陸璐，盛茂，李若梅，趙子健，袁虎，張繼，錢銀鋒，李小虎*

1.安徽醫(yī)科大學(xué)附屬合肥醫(yī)院 合肥市第二人民醫(yī)院影像中心，安徽 合肥 230001；2.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，安徽 合肥 230022；*通信作者 李小虎 lixiaohu@ahmu.edu.cn

冠狀動脈CT血管成像（coronary computed tomography angiography，CCTA）作為一種無創(chuàng)性檢查技術(shù)，已廣泛用于評價冠狀動脈病變。對于低-中度冠狀動脈疾病風(fēng)險患者，CCTA具有較高的敏感性和陰性預(yù)測值[1]。常規(guī)CCTA為混合能量成像，由于部分容積效應(yīng)和線束硬化偽影的影響，會高估鈣化斑塊的體積，低估非鈣化斑塊的體積，導(dǎo)致狹窄程度評價不準確[2]。雙層探測器光譜CT具有一個X射線球管，但有兩層探測器，上層吸收低能光子，下層吸收高能光子，從而將穿透人體的X線生成高低兩種能量數(shù)據(jù)[3]。這些數(shù)據(jù)經(jīng)過圖像后處理可獲得不同的光譜圖像，包括虛擬單能圖像、碘密度圖、虛擬平掃以及有效原子序數(shù)圖[4]。其中，虛擬單能級圖像代表單能量X線光子透照人體后產(chǎn)生的圖像[5]。低能級圖像具有較好的軟組織分辨力及較低的噪聲，可以提高CCTA圖像的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），高能級圖像可以減輕硬化束偽影[6]。本研究擬比較雙層探測器光譜CT獲得的40～150 keV范圍內(nèi)虛擬單能級圖像與常規(guī)CCTA圖像的質(zhì)量，旨在提高CCTA對冠狀動脈病變的診斷準確性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析合肥市第二人民醫(yī)院2021年2—6月行雙層探測器光譜CCTA患者的影像資料。排除標準：①腎功能不全、對比劑過敏、心律不齊；②40 d內(nèi)發(fā)生過心肌梗死；③復(fù)雜的先天性心臟?。虎芫哂行呐K手術(shù)病史（支架置入、冠狀動脈旁路移植術(shù)及瓣膜移植）及心力衰竭病史。共收集100例患者，其中男55例，女45例，平均年齡（57.9±13.1）歲。本研究經(jīng)過醫(yī)院倫理委員會批準（2021034），所有患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 采用雙層探測器光譜CT（Philips）心電門控回顧性軸位掃描。患者心率均控制在70次/min以下。掃描范圍從氣管分叉下方1 cm至心臟膈面水平。掃描參數(shù)：準直器寬度64×0.625 mm，轉(zhuǎn)速0.27 s/圈，管電壓120 kV，管電流采用自動調(diào)制技術(shù)。使用雙筒高壓注射器于右側(cè)肘正中靜脈注入70 ml碘克沙醇（含碘量320 mg/ml）對比劑，流速5.0 ml/s，注射完畢后立即以相同流速注射40 ml生理鹽水。應(yīng)用對比劑示蹤技術(shù)，在降主動脈設(shè)定感興趣區(qū)（ROI），當CT值達到90 Hu時，延遲6 s自動觸發(fā)掃描。采用能級迭代重建方式對圖像進行重建，獲得40～150 keV光譜圖像，層厚0.9 mm，間隔0.5 mm，強度3。

1.3 圖像后處理 使用Philips SpDS后處理工作站，從40～150 keV，每隔10 keV重建出1組虛擬單能量圖像，并重建出容積再現(xiàn)（VR）和曲面重組（CPR）圖像。

1.4 圖像評價 圖像質(zhì)量客觀評價：在軸位像上選取ROI，測量主動脈根部（AO）、左前降支（LAD）中段、左回旋支（LCX）中段及右冠狀動脈（RCA）中段的CT值，ROI范圍接近動脈管徑，避開鈣化斑塊區(qū)域，測量3次，取平均值，每次ROI大小盡量一致，以AO CT值的標準差作為圖像噪聲，比較各能級單能量圖像以及常規(guī)圖像冠狀動脈的CT值、SNR、CNR及圖像噪聲。

圖像質(zhì)量主觀評價：將冠狀動脈分為18個節(jié)段，由2名高年資主任及副主任醫(yī)師按4分法分別單獨評估冠狀動脈每一節(jié)段的圖像質(zhì)量。評分標準：1分，噪聲大，偽影重，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，圖像質(zhì)量差；2分，噪聲較大，偽影較重，解剖結(jié)構(gòu)顯示欠清，圖像質(zhì)量較差；3分，噪聲較小，偽影較少，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，圖像質(zhì)量良好；4分，噪聲小，無偽影，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，圖像質(zhì)量佳。如評價結(jié)果不一致時，由第3名高年資主任醫(yī)師決定最終結(jié)果。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 使用SPSS 25.0軟件，符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，組間比較采用配對t檢驗；非正態(tài)分布的計量資料采用M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗。采用Spearman相關(guān)分析虛擬單能級水平與圖像SNR、CNR的相關(guān)性。主觀評分一致性采用Kruskal-Wallis檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像CT值、SNR、CNR及圖像噪聲比較 40～150 keV虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像AO、LAD、LCX和RCA的CT值、SNR、CNR及圖像噪聲比較，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05），見表1～3。

表1 不同虛擬單能級圖像CT值與常規(guī)圖像CT值比較[M（Q1，Q3）]

表2 不同虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像SNR比較[M（Q1，Q3）]

2.2 虛擬單能級圖像SNR、CNR與keV的相關(guān)性LAD、LCX、RCA虛擬單能級圖像的SNR與keV能級呈負相關(guān)（r=-0.864、-0.843、-0.856，P＜0.01），LAD、LCX、RCA虛擬單能級圖像的CNR與keV呈負相關(guān)（r=-0.816、-0.782、-0.826，P＜0.01），見圖4。

圖4 左前降支（A）、左回旋支（B）和右冠狀動脈（C）虛擬單能級圖像的SNR、CNR與keV能級的相關(guān)性

表3 不同虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像CNR比較[M（Q1，Q3）]

40 keV虛擬單能級圖像AO、LAD、LCX和RCA的CT值最高，隨著能級升高，各組CT值逐漸減低。40 keV、50 keV虛擬單能級圖像AO、LAD、LCX和RCA的CT值明顯高于常規(guī)圖像（P均＜0.01）。

圖像噪聲在40 keV時最大，40～70 keV圖像噪聲逐漸下降，70 keV之后圖像噪聲保持穩(wěn)定。40 keV、50 keV虛擬單能級圖像AO、LAD、LCX和RCA的SNR及CNR明顯高于常規(guī)圖像（P均＜0.01），見圖1～3。

圖1 男，42歲，左前降支混合斑塊，管腔輕度狹窄。A.左前降支VR圖；B. 40 keV單能級CPR圖，CNR為26；C.常規(guī)CPR圖，CNR為7

2.3 主觀評價指標 40 keV、50 keV虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像主觀評分比較顯示，虛擬單能級圖像15例有13個血管節(jié)段可評估，55例有14個血管節(jié)段可評估，25例有15個血管節(jié)段可評估，5例有16個血管節(jié)段可評估，共1 420個血管節(jié)段可評估。常規(guī)圖像13例有13個血管節(jié)段可評估，43例有14個血管節(jié)段可評估，10例有15個血管節(jié)段可評估，1例有16個血管節(jié)段可評估，共937個血管節(jié)段可評估。40 keV、50 keV虛擬單能級圖像LAD、LCX、RCA遠端血管顯示明顯優(yōu)于常規(guī)圖像，優(yōu)秀及良好的圖像明顯多于常規(guī)圖像（H=194，P＜0.01），見表4。

表4 40 keV、50 keV虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像主觀評分比較

圖2 男，44歲，左回旋支未見明顯鈣化及非鈣化斑塊。A.左回旋支VR圖；B. 40 keV單能級CPR圖，CNR為32；C.常規(guī)CPR圖，CNR為10

圖3 男，67歲，右冠狀動脈未見明顯鈣化及非鈣化斑塊。A.右冠狀動脈VR圖；B. 40 keV單能級CPR圖，CNR為24；C.常規(guī)CPR圖，CNR為8

3 討論

CCTA可以直觀顯示冠狀動脈的病變部位和管腔狹窄程度，操作簡便、無創(chuàng)，目前已廣泛應(yīng)用于臨床。

3.1 雙層探測器光譜CT虛擬單能量圖像原理 能譜CT以其多參數(shù)成像的特點，已廣泛應(yīng)用于臨床[7-8]。與常規(guī)CT掃描相比，雙層探測器光譜CT的探測器可以分別吸收不同能級X線?；旌夏芗壍腦線經(jīng)過高低層探測器吸收后再分別以光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)線性結(jié)合形式輸出，從而得到不同能級的單能量圖像。一次掃描可在相同時間及位置獲得40～200 keV范圍內(nèi)161個虛擬單能級圖像[4,9]，通過選擇不同的單能級可優(yōu)化圖像的對比度，從而提供更加豐富的圖像信息[7,10]。

3.2 雙層探測器光譜CT虛擬單能量圖像質(zhì)量 本研究將雙層探測器光譜CT 40～150 keV虛擬單能級圖像與常規(guī)CCTA圖像AO、LAD、LCX和RCA的CT值進行比較，發(fā)現(xiàn)40 keV、50 keV虛擬單能級圖像AO、LAD、LCX和RCA的CT值明顯高于常規(guī)圖像（P＜0.01），與Chalian等[11]的研究結(jié)果基本一致，即50 keV虛擬單能級圖像升主動脈、主動脈弓及降主動脈各段CT值均明顯高于常規(guī)圖像，可以提高圖像質(zhì)量。也有研究指出40 keV虛擬單能級圖像冠狀動脈CT值相當于常規(guī)圖像的3～4倍[12]，這主要是由于低能級圖像主要受光電效應(yīng)的影響，血管的CT值接近碘的k邊緣值，血管的強化程度較高，組織間的對比增加，可以改善血管強化不佳的圖像質(zhì)量，并有助于顯示遠端細小血管，高能級水平圖像主要受康普頓散射的影響，雖然減少圖像的硬化束偽影，但同時會降低圖像對比度[4,12]。

Kalisz等[13]報道40 keV圖像噪聲最大，40～70 keV圖像噪聲逐漸下降，70～200 keV圖像噪聲穩(wěn)定在較低水平，本研究結(jié)果與該研究基本相符，雖然本研究中40 keV、50 keV圖像噪聲較常規(guī)圖像大，但無顯著差異，而70～150 keV圖像噪聲明顯低于常規(guī)圖像。這主要是由于雙層探測器光譜CT的單能級圖像采用噪聲反相關(guān)技術(shù)，將圖像分解為光電圖像和康普頓散射圖像，當光電圖像噪聲增加時，康普頓散射圖像噪聲減低，70 keV時兩者權(quán)重相等，噪聲最小，低能級或高能級噪聲較大[13-15]。

雖然40 keV圖像噪聲最大，但對40～150 keV虛擬單能級圖像LAD、LCX、RCA的SNR和CNR比較顯示，40 keV虛擬單能級圖像LAD、LCX、RCA的SNR和CNR最高，隨著能級升高，LAD、LCX、RCA圖像的SNR和CNR顯著降低，LAD、LCX、RCA虛擬單能級圖像的SNR、CNR與keV呈負相關(guān)，與既往研究[16]相符。付藍琦等[17]對胃結(jié)腸靜脈干CTA虛擬單能級圖像評價發(fā)現(xiàn)，40 keV虛擬單能級圖像胃結(jié)腸靜脈干SNR及CNR明顯高于其他能級圖像，且隨著能級降低，SNR及CNR呈遞增趨勢。

40 keV、50 keV虛擬單能級圖像AO、LAD、LCX和RCA的SNR及CNR明顯高于常規(guī)圖像，其原因為低能級圖像受光電效應(yīng)影響最大，碘衰減對血管強化的影響超過了噪聲對血管強化的影響，因此SNR和CNR最高[18]。

將40 keV、50 keV虛擬單能級圖像與常規(guī)圖像的主觀評分進行比較，結(jié)果顯示40 keV、50 keV虛擬單能級圖像中LAD、LCX、RCA遠端血管顯示明顯優(yōu)于常規(guī)圖像，優(yōu)秀及良好的圖像也明顯多于常規(guī)圖像。Du等[19]在對宮頸癌CTA分析中發(fā)現(xiàn)，50 keV虛擬單能級圖像在顯示血管清晰度、血管邊緣銳利度和血管分支數(shù)上均優(yōu)于常規(guī)圖像和70 keV虛擬單能級圖像，楊海濤等[20]利用雙能量CT對炎性腸病圖像質(zhì)量分析發(fā)現(xiàn)，50 keV虛擬單能量圖像質(zhì)量和圖像銳利度得分最高。本研究結(jié)果與上述結(jié)果基本一致。

3.3 本研究的局限性 ①本研究為單中心回顧性研究，樣本量相對較少，結(jié)果還需更大樣本研究進一步驗證。②本研究采用常規(guī)的對比劑濃度及劑量，未考慮對比劑對圖像質(zhì)量的影響。③本研究所選擇血管不包括明顯鈣化或彌漫性鈣化區(qū)域，未能比較虛擬單能級圖像在減輕鈣化偽影方面的優(yōu)勢，后續(xù)將對其進一步研究，同時也會將心肌功能成像與虛擬單能級圖像相結(jié)合，實現(xiàn)功能和結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，提高診斷準確性。

綜上所述，雙層探測器光譜CT 40 keV、50 keV虛擬單能級圖像較常規(guī)CCTA圖像具有更高的SNR和CNR，遠端血管顯示也優(yōu)于常規(guī)圖像，明顯提高了冠狀動脈圖像質(zhì)量，對冠狀動脈病變的顯示具有較高的臨床應(yīng)用價值。