双层探测器光谱CT 50 keV低能级图像对挽救颅内CTA扫描失败的可行性探索

张勇，张妍，丁金立，张磊，郑凤莲，顾卫彬

首都医科大学附属北京天坛医院 放射科，北京 100070

引言

颅内CT血管造影（CT Angiography，CTA）是临床评估急性脑卒中、动脉瘤、血管畸形等脑血管病变的重要影像学检查手段之一[1-2]。行颅内CTA检查时，需利用高压注射器经静脉注射一定量的含碘对比剂。实际扫描检查中存在因静脉留置针错位、高压注射器故障、药液排气不当、患者个体血液循环差等因素导致颅内CTA扫描失败的情况，主要表现为颅内动脉显影不佳，难以诊断病情[3-4]。此类情况下，患者需再次注射对比剂后进行扫描，这在增加患者受辐射剂量的同时亦增加了患者出现碘对比剂相关不良反应的概率。因此，探索CTA扫描失败时的挽救方法具有实际临床意义。

近年来，能谱CT技术迅速发展，利用其单能量图像可改善不同组织的对比度、提高图像质量、扩大CT在头颈部和神经系统的应用范围[5]。与其他类型能谱CT相比，双层探测器光谱CT在血管成像中有独特优点：一次常规扫描可自动获得常规CT信息和双能量信息，不需专门设置双能量扫描模式序列；探测器采集到的数据以基数据包形式存储，可在回顾性研究中直接调用进行多参数重建[6]；这样就可以在一次常规扫描中同时获取混合能量的常规影像和高-低能量分离的光谱影像。能谱CT虚拟单能级图像（Virtual Mono-Energetic Images，VMIs）可减少对比剂的用量、改善射线束硬化现象，而不影响血管成像质量[7-9]。低keV单能谱成像可以提高脑CT血管成像的对比度[10]。这为挽救CTA扫描失败提供了可能性，但是尚缺乏具体研究。本研究拟通过分析双层探测器光谱CT行颅内CTA扫描失败的案例，探索50 keV低能级对挽救颅内CTA扫描失败的可行性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2019年4月至2021年11月在我院双层探测器光谱CT上行颅内CTA检查的失败案例的临床和影像资料。扫描失败定义为扫描时，因静脉留置针不当、药液排气不当、跟随生理盐水不足、高压注射器机械故障等因素而导致碘对比剂渗漏或未充分进入患者体内的情况。入组标准：① 有完整的颅内CTA能谱图像；② 碘对比剂渗漏或因其他故障未充分注入患者体内。排除标准：① 有严重伪影者；② 无碘对比剂注入患者体内者；③ 颅内血管（颈内动脉、基底动脉，以及大脑前、中、后血管）闭塞或重度狭窄者。

最终纳入31例患者，男16例、女15例，年龄18～87岁，平均年龄（45.2±15.1）岁。其中23例为高压注射器报警致碘对比剂未充分进入患者体内、8例为碘对比剂轻度渗漏。本研究已获得本院伦理委员会批准（KY2019-067-02），且受试者均知情同意。

1.2 扫描及重建参数

使用双层探测器光谱CT（IQon spectral CT，新西兰）扫描仪，扫描范围自颅顶至颅底，动脉期扫描参数：自动mAs技术，120 kVp，螺距0.985，旋转时间0.33 s/r。采用自动触发扫描方式，监测气管分叉水平层面，于降主动脉处绘制感兴趣区（Region of Interest，ROI），目标阈值设为110 HU，扫描延迟时间设为3.3 s。利用高压注射器经前臂外周静脉以5.0 mL/s注入碘海醇50 mL，并跟随0.9%NaCl 30 mL。扫描结束后可获得常规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50 keV的VMIs，重建层厚设为0.9 mm。

1.3 图像指标分析

1.3.1 客观评价

由一名经验丰富的诊断医师在Philips SpDS（Spectral Diagnostic Suite 9.0）图像工作站上对常规CT图像和50 keV低能级图像进行定量测量。通过勾画ROI方式分别测量颈内动脉C7段、大脑中动脉M1段、大脑前动脉A1段、基底动脉、大脑后动脉P1段、胼胝体压部的CT值及其标准差（Standard Deviation，SD）。每个部位采用同样方式测量3次，取平均值。血管与软组织的客观对比通过所测量血管与胼胝体压部的对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）进行评估[11]，计算公式如式(1)所示。

其中，μartery和μwm为基于ROI的血管和胼胝体压部的平均CT值，σartery和σwm分别为相应血管和胼胝体压部CT值的标准差。

1.3.2 主观评价

由两名经验丰富的诊断医师（工作年限均大于10年）同时对常规CT图像和50 keV低能级图像的可诊断性进行评估。图像可诊断性评分采用4级评分法（3分：颅内动脉血管与脑实质对比良好，诊断价值高；2分：颅内动脉血管与脑实质对比尚可，有一定诊断价值；1分：颅内动脉血管与脑实质对比较差，诊断价值较低；0分：颅内动脉血管与脑实质对比很差，诊断价值很低）。由两名技师（参与血管重建工作经验均大于10年）对图像进行血管容积重建（Volume Rendering，VR）的难易程度进行评分，最终评分由两者商议得到，评分标准采用4级评分法（3分：利用后处理工作站可自动重建出颈内动脉、基底动脉以及大脑前、中、后血管的三级或四级分支；2分：工作站可自动重建出颈内动脉、基底动脉以及大脑前、中、后血管的二级分支，三级或四级分支需技师手动重建；1分：仅可自动重建出颈内动脉、基底动脉以及大脑前、中、后血管的一级分支，二级及以上分支需技师手动重建，总体耗时较长；0分：基本无法自动重建出颈内动脉、基底动脉以及大脑前、中、后血管的任何分支）。

1.4 统计学分析

使用SPSS 22.0软件包进行统计学分析。计数资料用频数表示，计量资料用±s表示。图像CT值及CNR均采用Wilcoxon非参数检验分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 客观评价结果

50 keV低能级图像上测得的同一血管的CT平均值以及计算出的CNR显著高于常规图像，差异均具有统计学意义（P＜0.05），但测得的胼胝体压部的CT平均值与常规图像无显著差异（P＞0.05），见表1。

表1 常规图像与50 keV低能级图像上所测得的CT值及相应CNR（±s）

表1 常规图像与50 keV低能级图像上所测得的CT值及相应CNR（±s）

部位 指标 常规图像 50 keV Z值 P值颈内动脉C7段CT值 202.61±53.60 388.39±131.08-4.863 ＜0.001 CNR 19.45±9.37 43.15±23.07 -4.136 ＜0.001大脑中动脉M1段CT值 198.71±54.81 381.09±128.33-4.862 ＜0.001 CNR 17.08±8.60 29.79±8.28 -4.626 ＜0.001大脑前动脉A1段CT值 179.68±49.02 337.87±105.14-4.862 ＜0.001 CNR 15.15±6.03 21.21±11.25 -2.117 0.034基底动脉 CT值 196.18±50.22 376.34±114.57-4.863 ＜0.001 CNR 15.90±6.98 24.22±14.17 -3.411 ＜0.001大脑后动脉P1段CT值 174.19±48.92 329.69±108.36-4.862 ＜0.001 CNR 15.67±5.49 25.31±20.19 -3.450 0.001胼胝体压部 CT值 31.04±1.97 33.61±4.18 -3.193 0.001

2.2 主观评价结果

在31例扫描失败的案例中，利用常规图像，诊断评分和血管VR评分≥2的例数分别为15和14；而利用50 keV低能级图像，诊断评分和血管VR评分≥2的例数分别增加至25和23，见图1。利用50 keV低能级图像更易自动重建出血管的多级分支，其中1例患者利用常规图像基本无法自动重建出颈内动脉颅内段和基底动脉，而利用50 keV低能级图像可自动重建出大脑中动脉M1段、大脑前动脉A1段和大脑后动脉P1段，见图2。

图1 图像可诊断性评分（a）和VR难易程度评分（b）的分布图

图2 利用后处理工作站进行颅内血管自动重建所得的VR图像的正视图

3 讨论

颅内CTA可清晰地显示颅内血管的解剖结构，对临床评估颅内动脉瘤、血管狭窄、血管闭塞等病变具有重要意义[2,12]。本研究通过分析31例扫描失败患者的能谱CTA数据，重建了50 keV低能级图像，从图像的主观评价及客观质量两方面与常规CTA图像进行对比分析，探索50 keV低能级图像在挽救颅内CTA扫描失败方面的可行性。

研究发现，血管腔内CT值以350～550 HU为宜，过低不利于显示血管细节，过高则会影响粥样硬化斑块的显示以及狭窄程度的分析[13]。相较于常规图像，50 keV低能级图像上颅内血管的CT值显著提高，这与能级降低导致的光电效应增加密切相关[14-15]；但是脑实质组织受此影响甚微。注射碘对比剂后，血管与脑实质组织受能级变化影响存在差异，导致低能级状态下，血管与软组织的对比显著提升，这也是本研究中50 keV低能级图像的CNR显著高于常规图像的主要原因。

VR后处理技术可实现颅内血管的全容积三维成像，以立体形式清晰显示颅内血管及病变部位的空间解剖关系，已经成为临床评估颅内血管病变的重要手段[16-18]。尽管目前的VR技术可实现自动化三维重建，但是仍需要有经验的放射技师或医师基于二维原始图像对自动重建的三维血管的解剖细节进行必要的校正。本研究的主观评价结果显示，50 keV低能级图像比常规图像更易于进行VR后处理，主要原因是相校于常规图像，低能级水平时血管的CT值更高[19]，可明显改善血管与周围组织的对比度，VR图像颅内分支显示更丰富[20]，后处理工作站进行自动重建时更易于重建出血管的多级分支，技师仅需要少量的修正即可完成颅内动脉的三维成像重建。

本研究所涉及的扫描失败案例，患者血管内均有碘对比剂注入，故颅内血管均有不同程度的碘对比剂增强效果。对比两组图像的诊断评分，常规图像上有10例诊断评分＜2的病例在50 keV图像的诊断评分中变为≥2，说明50 keV低能级图像可实现部分扫描失败病例诊断价值的有效提升。研究结果还显示，50 keV图像上仍有6例的诊断评分＜2，说明50 keV低能级图像并不能挽救所有扫描失败案例。综上，50 keV低能级图像对挽救部分颅内CTA扫描失败的情况具有一定的应用价值，建议临床实际扫描时若遇到与本研究相似的扫描失败案例，可尝试利用50 keV低能级图像进行颅内CTA的诊断，避免部分不必要的重复注射对比剂和重复扫描情况，降低患者出现碘对比剂相关不良反应以及辐射剂量增加的概率。

本研究尚存在一些不足之处：① 本研究所涉及的样本量偏少且仅探索了50 keV低能级图像的特点，后续研究将增加样本量并探索不同能级图像的特点；② 本研究重点讨论了颅内血管的可诊断性，未对脑实质的显示进行充分分析，后续工作将探索不同单能级图像对脑实质显示的差异，以及对脑实质内可疑病变显示的差异；③ 本研究未对颅内血管病变进行专门探索，后续研究将探索低能级图像对不同颅内血管病变（如颅内动脉瘤）显示的影响。

4 结论

综上所述，双层探测器光谱CT的50 keV低能级图像对挽救碘对比剂未充分进入患者体内或有对比剂轻度渗漏等颅内CTA扫描失败情况具有一定应用价值。

致谢

感谢飞利浦医疗周一楠和陆晓梅对本研究CT技术方面的支持。