双层探测器能谱CT 60 keV单能图像在头颈部CTA中的应用

付永春，江滨，张磊，周一楠，陈红燕，陈绪珠

1.首都医科大学附属北京天坛医院放射科，北京 100070；2.北京市神经外科研究所神经流行病学室，北京 100070；3.飞利浦（中国）投资有限公司，北京 100026；*通信作者 付永春 fuyongchunmail@sina.com

头颈部CT血管造影（CTA）是观察颅内血管结构（如Willis环）及诊断血管疾病的首选检查方法，其诊断价值已接近或相当于数字减影血管造影（DSA），且临床应用越来越广泛[1]。头颈部CTA具有安全、无创、快速、准确等优点，是头颈部动脉疾病检查的“金标准”；但其扫描范围大，对比剂用量多，患者所受辐射剂量损伤相对较重，如何解决这些不足，使其更好地应用于临床，是目前科学研究的重要课题。

采用双层探测器能谱CT（IQon Spectral CT）进行常规扫描可通过多模态能谱数据提高颅内组织分辨率，同时获得形态学及功能学信息，从而快速获得全面的诊断信息，只需一次扫描即可显示目标血管的解剖结构、斑块的物质成分及血液的灌注信息，实现血管疾病的“一站式”解决。

本研究拟通过对比从Philips IQon Spectral CT头颈部CTA重建60 keV单能图像与常规图像，探寻低能级单能图像在血管疾病临床诊疗中的优势。

1 资料与方法

1.1 研究对象 本研究为回顾性分析。收集2019年12月—2020年5月于首都医科大学附属北京天坛医院放射科接受头颈部CTA检查的48例患者，其中女18例，男30例，年龄29～82岁。纳入标准：①由于以下原因接受头颈部CTA检查，包括诊断脑血管病、动脉瘤、颅内动静脉畸形，明确脑出血的原因，评估主动脉弓至颅内血管是否存在管腔狭窄及其程度，明确脑栓塞性疾病的部位及其程度；②无碘对比剂过敏史。排除标准：①妊娠期或哺乳期患者；②严重肝肾功能不全患者；③哮喘、心力衰竭患者；④甲状腺功能亢进患者；⑤既往有头颈部手术史者。本研究经医院伦理委员会批准，免除患者知情同意。

1.2 头颈部CTA检查 采用双层探测器光谱CT（IQon Spectral CT，Philips），扫描体位：头先进，仰卧位。去除扫描野内会影响成像的物品（如金属异物），患者双手臂自然放松置于身体两侧，固定头部及双肩。并嘱患者检查时勿做吞咽动作。扫描范围：主动脉弓下缘至颅顶。扫描参数：管电压120 kV，采用自动管电流及智能追踪触发技术，自动触发阈值设置为100 Hu，层厚及层间距均为0.625 mm，螺距0.8，矩阵512×512。扫描步骤：①进行正侧位定位像扫描；②调节对比剂碘佛醇（320 mgI/ml）流速为5 ml/s，以双筒高压注射器经右侧肘正中静脉团注，总剂量50 ml；然后立即注入40 ml生理盐水冲管。在升主动脉处设置兴趣区（ROI）监测点。

1.3 图像后处理 扫描结束后，将原始数据传输至ISP（IntelliSpace Portal V9）后处理工作站进行重建及分析。重建层厚1 mm，层间距1 mm，卷积核：B。使用Spectral Level 3迭代水平进行薄层重建，分别获得常规图像组及60 keV单能图像组的薄层图像。采用多平面重组（MPR）、曲面重组（CPR）、最大密度投影（MIP）、容积成像（VR）等后处理方法重组图像，并结合轴位图像，用于后续评价与分析。

1.4 图像分析

1.4.1 客观图像质量评价 由2名高年资神经影像诊断医师在相同条件下（窗宽400 Hu，窗位40 Hu）对重建后的图像进行测量，测量3次取平均值。分别测量主动脉弓、颈内动脉分叉处及大脑中动脉（M1段）的CT值、噪声及同层面软组织的CT值、噪声。用于测量的ROI大小约为血管腔的1/2，尽量避开血管壁及钙化斑放置ROI。根据公式（1）、（2）计算信噪比（SNR）及对比信噪比（CNR）。

1.4.2 主观图像质量评价 由2名高年资神经影像科医师采用盲法，根据图像质量、血管边缘、血管主干及分支显示情况分别进行诊断，并对图像质量做出主观评价，采用5分法对图像质量进行综合评分：5分，图像噪声小，颗粒均匀，组织对比度佳，颈部各动脉对比剂显示完全充盈，边缘清晰锐利，各动脉分支显示清晰；4分，图像噪声较小，颗粒较均匀，组织对比度较好，颈部各动脉对比剂显示完全充盈，边缘清晰，各动脉分支均能够显示；3分，图像噪声较大，颗粒欠均匀，组织对比度尚可，颈部各动脉对比剂显示完全充盈，边缘略模糊，各动脉分支显示不清；2分，图像噪声较大，颗粒粗糙，组织对比度不明显；颈部各动脉对比剂充盈，边缘模糊，各动脉分支显示不清晰；1分，图像噪声大，颗粒粗糙，组织对比度差，颈部各动脉对比剂充盈，边缘不清，各动脉分支显示不清晰。如评分≥3分认为图像能够满足影像诊断要求。2名医师意见不一致时经协商达成共识。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，正态分布的计量资料用±s表示。两组图像CT值、噪声、SNR及CNR比较采用配对样本t检验，图像质量主观评分比较采用Mann-WhitneyU检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 CT值及CNR比较 在主动脉弓、颈动脉分叉处及大脑中动脉（M1段）水平，60 keV单能图像组CT值及CNR均明显高于常规图像组（P均<0.05），见表1。

2.2 噪声比较 在颈动脉分叉处水平，两组图像噪声差异无统计学意义（P>0.05）。60 keV单能图像组主动脉弓图像和大脑中动脉图像噪声明显低于常规图像组（P均<0.05），见表1。

2.3 SNR值比较 在大脑中动脉（M1段）水平，两组SNR差异无统计学意义（P>0.05）；在主动脉弓及颈动脉分叉处，60 keV单能图像组SNR均明显高于常规图像组（P均<0.001），见表1。

表1 两组客观图像质量评价指标比较

2.4 图像质量主观评分比较 两组图像质量均可满足诊断要求（≥3分）。60 keV单能图像组总体图像质量评分高于常规图像组（P<0.05），见表2及图1～3。

表2 两组图像质量主观评分情况（例）

图1 男，54岁，右侧大脑中动脉狭窄。A为常规VR图像（前面观）；B为60 keV单能VR图像（前面观），光谱60 keV单能VR图像中血管显影均优于常规VR图像，尤其大脑中、后动脉及远端血管分支

图2 男，63岁，左侧颈内动脉狭窄，脑梗死。A为常规MIP图像（前面观）；B为60 keV单能MIP图像（前面观）。光谱60 keV单能MIP图像中血管显影均优于常规图像，尤其大脑中、后动脉及远端血管分支

图3 男，66岁，左侧大脑中动脉（M1）狭窄。60 keV单能轴位图像（A）中大脑中动脉（M1）CT值明显高于常规图像（B）

3 讨论

随着人口老龄化加剧，心脑血管疾病、高血压、糖尿病的发病率呈逐年上升趋势。头颈部血管疾病是目前临床常见的疾病类型，其中以椎基底动脉供血障碍、大面积脑梗死为著。此类疾病的典型特征为高发病率、高致残率及高致死率，早发现、早治疗有助于改善患者预后。

CTA因其无创、快捷、图像信息丰富、相关并发症少及经济性等特点，已成为临床诊断头颈部血管疾病的首选方法，其检查结果与DSA检查结果的一致性高。头颈部CTA对动脉病变具有较高的敏感度及特异度；但其扫描范围较大，扫描层厚较薄，导致患者所受辐射剂量过大，对受检者肾功能损害较大。因此，合理降低辐射剂量是目前学者研究的重点课题和方向[2]。在CT检查中，降低辐射剂量具有重要意义。近年，关于头颈部CTA不同低剂量扫描方案的研究报道逐渐增多，进行低剂量CT研究的主要目的是在获得高质量图像与降低辐射剂量之间找到一个最佳平衡点[3]。研究表明，当管电压接近于碘的K值时，碘对比剂信号检出率会出现跃升，从而增加与周围软组织的对比度[4]。

能谱CT是一种新成像模式，在临床上已广泛应用，具有定量分析和多参数的特点[5-6]。随着能谱CT后处理软件技术的不断更新，其降低辐射剂量和所需符合诊断要求的图像质量方面可同时满足[7]。Philips IQon Spectral CT（简称光谱CT）是一种立体双层光谱探测器CT扫描仪，其利用立体双层结构、上下层不同晶体闪烁物质直接吸收不同能量射线，实现同时、同源、同向能谱技术，将能谱CT从探索阶段推至成熟的临床应用[8]。光谱CT成像技术将成为未来CT成像新的发展方向[9]。

采用光谱CT可在一次常规扫描中同时获取混合能量的常规影像及高低能量分离的能谱影像[10-12]。通过对原始数据的分析、计算、提取，获得单能图像，可分别得到40～200 keV单能图像[13]，采用光谱CT还可进一步选择不同keV能级优化噪声及对比度，进而得到最佳图像质量，扩大能谱CT在头颈部及神经系统中的应用范围[14-15]。在提高图像质量方面，单能谱成像同样具有优势[16]。

CTA图像质量受多种因素的影响，如对比剂注射流速、浓度、总量及管电压的选择等[17]。血管CT值越高，表明图像质量越好，血管腔内的最佳CT值范围为300～450 Hu[18-19]。血管腔内平均CT值>250 Hu可满足临床对血管的影像评价需求[20]。既往研究报道，采用单能重建的能谱CT可显著降低噪声，并提高图像质量[21-22]。

与常规CTA的后重建图像相比，单能60 keV后重建图像碘对比剂的CT值高，可明显改善血管与周围组织对比，且动脉显影好，VR图像颅内分支显示更丰富。此外，理论上可以推论：低能级单能图像有利于提高碘对比剂的强化特性，在颈部CTA检查中同时降低辐射剂量、减少对比剂用量及流速，仍可获得满足诊断要求的、清晰的后处理图像。

能谱技术是一项比较成熟的技术，已经得到很多研究证实，并在临床上广泛应用。本研究通过对头颈部CTA检查的所有图像的原始数据在ISP（Intelli Space Portal V9）专属软件进行统一后处理，探究60 keV单能光谱图像的优势，作为一种新技术为影像科医师的诊断和鉴别诊断提供更多新的方法和思路。

本研究的局限性：①样本量较小，有待进一步增加样本量，以提高研究结果的准确性；②未涉及CTA与DSA和（或）MRA的对比分析；③未在低剂量条件下对比分析60 keV与常规剂量下重建图像质量的差异。以上不足需在后续研究中加以完善。

综上所述，与常规CTA图像相比，60 keV单能后处理光谱图像动脉血管内的对比剂浓度显著升高，且动脉显影效果更好，血管与周围组织对比更清晰，VR及MIP图像显示颅内分支动脉丰富。60 keV单能图像为头颈部CTA检查提供了新的思路，建议在临床推广使用。