能谱CT虚拟平扫技术在头颈部CTA 中的应用

钟丽娟 严 敏 周新杰 周代全 余 娜

脑血管疾病是我国第三大死亡原因，严重威胁着人们的生命健康。传统上，数字减影血管造影（digital subtraction angiography， DSA）一直被认为是诊断血管病变金标准[1]，但是DSA 是一种有创性检查，易造成穿刺部位皮下血肿或瘀斑及脑血管痉挛、皮质盲等神经系统相关并发症[2]。随着CT 技术的飞速发展，CT 血管成像（computer tomography angiography，CTA）临床上得到了普遍推广。常规头颈CTA 并不能很好显示颅底段血管且耗时长，数字减影CT 血管 造 影 术（digital subtraction CT angiography，DSCTA ）应运而生，即CT 螺旋扫描一组平扫图像和一组增强图像，利用增强期数据逐层减去平扫期相对应层组织数据，从而得到仅剩血管及增强组织影像，其广泛应用于头颈部血管病变的诊断[3-4]。

能谱CT 作为一种新的成像设备，其虚拟平扫（virtual non-contrast，VNC）技术为大幅度地降低受检者的辐射剂量提供可能；VNC 技术不需要常规平扫扫描，而是在增强图像的基础上利用能谱技术直接抑制碘剂来得到平扫图像[5]。因此，本研究拟利用同一患者头颈能谱CT 增强期与其虚拟平扫图像逐层相减后血管重建，并与常规头颈部DSCTA、非减影CTA 血管重建方法比较，从图像质量和辐射剂量两方面来评价其在临床应用的可行性。

方 法

1.一般资料

回顾性分析本院2018 年1 月—10 月期间82例能谱模式下行头颈部CTA 检查的患者影像数据及临床资料，其中男性46例，女性36例；年龄32 ～88岁，平均65.0±12.1岁；52例头颈血管粥样硬化斑块，9例动脉瘤（1例伴钙化），3例动脉支架，18例正常。

2.检查方法

采用美国CE Revolution CT，患者取仰卧位，采用能谱（gemstone spectral imaging，GSI）模式；平扫扫描范围从主动脉弓至头顶，再行相同范围的增强扫描，扫描参数：管电压80 ～140kVp 自动切换，管电流405mA，探测器宽度80mm，螺距0.992，层厚及层间距5mm，自适应迭代（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）重建50%，重建图像层厚0.625mm。对比剂使用方法：Ulrich 高压注射器，欧乃派克350mgI/ml；先行肘静脉小剂量团注得出达峰时间：对比剂10ml，生理盐水20ml，流速4.5ml/s；再行CTA 螺旋扫描：对比剂1.0ml/kg，生理盐水30ml，流速4.5ml/s，扫描范围同平扫范围完全一致。辐射剂量扫描后自动生成。

3.图像后处理

将0.625mm 薄层图像及能谱DATA 数据导入GE AW4.7 工作站，所有患者数据均采用下列处理方法。方法1（虚拟平扫减影组）：先重建出增强期的虚拟平扫图像，利用Add/Sub 软件对增强期与虚拟平扫期图像数据逐层相减，获得减影后数据；方法2（常规数字减影组）：利用Add/Sub 软件对增强期与平扫期图像数据逐层相减，获得减影后数据；方法3（非数字减影组）：直接利用增强期数据血管三维重建。以上三种方法均由一名经验丰富的技师对各项数据进行血管三维重建处理，包括容积再现（volume rendering，VR）和最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）。

4.图像质量评分

由两名丰富经验的诊断医生独立对三种处理方法的VR、MIP 图像进行评分，评分参考张志伟等[3]提出的4 分法进行评定。1 分：残留骨质多，经手动去骨后，血管显示较差，MIP背景不清，不能做出诊断；2 分：残留骨质较多，经手动去骨后，血管显示较好，MIP 背景欠清晰，但尚能诊断；3 分：少许残留骨质，经手动去骨后，血管显示良好，MIP 背景清晰；4 分：去骨完全，血管显示清晰，MIP 背景清晰。

5.钙化斑块显示情况评分

由两名丰富经验的诊断医生对52例头颈血管粥样硬化斑块及1例动脉瘤伴钙化患者的两种减影图像，与增强前平扫图像的钙化斑块显示情况进行比较并评分，主要分为钙化斑块完全显示、大部分显示、部分显示及未显示，其对应评分分别为4分、3分、2分、1 分。

6.辐射剂量计算

常规数字减影剂量：扫描完成自动生成的总容积CT 剂量指数[CTDLvol（mGy）]、总剂量长度乘积[DLP（mGy·cm）]；虚拟平扫减影CTDLvol=总CTDLvol—平扫期CTDLvol，虚拟平扫减影DLP=总DLP—平扫期DLP。计算有效剂量[ED（mSv）]：虚拟平扫减影ED=虚拟平扫减影DLP×K，常规数字减影ED =总DLP×K，K 为转换因子，参照欧盟委员会关于CT 质量标准指南，在头颈CTA 扫描时K=0.0031[6]。

7.统计学方法

采用SPSS 21 软件进行数据处理分析，计量资料均符合正态分布，采用±s表示。对虚拟平扫减影组、常规数字减影组、非减影处理组之间的图像质量评分进行单因素方差分析及LSD 法检验；对虚拟平扫减影组与常规数字减影组钙化斑块显示情况评分及辐射剂量进行配对样本的t 检验。P＜0.05 差异有统计学意义。

结 果

1.图像质量评分

82例经三种方法处理后得到246 组数据，结果显示常规数字减影组图像质量评分均高于其他两种图像后处理方法，虚拟平扫减影组其次（图1），三组评分间经LSD 法检验显示两两之间差异均有统计学意义（P＜0.01）（表1）。

图1 女，37岁，头颈部CTA 检查正常。A 与D 为虚拟平扫减影组、B 与E 为常规数字减影组、C 与F 为非减影处理组经后处理所得的VR 和MIP 图像。A.显示颈部及颅内血管清晰，但虹吸段有少量骨质残余；B.显示颈部及颅内血管清晰，虹吸段无骨质残余；C.显示颈部及颅内血管清晰，但虹吸段有大量骨质残余，相应段血管显示不清；D.少量骨质残余，但不影响诊断；E.无骨质残余；F.未去骨，但尚能诊断。

2.虚拟平扫减影组与常规数字减影组钙化斑块显示情况评分

图2 女，64岁，左侧颈总动脉C7 段动脉瘤伴钙化（箭）。A 与D 为虚拟平扫减影组、B 与E 为常规数字减影组、C 与F 为非减影处理组经后处理所得的VR 和MIP 图像。三组图像均能良好显示动脉瘤的形态，但常规数字减影组未能显示动脉瘤内的钙化，虚拟平扫减影组和非减影处理组显示钙化良好。

表1 三组图像质量评分差异(±s )

表1 三组图像质量评分差异(±s )

组别 n 图像质量评分 F P虚拟平扫减影组 82 3.10±0.59常规数字减影组 82 3.65±0.44 194.97 0.00非减影处理组 82 1.99±0.60

表2 虚拟平扫减影组与常规数字减影组钙化斑块显示情况评分的差异（n=53，±s)

表2 虚拟平扫减影组与常规数字减影组钙化斑块显示情况评分的差异（n=53，±s)

组别 虚拟平扫减影组 常规数字减影组 t P平均分 2.65±0.87 1.58±0.45 9.32 0.00

表3 虚拟平扫减影组与常规数字减影组剂量的差异（n=82， ±s )

表3 虚拟平扫减影组与常规数字减影组剂量的差异（n=82， ±s )

注：CTDLvol 表示容积CT 剂量指数，DLP 表示剂量长度乘积，ED 表示有效剂量

组别 CTDLvol（mGy） DLP（mGy*cm） ED（mSv）虚拟平扫减影组 38.26±9.24 447.40±25.77 1.39±0.80常规数字减影组 48.37±9.26 873.74±49.43 2.71±0.15 t-311.77 -159.04 -159.04 P 0.00 0.00 0.00

图3 男，69岁，右侧颈动脉支架（箭）植入术后。A 与D 为虚拟平扫减影组、B 与E 为常规数字减影组、C 与F 为非减影处理组经后处理所得的VR 和MIP 图像。从图中可以看出，常规数字减影组经减影后支架显示不完整，而虚拟平扫减影组和非减影处理组显示清楚完整。

53例中25例粥样硬化斑块位于虹吸段，25例位于颈动脉窦部，2例位于椎动脉，1例为动脉瘤伴钙化。虚拟平扫减影组对于硬化斑块的显示明显好于常规数字减影组（图2），两组间评分差异有统计学意义（P＜0.01），具体评分见表2。

3例动脉支架中，2例支架位于颈总动脉，1例位于椎动脉；虚拟平扫减影组支架均显示良好，常规数字减影组支架显示缺损或不完整（图3）。

3.虚拟平扫减影组与常规数字减影组两组处理方法间剂量比较

虚拟平扫减影组较常规数字减影组 CTDLvol降低了20.91%、DLP 降低了48.79%、ED 降低了49.45%；两组剂量参数间的差异均有统计学意义（P＜0.01）（表3）。

讨 论

常规DSCTA 图像数据减影处理原理与DSA 相同，利用Add/Sub 软件将CT 增强后数据与增强前平扫数据相减，生成一组仅包含对比剂充盈组织的图像数据，并利用这组数据对血管进行三维重建，因而减去了骨骼等高密度组织对血管重建的影响，得到更清晰直观的血管影像[7]。能谱CT 成像利用高低两组能量（80kVp 和140kVp）扫描采集数据，产生两组不同能量的数据，实现数据空间能谱解析，同时可提供物质密度图像、单能量图像，从而实现物质分离[8]。能谱CT 有两种VNC 图像，一是通过水-碘物质分离的水（碘）密度图，二是通过后处理的方法直接得到的碘抑制（material suppressed iodine，MSI）图像[9]，本研究采用的即为MSI 图像。

与常规DSCTA 相比，虚拟平扫减影能较好显示硬化斑块及植入支架，常规DSCTA 使患者血管壁的钙化或植入支架在减影过程中被减掉，在最后呈现的VR 和MIP 图像上不能观察到真实的病灶情况。研究中利用动脉期减去MSI 图像，MSI 图像整体对比度降低以及钙化、支架等高密度物质和碘一样与光子有类似的相互作用。在抑碘过程中，钙化或支架也有一定程度的抑制[10]，导致减影不完全，而恰好这使减影图像对于病灶钙化或支架的显示优于常规数字减影。本研究中，对于动脉支架的显示虚拟平扫减影组有绝对的优势。对于粥样硬化斑块的显示，虚拟平扫减影组对位于颈动脉窦的钙化灶能完全或大部分显示，对位于虹吸段的斑块由于残余骨质的干扰，也能部分显示，只有较微小或密度较低的钙化灶经减影未能显示；而常规数字减影组中，较大的钙化灶经减影后被大部分减掉，只能部分显示。

虚拟平扫减影直接省去了平扫，其辐射剂量较常规双期扫描低了近一半，由于常规DSCTA 采用双期扫描，增加了患者的辐射剂量[11]；行头颈部CTA 检查需薄层扫描且扫描范围较大，扫描野内包括了甲状腺、晶状体等对射线较敏感的器官，Mathews 等[12]及Pearce 等[13]研究发现大剂量CT 扫描有致甲状腺、大脑及血液等系统癌变的风险。赵永霞等[14]研究发现采用能谱扫描模式较普通扫描方式，图像质量提高的同时辐射剂量明显降低；本研究中发现，患者平均剂量约1.4mSv，在降低患者辐射剂量的同时保证了图像质量，其成像效果能满足临床诊断。

虚拟平扫减影能满足配合不佳患者的检查，常规DSCTA 要求双期扫描位置及参数完全一致，这样才能完成逐层减影，对患者配合要求较高，且易受患者运动影响[3]，因此对于意识不清或其他配合困难而难以保持身体姿势的患者极易导致减影失败，严重影响图像质量和临床诊断。而VNC 成像则直接利用动脉期的DATA 数据，经后处理后能直接得到与动脉期位置、层数、层厚完全一致的图像；Revolution CT扫描速度快，完成头颈扫描仅需2.3 秒，从而利用动脉期数据与VNC 数据进行减影处理在配合较差患者的血管成像检查中有一定的临床价值。

本研究也存在一些不足之处。首先，虚拟平扫减影图像质量不如常规减影好，常规DSCTA 所得图像质量好，尤其是虹吸段受骨质干扰少，让颈内动脉虹吸段的动脉瘤、血管狭窄等血管性病变显示更加清晰。MSI 通过数字直接去除图像中的碘，但在抑制碘的同时也降低了整体图像的对比度[5]，导致去骨不完全，图像质量尤其是虹吸段显示不如常规减影好，但与直接使用动脉期数据进行血管重建相比仍具有一定优势，可以提高骨骼附近血管的显示度。其次，VNC包括水（碘）密度图和MSI 图像，本研究采用的是MSI 图像，水（碘）密度图也将在以后做进一步研究。

综上所述，将虚拟平扫技术应用于头颈部血管减影成像是可行的、具有一定的影像诊断价值，特别是对于钙化灶及支架的显示有较大的优势，而且适用于配合不佳的病人检查，能大幅降低患者所受辐射剂量，虽然减影效果不如常规DSCTA，但它能够在保证诊断的基础上取得较好的图像质量，可作为头颈部CTA 检查方法的选择之一。