双层探测器光谱CT肠系膜上动脉成像：虚拟单能级图像与常规图像质量对比

陈晨，魏晓磊，朱小倩，刘松，吕品，张冰

肠系膜上动脉(superior mesenteric artery,SMA)由腹主动脉发出，其分支供应范围广泛，包括胰腺、十二指肠、空回肠及右半结肠等脏器。肠系膜上动脉病变，如夹层、栓塞等，可导致肠道相应供血节段发生急性缺血坏死，是临床常见的急腹症之一[1]。目前评价肠系膜上动脉病变主要依赖于CT增强检查，CTA可清晰地显示肠系膜上动脉的解剖结构及管腔内病变。既往通过增加对比剂用量或降低管电压来提高血管与周围组织的对比度，提高血管成像质量，但会增加对比剂肾病的风险以及患者接受的辐射剂量。

近年来，随着CT技术的发展，能谱CT在血管成像中得到了广泛应用[2-3]，能谱CT虚拟单能级图像(virtual mono-energetic images,VMIs)可减少对比剂的用量，降低辐射剂量，而不影响血管成像质量。双层探测器光谱CT在能谱CT技术上基础上进一步提高，扫描时间更短，后处理速度更快，辐射剂量更低，能够应用于常规扫描中，提供能谱数据“回顾性分析”功能。但是目前对此项技术在肠系膜上动脉成像中的应用价值的相关研究较少[4]，且样本量较小。因此，本研究通过分析双层探测器光谱CT不同keV条件下肠系膜上动脉的图像质量，旨在评估双层探测器光谱CT在肠系膜上动脉中的应用价值。

材料与方法

1.一般资料

回顾性分析2019年4月-2019年10月在本院行腹部CT增强扫描的连续病例的临床和CT图像。纳入标准：①有完整的腹部CT平扫及动脉期、静脉期增强扫描图像；②动脉期和静脉期均采用能谱扫描模式。排除标准：①腹部手术史；②有腹部疾病，且可能影响到肠系膜上动脉；③图像有明显伪影(呼吸运动不佳或腰椎内固定伪影)。最终纳入105例患者，男59例，女46例，年龄16～86岁，平均(50.3±13.7)岁。

2.检查参数

使用Philips IQon双层探测器光谱CT，扫描范围自膈肌顶部至耻骨联合下缘，扫描参数：自动mAs技术，120 kVp，层厚5.0 mm，螺距1.020，0.5 s/r。动脉期和静脉期扫描分别在注射对比剂后30和70 s完成。使用高压注射器经肘静脉注射对比剂碘佛醇(320 mg I/mL)，总量80～100 mL，注射流率3.0 mL/s，之后再以1.5 mL/s的流率注射生理盐水15 mL。扫描完成后，获得常规CT图像和能谱CT图像。常规CT图像采用混合迭代重建算法；能谱CT图像采用投影空间光谱重建，得到全息光谱图像(spectral based image,SBI)。在Philips Intellispace Portal工作站上利用SBI生成40～200 keV不同能级水平(间隔10 keV)的VMIs，重建层厚均为1.0 mm。

3.图像分析

客观评价：由一位放射科医师在Philips SpDS(Spectral Diagnostic Suite 9.0)图像工作站上对常规CT图像和VMIs进行定量评估。分别在肠系膜上动脉及同层面图像上的竖脊肌和皮下脂肪内勾画ROI(面积约15 mm2)，测量CT值及其标准差(standard deviation,SD)。将所勾画的ROI采用复制粘贴的方式，用于其它组图像和不同部位的测量，保证每例患者每组图像的每个部位所对应ROI的形态、位置以及大小保持一致。SMA内的ROI放置于血管中心，避开血管周围的钙化斑块；竖脊肌内的ROI，则应该避开周围脂肪组织。每个部位采用同样的方法测量3次，取平均值。按照公式(1)和(2)计算图像的信噪比(signal to noise ratio,SNR)和对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR)[5]：

(1)

(2)

其中，CTSMA和CT竖脊肌分别为肠系膜上动脉和竖脊肌的平均CT值，SDSMA和SD脂肪分别为肠系膜上动脉和皮下脂肪的CT值标准差的平均值，SD脂肪代表图像噪声。

主观评价：由两位分别具有2年及10年以上工作经验的放射科医师对常规CT图像和VMIs进行主观质量评估，最终得分由两位协商得出。在容积重建(volume rendering,VR)图像中，采用相同的重建角度，应用5级评分法[6]对肠系膜上动脉的成像质量进行评价。5分：血管信号强度非常好，血管边缘非常锐利；4分：血管信号强度好，血管边缘比较锐利；3分：血管信号强度适中，血管边缘基本锐利；2分：血管信号强度差，血管边缘欠清晰；1分：血管信号强度很差，血管边缘模糊。同时，在VR图像中，对可观察到的肠系膜上动脉的分支数进行评估：每增加一个分支或属支水平，得分增加1分。

4.统计分析

使用SPSS 22.0软件包进行统计学分析。数据以平均值±标准差的形式表示。采用Pearson相关分析进行不同单能级水平与图像SNR、CNR的相关性分析；根据正态分布检验结果，组间差异性分析采用Wilcoxon符号秩检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

结 果

1.图像质量的客观评价

常规图像与不同单能级水平肠系膜上动脉的CT值、图像的SNR、CNR和噪声见表1。随着能级水平的提高，图像的SNR和CNR显著降低(r值分别为-0.891和-0.810，P值均<0.001)，其中40keV组图像的SNR和CNR最高。

表1 常规图像和不同能级图像上图像质量定量参数值

本研究中进一步比较了40 keV单能级图像与常规图像的SNR、CNR及图像噪声(表2)，结果显示40 keV组图像的SNR和CNR显著高于常规图像，而图像噪声低于常规图像，差异均具有统计学意义(P值均<0.001)。

表2 两种图像客观图像质量参数的比较

2.图像质量的主观评价

对常规图像和40 keV图像的VR图像上SMA的图像质量主观评估结果见表3。两组图像在信号强度、边缘锐利度与肠系膜上动脉分支显示方面，均具有显著差异(P值均<0.001)，40 keV单能级图像显著优于常规图像(图1)。

表3 常规和40keV图像上SMA成像质量的主观评估

讨 论

CT血管成像(CTA)可以清晰地显示肠系膜上动脉的起源和解剖变异，并可进一步评估管腔内病变，能够直观、快速和无创地显示病变部位、程度及相应的受累肠段。目前，CTA已经取代血管造影，成为SMA病变的临床诊断和外科手术前最重要的检查方法[1]。双层探测器光谱CT通过产生40～200 keV范围内不同keV水平的单能级图像，可以进一步地提高CTA的图像质量[7]。

本研究结果表明，在不同能级的VMIs中，40 keV图像的SNR和CNR最高，肠系膜上动脉显示最佳；随着能级水平的提高，SNR和CNR逐渐降低，呈显著负相关，相关系数r分别为-0.891和-0.810(P<0.001)。低keV水平单能级图像受光电效应的影响最大，碘的衰减值最大，血管对比度高，因此，图像的SNR和CNR也越高[8]。

进一步对常规混合能级图像与40 keV单能级图像的图像质量进行了比较，结果显示40 keV单能级图像的SNR和CNR均显著高于常规图像(P<0.001)。这与Doerner等[7]的研究结果相符，在对胸部肿瘤患者的胸部CT增强图像的研究中，亦发现单能级图像的CT值、SNR和CNR均随着能级水平的增加而降低，低能级(40～70 keV)重建的单能级图像的SNR和CNR显著高于常规图像。

在对肠系膜血管能谱CTA图像质量的研究中，Yin等[4]研究发现最佳单能级+40%自适应统计迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR)技术可以显著改善肠系膜上动脉和静脉的成像质量，其次是最佳单能级重建图像。Wang等[9]对下肢动脉闭塞性疾病患者进行下肢动脉成像研究，结果显示能谱CT最佳单能级图像的质量优于混合能级图像。大量研究结果表明单能级重建图像的图像质量优于常规图像，但研究多集中于最佳单能级水平的图像质量，并没有比较不同keV单能级图像的图像质量。

本研究中对SMA成像质量的主观评估结果显示，40 keV图像上SMA的信号强度、边缘锐利度以及分支血管显示情况均显著优于常规图像(P均<0.001)，对SMA分支血管的显示数较常规图像平均提高8.04±4.03，这一结果也进一步佐证了客观评估的结论。此外，在图像噪声水平方面，与Doerner等[10]的另一项关于腹部血管成像的研究结果显示，40 keV单能级图像的噪声要高于常规图像，尽管差异并无统计学意义(P>0.99)。而本组研究结果显示40 keV单能级图像的噪声水平要低于常规图像，且差异具有统计学意义(P<0.001)。

本研究存在一些不足之处：首先，由于本研究属于回顾性分析，因此无法分析低对比剂浓度、低辐射剂量时双层探测器光谱CT在SMA成像中的图像质量；其次，由于本研究侧重于图像质量，无法在肠系膜上动脉病变的诊断性能上提供有效证据；此外，本研究属于单中心研究，研究结果还需要在多中心、更大样本量中得到证实。

综上所述，在肠系膜上动脉CTA检查中，双层探测器光谱CT 40 keV单能级图像较常规图像的CNR和SNR显著提高，在血管信号强度、边缘锐利度以及分支血管的显示方面也较常规图像显著提高，在对肠系膜上动脉病变的临床评估中可提供帮助，有望进一步拓展其临床应用范围。