能谱探测器CT 在提高下肢动脉血管成像质量中的应用

王 宁，刘兆玉

（中国医科大学附属盛京医院放射科，辽宁 沈阳 110004）

下肢动脉硬化闭塞症 （Peripheral arterial occlusive disease，PAOD）是在下肢动脉粥样硬化斑块的基础上形成的，引起下肢动脉管腔狭窄、闭塞，进而导致肢体缺血的疾病。其主要表现为间歇性跛行、缺血性静息痛、足溃疡和坏疽等，并最终发展为严重肢体缺血[1]。

随着CT 设备及后处理软件的发展，下肢动脉CT 血管成像（CT angiography，CTA）成为诊断PAOD的一种简便、快捷的方法[2]。然而，由于PAOD 患者下肢血管往往伴有严重钙化和狭窄，导致血管结构及远端分支难以清晰显示，以及CT 射束硬化伪影等因素存在，多排螺旋CT 成像诊断准确性受到限制[3]。近年来能谱CT 技术得到迅速发展，通过提取虚拟单能谱影像、获到40～200 keV 的单能量图[4]、选择keV 能级的方法，可对图像噪声、对比度等指标进行优化，进而得到最佳质量图像[5]，同时扩大了能谱CT 在周围血管闭塞性疾病诊断中的应用范围。目前，有关新一代能谱探测器CT 影像质量的研究还很少。本研究拟将新一代能谱探测器CT 单能谱成像用于PAOD 患者，寻找能谱探测器CT 最佳单能量图，以期获得更好的图像质量。

1 资料与方法

1.1 资料

收集2019 年1 月—2019 年7 月中国医科大学附属盛京医院疑诊为下肢动脉病变的患者共48 例并行CTA 检查，其中男36 例，女12 例，年龄54～88岁，平均（62.4±16.8）岁，平均体质量指数（Body mass index，BMI）为（22.7±5.5）kg/m2，病程2～38 年。排除标准：①对比剂过敏；②下肢动脉长段闭塞或支架植入术后；③合并严重心肝肾或呼吸功能不全患者；④不能配合检查患者。所有受检者行增强CT 检查前均签署知情同意书。

1.2 方法

48 例患者均接受Philips 能谱探测器CT（IQon，Philips Healthcare，Best，the Netherlands）检查。扫描范围：自腹主动脉分叉部以上水平至足趾末端。对比剂采用碘海醇（含碘350 mg/mL，北京北陆药业股份有限公司）。检查前根据患者体质量确定对比剂总量，对比剂总量（mL）＝体质量（kg）×2（mL/kg）。对比剂经双筒高压注射器在患者单侧前臂静脉以4 mL/s的速率注入，之后以相同速率注入40 mL 生理盐水。

能谱探测器CT 扫描参数：管电压120 kVp，管电流159 mA，探测器准直64×0.625 mm，机架旋转时间0.5 s，螺距0.953。CT 扫描完成后，采用Philips ISP（IntelliSpace Portal version 9.0）工作站对所有图像进行常规重建和能谱图像重建，常规CT图像重建选用混合迭代重建方法（iDose4，level 4），重建层厚1 mm，层间距1 mm；能谱探测器CT 图像重建为能谱基础图像 （Spectral based image，SBI），从能谱基础图像中获得各单能量能谱图像（60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV），能谱图像与常规CT 图像采用相同的层厚和层间距。

1.3 图像分析

分别选取髂总动脉、股浅动脉、腘动脉及胫前动脉4 个层面进行图像质量主观评价及客观评价。

图像质量主观评价方法：采用5 分评分法对图像质量进行评价。5 分，血管解剖结构显示好，几乎没有伪影，图像能提供充分的诊断信息；4 分，血管解剖结构显示良好，伪影很少，图像能提供足够的诊断信息；3 分，血管解剖结构显示一般，伪影较少，图像能提供适当的诊断信息；2 分，血管解剖结构显示不佳，伪影较多，可以诊断但诊断信息不足；1 分，血管解剖结构显示不清，伪影重，图像不能提供诊断信息。

由两位诊断医师从图像噪声、伪影、对比度、分辨率等方面对图像质量进行主观评估，二者意见不一致时，经协商达成一致意见。

客观定量分析：由1 名从事诊断工作6 年以上的医师设置感兴趣区（Regions of interest，ROI），分别位于同一层面血管（ROIv）和肌肉（ROIm）中，ROI至少覆盖血管总面积的2/3，测量时取同一层面双侧下肢动脉CT 值的平均值。保持同一患者各个能级（60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV）下的ROI区域不变，分别测量各目标血管、邻近肌肉两个ROI的CT 值及标准差（Standard Deviation，SD），计算各目标血管的信噪比（Signal noise ratio，SNR）、对比噪声比（Contrast to noise ratio，CNR），SNR＝CT（目标血管）/SD（目标血管）、CNR＝（CT（目标血管）-CT（同层肌肉））/SD（同层肌肉），图像噪声为邻近肌肉组织CT 值的标准差。

1.4 统计学分析

使用SPSS 22.0 软件进行统计分析，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示，组间CT 值、噪声、SNR、CNR 差异的比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD 法，P＜0.05 为差异有统计学意义。

6 组图像质量评分采用多组独立样本秩和检验（Kruskal Wallis H）进行统计分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。组间两两比较对P 值进行校正，校正后P 值为0.01。

2 结果

2.1 主观图像质量比较

6 组CTA 图像主观评分见表1，6 组图像质量评分经Kruskal-Wallis H 检验，差异有统计学意义（χ2＝35.502，P＜0.01）。6 组图像中，60 keV 组主观评分最高（217 分），与常规CT 组及70 keV、75 keV、80 keV组评分两两比较差异均有统计学意义（P 均＜0.01），与65 keV 组评分比较差异不显著。

表1 各组图像主观评分

2.2 客观图像质量比较

常规CT 组及60 keV、65 keV、70 keV、75 keV、80 keV 组间进行两两比较，结果见表2。60 keV、65 keV组CNR、SNR 均显著高于常规CT 组及70keV、75keV、80 keV 组（P＜0.05），而60 keV 组和65 keV 组间进行比较差异无统计学意义（P＞0.05）。60 keV、65 keV 组图像噪声均显著低于常规CT 组 （P＜0.05），60 keV组和65 keV 组间进行比较差异无统计学意义 （P＞0.05）。60 keV 组各目标血管的CT 值显著高于65 keV组及其余各组（P＜0.05），故选择60 keV 组单能量图像作为最佳keV（图1）。

表2 各组图像CT 值、噪声、SNR 及CNR 的比较（）

表2 各组图像CT 值、噪声、SNR 及CNR 的比较（）

注：SNR：信噪比；CNR：对比噪声比。

图1 男，62 岁。图1a～1c 为常规扫描成像方法获得的下肢动脉图像，右侧股浅动脉边缘稍模糊，硬化伪影重，周围细小分支显示不清；图1d～1f 为同一患者采用60 keV 单能量成像获得的下肢动脉图像，右侧股浅动脉血管边缘光滑、锐利，周围硬化伪影显著减少，下肢动脉清晰度更高，周围细小分支显示清晰。Figure 1.Male,62 years old.Figure 1a～1c are the images of lower extremity artery obtained in a conventional CT scanner.The image of the right superficial femoral artery is slightly blurred,the sclerotic artifact is heavy,and the surrounding small branches are not clear; Figure 1d～1f are the images of the same patient,virtual monoenergetic images were reconstructed at 60 keV.The image of the right superficial femoral artery is smooth and sharp,the peripheral sclerosis artifacts are significantly reduced and the peripheral small branches can be clearly displayed.

3 讨论

3.1 能谱探测器CT 单能量成像的原因及优势

PAOD 好发于糖尿病患者、慢性肾病患者及老年人，病变往往发展迅速，常累及多节段和多支血管，其主要表现为间歇性跛行、缺血性静息痛、足部溃疡及坏疽等，严重者可发展为肢体缺血坏死[6]。下肢动脉CTA 由于其快捷、无创、价格低等特点广泛应用于临床。目前临床上广泛应用的多排螺旋CT，其球管产生的X 射线为有一定频谱宽度的多色谱射线，这种含有不同能量光子的X 射线穿过人体后，其低能射线易被人体吸收，而高能射线穿透性好，射线穿过人体过程中平均能量增高，容易产生硬化伪影[7-8]，故这种射束硬化效应有时会产生严重伪影，降低了图像质量，特别是对于动脉远端及分支的显示不佳，影响诊断。随着CT 成像技术的发展，CT能谱单能量成像的优势得到广泛认可[9]。与其他能谱CT 不同，新一代能谱探测器CT 具备独特的双层探测器结构，不需要在球管上使用高低两个管电压，而是使用上层探测器和下层探测器分辨低能量和高能量X 射线，使得在一次扫描中同时获取混合能量的常规影像和高低能量分离的能谱影像[10-11]，避免了硬化伪影的产生，明显改善图像质量。

3.2 能谱探测器CT 各单能量图像参数及质量对比

本研究旨在对比常规CT 与能谱CT 单能量图像在显示下肢动脉血管解剖结构与周围组织对比度及伪影等方面的差异，以期找到对下肢动脉准确显影的最佳能级。能谱探测器CT 与常规CT 相比，主要优势在于可以生成40～200 keV 之间任意能级的多组单能谱图像，克服了基于X 线管双能成像系统无法进行回顾性能量分析的缺点，以便医师根据自身需求选择不同能级对各组织器官进行成像，从而提高诊断的准确率。对于能谱CT，射线能级越低，碘对比剂的衰减越少，因此低能级有助于提高管腔的对比度，使显影更加清晰[12]；另一方面，随着能级的递减，图像噪声也会增加[13]。本研究中能谱探测器CT扫描后重建出的各个能级图像与常规CT 图像比较，血管边缘光滑、远端分支显示更佳、噪声更低、CNR及SNR 大幅提高，对各个能级图像的研究显示CT值、SNR、CNR 会随着能级的增加而减小。本研究中60 keV、65 keV 组图像的SNR、CNR 最高，而60 keV组拥有更高的CT 值，故60 keV 组图像质量最佳。

3.3 本研究的局限性

①样本量偏少，研究所得数据可能存在一定偏差，今后还将采用更大的样本量继续研究。②没有验证与普通CT 辐射剂量的比较。有研究表明与其他能谱CT 相比，能谱探测器CT 无需提前预设专用扫描序列，因而并不会造成辐射剂量的增加，这一点在本研究中并未进行验证，有待进一步研究。

综上所述，与常规CT 相比，60 keV 单能谱图像显著提高了下肢动脉CTA 的成像质量，同时减少了射束硬化伪影，可对下肢动脉疾病患者的诊治提供帮助，值的临床推广应用。