趙艷娥， 寧輝， 鄭玲， 張龍江， 陳國中， 周長圣， 盧光明

·雙能量CT影像學(xué)專題·

雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)在腦動脈瘤夾閉術(shù)后評估中的應(yīng)用

趙艷娥， 寧輝， 鄭玲， 張龍江， 陳國中， 周長圣， 盧光明

目的以常規(guī)顱腦CTA為對照，研究雙能量CT單能譜成像用于顱內(nèi)動脈瘤頸夾閉術(shù)后評估的最佳能量范圍。方法對36例患者40組雙能量數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性分析。采用雙能量單能譜軟件在60～100 keV之間每隔10 keV值進(jìn)行單能量圖像重組，平均加權(quán)120 kV為常規(guī)CTA圖像，共6組圖像。分別測量每組圖像偽影影響最重的腦組織和血管CT值，評估線束硬化偽影和血管對比度，并對單能量和CTA圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價。結(jié)果60～100 keV之間單能量圖像的動脈瘤夾金屬偽影分別為(116.9±73.0)、(72.4±37.3)、(49.8±27.0)、(34.8±20.7)和(26.7±18.2) HU。常規(guī)CTA圖像的硬化偽影(62.5±31.6) HU與70～80 keV單能量圖像差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，80～100 keV的單能量圖像硬化偽影低于常規(guī)CTA。60～100 keV單能量圖像的血管對比度分別為(301.9±74.9)、(217.6±54.2)、(163.8±41.8)、(126.9±34.2)和(103.1±46.1) HU，常規(guī)CTA的血管對比度(183.5±48.8) HU與70～80 keV單能量圖像差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。60～100 keV和常規(guī)CTA圖像質(zhì)量為優(yōu)和良的比例分別為20.0%、47.5%、85%、35%、15%、65%。結(jié)論雙能量CT成像用于顱內(nèi)動脈瘤頸夾閉術(shù)后患者評估的最佳能量范圍是70～80 keV，80 keV有望成為最佳單能量成像點。

雙源雙能量CT；顱內(nèi)動脈瘤；體層攝影術(shù)，X線計算機；偽影

隨著MSCT空間分辨力和時間分辨力不斷提高，MSCT腦血管成像已經(jīng)成為臨床評估動脈瘤夾閉術(shù)后療效的主要檢查方法[1]，但由于金屬植入物具有明顯的線束硬化偽影，不僅影響CTA對術(shù)區(qū)解剖結(jié)構(gòu)的顯示，還影響對術(shù)后并發(fā)癥的判斷。雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)能降低線束硬化偽影[2]，但對于顱內(nèi)動脈瘤夾閉植入術(shù)后的CTA評估，在降低線束硬化偽影的同時，還需要足夠的血管對比度。盡管雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)的低keV單能量圖像能夠提高圖像的密度分辨力，提高血管內(nèi)對比劑的密度，優(yōu)化血管的顯示，但是圖像噪聲也隨之增大，金屬偽影加重；高keV單能量圖像有助于金屬偽影的去除，但是圖像對比度降低，血管顯示不清。所以需要尋找腦動脈瘤夾閉術(shù)后評估的最佳能量成像范圍。潘雪琳等[3]通過對48例顱內(nèi)動脈瘤頸夾閉雙能量CT能譜成像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)70 keV單能量圖像進(jìn)行重建可獲得較好的圖像質(zhì)量，但該研究沒有與常規(guī)CTA進(jìn)行比較，因此70 keV圖像的線束硬化偽影是否低于常規(guī)CTA尚不明確，需要進(jìn)一步研究。本研究將各單能量圖像與常規(guī)CTA圖像進(jìn)行對照，旨在尋找雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)對腦動脈瘤夾閉術(shù)后評估的最佳能量范圍。

材料與方法

1.病例資料

搜集2013年1月-2014月4月共36例因顱內(nèi)動脈瘤行夾閉術(shù)后行頭顱雙能量CTA檢查的患者，其中4例患者行2次雙能量CTA，故共40組雙能量數(shù)據(jù)納入本組研究。36例患者中男17例，女19例，年齡35～76歲，平均59.94歲。動脈瘤夾閉術(shù)后CTA復(fù)查時間間隔為18小時至11個月。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對比劑過敏、孕婦、嚴(yán)重心腎功能不全患者。動脈瘤夾材料為磁鈦合金。

2.檢查方法

所有患者檢查前均簽署知情同意書。所有患者均在Siemens Somatom Definition Flash DSCT機上進(jìn)行CT掃描。雙能量CTA掃描程序：首先進(jìn)行常規(guī)掃描定位像，后行常規(guī)頭顱平掃，然后進(jìn)行增強雙能量掃描，經(jīng)右側(cè)肘前靜脈以3～4 mL/s流率應(yīng)用雙筒高壓注射器注射對比劑碘普羅胺(300 mg I/mL) 70～80 mL，再以相同的流率注射40 mL生理鹽水。使用人工智能觸發(fā)掃描，觸發(fā)點定于頸總動脈分叉部，觸發(fā)閾值100 HU，延時5 s開始自動掃描。掃描范圍從下頜骨至顱頂，掃描方向由足側(cè)向頭側(cè)順動脈血流方向掃描，掃描時間5～7 s。掃描參數(shù)：2個球管電壓分別為140和80 kV，有效電流分別為51和213 mAs，準(zhǔn)直器寬度64×2×0.6 mm，矩陣512×512，自動重建層厚0.75 mm，層間距0.5 mm，掃描螺距0.7，球管旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/r。

3.影像重組及數(shù)據(jù)測量分析

掃描完成后，將自動重組的Sn140 kV、80 kV以及平均加權(quán)120 kV數(shù)據(jù)傳送到Siemens工作站SyngoMMWP VE36A，使用雙能量單能譜軟件(Monoenergytic)進(jìn)行后處理分析。對60～100 keV的單能量數(shù)據(jù)每隔10 keV進(jìn)行圖像重組，共5組單能量圖像。將平均加權(quán)120 kV圖像作為常規(guī)CTA圖像。

圖像硬化偽影：典型層面和測量方法參考潘雪琳等[3]的研究方法。a點位于動脈瘤夾偽影最重的腦組織即動脈瘤夾長軸的尾部；b點為a點的對稱點，位于無動脈瘤夾偽影的腦組織內(nèi)(圖1)；計算a、b兩點CT值的差值即|CTa-CTb|，作為硬化偽影評估的定量指標(biāo)。

血管對比度：c點盡量選擇在動脈瘤夾偽影影響最重的血管中央上，興趣區(qū)(regio of interest，ROI)覆蓋血管截面的70%～80%，d點選擇在影響最重血管附近的腦組織內(nèi)(圖1)。計算c、d兩點CT值的差值即|CTc-CTd|，作為評估血管對比度的定量指標(biāo)。

圖像質(zhì)量主觀評價由兩位醫(yī)師共同完成。影像質(zhì)量主觀評價按如下評分系統(tǒng)進(jìn)行；1分，優(yōu)秀，瘤夾周圍無偽影,周圍腦組織分辨清楚，血管顯示清晰，可以用于診斷；2分，良好，瘤夾周圍偽影小,周圍腦組織分辨尚清楚，血管顯示尚清晰，可以用于診斷；3分，差，瘤夾周圍偽影較大,周圍腦組織分辨模糊，血管顯示模糊，不能用于診斷。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，如數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，統(tǒng)計方法選取方差分析，方差齊性兩兩比較采用LSD方法，方差不齊時兩兩比較采用Tambane's T2；如數(shù)據(jù)符合偏態(tài)分布，則采用秩和檢驗進(jìn)行比較。圖像質(zhì)量評分比較采用χ2檢驗，將常規(guī)CTA質(zhì)量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質(zhì)量評分<3分的比率進(jìn)行比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

1.硬化偽影結(jié)果分析

硬化偽影的|CTa-CTb|值分布狀態(tài)符合正態(tài)分布，方差分析結(jié)果顯示F值=24.89，P=0.001，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。|CTa-CTb|值隨著單能量keV值升高而減低(表1)，60 keV硬化偽影最嚴(yán)重，與其它keV組和常規(guī)CTA差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001)；除了70 keV和80 keV、70 keV和常規(guī)CTA、80 keV和90 keV、80 keV和常規(guī)CTA差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P值均>0.05)之外，其它組兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.05)。

2.血管對比度分析結(jié)果

血管對比度的|CTc-CTd|值分布狀態(tài)符合正態(tài)分布，故采用多個獨立樣本方差分析統(tǒng)計方法，統(tǒng)計結(jié)果為F值=71.2，P<0.05，組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。|CTc-CTd|值隨著單能量keV值升高而減低(表2)，60 keV血管對比度最高，與其它keV組和常規(guī)CTA差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001)。除了70 keV和常規(guī)CTA、80 keV和常規(guī)CTA、90 keV和100 keV差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P值均>0.05)之外，其它組兩兩比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P值均<0.05)。

表1 圖像線束硬化偽影結(jié)果分析 (HU)

注：*常規(guī)CTA的|CTa-CTb|值與不同keV組|CTa-CTb|值的兩兩比較結(jié)果。

3.圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果

60～100 keV之間的單能量圖像和常規(guī)CTA圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果見表3。經(jīng)χ2檢驗，6組圖像質(zhì)量的主觀評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。60～100 keV圖像質(zhì)量評分為優(yōu)秀和良好者(評分<3分)所占比例分別為20.0%、47.5%、85%、35.0%、15%。常規(guī)CTA圖像質(zhì)量評分為優(yōu)秀和良好者所占比例為65%。常規(guī)CTA圖像的質(zhì)量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質(zhì)量評分<3分的比率進(jìn)行χ2檢驗，結(jié)果顯示常規(guī)CTA組與70keV組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，與其它keV組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，表3)。本組1例左側(cè)大腦中動脈瘤夾閉術(shù)后60～100 keV虛擬單能量成像，肉眼觀察80 keV虛擬單能量圖像線束硬化偽影較少且血管對比度較高(圖2)。

表2 血管對比度分析結(jié)果 (HU)

注：*常規(guī)CTA的|CTc-CTd|值與不同keV組|CTc-CTd|的值兩兩比較結(jié)果。

圖1 興趣區(qū)測量示意圖。a點位于動脈瘤夾偽影最重的腦組織內(nèi)；b點位于無動脈瘤夾偽影的腦組織，即a的對稱點；c點位于受動脈瘤夾偽影影響最重的血管；d點位于受動脈瘤夾偽影影響最重血管旁腦組織內(nèi)。圖2 同一層面不同keV單能量頭顱橫軸面圖像，圖像窗寬、窗位相同。a) 60 keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影較重，影響左側(cè)大腦中動脈評估；b) 70 keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影較重；c) 80keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影明顯降低，血管顯示清晰；d) 90keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影消失，但腦血管對比度明顯下降；e) 100keV單能量圖像示動脈瘤夾硬化偽影消失，但腦血管對比度明顯下降。

表3 虛擬單能量成像圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果 組(%)

注：*常規(guī)CTA圖像的質(zhì)量評分<3分的比率分別與不同keV組圖像質(zhì)量評分<3分的比率進(jìn)行χ2檢驗的結(jié)果。

討論

硬化偽影是CT偽影之一，指相鄰的兩種組織因密度、厚度和結(jié)構(gòu)差異較大而引起的一種偽影[4]。因為常規(guī)CTA掃描采用單一的管電壓，球管產(chǎn)生的是混雜各種能量的X光子的寬譜，衰減值較高的物質(zhì)(如骨質(zhì)和金屬等)會吸收較多低能量的X光子，而能量較高的光子會穿透該物質(zhì)，這種不同比例的吸收特性會造成線束硬化偽影和金屬偽影，影響圖像質(zhì)量。腦動脈瘤夾在CT圖像上產(chǎn)生的硬化偽影對術(shù)后評估主要有兩方面的影響，第一個方面是對腦實質(zhì)的影響，這方面的影響主要為對術(shù)后腦實質(zhì)的并發(fā)癥評估，比如腦梗死、腦出血，第二個方面是對腦血管的影響。

目前減少CT成像硬化偽影的方法很多，增加管電壓、降低掃描螺距可以降低金屬偽影，Mamourian等[5]建議的掃描螺距為0.6 mm。采用非螺旋掃描模式采集CTA圖像也可降低金屬偽影，Mamourian等[6]采用體外模型試驗證實了這一點，但此方法增加了患者的輻射劑量。相關(guān)文獻(xiàn)報道迭代重建技術(shù)結(jié)合薄層掃描有助于降低金屬偽影的影響[7]。另外，可采用硬化偽影小的金屬植入物治療，常用的動脈瘤夾材料成分是鈷鉻合金和鈦類合金，后者硬化偽影小于前者[8]。以上方法雖然能夠降低硬化偽影的影響，但并不能從根本上消除。消除CT偽影的理想方法就是球管只輸出單一能量的X線光子。通過雙能量CT掃描，根據(jù)金屬植入物對低能量X線的衰減系數(shù)最大，在高能量X線條件下其衰減系數(shù)減少了50%以上的特性[9]，采用Monoenergetic后處理軟件，將傳統(tǒng)X射線混合能量圖像重建成40～190 keV連續(xù)的151組虛擬單能量圖像，即雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)，此技術(shù)的出現(xiàn)為降低金屬植入物的硬化偽影提供了一種新方法[10]。與常規(guī)CT降低線束偽影的方法相比，雙能量CT虛擬單能譜成像技術(shù)的主要優(yōu)勢是在不增加患者輻射劑量的情況下[11]，一次掃描可同時獲得40～190 keV連續(xù)的151組單能量圖像，選擇合適的能量成像點可達(dá)到降低或消除硬化偽影的要求。第二代雙源CT通過能譜純化技術(shù)，可有效減少高能X線光譜中無效的低能成分，有效降低圖像噪聲。

本研究結(jié)果顯示對于顱內(nèi)動脈瘤夾植入術(shù)后的患者，60 keV單能量圖像的血管對比度雖然最高，但動脈瘤夾周圍偽影較重，明顯高于常規(guī)CTA，并且80.0%的圖像質(zhì)量評價為差，主要是因為動脈瘤夾金屬偽影在低keV時較重，影響了腦血管或周圍腦組織的術(shù)后評估，不適用于臨床評估。90～100 keV單能量圖像的動脈瘤夾偽影雖然較輕，但血管對比度較低，血管顯示不清晰，與常規(guī)CTA相比差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，并且分別有65%和85%的圖像質(zhì)量評價為差，故此范圍的單能量圖像亦不適合臨床評估。70～80 keV圖像不僅血管對比度高于其它單能量圖像，而且硬化偽影低于其它單能量圖像；經(jīng)過圖像質(zhì)量主觀評價，70～80 keV能量圖像質(zhì)量評價為優(yōu)和良的比例高于其它單能量圖像。綜上分析，70～80 keV能量圖像是動脈瘤夾閉患者術(shù)后評估的最佳能量成像范圍。通過與常規(guī)CTA比較，雖然70～80 keV能量圖像的線束硬化偽影與常規(guī)CTA差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但是80 keV的|CTa-CTb|差值的均值略低于常規(guī)CTA，并且80 keV的血管CT均值為(203.5±36.8) HU，大于150 HU[3]。80 keV的主觀圖像質(zhì)量評價為優(yōu)和良的比例高于常規(guī)CTA和70 keV，而70 keV的硬化偽影略高于常規(guī)CTA，故80 keV能夠提供較常規(guī)CTA硬化偽影低并且有足夠血管對比度的圖像，有望成為動脈瘤夾閉患者術(shù)后評估的最佳能量成像點。這與文獻(xiàn)報道的動脈瘤夾植入術(shù)后患者最佳能譜成像點為70 keV[3]略有差異，主要原因可能是受偽影影響血管的定量評估指標(biāo)不同。潘雪琳等[3]研究的d點選取在血管內(nèi)，計算的是受偽影影響血管與未受偽影影響血管的CT值的差值，而本研究血管對比度計算的是受偽影影響血管的CT值與其鄰近腦組織CT值的差值。本研究圖像質(zhì)量主觀評價發(fā)現(xiàn)52.5%(21/40)的70 keV單能量圖像由于偽影較重，影響周圍腦組織或血管的評估，但由于70 keV單能量圖像血管對比度較高，硬化偽影較輕的患者可選擇70 keV單能量圖像用于動脈瘤夾閉術(shù)后評估，以取得較高的血管對比度。

綜上所述，對于腦動脈瘤夾閉術(shù)后隨訪的患者，雙能量CT單能譜成像較好的單能量范圍是70～80 keV，80 keV能夠提供硬化偽影低于常規(guī)CTA并且血管對比度能夠滿足臨床評估要求的單能量圖像，有望作為動脈瘤夾閉術(shù)后雙能量CT單能譜成像的最佳能量點，為降低腦動脈瘤夾CT硬化偽影提供了一種新技術(shù)，具有很好的臨床應(yīng)用前景。

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《放射學(xué)實踐》(英文稿)稿約

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《放射學(xué)實踐》編輯部

TheapplicationofmonoenergeticimaginginpostoperativeevaluationofthepatientswithintracranialaneurysmclippingusingdualenergyCTangiography

ZHAO Yan-E,NING Hui,ZHENG Ling,et al.

Department of Medical Radiology,Nanjing General Hospital of Nanjing Military Command,PLA,Nanjing 210002,P.R.China

Objective:Using conventional CTA as control,to explore the optimal energy range for mono-energetic imaging of the dual-energy CT to evaluate the postoperative patient with intracranial aneurysm clipping.Methods40 sets of dual energy CT data from 36 patients were analyzed retrospectively.The dual-energy CT data were processed by using the mono-energetic software.Then single energy images were generated every 10keV ranging from 60 to 100 keV.The average weighted 120kV was set as conventional CTA image for comparison.In order to assess the beam hardening artifacts and vascular contrast,the CT value of cerebral tissue and blood vessels were measured,ROI were set on regions where were most severe affected by hardening artifacts.Reconstructed single energy images were assessed by two experienced radiologists blindly.ResultsThe CT value of metal hardening artifact of aneurysm clip were(116.9±73.0),(72.4±37.3),(49.8±27.0),(34.8±20.7) and(26.7±18.2)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was statistically significant difference between above CT value in each group and that in the conventional CTA image(62.5±31.6).The vascular contrast were(301.9±74.9),(217.6±54.2),(163.8±41.8),(126.9±34.2) and(103.1±46.1)HU for each group ranging from 60 to 100keV respectively.There was no statistically significant difference of vascular contrast between the conventional CTA image(183.5±48.8)HU and 80 keV monoenergetic image.The ratios of excellent or good image quality of the single energy image were 20.0%,47.5%,85%,35.0%,15% for each group respectively and 65% for conventional CTA group.ConclusionThe optimal energy range of the dual-energetic imaging for postoperative evaluation of intracranial aneurysm neck clipping is from 70 to 80keV.The 80keV is suggested as the best setting point for single energy image because it has lower hardening artifacts while maintaining similar vascular contrast.

Dual energy CT; Intracranial aneurysm; Tomography,X-ray computed; Artifact

210002 南京，南方醫(yī)科大學(xué)附屬臨床醫(yī)學(xué)院/南京軍區(qū)南京總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(趙艷娥、鄭玲、張龍江、陳國中、周長圣、盧光明)；710077 中航工業(yè)西安醫(yī)院影像科(寧輝)

趙艷娥(1981-)，女，山東德州人，博士研究生，主治醫(yī)師，主要心血管影像診斷工作。

，盧光明，E-mail：cjr.luguangming@vip.163.com

R739.4; R814.42

A

1000-0313(2014)09-0988-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2014.09.002

2014-08-01

2014-08-28)