能谱CT联合ASIR-V及双低对比剂在肝硬化门静脉成像中应用价值研究

邓建涛，严高武，马婷，范小萍，李勇

遂宁市中心医院 放射影像科，四川 遂宁 629000

引言

肝硬化是一种以肝组织弥漫性纤维化、假小叶和再生结节形成为特征的慢性进行性肝病，CT门静脉成像（Computed Tomography Portal Venography，CTPV）是肝硬化患者的主要影像学检查方法之一，能了解门静脉解剖和侧支循环开放情况、评估肝静脉与门静脉的位置关系和通畅情况。肝硬化患者由于门静脉血流受阻、血液淤滞，常伴有门静脉高压、腹水及心肝肾功能不全等疾病，因此常需增加对比剂浓度和剂量、加大注射速率或通过降低管电压、改变扫描采集时间及应用低能量扫描等方式来提高门静脉的成像效果[1-3]，但随之带来的是对比剂肾病、碘外渗风险以及图像噪声增加、图像质量下降等一系列问题[4]。因此如何在获得高质量的门静脉图像的同时尽可能地减少对比剂的浓度和剂量仍然是目前临床关注的问题，CT能谱成像提供了这种可能性，能谱CT一次能谱成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI）扫描即可获得40～140 keV共101种的单能量图像，低能量图像能提高细小血管的显示率，增加图像的组织对比度，提升血管的强化能力，但图像噪声也相应增加，而多模型迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction-V，ASIR-V）技术可以改善图像质量，降低图像噪声[5-6]，为能谱低对比剂剂量成像研究提供了基础。既往运用CT能谱技术改善门静脉图像质量的研究主要有门静脉最佳单能量成像[7-8]、低浓度对比剂联合单能量图像成像[9-10]、自适应迭代重建算法联合单能量图像成像[11-12]、单能量图像降低对比剂剂量[13-14]等，但这些研究多局限于单因素或双因素分析且多数研究为正常门静脉成像或成像过程中对比剂浓度较高或对照组仍采用FBP重建未采用ASIR-V重建，实验条件稍弱或未对能谱CTPV的辐射剂量进行对照研究等，同时较少有研究将能谱单能量与ASIR-V及双低对比剂联合应用于肝硬化患者门静脉成像中。因此，本研究旨在探讨不同权重的多模型迭代重建技术联合低用量、低浓度对比剂在肝硬化患者能谱门静脉成像中的可行性，以期获得门静脉的最佳单能量与迭代重建权重组合。

1 材料与方法

1.1 一般资料

前瞻性连续收集遂宁市中心医院2020年6—12月临床拟诊断肝硬化需行CTPV检查的患者80例。纳入标准：① 年龄≥18岁；② 临床考虑肝硬化需接受CTPV检查；③ 且自愿参与本研究。排除标准：① 有碘剂过敏者；② 肝脾脏有手术史者；③ 肝占位累及脉管区者；④ 无法屏住呼吸者。将患者按随机数字表法分为A组和B组，每组40例，其中A组男21例，女19例，年龄35～74岁，平均（56.46±11.37）岁，体质指数（Body Mass Index，BMI）（23.06±2.36）kg/m²；B组男18例，女22例，年龄32～75岁，平均（55.23±9.53）岁，BMI（22.22±2.49）kg/m2。两组患者的性别、年龄和BMI比较差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。两组患者均采用Child-Pugh进行分级，肝硬化分级资料及临床病程差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。本次研究获得本院伦理委员会审批（批号：LLSLH20220008），所有患者检查前均签署知情同意书。

表1 2组患者肝硬化分级资料及临床病程（n=80）

1.2 仪器与方法

采用美国GE Healthcare Revolution 能谱CT扫描机，患者检查过程中均按标准技术方法行上腹部平扫+三期增强扫描，所有患者上腹部平扫均采用常规120 kV模式扫描，三期增强扫描：A组采用常规120 kV模式扫描，B组采用GSI模式扫描，取仰卧位、正位定位像，选用阈值追踪模式，监测位置设置在肝门层面的腹主动脉上，监测阈值为150 HU，扫描范围自膈顶到髂前上棘，其他扫描条件一致:球管切换时间0.5 s/r，自动管电流（能谱模式选择GSI Assist、常规模式选择Smart mA），噪声指数=10，螺距为0.992，扫描层厚5 mm，层间距5 mm，对比剂通过高压注射器以3.5 mL/s的速率经肘静脉注射，其中A组使用碘帕醇（370 mgI/mL），对比剂用量按1.4 mL/kg进行计算；B组使用碘海醇（300 mgI/mL），对比剂用量按1.2 mL/kg计算，注射结束后追加40 mL 0.9% NaCl溶液冲管，阈值触发后延迟7 s扫描动脉期，门静脉期与动脉期扫描时间间隔30 s，动脉期扫描结束120 s后扫描延迟期。

1.3 图像后处理

A组自动输出120 kV、ASIR-V 40%重建图像；B组行能谱增强扫描后，利用门静脉期的原始数据按间隔5 keV提取40～70 keV的单能量图像（共7组），再分别用滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）及 ASIR-V 20%～80%（间隔20%）重组，得到35个亚组的门静脉图像，所有图像重建层厚、层间距均为1.25 mm。

1.4 图像分析

客观评价：在轴位薄层图像上，由两名影像科腹部血管组副主任医师测量门静脉主干最大层面的CT值和噪声值，以上述层面的肝脏和竖脊肌为组织背景，分别测量肝脏实质和竖脊肌的CT值及SD值，测量时应注意避开血管，所有数据均测量3次取平均值为最终参考值，数据测量有分歧时经商议决定。其中门静脉主干、肝脏和竖脊肌感兴趣区分别为（25.27±1.08）、（99.89±1.47）、（49.87±0.53）mm2，门静脉的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）的计算公式为：SNR=CT值门静脉/SD值门静脉、CNR=（CT值门静脉-CT值肝实质）/SD值竖脊肌[15]。

主观评价：仍由上述两名医师浏览各组数据的轴位、容积再现VR及最大密度投影MIP图像，采用5分法对图像质量进行评价[16]（5分：图像颗粒度小，肝实质与血管对比对好，门静脉大血管清晰，末梢分支充盈良好；4分：图像颗粒度较小，肝实质与血管对比度较好，门静脉大血管较清晰，末梢分支充盈较好；3分：图像颗粒度正常，肝实质与血管对比对一般，门静脉大血管较清晰，末梢分支充盈不好；2分：图像颗粒度较大，肝实质与血管对比度较差，各级门静脉血管显示较差；1分：图像颗粒度大，肝实质与血管对比度差，门静脉血管粗糙、浅淡，无法分辨远端）。3分及以上符合诊断要求，可用于后续分析。

1.5 辐射剂量和碘剂量

记录各组患者门静脉期对应的CT容积剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP），有效辐射剂量计算方式为ED=DLP×0.015。记录各组患者对比剂用量，计算公式：碘剂量=对比剂浓度×对比剂用量×0.001。

1.6 统计学分析

采用SPSS 21.0软件进行统计分析。对两组患者的一般资料、对比剂用量、碘摄入量、辐射剂量、图像的主观及客观指标进行比较分析。计量资料以±s（正态分布）或中位数（上、下四分位数）（非正态分布）表示，采用独立样本t检验或Wilcoxon秩和检验比较。以χ2检验比较患者性别差异。多组图像间客观指标差异采用kruskal-wallisH检验比较；以Mann-WhitneyU检验比较图像质量的主观评分。采用Kappa分析2名医师主观评分的一致性。Kappa值≥0.75为一致性较好，0.40≤Kappa值＜0.75为一致性中等，Kappa值＜0.40为一致性较差。通过综合评价，得到B组中最佳单能量能级和最佳ASIR-V迭代比例的组合，然后再与A组进行比较。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 低对比剂组的图像质量评价

2.1.1 B组图像的客观评价

当单能量能级水平一定时，随着ASIR-V迭代比例的增加，图像的SNR和CNR升高，噪声减小（P＜0.001）；ASIR-V 60%和ASIR-V 80%图像的信噪比和CNR高于FBP组、ASIR-V 20%和ASIR-V 40%组（P＜0.001），其中ASIR-V 80%组噪声最低。当迭代重建的比例一定时，门静脉的噪声和CNR在不同单能级水平图像上差异有统计学意义（P＜0.001）；单能量为70 keV时，门静脉图像噪声最小（表 2～4）。

表2 B组不同单能量图像的背景噪声结合ASIR-V图像的客观评价指标比较结果

表3 B组不同单能量图像的SNR结合ASIR-V图像的客观评价指标比较结果

表4 B组不同单能量图像的CNR结合ASIR-V图像的客观评价指标比较结果

2.1.2 B组图像的主观评价

2名副主任医师主观评分一致性较高（Kappa=0.845）。当迭代重建的比例一定时，不同单能级图像上门静脉主观评分差异具有统计学意义（P＜0.001）；当单能量在55～65 keV范围内时，图像的主观评分高于70 keV，且迭代的权重比例由FBP升高至ASIR-V 60%时，图像主观评分增加；然而，当ASIR-V提高到80%时，图像质量下降；60 keV组门静脉图像主观评分高于其他单能量组，差异有统计学意义（P＜0.001）；当单能量在65～70 keV时，迭代重建比例的升高，图像质量的主观评分无明显变化（表5和图 1）。

图1 门静脉图像的主观评价

表5 B组不同单能量图像结合ASIR-V图像主观评价指标比较结果（分，±s）

表5 B组不同单能量图像结合ASIR-V图像主观评价指标比较结果（分，±s）

单能量重建算法 FBP ASIR-V 20% ASIR-V 40% ASIR-V 60% ASIR-V 80% Z值 P值40 keV 2.95±0.22 3.20±0.41 3.40±0.50 3.65±0.49 3.50±0.51 23.777 ＜0.001 45 keV 3.25±0.44 3.45±0.51 3.70±0.47 4.05±0.22 3.95±0.39 40.464 ＜0.001 50 keV 3.55±0.60 3.75±0.55 4.00±0.32 4.30±0.47 4.20±0.52 24.320 ＜0.001 55 keV 3.85±0.59 4.05±0.39 4.35±0.49 4.55±0.51 4.40±0.59 19.226 ＜0.001 60 keV 4.15±0.49 4.30±0.47 4.50±0.51 4.75±0.44 4.60±0.50 14.425 ＜0.006 65 keV 4.00±0.56 4.10±0.31 4.20±0.41 4.30±0.47 4.30±0.57 5.691 0.223 70 keV 3.70±0.57 3.75±0.64 3.80±0.52 3.80±0.41 3.85±0.37 1.380 0.848 Z值 56.127 51.576 55.766 58.041 39.484 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.1.3 综合评价

综合上述研究结果，当迭代重建算法选择ASIR-V 60%且单能量重建水平选择60 keV时，CTPV的图像质量客观评价与主观评分均高于其余各组，此时将B组中的60 keV、ASIR-V 60%门静脉图像定义为B1组。

2.2 两组患者图像质量、对比剂用量、碘摄入量和辐射剂量比较

双低对比剂结合单能量组（B1组）门静脉图像的SNR及CNR高于常规剂量组（A组），差异有统计学意义（P＜0.001）；A组与B1组的图像质量主观评分分别为（4.45±0.61）、（4.75±0.44）分，差异有统计学意义（Z=8.745，P=0.018）；A组对比剂总量为（84.25±7.89）mL，碘摄入量（31.17±2.72）g，B1组对比剂总量为（71.13±8.24）mL，碘摄入量（21.33±2.35）g，B1组对比剂总量较A组减少约15.57%，碘摄入量较A组减少约31.56%，差异有统计学意义（P＜0.001）；A、B1 组三期增强扫描的平均CTDIvol、DLP及ED值比较差异均无统计学意义（P＞0.05），见表6。

表6 A、B1组患者一般资料、辐射剂量、对比剂用量、碘摄入量及图像质量的客观评价比较结果

3 讨论

CTPV可清晰显示门静脉及侧支循环静脉的完整影像，提供手术解剖学的直观影像，用于评估肝静脉与门静脉的位置关系和通畅情况，确定穿刺位点和旋转角度，降低手术并发症，因此对于肝硬化患者TIPS术前方案的制定非常重要[17-18]。CTPV的成像图像质量主要由门静脉血管的强化程度来决定，但由于肝硬化患者本身血液循环减弱，加之门静脉高压等病理因素，使门静脉血管内的对比剂浓度降低，影响门静脉的增强效果[19]。能谱单能量成像技术和迭代算法的联合应用有效地解决了门静脉成像的难点。

Revolution能谱CT采用单个X射线管及高（140 kV）和低（80 kV）的瞬时双kVp能量切换的成像方法，利用人体不同组织在不同能量X射线下产生的不同吸收量，在投影空间内将获得的不同能级数据进行解析，从而分离出40～140 keV能量范围内的单能量图像。Hu等[20]研究表明，40～75 keV的单能量水平范围是显示门静脉图像的最佳区域。本研究发现，在同一迭代比例水平的图像上，门静脉的噪声和CNR在不同单能级水平图像上存在差异，且55～65 keV图像的主观评价高于70 keV，同时60 keV较其他单能量组图像质量的主观评分高，因此认为60 keV是能谱门静脉成像的最佳单能量图像，此结果与高璐等[21]报道的肝脏血管能谱成像时门静脉最佳单能量值为61 keV的结果基本相似。本研究结果还显示，ASIR-V 60%图像的SNR、CNR高于FBP、ASIR-V 20%及40%组的图像；单能量在40～60 keV范围时，迭代权重比例由FBP升高至ASIR-V 60%时，图像主观评分增加；而升高至ASIR-V 80%时，图像质量降低，可能原因是随着迭代强度的提高会引起噪声频率的改变和漂移，图像会出现过度平滑而失真，甚至出现蜡像状伪影降低了诊断医师的主观评分，此与李莹等[22]报道的在腹部CT扫描时ASIR-V 60%门静脉图像质量较好结果一致，因此认为ASIR-V设置为60%时门静脉图像质量效果最佳。

在增强检查过程中，降低对比剂的浓度、减少对比剂的用量是预防或减少对比剂肾病发生最重要的原则，尤其对于高危因素患者[23]。本研究采用双低对比剂能谱CTPV检查的原理是:在低keV值的图像上，X线与物质主要发生光电效应，X线光子能量较低，使光子能量更接近含碘组织的“K缘”（33.2 keV），从而使血管的CT值升高，图像对比度增大[24-25]。罗昆等[26]采用双低对比剂（270 mgI/mL、1.2 mL/kgvs.350 mgI/mL、1.5 mL/kg）联合单能量技术行能谱门静脉成像，结果显示，61 keV的单能量图像可以获得满足临床需求的门静脉图像，同时还降低了对比剂的浓度和用量。赵晶等[12]通过60 keV单能量图像联合FBP及ASIR 30%～60%间隔10%重建门静脉图像，结果显示能谱门静脉成像中获得最佳图像质量的ASIR比值为40%。而本研究与上述报道最大的区别在于:能谱门静脉成像中在使用双低对比剂的同时还联合了最新的ASIR-V技术，结果显示，B组中的60 keV、ASIR-V 60%组门静脉图像的客观评价与主观评分均高于A组，B1组对比剂总量较A组减少约15.57%（P＜0.05），碘摄入量较A组减少约31.56%（P＜0.05），此与罗昆等[26]研究结果基本相似；而与赵晶等[12]结果不同的原因可能是：ASIR是初期的迭代重建技术,是在原始数据空间利用系统统计噪声模型和光学模型通过反复迭代、修正来降低图像噪声，但数据计算量大，比较耗时；而ASIR-V融合物体、物理及噪声模型于一体，摒弃了传统的光学建模，比ASIR具有更好的图像空间分辨率和更大降低图像的噪声的能力，从而提供更加精准的图像质量。

Revolution CT行GSI能谱扫描的辐射剂量一直备受临床工作者的关注，本研究在保证扫描条件基本一致的前提下，结果显示能谱组三期增强扫描的平均辐射剂量与常规120 kV管电压组比较，差异无统计学意义（3.91±0.38 mSvvs.4.13±0.67 mSv，P＞0.05），说明2种扫描技术方法产生的辐射剂量相当，与王小鹏等[27]报道的辐射剂量结果（能谱组3.62±0.80 mSvvs.常规管电压组3.89±1.02 mSv）基本一致。

本研究的不足：本研究全文均采用后置ASIR-V技术改善图像质量，未进行使用前置ASIR-V技术在改善肝硬化患者能谱扫描图像质量、降低辐射剂量的对比研究；仅对能谱扫描后40～70 keV的低能量图像做研究，未将高能量图像纳入对比；病例数少，样本量有待扩大。

综上所述，肝硬化患者采用60 keV单能量图像+ASIR-V 60%的迭代权重组合联合双低对比剂行门静脉CT血管成像，不仅可以获得满足临床需求的图像质量，同时降低了对比剂的浓度和剂量，值得临床推广应用。