双层探测器光谱CT结合双低对比剂提高门静脉成像质量的价值

王 硕 高万军 刘俊朋 潘南南

天津市宝坻区人民医院/天津医科大学宝坻临床学院,天津市 301800

腹部增强CT门静脉成像可以显示门静脉及其分支,评估门静脉高压患者血管扩张程度和侧支血管情况[1]。检查中高剂量、高流速对比剂会增加肾脏负担,增加对比剂肾病发生的风险[2-3],因此利用能谱CT检查技术降低对比剂剂量和流速成为目前临床工作的重点。已有研究表明基于球管能量切换的双能能谱CT(Dual-energy CT,DECT),其低能量级虚拟单能量图像(Virtual-monochromatic-imaging,VMI)可以增加门静脉内对比剂的衰减值,提高血管的可视性,从而降低对比剂剂量并提高图像质量[4]。但低能量级图像光子数量减少,图像噪声的增加难以避免[5]。双层探测器光谱CT(Dual-layer DECT,DL-DECT)采用上、下两层探测器分别采集高能量和低能量图像并进行线性组合得到40～200keV的VMIs[6],能在减少射束硬化伪影的同时保持图像噪声在较低水平[7]。本研究旨在探讨DL-DECT-VMI技术结合低剂量、低流速对比剂在提高门静脉图像质量的应用。

1 资料与方法

1.1 临床资料 本研究经我院伦理委员会批准,所有患者均签署知情同意书。收集我院2019年6—10月行腹部DL-DECT增强扫描的35例肾功能不全患者[肾小球滤过率(Glomerular filtrating ratio,GFR)<60ml/(min·1.73m2)]的图像资料为低剂量、低流速对比剂组(实验组,n=35,对比剂剂量为200-mgI/kg)。35例年龄、性别与实验组相匹配的肾功能正常患者为常规剂量、常规流速对比剂组(对照组,n=35,对比剂剂量为600-mgI/kg)。两组基本临床资料情况见表1。纳入标准:(1)年龄>18周岁;(2)无影响门静脉显示的肝脏或消化道手术史;(3)图像清晰,无严重运动或金属伪影。

表1 两组临床基本资料和对比剂注射数据

1.2 检查方法 所有患者均采用高压注射器(Stellant,Medrad)于33s的时间内将碘对比剂(Ioversol)注入肘静脉内,于DL-DECT(IQon,Philips Healthcare)上完成自膈顶至肝下缘的上腹部CT增强检查,包括动脉期、门静脉期和静脉期。扫描参数如下:管电压120kV,自动管电流控制技术,螺旋扫描方式,螺旋时间0.5s,层厚5mm,准直器宽度64×0.625mm,螺距0.984。实验组患者门静脉期图像在星云能谱工作站上重建出40～90keV(间隔为10keV)的VMIs;对照组患者采用混合迭代重建方法(iDose4,level 3)得到门静脉期120-kVp CI,患者信息和对比剂注射情况见表1。

1.3 图像分析

1.3.1 客观图像分析:于门静脉期轴位图像上选取门静脉主干、肝实质作为感兴趣区(Region of interest,ROI),分别为ROI1和ROI2。ROI1置于门静脉中心,避开血栓、钙化及伪影处;ROI2置于同层面肝实质内,避开病变及脉管系统。ROIs平均面积为60～100mm2,且每组图像ROIs位置、大小和形状均相同。由一名具有20年腹部诊断经验的影像科医生测量每组ROIs的CT值和SD值。ROI1的CT值用来评估门静脉内对比剂的衰减值;ROI2的SD值用来评估图像噪声;计算门静脉和肝实质CT值差值来评估对比度程度,即CT值差值=CT1-CT2;并计算门静脉对肝实质的对比噪声比(Contrast to noise ratio, CNR)CNR=(CT1-CT2)/SD2。

1.3.2 主观图像分析:由两名具有5年腹部CT诊断经验的影像科医生分别在门静脉分支级别和整体图像质量两个方面对各组VMIs和120-kVp CI组进行主观评估。对于门静脉分支的级别,每增加1级评分增加1分,总分为5分。同时采用5分制评分方法对整体图像质量进行评估,包括门静脉增强程度、血管锐利程度和图像噪声:(1=门静脉与肝实质对比差、血管边缘模糊、图像噪声大,难以评估;5=门静脉与肝实质对比好,血管边缘清晰、图像噪声小,有充分的诊断信心)。

1.4 统计学方法 使用SPSS23.0(IBM)统计软件进行统计学分析。连续变量采用平均值±标准差来表示,采用K-S检验验证数据符合正态分布。以120-kVp CI图像上测量的值作为对照,采用单因素方差分析方法(ANOVA)对客观定量数据进行多重比较,如果存在显著差异,则采用Dunnettt检验进行两两比较。以120-kVp CI组作为对照,对主观图像评分采用Kruskal-WallisH检验进行比较,如果存在显著差异,则采用Bonferroni检验进行两两比较。采用同类相关系数(Intraclass correlation coefficient,ICC)对两名医生的主观评分进行一致性评估,ICC值>0.80为一致性良好,0.60～0.80为一致性尚好,0.40～0.60为一致性一般,<0.40为一致性差。P<0.05时认为有统计学意义。

2 结果

2.1 客观图像分析结果 DL-DECT 中VMIs的图像噪声随着能量水平的降低而略有增加,但均保持在较低的水平(差异度 ≤ 25%)。VMI50～90keV组图像噪声均低于120-kVp CI组(P<0.03),而VMI40keV组图像噪声与120-kVp CI组相比无统计学差异(P=0.996)。VMIs门静脉CT值、门静脉与肝实质CT值差值及CNR随着VMI能量水平的降低逐渐升高。VMI40keV组的门静脉CT值、CT值差值与CNR均明显高于120-kVp CI组(P<0.01);VMI50keV组门静脉的CT值、CT差值与CNR与120-kVp CI组相比,差异没有统计学意义(P>0.05),见图1。

图1 DL-DECT中VMIs组及120-kVp CI组客观图像分析结果箱线图

2.2 主观图像分析 本研究中,主观图像分析支持客观图像分析的结果(见表2)。与120-kVp CI组相比,VMI40keV组显示出更多的门静脉分支且整体图像质量更佳:门静脉血管增强程度高,血管边缘锐利,而图像噪声相似。VMI50keV组与120-kVp CI组相比差异无统计学意义。两位医生对图像主观评分一致性较好。有代表性的病例见图2。

图2 主观图像分析结果举例

表2 VMIs组与120-kVp CI组主观评价结果比较

3 讨论

本研究探究了DL-DECT中VMI技术在门静脉成像中降低对比剂剂量和流速的临床应用价值。不同能量水平的VMIs在低剂量、低流速对比剂的条件下均保持较低的图像噪声。VMI40～50keV可以观察到更多的门静脉分支并提供更好的整体图像质量,客观评估结果也佐证这一结论。

门静脉成像是回流静脉期成像,需要较高的对比剂剂量和流速以保证足够的对比显示。此前已有关于肾功能正常人群的研究表明,相同对比剂剂量及流速情况下DL-DECT低能量VMI图像可以优化门静脉成像质量[8]。然而,肾功能不全患者难以承受高浓度、高流速对比剂引起的肾脏损害,尽可能降低对比剂浓度和注射速率并获得诊断性图像质量具有重要的临床意义。本研究进一步降低对比剂剂量和流速, DL-DECT低能量VMI图像仍能明显增加门静脉的对比度,在满足诊断的同时,很大程度上降低了患者肾功能损害的风险。本研究结果显示,最大限度显示门静脉分支和提高图像质量的能量水平为40～50keV。与本研究结果相似,此前Nagayama Y 等[9]关于肝脏多期成像的研究发现DL-DECT-VMI在40～55keV 可以提供更好的图像质量和病变显著性;该团队另一项关于胸部—腹部—盆腔肿瘤学的研究表明,DL-DECT-VMI在40～45keV可以提供更好的主观及客观图像质量[10]。

本研究发现DL-DECT中VMI的图像噪声能保持在较低水平,VMI40keV组的图像噪声等效于120-kVp CI组,可达到诊断水平。DL-DECT完全配准的双能量数据不需要在投影区域进行时间和角度插值,其反相关的噪声抑制允许在整个能量谱中噪声变化最小化,使不同能量水平VMI保持均质低噪声[7]。DL-DECT无须预判,光谱数据可用于所有能谱CT成像的患者。其他的DECT,快速管电位开关和双自旋等技术均需要在扫描之前选择特殊的双能协议。

本研究存在一些局限性。首先纳入研究的病人数量较少,仍需要大样本的研究来验证我们的结果。其次本研究没有分析能量水平>90keV的VMI,且能量间隔设为10keV,不够精细,但是门静脉对比度随着能量水平的提高而明显降低,且研究结果显示提供最佳图像质量的能量水平为40keV,所以上述问题不会对实验结果产生明显影响。最后,我们使用相对较厚的层厚(5mm)来评估图像质量,该层厚的图像具有相对较低的噪声。这需要进一步的临床研究来探究层厚对图像质量的影响。

总之,与120-kVp CI图像相比,VMI40～50keV对比剂的剂量和流速降低约60%仍具有较高的图像质量和可接受的图像噪声,最大限度地提高门静脉的客观图像质量和主观诊断可信度。