钟晶， 杨凤娇， 张艳， 李如帅， 刘慧莲， 吴建伟

·胸部影像学·

双能量CT增强扫描在肺部血管容积再现中的价值

钟晶， 杨凤娇， 张艳， 李如帅， 刘慧莲， 吴建伟

目的：探讨双能量CT增强扫描在肺部血管容积再现(VR)中的价值。方法：40例患者行胸部双源CT双能量增强扫描，把监测点设置在上腔静脉，分别获得80 kV(组1)、140 kV(组2)、M=0.6(组3)、最佳单能量(组4)和非线性融合(组5)图像。由两位影像科医师分别测量肺动脉干、左下肺动脉与左上肺静脉CT值并计算平均值，计算肺动脉干信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)、左下肺动脉与左上肺静脉CT值差值，使用单因素方差检验比较上述各指标在各组间的差异，获得最佳质量组图像并行VR重组，规定肺动脉为红色，肺静脉为蓝色，由两位影像科医师共同评价VR图像质量并取得一致意见，根据肺动静脉颜色差异把VR图像分成优、良和差三个等级，探讨VR图像的优缺点并分析其原因。结果：5组图像的SNR和CNR总体有显著差异(分别为F=25.049，P<0.001；F=24.882，P<0.001)，组5具有最高的SNR、CNR，与其他各组差异均有统计学意义(均为P<0.05))，5组肺动静脉CT值差值总体有显著差异(F=21.120，P<0.001)，组5肺动静脉CT值差值最高，与组1差异无统计学意义(P>0.05)，与其它3组差异具有统计学意义(P<0.05)。采用非线性融合数据行VR重组，32例VR图像评为优，6例评为良，2例因呼吸运动导致监测点移位病例VR图像评为差。结论：双能量CT非线性融合图像具有很高的SNR、CNR，且肺动静脉CT值差值最大，VR重组时增加了肺动静脉色差，有利于肺段血管的精确定位。

体层摄影术，X线计算机； 非线性融合； 肺部血管； 容积再现

以肺段切除术为主的肺部微创手术需要术前精准了解肺部血管等解剖结构，如何获得理想的良好色差的肺动静脉三维图像对于外科医生精确制定术前计划至关重要。双源双能量CT扫描能够获得连续的不同能量的图像，各种能量图像具有不同的组织对比度，广泛应用于脏器增强检查、血管成像、去金属伪影等领域。本文通过比较Siemens双源CT双能量增强扫描得到的多种能量图像，并经容积再现(VR)重组试图总结出能获得理想色差的肺部血管图像的成像技术，从而为术前肺段血管的精确定位提供新的技术方法。

表1 40例胸部双能量CT增强扫描各种能量图像质量比较

注：*与对应项的非线性融合组比较，差异均有统计学意义(P<0.05)；#与对应项的140 kV组比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。

材料与方法

1.研究对象

本组40例行胸部CT增强的患者，男33例，女7例，年龄32～82岁，平均59.8岁。入选标准：肺部结节病灶行增强检查以及随访、胸部有局灶性病变术前检查、恶性肿瘤常规胸部随访者。排除标准：肺部有大量或大片病灶、肺动脉栓塞、病灶累及肺部血管、胸水影响肺部血管显示、肺实变和不张、对比剂过敏以及不能良好配合者。在检查前由本人及家属签署CT增强检查知情同意书。

2.检查方法

采用第二代双源CT (Siemens Somatom Definition Flash)扫描仪行双能量扫描，参数如下：管电压80/140 kV， 参考管电流为179/76 mAs， 螺距1.2， 球管旋转时间为0.28 s，准直器64×0.6 mm。开启Caredose 4D技术智能调整mAs。患者取仰卧位，双臂上举，扫描方向为自锁骨上窝至膈肌水平的头足方向。使用Ulrich高压注射器，团注30 mL碘克沙醇(320 mg I/mL)，流率4 mL/s，随之以等量生理盐水冲洗尽量减少上腔静脉内残留对比剂。采用对比剂跟踪技术，将监测区设置在上腔静脉，深吸气屏气后扫描，扫描阈值为70 HU，延迟3 s扫描。

3.图像处理及质量评估

采用第二代双源CT工作站携带的Dual Energy软件，选择Monoenergetic形成能谱曲线，对准曲线峰值重组最佳单能量图像，而选择Optimun Contrast，加权窗宽200 HU，加权窗位150 HU(默认)重组非线性融合图像，层厚、层距与原始图像一致。根据不同能量把图像分成80 kV组(组1)、140 kV组(组2)、M=0.6组(组3，融合系数为0.6，即采用60%的80 kV数据和40%的140 kV数据线性融合的图像组)、最佳单能量组(组4)和非线性融合组(组5)，其中组1～组3为设备自动生成。由两名影像科医生分别测量各组图像肺动脉干的CT值、同层竖脊肌的CT值、左下肺动脉及同层左上肺静脉的CT值，并计算平均值，计算肺动脉干的信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。计算公式如下：SNR=肺动脉干CT值/噪声(N)，CNR=(肺动脉干CT值-竖脊肌CT值)/噪声(N)，选取兴趣区(ROI)大小约25 mm2，其中噪声为同层面空气的标准差。计算肺动静脉CT值差值(A-V)和肺动脉较肺静脉CT值增加百分比[(A-V)/V]。比较SNR、CNR、肺动静脉CT值差值、肺动脉较肺静脉CT值增加百分比在各组间差异。

经上述各组图像质量客观评价，获得SNR、CNR和肺动静脉CT值差值等综合质量指标最佳组，使用GE ADW 4.5工作站，采用该组数据重组VR图像，并根据肺动静脉色差分为优、良、差三种等级图像，由两名影像科医师分别对VR图像分别进行评价并取得一致意见，根据临床需求具体判断标准如下：优，肺动、静脉管壁光滑，亚段以上肺动脉呈红色，肺静脉为蓝色；良，肺动、静脉管壁光滑或稍毛糙，段以上肺动脉呈红色，亚段肺动脉部分或全部呈蓝色，而肺静脉为蓝色；差，通过色彩不能良好区分肺动、静脉。计算优、良和差三个等级患者肺动脉较肺静脉CT值增加百分比。被评为优及良的图像被认为临床可以接受，评为差的图像不能满足临床要求。分析图像质量差的原因。

4.统计学方法

结 果

各组病例经双能量CT扫描及重组后得到的图像的肺动静脉对比度均不相同(表1)。组5(非线性融合组)肺动静脉CT值差值最大，图像质量最优，因此采用非线性融合原始图像经VR重组。40例重组VR图像中，32例图像为优(80%)，6例图像为良(15%)，2例为差(5%)，肺动脉较肺静脉CT值增加百分比分别为557%、145%和63%，在32例评为优和6例评为良的病例中11例上下肺血管有轻微色差(图1～3)。

图1 男，65岁。a) 右肺血管VR右侧观，肺动静脉CT值差值为550HU，肺动脉主干到亚段各级肺动脉呈红色，肺静脉呈蓝色，肺动静脉色彩分明，图像质量评为优。右肺尖段不规则结节(MASS)与所属动脉(A)和静脉(V)的关系清晰可见； b) 右肺血管VR侧上观。图2 男，65岁，左肺血管VR图像，肺动静脉CT值差值为313HU，肺动脉主干至段肺动脉呈红色，亚段肺动脉和肺静脉呈蓝色，部分下叶肺静脉略带微红，不影响动静脉区分，图像质量评为良。 图3 男，54岁，左肺血管VR图像，肺动静脉CT值差值为163HU，肺静脉充盈较多对比剂，肺动脉主干至段肺动脉呈红色，肺静脉呈蓝色，但部分亚段、段肺静脉呈红色，肺动静脉不能良好区分，图像质量评为差。

讨 论

肺段切除术能够保留更多的肺组织，有利于术后恢复，广泛应用于早期肺癌、肺部良性病变以及部分转移瘤等病变，文献[1]报道I期非小细胞肺癌肺段切除术较楔形切除术具有更高的存活率而手术效果与楔形切除术相当。肺段切除术对影像科提出新的要求，如何显示肺部血管、支气管和病灶空间关系显得非常重要。

容积再现(VR)能够以不同的伪彩色显示各种组织，在CT图像上不同的灰度代表不同的密度，VR重组要求各种组织具有明显的密度差，肺动静脉CT值差值越大，肺动静脉色差越分明，理想状态是肺动脉充盈高浓度对比剂，而肺静脉未充盈,但即使肺静脉有少量对比剂，只要肺动静脉CT值有较大差距也能获得较为理想的VR图像，因此如何使得肺动静脉CT值差值最大化是该技术成功关键。影响肺部血管VR重组的因素除了对比剂量、浓度、注射流率、监测点、延迟时间、肺循环时间的个体差异等外，在此基础上如何保证良好的图像质量同时提高肺动静脉CT值差值至关重要。

胸部双能量增强CT扫描广泛应用于肺栓塞等方面的检查[2-3]。双能量CT增强扫描时，碘在不同能量下呈现不同的CT值，在低管电压条件下因为光电效应和K边缘效应明显提高了CT值，碘的CT值在80 kV时较140 kV时增加80%[4]，但低管电压CT图像增加对比度同时明显增加了噪声，而140 kV的图像对比度明显降低，而常规临床使用的是混合了60%的80 kV的信息和40%的140 kV的信息的图像，兼顾了对比度和信噪比。虚拟单能谱技术常用于去除金属植入物伪影[5]和去除高浓度对比剂引起的线束硬化伪影[6]，而最佳单能量技术可以获得目标组织最佳CNR的肺血管图像[7]。基于非线性融合算法的优化对比(optimum contrast)软件可以每个像素根据其CT值进行不同的能量融合，如果某个像素的CT值越低，其140 kV数据所占的比例就越高，相反，若某个像素CT值越高，则80 kV数据所占比例就越高，并能自动调整图像对比噪声比，尤其适用于肺动脉强化不佳的病例[4]，在腹部血管成像中也有满意效果[8-9]。

笔者评价了双能量CT产生的多序列图像质量并进行统计学分析，结果显示非线性融合图像不仅SNR，CNR最高，肺动静脉CT值差值最高，肺动脉较肺静脉CT值增加百分比最大，笔者采用非线性融合图像行VR重组获得了肺动静脉具有明显色差的VR图像，其中评为优和良的VR图像占95%，满足了临床的需求。因此，笔者认为在对比剂量、浓度、注射流率等成像技术合适前提下，使用非线性融合技术行肺血管VR重组具有明显优越性。

有关CT增强VR重组的文献较少，有学者[10-11]采用调节窗宽和窗位的方法分别显示肺动脉和肺静脉，多数学者[12,13]使用专用软件以不同颜色标记肺动脉、肺静脉以及支气管。国内仅1篇文献采用两次注射对比剂的方法分别显示肺动静脉，也有专用软件用于图像后处理[14]。而本研究充分利用双源CT双能量扫描能够获得各种能量图像的特点，发现非线性融合图像不仅具有最好的信噪比和对比噪声比，同时获得肺动静脉CT值差值最大的数据，利用现有的GE公司的ADW4.5工作站以及携带的常用软件，并且采用少量对比剂获得肺段切除术所需的具有良好肺动静脉色差的VR图像，为肺段切除术顺利实施提供了可能，这是本研究主要成果，据笔者检索所知未见有相关报道。

众多学者在CT增强诊断肺栓塞时把监测点设置在肺动脉主干[2-3]，但不适合本研究目的，也有许多作者[15]将监测点定位于上腔静脉获得较为理想的肺动脉成像。回顾本组40例监测过程，有2例因呼吸幅度大，监测点移出上腔静脉，导致监测不准确，扫描延迟，肺静脉充盈多量对比剂，VR图像评为差，另2例在监测过程中监测点也曾移出上腔静脉，只是最后一次监测扫描监测点回到上腔静脉从而触发扫描，也许检查前进行呼吸训练能够避免类似事件的发生。另外文献[16]报道选择头臂静脉监测点也能获得同样效果，监测点移动可能受呼吸运动影响会小些。

肺动脉到肺静脉的循环时间仅为2～3 s[17]，西门子第二代双源CT最短延迟时间为3 s，因此当监测点CT值达到阈值后2～3 s肺动脉基本能够得到良好灌注，但是双能量CT扫描从肺尖至膈肌需要3～4 s，因此导致肺血管上下出现轻微色差，如果肺循环时间略慢，那么上肺动脉的红色较下肺动脉略浅，如果肺循环时间略快，那么下肺静脉呈蓝色略带微红，但本组资料显示这种色差总体并不影响肺动静脉的分辨，笔者也尝试在首次检查肺动脉充盈对比剂不理想时，采用延迟4 s的方式获得较为理想图像。

针对肺段切除术等肺部微创手术，国内外均开发出相关肺血管三维处理软件[13-14,18]，而本研究利用双能量扫描的非线性融合技术，利用现有工作站及软件做初步研究，并获得色差较为满意的肺血管VR图像，但存在一些不足，因此如何优化检查程序避免肺血管色差、尽量避免监测点移位、根据肺循环的个体差异获得更为理想的VR图像、把肺血管VR图像融合支气管VR图像将更加有利于手术定位等方面需要进一步探索。

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Value of contrast-enhanced dual-energy CT scanning in volume rendering of pulmonary vessels

ZHONG Jing,YANG Feng-jiao,ZHANG Yan,et al.

Department of Radiology,81th Hospital of PLA,Nanjing 210002,China

Objective:To discuss the value of contrast-enhanced dual-energy CT scan in volume rendering of pulmonary vessels.Methods:40 patients underwent contrast-enhanced dual-energy CT of chest with the region of interest (ROI) of triggering position placed within superior vena cava.The original images were post-processed to create 80kV (group 1),140kV (group 2),M=0.6 (group 3),optimal monoenergetic (group 4) and non-linear blending (group 5) images respectively.The CT values of pulmonary trunk,left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were measured by two radiologists respectively.The value of SNR,CNR of pulmonary trunk and the difference of CT value between left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were calculated.The difference of the above mentioned parameters among the five groups were compared using one-factor analysis of variance test.The VR reformation were performed using the best images of the above mentioned five groups,the pulmonary artery was defined as red coded,pulmonary vein as blue coded,the VR images quality was evaluated by two radiologist and reached in consensus.The quality of VR images were graded as excellent,good and poor according to the chromatism of pulmonary artery and vein.The advantage and disadvantage of VR images and their causes were studied and analyzed.Results:SNR and CNR of the images in the 5 groups had significant statistical difference (F=25.049,P<0.001,F=24.882，P<0.001 ,respectively),group 5 had the highest SNR and CNR value compared with the other 4 groups,with statistical significance (P<0.05,P<0.05 respectively).The difference of CT value between left lower pulmonary artery and left upper pulmonary vein were significantly different among the 5 groups (F=21.120，P<0.001),with the biggest difference value in group 5,yet there was no difference between group 1 and group 5 (P>0.05),the CT value difference of group 5 compared with group 2,3 and 4 showed statistical significance (P<0.05).When the VR images were reformed with non-linear blending,the image quality was graded as excellent in 32 cases,good in 6,and poor in 2 which was due to the shift of ROI causing by respiratory movement.Conclusion:The images of dual-energy CT with non-linear blending showed higher SNR and CNR,which maximized the difference of CT value between pulmonary artery and vein and increased their chromatism,it is helpful for precise location of pulmonary vessels.

Tomography,X-ray computed; Non-linear blending; Pulmonary vessel; Volume rendering

210002 南京，解放军八一医院医学影像科

钟晶(1982-)，男，湖南娄底人，住院医师，主要从事双能量CT临床应用工作。

吴建伟，E-mail：wujianwei81@163.com

南京军区医学科技创新经费资助重点项目(15ZD019)

R814.42； R563

A

1000-0313(2017)07-0701-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.07.008

2016-12-12)