双层探测器光谱CT在肺动脉栓塞诊断中的价值⋆
时间：2023-02-10 11:50:09 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
燕云霄 田晓娟 丁 雷乔 英,*
1.山西医科大学医学影像学院(山西 太原 030001)
2.山西医科大学附属第一医院影像科(山西 太原 030001)
3.北京飞利浦(中国)投资有限公司健康科技CT市场部 (北京 100600)
血液中的各种内、外源性栓子若随肺循环进入肺动脉进而阻塞系统会引发一系列临床综合征或疾病，将其统称为肺动脉栓塞(pulmonary embolism，PE)。临床上通常按照阻塞栓子的不同，可分为血栓栓塞、空气栓塞、羊水栓塞等，其中尤以肺血栓栓塞症(pulmonary thromboembolism，PTE)最为常见。就统计结果来看，无论是发病率，还是死亡率、漏诊率，PTE相对于其他类型的栓塞都更高。作为传统临床工作中诊断肺动脉栓塞的影像学“金标准”，肺动脉数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)很大的弊端在于其有创性，会对患者的身体造成额外伤害，因此在临床诊断过程中的应用越来越少，取而代之的是CT肺动脉造影(computed tomography pulmonary angiography，CTPA)，现阶段临床上在对肺动脉栓塞做出诊断时，已将CTPA作为关键的参考依据[1]。
随着科学技术的进步以及光谱成像的发展，双层探测器光谱CT(dual-layer spectral detector CT，DLCT)实现了“一切扫描皆能量”的设想[2]，即患者在接受检查前不需要根据临床需要预判是否采用双能量模式扫描，就能够通过双层探测器组合数据重建出常规及特殊光谱图像[3]，既降低了辐射剂量，又为临床医生在诊断肺灌注功能异常时提供了直接、综合利用碘密度图及有效原子序数图的可能性，并在此基础上根据功能学信息定位出病变血管，有助于及时、尽早发现外周小分支栓塞，降低漏诊率。
1.1 一般资料从2019年07月至2019年11月期间就诊于山西医科大学第一医院的患者中筛选出298例临床怀疑肺栓塞的患者作为研究对象，平均63±14岁，其中最低年龄为22岁，最高年龄为90岁，男性145例，女性153例。此次研究的所有对象均或多或少的存在呼吸困难、胸痛、咯血或咳嗽等临床表现，以及实验室检查D-二聚体升高、血氧饱和度下降。
排除标准如下：图像存在伪影、模糊不清、质量较差的患者；
有肺叶(部分)切除手术史或存在肺炎、肺不张、胸腔积液、肺气肿、肺肿瘤等严重肺基础疾病的患者；
存在严重心、肝、肾功能不全或生命体征不稳定或其他增强CT检查一般禁忌症的患者。
1.2 检查方法参与此次研究的全部病例均通过双层探测器光谱CT(IQon Spectral CT，Philips Healthcare)进行扫描。扫描范围为整个胸廓，上至肺尖，下至肺底，患者体位为仰卧头先进。以4mL/s的速度在所有研究对象的肘静脉注射约25~30mL规格为370mgI/mL的造影剂碘普罗胺(拜耳医药保健有限公司)，其后以同样的速度追加注射40mL左右的生理盐水。感兴趣区放置在上腔静脉，当达到90HU的阈值时，延迟6秒进行扫描。以下为其他参数设置情况：平扫胸部CT管、CT血管造影(CTA)管电流分别为50~350mAs、50~450mAs，管电压分别为120kVp、120kVp，螺距分别为0.953、1.234，准直分别为64×0.625mm、64×0.625mm，旋转时间分别为0.50s、0.27s。
在离线工作站ISP(IntelliSpace Portal，Philips Healthcare)上使用全息光谱图像(spectral-based imaging，SBI)数据包重建出常规CTPA图像、虚拟单能量图像(virtual monoenergetic image，VMI)、碘密度图及有效原子序数图(Z-eあective)。
1.3 图像分析在影像主治医师中挑选出2名在胸部阅片方面经验丰富的医师，随后在工作站独立分析常规CTPA图像以及光谱图像(最佳单能量图、碘密度图以及有效原子序数图)，分析过程中详细记录诊断为PE的患者例数及其各自的栓子位置、数量，通过感兴趣区(region of interest，ROI)针对有效原子序数图、碘密度图上灌注缺损区与邻近位置或对侧相同位置正常肺实质区的有效原子序数值、碘浓度值进行测量。CTPA诊断PE患者为阳性病例的标准如下:打入造影剂的肺动脉出现远端管腔未显影或局部管腔充盈缺损或狭窄。有效原子序数图、碘密度图诊断PE患者为阳性病例的标准如下:将肺内其他可能引发肺组织灌注缺损的相关基础疾病排除，与临近位置或对侧同一位置的正常肺实质对比表现为灌注异常。
1.4 临床肺栓塞诊断根据《肺血栓栓塞症诊治与预防指南》(2018年版)[4]，结合患者的临床表现、影像学诊断结果、实验室检查等得出最终诊断[5]。
1.5 统计方法计数资料以数值表示，比较采用χ2检验；
计量资料以中位数、最小值和最大值表示，比较采用Wilcoxon秩和检验，并绘制碘浓度值及有效原子序数值的受试者操作特征曲线(receiver operating characteristic curve，ROC曲线)，并根据最大约登指数(YImax=灵敏度+特异度-1)明确有无肺栓塞的最佳概率值阈值，计算ROC曲线下面积(AUC)来确定两者的诊断效能。所有统计结果采用专用统计软件 SPSS 24.0进行数据分析，P<0.05认为差异有统计学意义。
2.1 常规CTPA和双层探测器光谱CT基于患者水平诊断肺栓塞的结果经过一系列的临床诊断，所有298例研究对象中，有63例确诊为PE，其中各个图像诊断肺栓塞的阳性例数如表1所示。相较于常规CTPA图像而言，DLCT光谱图像诊断肺栓塞无论是从阳性预测值、阴性预测值方面，还是从灵敏度、特异度、准确度方面，都有了一定程度上的提升，如表2所示。
表1 常规CTPA和光谱图像对肺栓塞的诊断结果
表2 常规CTPA和光谱图像对肺栓塞的诊断效能
2.2 肺动脉栓子分布位置及数量常规CTPA图像在PE阳性患者中共检出栓子127个，其中肺叶及以上肺动脉栓子32个，肺段动脉栓子87个，肺亚段及以下动脉栓子8个；
最佳单能量图、碘密度图、有效原子序数图分别检出栓子144个、172个、172个，肺叶及以上肺动脉栓子32个、32个、32个，肺段动脉栓子92个、94个、94个，肺亚段及以下肺动脉栓子20个、46个、46个。相较于常规CTPA图像，最佳单能量图、碘密度图、有效原子序数图在检出栓子方面均存在较为明显的优势(P<0.05)，尤其是大大降低了对于肺亚段及以下动脉栓子的漏诊率，如表3所示。
表3 常规CTPA和光谱图像检出肺动脉栓子的比较
2.3 碘密度图及有效原子序数图的定量分析在碘密度图及有效原子序数图上分别定量测量灌注缺损区域及相应正常肺实质区域碘浓度值及有效原子序数值，对以上数值进行正态性检验，结果发现其均不满足正态性分布(P<0.05)。两区域间的碘浓度值及有效原子序数值均存在显著性差异(P<0.05)，如表4所示。
表4 灌注缺损区及正常肺实质区碘浓度值及有效原子序数值比较
在碘浓度值、有效原子序数值数据的基础上进一步分析ROC曲线，在区分PE区与正常肺实质区时分别以0.66mg/mL、8.91为阈值，敏感度分别为98.3%和98.3%，特异度分别为95.9%和93.6%，曲线下面积分别为0.991和0.992，如图1所示。
图1 ROC曲线分析显示，碘浓度值和有效原子序数值曲线下面积分别为0.991和0.992。
DLCT本质上仍然属于双能量CT，与传统双能量CT不同的是，前者是在射线到达探测器水平时实现能量分离的，探测器中的闪烁体部分包括两层结构：上层为吸收低能量光子的钇基石榴石闪烁体，下层为吸收高能量光子的硫化钆[6]。探测器中的另一重要组成部分-薄层前照式光电二极管能够实现光信号到数字信号的转换。这些信号最终生成为常规数据，以全息光谱图像(SBI)基数据包的形式储存[7]，存储于主机、工作站或图像存储与传输系统中，影像科医生可依据临床需要在工作站ISP上使用该数据包重建出40~200keV的虚拟单能量图像、光谱曲线、基物质图以及有效原子序数图等，从而为诊断PE提供更为科学和有力的提示。
常规CTPA对PE的诊断主要是通过直观观察肺动脉管腔内是否存在充盈缺损，易受CT空间分辨率的影响，对于远端微小栓子的显示欠佳。相比之下，DLCT多参数分析，可视化亚段及其以下的肺栓塞及肺灌注情况，从而较全面评价栓子对肺组织血流状态的影响，提高PE的诊断效能。此次研究过程中，本文基于患者水平，立足于临床最终确诊结果，分别计算了常规CTPA图像与DLCT光谱图像(最佳单能量图、碘密度图及有效原子序数图)诊断肺栓塞的各项效能指标，如表2所示，结果反映后者均较前者有所提高，无独有偶， Cai等[8]人和Lu等[9]人的研究也取得了相似的结果，由此反映出光谱图像诊断肺栓塞的漏诊率、误诊率与常规CTPA图像相比有所降低。需要特别强调的是，此次研究开展过程中，在碘密度图上有27例患者发现了常规CTPA图上并未显示的灌注缺损，共计47处，而且经过一系列临床正规抗凝治疗后，该27例患者的临床症状减轻甚至消失，与此同时，实验室检查恢复正常，且通过复查 DLCT 光谱图像并未找到之前的灌注缺损区，这一随访结果也证明光谱图像的PE诊断灵敏度高于常规CTPA图像。另外，在常规CTPA图上2例病例显示有2处栓子，但对应区域灌注缺损并未在碘密度图上反映出来，导致的原因可能是肺组织侧支循环形成或栓子并非是闭塞性栓子[10]。
除此之外，本文还立足于栓子水平，对DLCT光谱图像在显示栓子分布位置方面的价值进行了评价。VMI通过单能束流照射物体而产生图像，其产生的能级范围约 40keV到200keV，能够准确表现物质随X射线能级的变化而变化的过程。有研究表明VMI能够减少图像伪影及硬化束效应[11-12]。且相较于120kVp图像而言，40~65keV 范围内图像的信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)更优，诊断灵敏度也更高[13-14]，因此将最佳单能量图规定为40~65keV虚拟单能量图。本研究中，将其与常规CTPA图对比，发现两者在检出肺段及以上动脉栓子方面无明显差异，但前者具有更高的亚段及以下栓子检出率，在一定程度上契合了Ghandour 等[15]、Bae等[16]、赵艳玲等[17]所取得的研究结果，说明低能级图像能够提高软组织对比度并优化图像质量，提高PE的诊断性能，其中尤以对于部分远端分支血管的诊断评估最为显著。
碘密度图像运用物质分离的原理，通过黑白图像展示，在一定程度上直观地反映出肺组织血流灌注情况；
有效原子序数是又一个可以反映物质成分的参数，有效原子序数图通常用颜色编码的彩图来展示，不同颜色及原子序数代表不同的物质组成，能够对感兴趣区内的物质组成进行定性分析，如图2中C、D所示。本文通过有效原子序数图、碘密度图共计发现46个肺亚段及以下动脉栓子，相比之下，常规CTPA图像却仅仅发现了8个动脉栓子，不难对比出前者检出率之高。Weidman 等[18]人通过分析1035例肺栓塞患者的双能量CT血管造影图像，发现在碘密度图上观察到的附加栓子均为节段性或亚节段性栓子。也有研究[19]表明，碘图在诊断亚段及外周水平栓子的敏感度可由CTPA的23.8%提高到95.9%，准确度可由50.4%提高到88.2%。由此说明碘图能够明显提高外周细小分支肺动脉栓子的检出能力。此次研究中，碘图及有效原子序数图显示，有23例患者新发现了38个亚段及以下动脉栓子，而这些在常规CTPA 图像上并未明显体现出来，正如图3所示，通过有效原子序数图、碘密度图可看到肺组织局部灌注减低，由此针对45keV最佳单能量 CTPA 图又进行了重新阅读，结果观察到了右肺上叶前段分支动脉内的细小栓子，分析其原因可能是栓子密度较高、体积过小、位置较远等，超出了常规CTPA的空间分辨率，故难以显示，而定量分析碘浓度及有效原子序数值在很大程度上提高了诊断这些较为隐匿栓子的敏感性。Cai等[8]人和Wu等[20]人通过对肺栓塞患者的碘密度图研究、分析，认为碘浓度的定量测量有助于识别肺栓塞的存在与否。我们的研究也得出了类似的结论。另外，我们还对有效原子序数图展开了一系列类似的ROC曲线分析及定量测量，得出来与碘浓度图相似的诊断效能，验证了光谱图像对肺栓塞的定量诊断价值。
图2 图2A：为常规CTPA图，图2B：为65keV最佳单能量图，两图中黄色箭头指向右肺上叶后段内小栓子。图2C～图2D：分别为同一层面碘密度图与有效原子序数图。图3 图3A：为常规CTPA 图，图3B：为45keV最佳单能量图，图3C：为有效原子序数图，图3D：为碘密度图。
综上所述，除了能显示较为详尽的解剖学信息以外，肺栓塞阳性者的光谱图像还能够针对肺组织灌注情况展开多参数分析，由此将多样化的影像学及功能学信息提供给医师以供其临床诊治及随访，推动了临床诊疗活动的开展，真正进入精准快速诊断病变时代。
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