双能量CT虚拟单能谱成像技术在TIPS术后支架评估中的应用

杨 帆，曾 懿

（1.四川省成都市中西医结合医院放射科，四川 成都 610041；2.四川省骨科医院放射科，四川 成都 610041）

经颈静脉肝内门体静脉内支架分流术（transjugular intrahepatic portosystemic shunt，TIPS）是采用特殊的介入治疗器械，在X线透视导引下，经颈静脉入路，建立肝内位于肝静脉及门静脉主要分支之间的人工分流通道，并以金属内支架维持其“永久性”通畅，是近20年广泛应用于降低门静脉压力的微创性治疗手段[1-2]。TIPS主要适应证包括：门静脉高压引起的胃肠道出血、腹水、胸腔积液、肝肾综合征及布加综合征等[3]。然而，因技术、材料及生物学方面等因素，支架可能发生再狭窄或闭塞，而引起复发性门静脉高压，增加患者再出血及复发性腹水的风险[4]。因此，对TIPS术后支架评估至关重要。双源CT双能量扫描（dual-source dual-engery computed tomography，dsDECT）可在一次螺旋扫描中同时采集100（或80）和140 kV的CT数据，并行各种后处理得到一系列衍生图像，如虚拟平扫、单能谱图像及碘图等，获得组织在不同能量状态下的不同衰减信息，从而可以提供组织的成分信息，这是CT单能量扫描无法实现的[5]。选择合适keV的单能谱可较好地去除线束硬化伪影从而有效地降低金属伪影[6]。因此，应用dsDECT不仅能获得肝脾形态学特征、门体静脉侧支开放及腹水等信息，还可通过单能谱技术降低支架的伪影，提高图像质量。本研究应用dsDECT，将各单能量图像与常规上腹部增强扫描图像进行对照，旨在寻找双能量CT虚拟单能谱成像技术对TIPS后支架评估的最佳能量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2014年12月至2017年12月成都市中西医结合医院TIPS术后随访患者共21例（24个支架），其中男12例，女9例；年龄25～75岁，平均65.8岁。原发疾病为肝硬化20例，布加综合征1例。排除标准：碘对比剂过敏者及严重肾功能损害者（血清肌酐＞1.9 mg/dL）。

1.2 仪器与方法 采用Siemens双源CT（Somatom Definition Flash，Forchheim，Germany）行上腹部平扫、动脉期及门静脉期增强扫描，扫描范围从膈顶至双肾下极。平扫及动脉期扫描采用常规单能量扫描模式，扫描参数：120 kV，210 mAs，螺距 0.6，球管旋转时间0.5 s，开启实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D。门静脉期扫描采用双能量扫描模式，球管A：140 kV 有效管电流 96 mAs，FOV 50 cm×50 cm；球管 B：100 kV，有效管电流 115 mAs，FOV 33 cm×33 cm。开启实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D，螺距0.55，球管旋转时间0.5 s。增强扫描，采用非离子型对比剂碘帕醇注射液（370 mgI/mL），剂量1.5 mL/kg体质量，由高压注射器以3 mL/s的流率经前臂静脉团注，并注射20 mL生理盐水冲洗，分别于注射对比剂后20及65 s采集动脉期及门静脉期图像。

1.3 图像处理及数据测量 扫描获得100、140及加权120kV图像，加权融合系数为0.5，以加权120kV混合能谱图像作为常规单源混合能谱上腹部门静脉期增强扫描图像。应用Siemens Syngo MMWP VE36A工作站进行图像后处理。将门静脉期双能量扫描模式获得的100及140 kV图像传输至Dual-Energy软件中，经monochromatic程序处理获得间距为10 keV、40～190 keV的16组单能谱图像。选择TIPS支架主观伪影最大层面，在各单能谱图像及120 kV加权图像上测量支架腔内ROI的CT值（简称CT支架）、标准差SD值（简称SD支架），并在同一层面测量竖脊肌ROI的 CT值（简称 CT肌肉）、标准差 SD 值（简称 SD肌肉），在同一层面的相邻区域重复测量2次，取平均值。根据公式计算伪影指数（artifact index，AI）及对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR），以 SD 肌肉作为噪声（noise，N）。 其中，CNR=（CT支架-CT肌肉）/SD肌肉。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0软件进行统计分析。将各组单能谱图像采用单因素方差分析（one way ANOVA）进行比较，获得最佳单能谱图像，再采用配对t检验比较最佳单能谱图像及120 kV加权图像的AI、N及CNR差异。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

各组单能谱图像比较，80 keV单能谱图像具有最低 AI（31.48±22.49）及 N（10.17±3.88）HU，同时支架腔内 CNR（21.73±11.93）最高（图1）。

80 keV 单能谱图像的 AI（31.48±22.49）、N（10.17±3.88）HU均小于加权 120 kV混合能谱图像 AI（36.05±22.36）、N（11.27±3.54 HU）（均 P＜0.05）。80 keV单能谱图像的CNR（21.73±11.93）大于加权120 kV 混合能谱图像（19.81±11.37）（P＜0.05）。

图1 各组单能谱图像伪影指数（AI）（图1a）、噪声（N）（图1b）及对比噪声比（CNR）（图1c）的比较。80 keV单能谱图像支架腔内具有最低AI及N，支架腔内CNR最高

3 讨论

CT成像技术的发展，显著提高了成像速度、图像分辨力及患者的耐受性。而DECT的临床应用，使无创且快捷的影像技术鉴别不同物质成分成为可能，是当今CT临床应用的研究热点之一。目前已有大量研究[5]将DECT应用于腹部器官，但多局限于虚拟平扫图像的价值及在低能图像上提高含碘对比剂丰富组织的显示。此外，利用DECT鉴别不同物质成分的优势，可鉴别肾结石的化学组成成分[7]，以及利用碘图显示组织的碘分布情况，如通过测定肝癌患者血管内栓子的碘含量可鉴别癌栓及血栓[8]、提高未进行肠道准备患者结肠癌的显示率[9]及将碘含量作为转移性胃肠道间质瘤疗效评价的指标等[10]。

DECT单能谱技术通过消除能谱重叠，减少线束硬化伪影，达到减少金属伪影及提高图像质量的目的。dsDECT及快速千伏电压转换双能CT均可重建虚拟单能谱图像。目前临床主要将其应用于降低人体骨关节系统金属植入物的金属伪影及提高图像质量[11-13]。

本研究首次将DECT应用于TIPS术后随访，利用单能谱技术降低支架伪影，提高图像质量，支架管腔在80 keV单能谱图像具有最低的伪影及图像噪声，同时具有最高的CNR，且均优于常规120 kV混合能谱图像。而随能量的降低或增高，其降低伪影和增加图像质量的能力降低，甚至具有相反的效应。因此，综合考虑降低伪影及提高图像质量，选择80keV单能谱图像作为最优的单能谱图像，在降低支架伪影的同时可提高图像质量。

早期研究显示，降低伪影的最佳单能谱能级各有不同，Lewis等[14]应用 dsDECT 发现 150 keV 单能谱图像降低髋关节置换物伪影效果最明显，而Stolzmann等[15]发现约110 keV单能谱图像降低假牙伪影的效果最佳。这是由于最佳单能谱能级的高低与金属置入物的成分及大小相关，对结构非常致密的金属物，单能谱成像不能完全矫正金属伪影，因为这类金属伪影不仅与线束硬化有关，还与光子不足及非线性部分容积效应相关[16]。

在各项研究[14，17]中，提高图像质量的最佳单能谱能级相似，为70～80 keV。在一项体模研究中，Yu等[17]发现在相同的辐射剂量条件下，最佳单能谱图像与常规120 kV的混合能谱图像相比，对超大、大、中等及小体积的各种体模来说，两者的CNR相似，或前者优于后者；然而当最佳单能谱图像与更低管电压的单源混合能谱图像相比，CNR与体模的大小相关，对大、中等及小体积的体模，最佳单能谱图像的CNR均低于80 kV的混合能谱图像。因此，双能量CT扫描模式并不能完全取代常规单源CT扫描。

本研究的不足：双能量扫描模式设置的球管管电压为100/140 kV，与80/140 kV比较，一定程度上增加了患者的辐射剂量；未将单能谱图像与不同管电压的常规单源混合能谱图像相比；在评价图像质量的指标上缺乏主观评分，在后续研究中将进一步完善。

综上所述，与常规120 kV混合能谱图像相比，双能量CT虚拟单能谱图像在显示TIPS支架时，可降低支架伪影，并提高图像质量，其最佳能级为80 keV。