能谱CT支气管动脉成像在中央型肺癌中的应用价值

周智越 曹绍东 韩 东 王可铮 张 同

目前，对于无法采用外科切除病灶的中央型肺癌患者，越来越多的临床医生倾向于采用对支气管动脉(bronchial artery，BA)进行超选择插管灌注化疗药等方法予以治疗，获得良好效果[1, 2]。因此，在术前对其进行良好的CT成像对制定诊疗方案就显得尤为重要。但是支气管动脉非常纤细且解剖变异较大，有时常规CT对其成像欠佳，而能谱CT的单能量成像可提高不同组织间的对比度，改善和提升支气管动脉的显示[3]。因此，通过简要分析能谱CT在中央型肺癌支气管动脉成像中的应用价值，希望可以为其临床治疗提供更丰富、更精确的影像学依据。

资料与方法

1.一般资料:搜集2017年4月～2018年8月在笔者医院诊疗的中央型肺癌患者53例，所有患者均行手术或支气管镜病理证实，其中男性33例，女性20例，患者年龄36～85岁，平均年龄61.8±12.1岁。包括鳞状上皮癌37例，小细胞癌6例，大细胞癌2例，腺癌8例。

2.扫描参数：应用美国GE公司宝石能谱CT(Discovery CT750 HD)对53例患者进行胸部增强CT检查，采用GSI扫描技术，范围从锁骨上缘至膈下。扫描参数：80kVp、140kVp高低电压瞬时切换，管电流550mA，机架旋转时间0.5s，螺距1.375∶1，扫描层厚度5mm，扫描视野范围50cm。以1.2ml/kg的剂量注射造影剂碘海醇(350mgI/ml)，流速选择4.0ml/s，并用0.9%氯化钠溶液40ml冲管。将感兴趣区(region of interest，ROI)设置在气管隆突水平的胸主动脉，并作为监测位置，使用对比剂智能跟踪技术来确定扫描的起始时间。当阈值达到150HU时直接触发扫描。

3.后处理图像:检查完成后，可先后获得重建间隔和层厚均为0.625mm的QC图像和系统默认选择的动脉期70keV单能量图像，后者产生从(40～140)keV之间101个不同单能量图像，传送两组原始数据到GE AW4.5后处理电脑，运用GSI Viewer软件包中的Optimal CNR软件对70keV单能量图像进行分析。在BA中心及其同层胸壁肌肉分别先后放置ROI，直接分析获得BA成像最佳的单能量(keV)值，之后重建层间隔和层厚均为0.625mm的该单能量图像。将最佳keV图像及QC图像应用AW4.5工作站，分别通过容积显像(VR)，最大密度投影(MIP)以及多平面重建(MPR)等二维及三维重建技术进行观察、识别及测量。

4.BA识别及测量:(1)BA解剖分型:沿用Morita的分型方法[4]:Ⅰ型：右侧BA起源于右侧肋间动脉；Ⅱ型：右侧BA起源于主动脉；Ⅲ型：左、右侧BA共干并起源于主动脉；Ⅳ型：左侧BA起源于主动脉；Ⅴ型：左侧BA起源于左侧肋间动脉；Ⅵ型：左、右侧BA起源于其他动脉。(2)BA在主动脉开口位置:参考于红等[5]分段方法，在主动脉的横轴位图像上，将主动脉壁沿横向和纵向平均分成4部分，沿逆时针方向记录为右前侧壁(a段)、右后侧壁(b段)、左后侧壁(c段)、左前侧壁(d段)，并分别记录两侧BA在胸主动脉上的开口位置。(3)BA横径测量:选取距离在主动脉开口处发出后10mm范围内的BA管径，在MPR像测量随机选择的3个不同角度的横径，计算其均值，对于起源于肋间动脉的BA，测量横径的位置选择从共干分出之后BA的开口部位。

5.客观图像质量评分:在最佳keV图像及QC图像上，分别在BA中心、同层胸壁肌肉、同层胸壁皮下脂肪层搁置ROI，BA的ROI选择在其距离起源位置10mm范围内，获得各个部位的CT值，并计算图像SNR及CNR，分别利用公式SNR=CT1/SD噪声，CNR=(CT1-CT2)/SD噪声。其中CT1为支气管动脉CT值；CT2为同层胸壁肌肉的CT值；SD噪声为同层平均噪声，本研究通过选择3处同层胸壁皮下脂肪层ROI的CT值来获得SD噪声。

6.主观图像质量评分:由两位高年资的影像医生运用双盲法分析比较BA显示情况。采用5分制目测分别评分最佳keV图像及QC图像的辨识度。评分标准：5分为血管成像优良，边缘锐利；4分为血管显示尚好，边界欠清楚；3分为血管显示一般，尚可进行评分；2分血管显示浅淡，边缘不清楚；1分为血管显示模糊，无法评分。3分及以上视为有诊断价值，2分以下视为不能用于诊断。

结 果

1.BA显示结果:本组53例患者，最佳keV图像组全部显示，QC图像组显示45例；最佳keV图像组总共呈现BA 118支，右侧66支，左侧52支。

2.最佳单能量值:应用Optimal CNR技术分析全部患者的70keV影像数据，获得BA显示最佳的单能量值区间为(55～63)keV，多数位于58keV(84.9%，44/53),详见图1。

图1 某患者的能谱CT横轴位检查图像及最佳对比噪声比图像
A.在70keV横轴位图像中选取BA和同层胸壁肌肉ROI的位置;B.其经分析获得具有最佳CNR的单能量值为58keV

3.BA解剖分型:本组53例患者中，右侧BA最常见分型为Ⅰ型，占46.9%(31/66)，其次为Ⅱ型，占34.8%(23/66)，Ⅲ型占13.6%(9/66)，Ⅵ型占4.5%(3/66)；左侧BA最常见分型为Ⅳ型，占67.3%(35/52)，Ⅲ型占17.3%(9/52)，Ⅴ型占9.6%(5/52)，Ⅵ型占5.7%(3/52)。

4.BA开口部位:将双侧分别开口于主动脉的BA解剖分类作为目标血管，右侧BA 23支，左侧BA 35支。经观察发现右侧BA开口于a段占43.4%(10/23)，开口于b段占26.1%(6/23)，开口于d段占30.4%(7/23)，未见开口于c段；左侧BA开口于a段占37.1%(13/35)，开口于b段占2.8%(1/35)，开口于c段占8.5%(3/35)，开口于d段占51.4%(18/35)。

5.肺癌侧BA与其对侧BA管径对比分析:右侧肺癌BA较其左侧BA可见明显增粗(2.23±0.35,1.44±0.16，t=8.243，P<0.05)；左侧肺癌BA较其右侧BA亦可见明显增粗(1.88±0.25,1.46±0.12，t=6.531，P<0.05)。

6.最佳keV图像组与QC图像组对比分析:通过统计分析对比两组图像的支气管动脉CT值、SNR及CNR，结果发现最佳keV图像的3组数据均明显高于QC图像，二者之间比较差异有统计学意义(P<0.05)；在图像质量评比中，两位医生之间的BA成像质量评分有较好的一致性，检验得出：最佳keV图像组的kappa值=0.89，QC图像组的kappa值=0.86。采用两位医生评分结果的平均分进行比较，检验显示BA在最佳keV图像中显示更清晰，连续性更好，两者比较差异有统计学意义(P<0.05)，详见表1和图2。

表1 最佳keV图像组与QC图像组支气管动脉CT值、SNR、CNR及主观评分对比结果

图2 患者支气管动脉混合能量图像与最佳单能量图像
患者，男性，77岁，右肺上叶中央型肺癌。4幅图为同一患者两组不同成像模式下的图像，箭头所指的是其肺癌的供血BA。
A、B.140kVp混合能量图像的VR、MIP像；C、D.最佳单能量图像的VR、MIP像

讨 论

1.BA的解剖及临床意义:肺部是由肺实质和肺间质构成，肺间质包含血管，肺实质包含各段支气管，而它的滋养动脉就是来自于肺间质的支气管动脉，其管径非常细小，发源部位及支数变异较丰富，右侧BA常见从右肋间后动脉发出，左侧BA多数起源于主动脉弓降部，而异位起源的BA可来自于头臂干、内乳动脉、腹主动脉、锁骨下动脉等[6]。本组病例中有46.9%(31/66)的右侧BA起源于右侧肋间动脉，67.3%(35/52)的左侧BA起源于主动脉弓降部，此观点与孙厚长等[7]报道结果相近。

中央型肺癌是典型的依靠动脉供血的病变，支气管动脉为其供血血管这一观点被当前多数研究者普遍认同，表现为管径增粗迂曲，分支数目增多，构成肿瘤的微血管网结构，本组病例肺癌侧BA较对侧BA明显增粗的结果也与文献报道相符[8～11]。近年来，随着介入治疗领域医学技术的迅猛发展，许多无法手术切除的中晚期肺癌患者通过选择性经导管介入支气管动脉灌注化疗药或栓塞治疗方法，取得了良好的临床治疗效果[2, 12, 13]。但是由于BA的起源部位、走行、数目变异非常多，对临床治疗中寻找并准确导管介入造成困难，延长射线照射时间，对患者及术者造成多余的X线伤害。由于90%脊髓的血液来自肋间动脉，对于从该血管发出BA的患者，如果误插管进入肋间动脉注入化疗或栓塞药，轻者会导致相应支配区疼痛，重者会造成该节段脊髓受损而带来的肢体活动障碍[3]。因此，在对肺癌导管介入治疗前，对BA行CTA检查以充分明确其起源、数目、开口位置、管径大小，可有助于术者选择合适的导管及栓塞材料，有利于缩短手术时间、降低手术风险、减少造影剂用量和不必要的辐射剂量，并可规避漏掉多支供血血管，减少二次治疗所带来的弊端。

2.DSA及传统CT观察BA的局限性:DSA作为评价BA的金标准，其具有较高的图像分辨率。但是作为一种侵袭性检查方法，检查时间长、对比剂剂量大、费用高、创伤性明显、图像缺乏立体感、超选择插管困难、对肿瘤的全部供血血管无法仅通过一次造影就能全面显示，这些一直是其临床应用的短板。

由于CT成像方法的成熟与进步，开辟了对血管造影无创伤的检查手段，这就是多层螺旋CT(MSCT)血管造影，其快速、便捷、费用低、无创等特点普遍被临床及影像科医生所认可，并且能够同时展现所有肺癌相关动脉的解剖信息，规避了DSA有可能遗漏多支血管的不足[14]。但是传统MSCT混合能量的射线会产生硬化伪影，导致成像效果欠佳，并且由于光谱中具有多能级的X线的平均效应而降低了低对比度组织间的辨别力[15]。若想获得更高质量的支气管动脉图像，就要提高对比剂碘含量和注射流速、或者升高管电压和管电流以此增加射线扫描剂量来完成，但是却使图像噪声升高，造成远端纤细的分支显示不佳，而且造影剂碘含量和辐射量升高，也会增加对比剂肾病诱发的概率和电离辐射损伤[16]。

3.宝石能谱CT:它改进了混合能量CT仅能用CT值这一种参数服务于影像医生诊断疾病，将CT带入了多参数、功能成像时代。相对于运用混合能量射线扫描的常规CT而言，其射线发射速度显著提高，佘辉效应大幅降低，这些是得益于它的闪烁体与宝石分子构型相似。高速射线和低余辉效应实现了数据釆集的高效率，使得能在不到0.5ms条件下进行80kVp、140kVp高低管电压间瞬时切换，可以同时得到高、低能量两种X线图像数据。根据这两种数据取得(40～140)keV区间内的101组单能量图像，硬化伪影和CT值漂移可以在这种更纯粹的单能量条件下得到显著改善，使得图像在某一能量条件下得到更准确的CT值[17]。

4.单能量成像的优点:同传统CT比较，宝石能谱CT的Optimal CNR技术可以对各种组织结构和病变给与具有针对性的单能量成像。低单能量值水平下可获得组织对比度较高的图像，高单能量值条件下可得到硬化伪影较少的图像。通过Optimal CNR技术，可以得到最佳CNR、组织结构对比度更好的图像，发现混合能量CT无法明确的小病灶及细小支气管动脉分支，进一步提升了肺癌及其供血动脉的早期诊断敏感度及准确性。将本组53例BA作为目标血管，同层胸壁肌肉作为背景获得最佳单能量下的BA图像，使其CNR达到最佳，而图像噪声相对较低，其各项数据均优于QC图像，这与马光明等[18]报道结果相近。葛莹等[3]证实了49keV作为其42例病患BA的最佳单能量值，其图像质量比混合能量图像清晰，但是它的最佳单能量值与本组研究得到的数值略有差异，可能是由于样本量、地域、性别、体重指数等因素不同有关。魏恒乐等[19]研究发现，能谱CT最佳单能量成像与传统螺旋CT比较，可提供质量更佳的下肢动脉图像，并且显著降低X线照射量和对比剂用量。

另外，为肺癌供血的BA管径大小不同所应用的介入栓塞治疗方法是不同的，所以，能谱CT单能量成像对肺癌的供血动脉能够提供更详细、精准的影像资料，有利于术者选择更合适的导管和栓塞材料，避免选择不当带来的手术时间延长和不必要的电离辐射损伤。

本研究通过应用能谱CT扫描及optimal CNR后处理技术，证实了显示BA的最佳单能量值区间是(55～63)keV，该区间适用于本组研究中的全部BA，与混合能量图像比较，最佳keV图像的支气管动脉CT值、SNR及CNR显著提升，显示数目更全面，图像质量更好。综上所述，宝石能谱CT单能量成像能够很大程度优化图像质量，提供更全面的支气管动脉影像学信息，对于采取介入治疗的中央型肺癌患者，给予更有利的帮助。