能谱CT最佳单能量成像优化肝脏血管图像质量的研究

殷小平，王佳宁，田笑，梁广路，张天乐，张畅达

·腹部影像学·

能谱CT最佳单能量成像优化肝脏血管图像质量的研究

殷小平，王佳宁，田笑，梁广路，张天乐，张畅达

目的：探讨能谱CT单能量成像对优化肝脏血管图像质量的价值。方法：回顾性分析行腹部能谱CT检查的35例腹部疾病患者的病例资料，应用能谱分析软件，分别采用140 kVp混合能量模式(QC)、70 keV单能量、最佳单能量模式进行肝总动脉、门静脉及肝静脉重建，比较QC、70 keV和最佳单能量3组图像肝总动脉、门静脉及肝静脉的CT值、图像平均噪声值(IN)、对比噪声比(CNR)、信噪比(SNR)及图像质量主观评分，并进行统计学分析。结果：最佳单能量组、70 keV组、QC组肝总动脉的CNR分别为(24.55±10.86)、(18.12±8.32)和(11.64±4.64)，图像质量评分分别为(4.74±0.16)、(4.04±0.30)和(3.62±0.35)分；门静脉CNR分别为(6.94±2.73)、(4.26±1.90)和(2.97±2.11)，图像质量评分分别为(4.45±0.30)、(3.87±0.37)和(3.30±0.34)分 ；肝静脉CNR分别为(5.74±2.28)、(4.24±1.92)和(2.72±1.44)，图像质量评分分别为(4.31±0.33)、(3.75±0.41)和(3.24±0.34)分，差异均有统计学意义(P值均<0．01)，组间两两比较差异也均有统计学意义(P值均<0．05)，最佳单能量组肝脏血管的CNR、SNR和图像质量主观评分均优于70 keV单能量组和QC组。结论：能谱CT最佳单能量成像能够提高肝脏动脉、门静脉及肝静脉的CNR和SNR，从而优化肝脏血管图像质量。

肝脏； 能谱CT； 体层摄影术，X线计算机； 单能量成像

肝脏脉管系统复杂，个体解剖变异较多[1-4]，了解肝动脉、门静脉及肝静脉对于肝移植及肝肿瘤切除手术具有重要意义。目前评价肝脏血管的方法主要是多层螺旋CT血管成像(multi-slice CT angiography，MSCTA)，近年来，能谱CT成像逐渐应用于临床，基于单源瞬时kVp切换技术的CT能谱成像能在0.5 ms内使用高低球管电压(80、140 kVp)瞬时切换，实现两组数据的同时采样，在40～140 keV范围内实现任意单能量图像重建，获得101个单能量图像[5]，利用最佳对比噪声比(contrast-to-noise，CNR)曲线获得血管与周围组织最佳对比的单能量图像，能够有效显示血管与周围组织的强化差异，从而使得应用低浓度对比剂获得良好的血管图像成为可能，既往研究肝脏血管成像常关注单期血管显示，关于在一次腹部增强扫描中同时获得良好的肝总动脉、门静脉及肝静脉图像的研究尚少。本研究采用常规对比剂浓度、剂量及流率，在不影响正常肝脏三期图像质量的前提下，探讨利用最佳单能量图像提高血管的CNR，进而优化肝脏血管成像质量的可行性。

材料与方法

1.病例资料

搜集2014年4月-2015年5月在本院采用能谱CT行腹部增强检查的患者35例，其中男18例，女17例，年龄29～76岁，平均(58.14±10.05)岁。病例纳入标准：①腹部既往无任何腹部手术者；②腹部病变不影响血管走行、分布者，如单发较小的肝囊肿、肝血管瘤、肾囊肿等。病例排除标准：①曾行腹部手术者；②腹部疾病影响血管走行及分布者，如上腹部巨大占位影响周围动脉正常解剖分布及走行；③其他疾病影响血液循环者；④腹部血管显示模糊，有明显伪影干扰者。本组35例患者中胰腺癌3例，胆总管占位4例，肝脏血管瘤19例，肝囊肿5例，肝转移瘤4例。本研究经医院伦理道德委员会批准并在其监督下进行，所有患者均被告知并签署知情同意书。

2.检查方法

CT扫描采用能谱CT扫描仪(Discovery CT 750 HD，GE Healthcare，Milwaukee，美国)，图像后处理利用AW 4.5工作站，采用美国EZEM双筒高压注射器注入对比剂。扫描参数：35例患者采用能谱扫描模式(gemstone spectral imaging，GSI)进行腹部增强扫描，扫描范围自膈肌水平至肾下缘水平。管电压为140 kVp和80 kVp的瞬时切换(0.5 ms)，自动mAs调制，螺距0.984，机架旋转速度为0.5 s/r，层厚和层间距均为0.625 mm， 视野50 cm×50 cm。对比剂为碘佛醇(浓度为320 mg I/mL)，流率3.0 mL/s，剂量1 mL/kg。采用腹腔干水平腹主动脉内CT值监测(Smart Prep技术)触发动脉期扫描，监测阈值为100 HU，达到阈值后延迟8 s开始动脉期扫描，动脉期结束后30 s开始门静脉期扫描，动脉期结束后120 s开始行静脉期扫描。

3.图像重建与分析

采用GSI分析软件获得腹腔干动脉(肝总动脉相对细小，走向迂曲，故选择腹腔干动脉代替肝总动脉)与同一层面背部竖脊肌的最佳CNR曲线，门静脉选择门静脉主干与肝实质的最佳CNR曲线，肝静脉采用门静脉期原始图像，选择肝静脉与肝实质的最佳CNR曲线。根据此曲线获得显示肝总动脉、门静脉及肝静脉图像质量最好的最佳单能量keV值，用此最佳单能量keV值的图像在refromt界面进行肝总动脉、门静脉及肝静脉的重建，包括容积再现(volume rendering，VR)，最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)及多平面重组(multiplanar reformation，MPR)等。

4.图像评价

客观评价：在GSI模块中，勾画面积为15～20 mm2的感兴趣区(region of interest，ROI)，测量腹腔干动脉、门静脉及肝静脉的CT值，尽量把ROI放置于血管断面内，减少测量误差，勾画同样大小的ROI以测量同层竖脊肌或肝实质的CT，测量竖脊肌CT值时，ROI要避开邻近血管及脂肪，测量肝实质CT值时，ROI要避开肝实质内血管及病变，各数值均测量3次，取其平均值。背景噪声(SDn)采用同层面竖脊肌或肝实质CT值的标准差。采用以下公式计算CNR及信号噪声比(signal to noise ratio,SNR)： CNR=(ROIo-ROId)/SDn ， SNR=ROIo/ SDn ，其中ROIo为感兴趣区的腹腔干动脉、门静脉及肝静脉CT值；腹腔干动脉ROId为测量同层面竖脊肌CT值，门静脉及肝静脉ROId为门静脉期肝实质CT值。肝动脉平均图像噪声值(image noise,IN)为同层面竖脊肌CT值的标准差，门静脉或肝静脉IN为肝实质CT值的标准差。

主观评价：由2位有5年以上腹部诊断经验的放射科医师单独阅片，分别对肝总动脉、门静脉及肝静脉的图像质量进行评分，最终取两位医师的评分平均值。将最佳单能量、70 kev及QC 图像在相同窗宽、窗位、视野及重建角度条件下，进行图像质量评价。肝总动脉、门静脉或肝静脉边缘锐利度评分标准：5分，非常锐利；4分，比较锐利；3分，基本锐利；2分，边缘欠清晰；1分，边缘模糊。在CTA图像上，将显示腹主动脉定为1级，腹腔干为2级，肝总动脉为3级，胃左动脉、脾动脉或肝总动脉(肝固有动脉或胃十二指肠动脉)分支为4级，显示再远分支为5级，以此标准分别评为1、2、3、4、5分；显示门静脉主干为1分，1级肝内分支为2分， 多显示一级分支增加1分；显示肝静脉主干为1分，其肝内分支为2分，多显示一级分支增加1分。肝脏血管-肝实质对比度评分标准：5分：非常好；4分：较好；3分：好；2分：稍差；1分：较差[6-8]。

5.统计学分析

结 果

GSI组35例患者，肝总动脉、门静脉及肝静脉显示的最佳单能量位于49～53 Kev之间，平均51 keV。最佳单能量、70 keV及QC组图像比较，肝血管CT值、IN、CNR、SNR及主观评分差异均有统计学意义(P值均<0.05)；最佳单能量图像的肝总动脉、门静脉及肝静脉的CT值、IN、CNR、主观评分值均高于70keV、QC图像，差异均有统计学意义(P值均<0.05,表1，图1)。

70 keV与QC组图像相比，70 keV组图像的肝总动脉(腹腔干动脉)、门静脉及肝静脉CT值、CNR、SNR及图像质量主观评分较QC组图像高，差异均有统计学意义(P值均<0.05)，IN之间差异无统计学意义(P>0.05)。

图1 胃窦癌患者，男，72岁。a) 混合能量肝动脉图像; b) 70keV肝动脉图像; c) 最佳单能量肝动脉图像； d) 混合能量门静脉图像; e) 70keV门静脉图像;f)最佳单能量门静脉图像； g) 混合能量肝静脉图像; h) 70keV 肝静脉图像; i) 最佳单能量肝静脉图像。

讨 论

肝脏血管系统在肝脏肿瘤外科手术中的地位十分重要，术前充分了解肝总动脉及门静脉解剖变异对于肝脏及其他肝脏相关的上腹部手术方案的选择、提高手术成功率及减少并发症的发生有重要帮助；肝脏的血液回流通道即肝静脉也是影响肝脏手术成功与否的重要因素。MSCTA可直接、准确显示肝脏血管系统的起源及解剖变异，对变异的范围及与邻近器官的关系进行评估[1，9-10]。目前，MSCTA已成为临床诊断和外科手术前了解腹部血管情况的一种快速、精确、无创性检查手段[11]。

肝脏血管成像质量取决于肝脏动脉、门静脉及肝静脉内的对比剂浓度，而血管内对比剂浓度受多种因素制约，除了受对比剂浓度、流率、剂量、扫描延时时间、扫描方式等的影响外，门静脉及肝静脉成像质量还受患者心脏功能、脾脏灌注情况及肠系膜上静脉等情况的影响。因此以往为了获得高质量的CTA图像，常通过增加对比剂浓度、流率、剂量或调整螺距、层厚、增加X线剂量等扫描条件来实现[12]；与此同时也增加了X线不良反应及对比剂肾病的发生风险，另外高流率也会产生对比剂外渗的可能。如何降低对比剂注射浓度/流率而不影响图像质量一直是放射学界的研究热点。能谱单能量图像在不同能量水平时具有不同特征，其中低能量水平的X线穿透力较低，可增加图像的CT值和组织的对比，但图像噪声也随之增加[13]；高能量水平的图像硬化伪影少，但组织对比减弱。利用最佳CNR曲线，可获得最佳单能量图像，能在常规扫描模式下兼顾背景噪声的同时使得肝脏血管的显示效果最佳。

本研究结果表明显示肝总动脉、门静脉及肝静脉的最佳单能量位于49～53 keV之间，平均51 keV，与以往研究结果相近[6-7]。肝总动脉最佳单能量CT值、CNR、SNR、IN较QC、70 keV图像分别提高了122.77%和90.28%、110.91%和35.48%、83.82%和22.10%、76.67%和81.13%。门静脉最佳单能量CT值、CNR、SNR、IN较QC、70 keV图像分别提高了108.73%和81.32%、133.67%和62.91%、128.64%和60.66%、37.64%和64.22%。肝静脉最佳单能量CT值、CNR、SNR、IN较QC、70 keV图像分别提高了97.88%和70.26%、111.03%和35.38%、55.93%和6.3%、29.10%和71.08%。尽管最佳单能量低keV图像会增加背景图像噪声，但更大幅度地增加了肝总动脉与竖脊肌以及肝门静脉、肝静脉与肝实质之间的对比(CT值差异)；背景噪声的增加并没有影响肝总动脉、门静脉及肝静脉的显示。CNR是评价成像质量的重要指标，CNR值的高低客观地反映了图像质量的优劣。本研究肝脏血管的CNR及SNR在最佳单能量图像中最高，同时显示肝总动脉、门静脉及肝静脉的主观评分也是最优。在某些疾病状态下(如布加综合征)，肝静脉及下腔静脉血流缓慢，低能量水平下的最佳keV图像能提高肝静脉、下腔静脉与肝实质之间的对比度[14]。

尽管有研究表明采用低管电压及自适应迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技术进行腹部血管成像可以降低辐射剂量和对比剂用量，但大多适用于体质指数(body mass index，BMI)<22 kg/m2的人群[15，16]，X线的穿透力随着受检者BMI的增加而减弱[17]，对BMI较高的患者采用低管电压时，可能因X线无法穿透组织而影响图像质量。对于BMI较高的患者，采用能谱最佳CNR技术及低浓度对比剂，可在降低受检者总碘含量的同时，获得更高质量的腹部血管及肝静脉图像[18-19]。另有研究对于BMI较高的患者采用能谱CT扫描模式及ASIR技术，与传统方法相比，腹部血管强化程度和图像质量相当，辐射剂量和对比剂用量明显降低[20]。因此采用能谱CT扫描模式，在不增加辐射剂量的情况下，可适当降低对比剂浓度及流率，同时可得到更高质量的血管图像，另外能谱CT为多参数成像，可提高肝脏肿瘤性病变的诊断符合率[5，21,22]。本研究采用常规对比剂浓度、流率及低对比剂用量的模式行肝脏血管成像，既保证了正常肝脏的强化效果，又提高了肝脏血管成像的质量。

表1 三种模式下腹腔干动脉、门静脉、肝静脉的各参数比较

注：*与最佳keV组比较，P<0.05，**P<0.01；▲与QC组比较，P<0.05，▲▲P<0.01。

本研究的局限性：①样本量较少，需扩大样本量行进一步的研究；②本研究采用常规对比剂剂量，未进行低对比剂剂量肝脏血管成像的进一步研究；③仅对正常肝脏血管进行了分析，未分析相关病变对肝血管的影响；④未对最佳单能量联合ASIR技术对肝脏血管图像质量的影响行进一步分析。故有待于进一步扩大样本量并扩大研究范围，以取得更为可靠的结论。

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StudyofoptimalmonochromaticmodewithspectralCTimagingfortheimprovementofimagequalityoflivervessels

YIN Xiao-ping，WANG Jia-ning,TIAN Xiao,et al.

CT/MRI Room,Afflicated Hospital of Hebei University,Hebei 071000,China

Objective:To investigate the value of the optimal monochromatic imaging with spectral CT for the improvement of image quality of liver vessels．Methods:The abdominal spectral CT imaging and clinical materials of 35 patients with abdominal disease were analyzed retrospectively.Liver vessels including common hepatic artery (CHA),portal vein (PV) and hepatic vein (HV) were reconstructed by 140kVp mixed energy (quality check,QC),70keV and optimal monochromatic mode,respectively.Parameters including CT value,image noise (IN),contrast-to-noise ratio (CNR),signal-to-noise ratio (SNR) and subjective image score of CHA,PV and HV were compared and analyzed statistically.Results:The CNR of CHA of the optimal monochromatic mode group,70keV group and QC group was 24.55±10.86,18.12±8.32 and 11.64±4.64,respectively,the subjective image score was 4.74±0.16,4.04±0.30 and 3.62±0.35,respectively.The CNR of PV was 6.94±2.73,4.26±1.90 and 2.97±2.11,respectively,the subjective image score was 4.45±0.30,3.87±0.37 and 3.30±0.34,respectively.The CNR of HV was 5.74±2.28,4.24±1.92 and 2.72±1.44,respectively,the subjective image score was 4.31±0.33,3.75±0.41 and 3.24±0.34,respectively.All showed significant statistic difference (P<0.01 for all).Statistic difference was also shown between two-two groups comparison (P<0.05 for all).The CNR,SNR and subjective image score of the optimal monochromatic mode group were superior to those of the 70keV group and QC group.Conclusion:The CNR and SNR of common hepatic artery,hepatic portal vein and hepatic vein could be enhanced by using optimal monochromatic imaging,therefore the image quality of hepatic vessels could be improved.

Liver; Spectral CT; Tomography,X-ray computed; Monochromatic image

R575； R814.42

A

1000-0313(2017)09-0942-05

2016-09-29

2017-02-16)

071000 河北，河北大学附属医院CT/MRI室

殷小平(1978-)，女，河北保定人，博士，副主任医师，主要从事腹部疾病的影像诊断工作。

2015年河北省科技计划项目(15277740D) ；2014年河北省医学科学研究重点课题项目(ZD20140443)；2015河北省政府资助临床医学优秀人才培养项目(361007)；河北大学附属医院青年基金(2015Q001)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.09.010