宽体探测器能谱CT最佳单能量成像在肝门静脉与肝静脉成像中的应用价值研究

柳维娜 董 健 王仁贵*

门静脉高压症是肝硬化发展过程中重要的病理生理环节，经颈静脉肝内门体静脉支架分流术(transjugular intrahepatic portosystemic stent-shunt，TIPS)，通过在肝静脉与门静脉之间的肝实质内建立分流通道，以微创的方式从结构上显著降低门静脉阻力，是降低门静脉压力的关键措施之一[1-3]。目前，TIPS技术的有效性和安全性日渐成熟，患者在生存时间及质量方面明显获益。门静脉与肝静脉的成像在介入手段中的价值日益凸显，而常规CT扫描采用混合能量的X射线，当X射线通过人体时先滤过低能部分，从而引起线束硬化效应，导致某一物质的CT值不单纯、不准确和硬化，并出现伪影；混合能量之间存在平均效应，从而降低了不同物质间的对比度。门静脉高压的程度不同，其主干及其分支与肝静脉的关系存在明显差异。随着能谱CT单能量成像技术的发展，解决了这一大难题，能谱CT可以重建出40～140 keV的101个单能量图像，低能图像上组织细节清楚，增加了病灶检出以及血管与周围组织的对比噪声，因此能更清晰地显示门静脉分支与肝静脉的关系。在某一能量水平，对比与噪声达到了一个最好的平衡，从而血管和实质脏器之间的衰减差异可以达到最大，但是噪声最低，这就是最佳单能量。有研究表明，最佳单能量集中在55 keV[4]。为此，本研究旨在对比55 keV与120 kVp-like两种图像上门静脉高压患者的门静脉与肝静脉关系的图像质量，研究能谱CT单能量成像在门静脉与肝静脉成像中的应有价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2018年3月至2018年9月北京世纪坛医院收治的30例肝硬化门静脉高压患者，其中男性21例，女性9例；年龄36～60岁，平均年龄(48±6.5)岁。所有患者均进行能谱增强扫描。本研究经医院伦理委员会同意，所有患者均签署能谱CT增强扫描知情同意书，以及告知同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①各种类型肝硬化伴有门静脉高压患者；②肝硬化门静脉高压及胃底食管静脉曲张患者；③肝硬化伴有顽固性腹水患者。

(2)排除标准：①肝占位累及肝脏脉管区；②肝占位和脾切除疾病；③肝门静脉以及肝静脉广泛病变患者；④心、肺、肾脏器官功能差的患者；⑤碘过敏患者。

1.3 设备仪器

采用Revolution能谱CT(美国GE公司)；GSI Viewer GE AW4.7软件(美国GE公司)。

1.4 检查方法

应用Revolution能谱CT腹部增强扫描，扫描参数：管电压80/140 kVp，切换时间0.25 ms，自动管电流，探测器宽度8 cm，pitch 0.992，层厚5 mm，层间距5 mm，扫描视野(scanning field of vision，SFOV)36 cm×36 cm 扫描范围以膈顶到肾下极。增强扫描采用非离子对比剂碘海醇(350 mgI/ml)，注射总量80 ml，注射速率4 ml/s。动脉期扫描时间采用对比剂智能追踪技术监测，监测点位于腹主动脉起始部，注射对比剂10 s后启动监测，当监测阈值到达120 HU后5.9 s开始动脉期扫描，动脉期结束30 s后静脉期扫描。获得静脉期的所有40～140 keV的层厚为1.25 mm的图像数据包datafile。图像的后处理：利用GSI Viewer软件处理静脉期图像，分别得到120 kVp-like的图像和最佳单能量(55 keV)图像，两组图像分别进行多平面重组(multiplanar reconstruction，MPR)，最大密度影(maximum intensity projection，MIP)和容积再现(volume representation，VR)后处理。

1.5 图像质量评价

(1)主观评价：隐藏图像文字信息，由影像科2名10年以上副主任医师对两组图像进行盲法下评分，采用5分制评分进行。①5分，门静脉分支与肝静脉分支关系显示良好；②4分，门静脉分支与肝静脉分支关系显示较好；③3分，门静脉分支与肝静脉分支关系显示较差；④2分，门静脉分支与肝静脉分支的关系显示差；⑤1分，门静脉分支与肝静脉分支的关系无法显示。

(2)客观评价：GE工作站完成图像后处理，静脉期图像数据应用能谱分析软件。于120 kVp-like图像上选择门静脉主干，和同层面的无肝脏血管的肝实质区域以及竖脊肌区域三个兴趣区面积在30 mm2，用肝实质作为对照测量门静脉主干的对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)，其计算为公式1：

以同样的方法获得肝静脉主干的CNR，同样的方法获得单能量55 keV门静脉主干和肝静脉主干的CNR。

(3)一致性评估：由两名医师对重建图像质量一致性评估，采用Kappa检验，Kappa值＞0.75为一致性好，0.40～0.75为一致性一般，＜0.40为一致性差。

1.6 统计学方法

应用SPSS22.0软件对数据进行统计学分析，计量资料用均数±标准差()表示，对两组图像中门静脉和肝实质的CT值、图像噪声、门静脉主干及肝实质的CNR进行分析。图像质量平分比较采用两独立样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 最佳单能量图像质量比较

最佳单能量图像上门静脉主干与肝实质的CNR(4.6±1.8)高于120 kVp-like图像(2.8±1.3)，两者间差异有统计学意义(t=-9.86，P＜0.01)；最佳单能图像上肝静脉主干与肝实质的CNR(5.4±1.9)高于120 kVp-like图像(2.9±1.5)，两者间差异有统计学意义(t=-10.97，P＜0.01)；最佳单能量图像门静脉、肝静脉、肝实质的CT值以及图像噪声均高于120 kVp-like图像，差异均有统计学意义(t=-24.76，t=-25.18，t=-20.07，t=-13.65；P＜0.01)，见表1。

2.2 TIPS 联合胃冠状静脉栓塞术前后比较

(1)最佳单能量重建图像上门静脉和肝静脉的关系显示质量明显高于120 kVp-like图像。两名医师对最佳单能量重建图像评价一致性(Kappa值为0.683)高于120 kVp-like图像(Kappa值为0.452)。同一患者TIPS联合胃冠状静脉栓塞术前后用MIP后处理以后图像比较中，在55 kev图像门静脉与肝静脉的关系显示明显优于120 kVp-like图像，见图1。

(2)同一患者TIPS联合胃冠状静脉栓塞术术前和术后VR后处理以后的图像，对比发现在55 keV图像门静脉与肝静脉的关系显示明显优于120 kVp-like图像，见图2。

表1 30例患者最佳单能量图像与120 kVp-like图像质量评价结果()

表1 30例患者最佳单能量图像与120 kVp-like图像质量评价结果()

图1 TIPS 联合胃冠状静脉栓塞术前后MIP后处理图像

图2 TIPS 联合胃冠状静脉栓塞术前后VR后处理后图像

3 讨论

门静脉高压患者疾病后期易发生侧枝循环，出现胃冠状静脉及胃底食管静脉曲张破裂出血而危及生命。介入科对此类患者有效的治疗手段是在肝内通过肝静脉与门静脉之间建立人工分流通道，以微创的方式从结构上显著降低门静脉阻力，从而减轻门静脉高压[6-9]。如何直观准确的了解肝静脉与门静脉的成像关系，对于Tips方案的选择和手术效果十分重要。

常规CT扫描采用混合能量的X射线，其含有不同能量水平的光子，这些光子与物质相互作用时高能段以康普顿效应为主，低能段以光电效应为主。当射线通过人体时，先滤过低能部分，从而引起线束硬化效应，导致某一物质的CT值不单纯、不准确和硬化伪影，混合能量之间存在平均效应，从而降低了不同物质间的对比度。门静脉高压的程度不同，其主干及其分支与肝静脉的关系存在明显差异。

能谱CT最大的优势是可以重建出40～140 keV的101个单能量图像，低能量图像物质衰减快，增加了组织CT值，图像对比度大，但是噪声增高。因此低能量可以提高血管与周围组织的对比，提高组织密度分辨力，组织细节显示清楚，增加了病灶检出以及血管与周围组织的对比噪声[4-5，11]。低能图像另一个优势是增强扫描中，可以使用较低浓度对比剂，获得较高质量的影像，降低了碘造影对患者的危害[12-13]。能谱图像在某一能量水平，对比与噪声达到最好的平衡，从而血管和实质脏器之间的衰减差异可以达到最大，但是噪声最低，这就是最佳单能量。选择低能量水平的最佳CNR图像可以提高物质的CT值，并能使物质与周围组织的对比明显提高，从而改善图像质量。而常规的CT扫描混合能量的图像，CT值是恒定的，则不同物质间的对比是相对固定的，血管与周围物质的对比噪声无法通过后处理得到改善。

4 结论

本研究结果显示，最佳CNR单能量图像上门静脉主干与肝实质的CNR高于120 kVp-like图像，但是最佳单能量图像门静脉、肝静脉、肝实质的CT值以及图像噪声均高于120 kVp-like图像。图像质量是由靶血管的强化程度、噪声和对比度共同决定的，既往研究表明在55 keV水平对比和噪声达到了最好的平衡。因此，利用能谱CT最佳CNR技术明显提高门静脉与肝静脉血管的成像质量，但是相对较低能量图像的噪声比常规图像要高，如何得到较低或者相似噪声的图像，还需做进一步的研究。