双层探测器光谱CT虚拟平扫联合40 keV虚拟单能量成像用于降低小肠CT造影辐射剂量

尹 娇,魏 茜,彭 超,杨亚英

(昆明医科大学第一附属医院医学影像科,云南 昆明 650032)

小肠CT造影(CT enterography, CTE)带来的辐射剂量问题不容忽视。利用双层探测器光谱CT仪(dual-layer spectral detector CT, DLCT)可实现同时、同源及同向双能量成像,利用虚拟平扫(virtual non-contrast, VNC)技术还可去除增强图像中的碘基质,获得类似真实平扫(true non-contrast, TNC)的图像[1];以虚拟单能量成像(virtual monoenergetic image, VMI)能以较低能级明显增加组织强化的差异[2]。本研究观察DLCT VNC联合40 keV VMI用于降低CTE辐射剂量的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性收集2021年3月—2022年11月63例于昆明医科大学第一附属医院接受CTE检查的炎性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)患者,男45例、女18例,年龄18～75岁、中位年龄45.5岁;克罗恩病(Crohn disease, CD)34例、溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)29例;59例处于IBD活动期,4例处于缓解期;根据临床表现,DLCT重建动、静脉期VNC(VNCa、VNCv)及VMI及病理所见确诊[3]。排除标准:①肾衰竭;②图像存在伪影,无法满足诊断要求;③胃肠道充盈不佳。本研究经院伦理委员会批准(2022伦审L第136号);检查前患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 肠道准备 嘱患者检查前日完善肠道准备;检查前60 min口服2.5%等渗甘露醇溶液2 000 ml、扫描前追服300 ml;扫描前10 min予肌内注射山莨菪碱10 mg。

1.2.2 CT检查 采用Philips Healthcare IQon Spectral CT仪行腹部平扫及双期增强扫描。嘱患者仰卧,自膈顶至耻骨联合水平进行扫描;参数:管电压120 kVp,曝光量80～140 mAs,螺距0.985,准直器宽度64×0.625 mm,转速0.5 s/rot,矩阵512×512,层厚及层间距均为5 mm,重建层厚及层间距均为1 mm。之后经肘静脉以流率4 ml/s团注对比剂碘海醇(350 mgI/ml,1.5 ml/kg体质量)并跟注30 ml生理盐水,于达到阈值(120 HU)后延迟7 s行动脉期扫描,28 s后行静脉期扫描。重建常规CT [TNC和动、静脉期]、VNCa、VNCv及40 keV VMI图像。

1.3 图像分析

1.3.1 客观评价 由1名具有3年影像学诊断经验的医师于Philips SpDS工作站获取上述图像,分别于病变累及肠壁(强化明显处)及同层面未受累肠壁手动勾画ROI(面积分别为6 mm2及2 mm2);于L3层面腹主动脉、回结肠静脉、腰大肌、内脏脂肪及骨松质处勾画总面积约16 mm2的ROI。通过复制粘贴ROI使其在各种图像中的形状及大小保持一致,测量其CT值及噪声[CT值标准差(standard deviation, SD)];共勾画3次,取平均值;以腰大肌SD为背景噪声,计算信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)及对比度噪声比(contrast-to-noise ratio, CNR)。

1.3.2 主观评价 由2名具有5年以上腹部影像学诊断经验的医师以盲法阅片,意见不一致时经协商决定,观察各种图像的对比度、噪声,以及显示病变肠壁、腹主动脉及其分支、肠系膜上静脉及其属支与周围结构情况,并以5分制予以评分[4]:1分,图像噪声大,对比度极差,无法检出病灶;2分,图像对比度、锐利度差,噪声较大,病灶与周围组织结构显示不清;3分,图像对比度、锐利度一般,有部分噪声,显示病灶与周围组织结构尚可;4分,图像对比度、锐利度好,噪声低,显示病灶与周围组织结构较清晰;5分,图像对比度、锐利度好,几乎无噪声,显示病灶与周围组织结构清晰。

1.4 辐射剂量 记录Philips SpDS工作站自动生成的患者剂量长度乘积(dose-length product, DLP)及容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol);计算有效剂量(effective dose, ED):ED=DLP×0.015[5]。

1.5 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料,以单因素方差分析行多组间比较,以独立样本t检验行两两比较;以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布者,行Mann-WhitneyU检验。针对TNC、VNCa及VNCvCT值无统计学差异的病变/组织,以Bland-Altman图分析其CT值的一致性。以Kappa检验分析观察者间图像主观评分结果的一致性:Kappa≤0.40为一致性较差,0.40～0.75为一致性中等,≥0.75为一致性良好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 TNC、VNCa及VNCv图像客观评价结果 TNC、VNCa及VNCv之间,病变肠壁、未累及肠壁及腰大肌CT值差异均无统计学意义(P均>0.05),且一致性均较好[一致性界限LoA(limits of agreement)外数据点比例为2%～3%](图1);腹主动脉、回结肠静脉、内脏脂肪及骨松质CT值差异均有统计学意义(P均>0.05)。VNCa及VNCv图像中,病变肠壁、未累及肠壁、腹主动脉、回结肠静脉、腰大肌、内脏脂肪及骨松质的SD均低于TNC(P均<0.05)。TNC、VNCa及VNCv之间,病变肠壁、未累及肠壁、腹主动脉及回结肠静脉SNR差异均有统计学意义(P均<0.05),而病变肠壁、未累及肠壁及腹主动脉CNR差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 TNC、VNCa及VNCv图像客观评价结果比较(n=63)

图1 Bland-Altman散点图显示TNC与VNCv图像CT值的一致性 A.病变肠壁; B.未累及肠壁; C.腰大肌

2.2 常规动脉期与40 keV VMI图像客观评价结果 VMI图像中的病变肠壁、腹主动脉及回结肠静脉的CT值、SNR及CNR均高于常规动脉期图像(P均<0.05);VMI图像中的病变肠壁SD高于、腹主动脉及回结肠静脉SD均低于常规动脉期图像(P均<0.05)。见表2及图2。

表2 常规动脉期图像与VMI图像客观评价结果比较(n=63)

图2 患者女,46岁,CD活动期 A、B.冠状位常规动脉期容积再现(volume rendering, VR)图(A)及VMI VR图(B)均清晰显示腹主动脉和肠系膜上动脉及其分支,VMI VR图并清晰显示回结肠静脉(红箭)、肠系膜上静脉及其属支(绿箭)和左卵巢静脉(白箭)

2.3 主观评价结果 2名医师对常规扫描图像与VNCv联合VMI图像的主观评价结果的一致性良好(Kappa值分别为0.814及0.785),主观评分分别为4(4,5)及4(4,5),差异无统计学意义(P>0.05)。

2.4 常规扫描与以VNCv联合40 keV VMI行CTE辐射剂量 常规扫描CTE的DLP、CTDIvol及ED分别为(1 712.13±517.96)mGy·cm、(30.49±9.22)mGy及(25.68±7.77)mSv;VNCv联合40 keV VMI CTE 的DLP、CTDIvol及ED分别为(554.41±170.15)mGy·cm、(10.53±3.02)mGy及(8.21±2.71)mSv。相比常规扫描方案,以VNCv联合40 keV VMI方案行CTE可使辐射剂量下降约67.53%。

3 讨论

IBD为病因不明的慢性非特异性炎症性疾病,包括CD与UC,均以复发与缓解交替出现为主要特点[3]。

基于DLCT的VNC技术无需额外调整扫描参数,时间分辨力高且不增加辐射剂量,多用于头颈部及腹腔实质性器官[6-10];其获取类似TNC图像的关键在于尽可能缩小组织的CT值差值。VNC与TNC图像中,约90%组织CT值差值<15 HU。本研究对IBD患者行CTE,对比TNC、VNCa及VNCv图像中病变肠壁、未累及肠壁、腹主动脉、回结肠静脉、腰大肌、内脏脂肪及骨松质的CT值,发现除骨松质(平均CT值差值约84 HU)外,其余各处平均CT值差值均<14 HU,且Bland-Altman图显示TNC与VNC图像病变肠壁、未累及肠壁及腰大肌CT值的一致性良好,提示以VNC成像替代TNC具有一定可行性。既往研究[11]发现 L1在重建VNC图像中的CT值明显低于TNC(51.9 HUvs. 103.6 HU),或可解释本研究所见TNC与VNC图像骨松质CT值差异较大。

DLCT以双层探测器采集高、低能数据,基于时间及空间完全匹配的投影数据域对其进行解析,同时利用反相关噪声降噪技术有效提高数据分析准确性,可降低图像噪声、提高图像质量[12]。本研究VNCa及VNCv图像背景噪声均低于TNC图像。

付蓝琦等[13]报道,颈内动脉CT值、SNR及CNR在TNC、VNCa及VNCv间均无明显差异(P均>0.05)。LENNARTZ等[14]认为腹腔静脉在VNCv中的CT值显著高于TNC。本研究发现亦腹主动脉在VNCa中的CT值、SNR均高于TNC及VNCv,回结肠静脉在VNCv中的CT值、SNR均高于TNC及VNCa,考虑与血管内对比剂浓度较高、光子能谱间重叠相对较大而致高、低能量分离不彻底有关[15]。病变肠壁、未累及肠壁、腹主动脉及回结肠静脉的CNR在VNCa与VNCv之间无明显差异(P均>0.05),主要原因可能再在于其与腰大肌CT值无明显差异。

少数CD患者可发生急性肠系膜静脉血栓或慢性肠系膜静脉闭塞,需以最大密度投影及VR技术加以显示[16]。本研究对常规动脉期及40 keV VMI图像的客观评价结果显示,VMI中的病变肠壁、腹主动脉及回结肠静脉的CT值、SNR及CNR均优于常规动脉期图像(P均<0.05),提示其可满足临床诊断及三维重建需要。

既往研究[14]报道,VNCv联合40 keV VMI图像与常规三期CT扫描显示腹部大血管效果相似。PATEL等[17]以VMI图像替代常规动脉期图像评价腹部主要动脉,发现可使辐射剂量下降35%。本研究以DLCT CTE静脉期单相重建VNC代替TNC、VMI代替动脉期图像,可使辐射剂量下降约67.53%,且图像质量主观评价结果与传统图像无明显差异(P>0.05)。

综上所述,DLCT VNC联合40 keV VMI可降低CTE辐射剂量。本研究的主要不足:①为单中心回顾性分析,且样本量较小;②正常情况下肠壁较薄,手动勾画ROI难免误差;③主观评估仅涉及2种扫描方案,有待后续进一步完善。