光谱CT肺动脉成像定性诊断肺动脉栓塞及定量评估肺组织灌注

翟晓静,孙碧霞,易娅闻,钱吉芳,朱大林,张 皓,张旭霞*

(1.甘肃省妇幼保健院医学影像中心,甘肃 兰州 730000;2.兰州大学第一医院放射科,甘肃 兰州 730000)

CT肺动脉成像(CT pulmonary angiography, CTPA)是目前检测肺动脉栓塞(pulmonary embolism, PE)及评估栓塞程度的常用方法,但常规CTPA对肺动脉远端分支小栓子的漏诊率较高。光谱CT能同时采集高、低能量信息,提供虚拟单能量图(virtual monoenergetic images, VMI)、碘密度图(iodine density images, IDI)、有效原子序数(effective atomic number, Z-eff)图及电子密度图(electron density images, EDI)等多种能谱图像,并可定量分析组织碘密度(iodine density, ID)、Z-eff及电子密度(electron density, ED),提高疾病检出率[1]。本研究观察光谱CTPA(spectral CT pulmonary angiography, sCTPA)定性诊断PE和定量评估肺组织灌注的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2021年1月—12月37例于兰州大学第一医院接受CTPA的PE患者,男18例、女19例,年龄19～79岁、中位年龄66.0岁。纳入标准:①根据《肺血栓栓塞症诊治与预防指南》(2018年版)诊断PE[2];②全息光谱图像(spectral-based imaging, SBI)数据完整并可进行重建。排除标准:①肺动脉瘤、肺动脉炎及肺动脉畸形等;②肺部存在基础疾病;③运动伪影或金属伪影较重。检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips IQon光谱CT仪、自动追踪触发扫描技术,经前臂静脉以流率4 ml/s注入对比剂碘帕醇(370 mgI/ml,上海博莱科信谊药业有限责任公司)40 ml,再以流率4.50 ml/s跟注50 ml生理盐水后行CTPA,以肺动脉主干为监测点,设置CT值阈值为100 HU,管电压120 kVp,自动毫安调控管电流,转速0.27 s/rot,扫描范围包括胸廓入口至膈肌水平。扫描结束后于Philips工作站采用SBI数据包重建常规CTPA、VMI40 keV、IDI与Z-eff图融合图及EDI,并将VMI40 keV图像的窗宽、窗位调至相应窗口优化值。

1.3 分析图像

1.3.1 定性诊断PE 由2名具有15年以上工作经验的影像科副主任医师观察常规CTPA及sCTPA后处理图像(VMI40 keV、IDI与Z-eff图融合图及EDI),记录其中肺段动脉、肺亚段及以下分支中的栓子数量和位置;意见存在分歧时,与另1名影像科主任医师讨论后达成一致。

1.3.2 定量评估肺组织灌注 由另外2名影像科副主任医师独立阅片,在常规CTPA及经过后处理的sCTPA图像中避开血管及其他肺实质病变区域等,在栓子对应肺灌注缺损区及对侧相应区域正常肺实质内勾画面积(100±10) mm2的圆形ROI(图1),确保双侧ROI面积相等,测量常规CT值(HU)、ID(mg/ml)、Z-eff及ED(%EDW);重复测量3次,取2名医师测量结果的均值进行分析。

图1 于EDI显示肺灌注缺损区(短箭)及对侧相应正常肺实质内(长箭)勾画ROI示意图

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0及MedCalc 18.2.1统计分析软件。以Shapiro-Wilk检验观察计量资料的正态性,以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布,行配对样本Wilcoxon秩和检验。针对灌注缺损区与对侧相应正常肺实质之间差异有统计学意义的定量sCTPA参数绘制受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,计算曲线下面积(area under the curve, AUC),评价其区分PE肺灌注缺损区与正常肺实质的效能,以DeLong检验比较其AUC差异。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)分析观察者间测量sCTPA参数结果的一致性:ICC≤0.4为一致性较差,0.4～0.75为一致性一般,>0.75为一致性较好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 定性诊断PE 常规CTPA于37例中检出37个栓子,26个位于肺段动脉、11个位于肺亚段及以下分支;sCTPA后处理图像显示37个栓子对应灌注缺损区,另有3个处灌注缺损区,之后2名医师重新评估常规CTPA,于相应分支内发现腔内小栓子,1个位于肺段动脉内、2个位于肺亚段动脉以下分支内。

2.2 定量评估肺组织灌注 观察者间测量常规CT值、ID、Z-eff及ED的一致性均较好,ICC值分别为0.843[95%CI(0.823,0.887)]、0.945[95%CI(0.908,0.912)]、0.768[95%CI(0.773,0.789)]及0.806[95%CI(0.745,0.770)]。

40个栓子对应肺灌注缺损区的常规CT值高于、ID和Z-eff则低于对侧正常肺实质(P均<0.01);肺灌注缺损区ED略低于对侧正常肺实质,但差异无统计学意义(P=0.54)。见图2及表1。

表1 40个栓子对应肺灌注缺损区与对侧正常肺实质sCTPA定量参数比较

图2 患者男,24岁,PE A.常规肺窗CTPA图中未见明确灌注缺损区; B、C.胸部IDI(B)、IDI与Z-eff图融合图(C)示右肺上叶(短箭)及左肺下叶(长箭)大片状灌注缺损区; D.胸部EDI中灌注缺损区显示不明显

2.3 ROC曲线分析 以常规CT值区分PE肺灌注缺损区与正常肺实质的AUC为0.65、其敏感度为42.50%、特异度为87.50%;ID分别为0.99、95.00%及100%,Z-eff分别为0.99、97.50%、100%。见表2及图3。ID及Z-eff的AUC均高于常规CT值(Z=5.56、5.53,P均<0.01),ID与Z-eff间AUC差异无统计学意义(Z=0.71,P=0.48)。

表2 sCTPA定量参数区分PE肺灌注缺损区与正常肺实质的效能

图3 sCTPA定量参数区分PE肺灌注缺损区与正常肺实质的ROC曲线

3 讨论

定量评估肺血流灌注为诊断PE的重要组成部分。常规CTPA主要通过检测肺动脉系统中的栓子而诊断PE,存在无法评估肺实质灌注功能的缺陷。sCTPA不仅可精确评估PE形态学改变,并能提供功能及代谢等多方面信息,以综合评估PE严重程度[3]。

ID和Z-eff均具有较高的空间分辨率,可反映肺组织血流灌注状况、清晰显示表现为典型三角形区域呈叶状、节段状或亚节段状分布的低灌注缺损区。WU等[4]基于光谱CT于19例PE中检出93个栓子,较常规CTPA多检出5个栓子。动物模型实验研究[5]结果表明,IDI可显著提高CTPA检测外周细小肺动脉栓子的敏感度、特异度和准确率。本研究中,常规CTPA最初于37例中检出37个栓子,后结合sCTPA另检出1个肺段动脉栓子和2个肺亚段以下动脉内的栓子;提示部分细小血管栓塞或栓子本身体积较小、密度较高时,常规CTPA难以显示[6]。CAI等[7]应用双能CT分析76例疑诊PE患者,发现IDI诊断PE的敏感度为84.6%(22/26),特异度为96.0%(48/50);燕云霄[8]以常规CTPA、IDI及Z-eff图观察298例疑诊PE患者,其中63例确诊PE,光谱CT诊断PE的敏感度达97%(61/63),特异度100%(235/235)。以上结果提示,多参数sCTPA有望成为诊断PE的更可靠的手段。有患者因常规CTPA发现远端血管腔充盈缺损而被诊断为PE,而sCTPA图未见灌注异常,原因可能是上述栓子尚未完全堵塞血管腔或周围存在肺动脉侧支循环,导致血流灌注未出现明显异常[8]。

既往研究[4,8]认为定量ID有助于预测治疗PE效果。WU等[4]以0.50 mg/ml为ID阈值区分闭塞性与非闭塞性PE,其敏感度及特异度分别为90.2%及90.5%,提示定量肺血流灌注对诊断及治疗PE均具有一定价值。本研究发现PE肺灌注缺损区ID和Z-eff均低于对侧正常肺实质,以0.55 mg/ml为阈值,ID区分肺灌注缺损区与正常肺实质的敏感度为95.00%、特异度为100%;以8.61为阈值,Z-eff的敏感度为97.50%、特异度为100%;均与上述研究基本相近。

本研究发现PE肺灌注缺损区常规CT值高于对侧相应区域正常肺实质,可能与灌注缺损区在血流灌注减少的同时存在渗出、水肿等改变有关;以824.10 HU为阈值,CT值区分肺灌注缺损区与正常肺实质的AUC低于ID及Z-eff,且诊断敏感度和特异度均较低,说明常规CTPA诊断PE存在一定限制。利用光谱CT能精确测量组织中相对于水的电子密度(electron density related water, EDW)[9-10],该参数代表单位体积内相对于水的电子数量,以百分比表示(%EDW),简称ED。BAE等[11]基于EDI检出常规胸部CT平扫漏诊的肺动脉栓子,且于该区所测肺动脉栓子ED高于其他区域。本研究发现肺灌注缺损区ED略低于对侧正常肺实质,但差异无统计学意义,可能上述研究基于胸部光谱CT平扫所获EDI进行观察,研究对象为肺动脉栓子,而本研究采用CTPA观察肺组织灌注,含碘对比剂掩盖了PE患者肺组织ED变化。

综上,利用sCTPA可提高PE检出率、定量评估肺组织灌注ID及Z-eff可有效区分肺灌注缺损区与正常肺实质区。但本研究样本量少,且手动勾画ROI,难以避免误差,有待未来以容积碘定量技术[12-13]等优化测量及分析方法后进一步观察。