双源双能量CT图像优化技术对肺动脉成像图像质量的影响

卞 佳 苏文静 殷志杰 李 泉

滨州医学院附属医院放射科 山东 滨州 256603

肺动脉栓塞(pulmonary embolism,PE)是一种严重危害人类健康的心血管疾病,具有较高的致残率及病死率。目前,CT肺动脉造影(computer tomography pulmonary angiography, CTPA)已成为诊断PE首选影像学检查方法[1]。近年来随着双能量CT软、硬件设备的不断发展与完善,双能量CT的临床应用越来越广泛[2]。一次双能量肺动脉CT血管成像(computer tomography angiography, CTA)检查能够同时获得肺动脉解剖图像以及全肺的灌注信息,为临床诊疗提供丰富的信息[3-5]。本研究旨在定量评价双源双能量CT最佳单能量成像技术及非线性融合技术对肺动脉栓子客观参数的影响。

1 资料与方法

1.1 临床资料 回顾性分析2021年1月至2022年3月经肺动脉CTA检查证实PE患者28例,其中男16例,女12例,年龄48～82岁,平均年龄(66.9±9.9)岁。所有患者及家属在检查前均签署知情同意书。

1.2 扫描参数 患者均使用Siemens Somatom Definition flash双源CT行双能量扫描。嘱患者仰卧位,扫描采用头足方向,扫描范围为自胸廓入口到膈肌水平。采用人工智能触发扫描软件(Bolus Tracking),将ROI设在肺动脉主干,当其CT值达到预设值(100 HU)时自动延迟4 s触发扫描。利用双筒高压注射器(美国Medrad公司)以4.5 mL/s的流率经肘静脉注射碘海醇50 mL,随后按相应流率注射生理盐水20 mL冲洗,以尽量减少腔静脉内残留的对比剂。扫描参数设定X线管的管电压分别为100、140 kV,参考管电流分别为300、255 mAs,开启CARE Dose 4D,探测器准直器为128 mm×0.6 mm。

1.3 图像后处理 扫描结束后,系统自动生成100 kV(A组)、140 kV(B组)两组图像。将图像调入后处理工作站(Syngo MultiModality Workplace)中Dual Energy应用,选择最佳对比显示(Optimal Constrast)选项卡生成非线性融合图像(C组),融合系数设为Blending Center=150 HU,Blending Width=200 HU,然后再选择Monoenergetic选项卡,根据对比噪声比能谱曲线选择重建最优的Mono图像(D组)。选取4组图像中相同层面的栓子及邻近血管勾画感兴趣区域,ROI尽量选取栓子中心位置,测量其CT值、噪声,计算得出栓子对比噪声比(contrast to noise ratio ,CNR)及信噪比(signal to noise ratio,SNR)。

2 结果

2.1 各组图像栓子CT值、SD值的比较 各组图像间栓子CT值差异无统计学意义。各组图像栓子噪声有差异,P<0.01;其中C组图像中栓子噪声最小,与其他组别两两比较,P<0.01(表1)。D组图像中栓子噪声与A、B组图像相比,P<0.05或<0.01。(表2)。

表1 非线性融合图像与其他三组图像质量客观评价指标的比较

表2 最佳单能量图像与其他三组图像质量客观评价指标的比较

2.2 各组图像栓子SNR及CNR的比较 各组图像SNR及CNR有差异,P<0.05,其中C组图像质量最佳,与其它组别图像两两比较时,SNR及CNR均有差异,均P<0.05(表1)。D组图像中栓子SNR与A、B组图像比较,P<0.05。D组图像中栓子CNR与A组图像比较,差异无统计学意义,与B组图像相比,P<0.01 (表2)。

3 讨论

随着CT技术的不断发展,CT已成为临床工作中最主要的检查手段。 2006年西门子公司推出了双能量CT,将CT发展推入一个新的时代。自2007年Johnson等[6]在国际上首次报道了双能量CT的临床应用,双能量CT技术已在国内外取得了丰硕研究成果,并在临床中得到广泛应用[7-8]。肺动脉CT成像作为诊断PE首选影像学检查方法,双能量CT扫描可一次扫描获得肺灌注血容量成像、肺血管增强成像、最佳单能量图像及非线性融合图像等多种图像信息,为临床诊疗提供更丰富的影像学信息。肺灌注血容量成像可通过计算碘对比剂在肺实质中的分布,显示肺灌注信息。肺血管增强成像则根据物质分离算法标记肺栓子,提高外周性PE的检出敏感性。而最佳单能量图像及非线性融合图像则可以通过对原始采集图像处理不同程度地优化图像客观质量。

①.100 kV图像;②.140kV图像;③.非线性融合图像;④.最佳单能量图像。

目前已有较多关于双能量CT在肺动脉血管成像中的应用研究,但是研究关注点主要集中在肺灌注图像对PE的诊断价值[3-5]及对肺动脉血管成像图像质量的改善[9-11],而将肺动脉栓子客观参数作为研究对象进行评价的临床研究较少。

本研究应用双源CT后处理工作站中优化对比(Optimum Contrast)程序是采用改进型“S”形函数进行不同比例能量混合从而实现非线性图像融合。在CT值较低区域的融合图像中140 kV图像信息所占比例较大,而CT值较高区域则相反,从而在保证低能量图像中对比度的同时获得高能量图像的低噪声。本研究将研究参数设为Blending Center=150 HU、Blending Width=200 HU,即对-50 HU～350 HU范围内的组织图像进行不同比例能量融合。本研究表明,四组图像中栓子CT值差异无统计学意义,但是从噪声、SNR、CNR三方面比较,非线性融合图像质量最佳,与其他三组图像比较差异均具有统计学意义。这表明,利用非线性融合图像可以更清晰地显示肺动脉栓子。

最佳单能量成像技术可以利用后处理软件进行图像重组,获得连续的虚拟单能量图像。不同能量级图像具有不同特征。低能量级图像密度分辨率较高,组织对比好,但图像噪声增高,而高能量级图像可以有效抑制硬化和金属伪影,但组织对比减弱。

因此,在工作中需要根据成像目的不同而选择合适的能量图像。本研究关注点在于肺动脉栓子的显示及检出,因此,要求图像中栓子与邻近血管具有良好的对比度,即两者之间具有较大CT差值的同时栓子噪声也较低。如果X线能量水平降低,血管CT值会升高,血管与栓子CT差值也越大,但栓子噪声会随之增大,CNR反而会下降。而X线能量水平升高,栓子噪声会减小,但血管CT值也会下降,CNR也会随之下降。因此,最佳单能量图像可在CT差值和噪声之间寻找一个平衡点,使得CNR最优化。

综上所述,双能量CT非线性融合技术及最佳单能量图像技术在提高肺动脉栓子图像质量方面具有一定优势,可用于临床肺动脉成像检查中。