两种组织因密度、厚度和结构差异较大而引起的一种伪影[4]。因为常规CTA扫描采用单一的管电压，球管产生的是混杂各种能量的X光子的宽谱，衰减值较高的物质(如骨质和金属等)会吸收较多低能量的X光子，而能量较高的光子会穿透该物质，这种不同比例的吸收特性会造成线束硬化伪影和金属伪影，影响图像质量。脑动脉瘤夹在CT图像上产生的硬化伪影对术后评估主要有两方面的影响，第一个方面是对脑实质的影响，这方面的影响主要为对术后脑实质的并发症评估，比如脑梗死、脑出血，第二个方面是对脑血管的影响。

目前减少CT成像硬化伪影的方法很多，增加管电压、降低扫描螺距可以降低金属伪影，Mamourian等[5]建议的扫描螺距为0.6 mm。采用非螺旋扫描模式采集CTA图像也可降低金属伪影，Mamourian等[6]采用体外模型试验证实了这一点，但此方法增加了患者的辐射剂量。相关文献报道迭代重建技术结合薄层扫描有助于降低金属伪影的影响[7]。另外，可采用硬化伪影小的金属植入物治疗，常用的动脉瘤夹材料成分是钴铬合金和钛类合金，后者硬化伪影小于前者[8]。以上方法虽然能够降低硬化伪影的影响，但并不能从根本上消除。消除CT伪影的理想方法就是球管只输出单一能量的X线光子。通过双能量CT扫描，根据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%以上的特性[9]，采用Monoenergetic后处理软件，将传统X射线混合能量图像重建成40～190 keV连续的151组虚拟单能量图像，即双能量CT虚拟单能谱成像技术，此技术的出现为降低金属植入物的硬化伪影提供了一种新方法[10]。与常规CT降低线束伪影的方法相比，双能量CT虚拟单能谱成像技术的主要优势是在不增加患者辐射剂量的情况下[11]，一次扫描可同时获得40～190 keV连续的151组单能量图像，选择合适的能量成像点可达到降低或消除硬化伪影的要求。第二代双源CT通过能谱纯化技术，可有效减少高能X线光谱中无效的低能成分，有效降低图像噪声。

本研究结果显示对于颅内动脉瘤夹植入术后的患者，60 keV单能量图像的血管对比度虽然最高，但动脉瘤夹周围伪影较重，明显高于常规CTA，并且80.0%的图像质量评价为差，主要是因为动脉瘤夹金属伪影在低keV时较重，影响了脑血管或周围脑组织的术后评估，不适用于临床评估。90～100 keV单能量图像的动脉瘤夹伪影虽然较轻，但血管对比度较低，血管显示不清晰，与常规CTA相比差异有统计学意义(P<0.05)，并且分别有65%和85%的图像质量评价为差，故此范围的单能量图像亦不适合临床评估。70～80 keV图像不仅血管对比度高于其它单能量图像，而且硬化伪影低于其它单能量图像；经过图像质量主观评价，70～80 keV能量图像质量评价为优和良的比例高于其它单能量图像。综上分析，70～80 keV能量图像是动脉瘤夹闭患者术后评估的最佳能量成像范围。通过与常规CTA比较，虽然70～80 keV能量图像的线束硬化伪影与常规CTA差异无统计学意义，但是80 keV的|CTa-CTb|差值的均值略低于常规CTA，并且80 keV的血管CT均值为(203.5±36.8) HU，大于150 HU[3]。80 keV的主观图像质量评价为优和良的比例高于常规CTA和70 keV，而70 keV的硬化伪影略高于常规CTA，故80 keV能够提供较常规CTA硬化伪影低并且有足够血管对比度的图像，有望成为动脉瘤夹闭患者术后评估的最佳能量成像点。这与文献报道的动脉瘤夹植入术后患者最佳能谱成像点为70 keV[3]略有差异，主要原因可能是受伪影影响血管的定量评估指标不同。潘雪琳等[3]研究的d点选取在血管内，计算的是受伪影影响血管与未受伪影影响血管的CT值的差值，而本研究血管对比度计算的是受伪影影响血管的CT值与其邻近脑组织CT值的差值。本研究图像质量主观评价发现52.5%(21/40)的70 keV单能量图像由于伪影较重，影响周围脑组织或血管的评估，但由于70 keV单能量图像血管对比度较高，硬化伪影较轻的患者可选择70 keV单能量图像用于动脉瘤夹闭术后评估，以取得较高的血管对比度。

综上所述，对于脑动脉瘤夹闭术后随访的患者，双能量CT单能谱成像较好的单能量范围是70～80 keV，80 keV能够提供硬化伪影低于常规CTA并且血管对比度能够满足临床评估要求的单能量图像，有望作为动脉瘤夹闭术后双能量CT单能谱成像的最佳能量点，为降低脑动脉瘤夹CT硬化伪影提供了一种新技术，具有很好的临床应用前景。

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《放射学实践》(英文稿)稿约

《放射学实践》是由国家教育部主管，华中科技大学同济医学院主办，与德国合办的全国性影像学学术期刊，由国内著名影像专家郭俊渊教授担任主编，创刊至今已28周年。本刊坚持服务广大医学影像医务人员的办刊方向，关注国内外影像医学的新进展、新动态，全面介绍X线、CT、磁共振、介入放射及放射治疗、超声诊断、核医学、影像技术学等医学影像方面的新知识、新成果，受到广大影像医师的普遍喜爱。

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《放射学实践》编辑部

TheapplicationofmonoenergeticimaginginpostoperativeevaluationofthepatientswithintracranialaneurysmclippingusingdualenergyCTangiography

ZHAO Yan-E,NING Hui,ZHENG Ling,et al.

Department of Medical Radiology,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command,PLA,Nanjing 210002,P.R.China

Objective:Using conventional CTA as control,to explore the optimal energy range for mono-energetic imaging of the dual-energy CT to evaluate the postoperative patient with intracranial aneurysm clipping.Methods40 sets of dual energy CT data from 36 patients were analyzed retrospectively.The dual-energy CT data were processed by using the mono-energetic software.Then single energy images were generated every 10keV ranging from 60 to 100 keV.The average weighted 120kV was set as conventional CTA image for comparison.In order to assess the beam hardening artifacts and vascular contrast,the CT value of cerebral tissue and blood vessels were measured,ROI were set on regions where were most severe affected by hardening artifacts.Reconstructed single energy images were assessed by two experienced radiologists blindly.ResultsThe CT value of metal hardening artifact of aneurysm clip were(116.9±73.0),(72.4±37.3),(49.8±27.0),(34.8±20.7) and(26.7±18.2)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was statistically significant difference between above CT value in each group and that in the conventional CTA image(62.5±31.6).The vascular contrast were(301.9±74.9),(217.6±54.2),(163.8±41.8),(126.9±34.2) and(103.1±46.1)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was no statistically significant difference of vascular contrast between the conventional CTA image(183.5±48.8)HU and 80 keV monoenergetic image.The ratios of excellent or good image quality of the single energy image were 20.0%,47.5%,85%,35.0%,15% for each group respectively and 65% for conventional CTA group.ConclusionThe optimal energy range of the dual-energetic imaging for postoperative evaluation of intracranial aneurysm neck clipping is from 70 to 80keV.The 80keV is suggested as the best setting point for single energy image because it has lower hardening artifacts while maintaining similar vascular contrast.

Dual energy CT; Intracranial aneurysm; Tomography,X-ray computed; Artifact

210002 南京，南方医科大学附属临床医学院/南京军区南京总医院医学影像科(赵艳娥、郑玲、张龙江、陈国中、周长圣、卢光明)；710077 中航工业西安医院影像科(宁辉)

赵艳娥(1981-)，女，山东德州人，博士研究生，主治医师，主要心血管影像诊断工作。

，卢光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R739.4; R814.42

A

1000-0313(2014)09-0988-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.002

2014-08-01

2014-08-28)