Application of Dual Source Mono+Combined with Cinematic Rendering in Cirrhosis Portal Vein Imaging
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摘要:
目的：探讨双源CT 虚拟单能量成像技术（Mono+）在实影渲染技术条件下提高肝硬化门静脉图像质量的可行性。方法：回顾性分析60例肝硬化患者的门静脉图像，使用100/Sn 150 kVp双能量扫描模式；用Mono+技术重建出不同低千电子伏特（keV）40、45、50、55、60、65和70 keV图像，用常规线性融合融合出系数为0.5的图像（M-0.5）；采用单因素方差分析比较不同单能量和M-0.5图像门静脉的CT值、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR），采用多样本秩和检验分析主观图像质量评分。结果：40 keV图像门静脉、脾静脉及肝实质的CT值、CNR值均高于其他图像，差异有统计学意义； 主观评分40 keV、45 keV与60 keV、65 keV、70 keV、M-0.5分别两两相比较，差异有统计学意义。结论：双源CT Mono+技术联合实影渲染技术在40 keV下可以提高肝硬化患者门静脉CT血管成像的图像质量。
Abstract:Objective: To explore the feasibility of dual-source CT virtual single-energy imaging technology (Mono+) in improving cirrhosis portal vein image quality under cinematic rendering conditions. Methods: Portal vein images of 60 patients with cirrhosis, acquired in 100/Sn 150 kVp double energy scan mode were retrospectively analyzed. Images of 40, 45, 50, 50, 55, 60, 65, 70 keV were reconstructed using Mono + technology and M-0.5 with conventional linear fusion. The CT values, signal-to-noise ratio (SNR), and contrast noise ratio (CNR) of different single-energy M-0.5 portal vein images were compared using single-factor variance analysis. Subjective image quality scores were analyzed using various rank and sum tests. Among the results of 40 keV images, the CT and CNR values of the portal, spleen, and hepatic veins were higher than those of other images, and the differences were statistically significant. Subjective scores of 40 keV, 45 keV versus those of 60 keV, 65 keV, 70 keV M-0.5, showed statistical significance. Conclusion: The dual source CT Mono+technique can improve the image quality of cirrhosis portal vein CT with cinematic rendering.
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Keywords:
- dual energy CT /
- portal vein /
- monoenergetic /
- cirrhosis /
- cinematic rendering
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计算机体层摄影门静脉成像（computed tomography portal venography，CTPV）在临床中应用广泛，肝硬化患者门静脉血流动力学发生改变，CTPV图像较差，常规只有在加大碘总量的情况下才能获得较好的图像[1]，但是这种方法也增加了对比剂肾病等不良反应发生的风险[2]。双能量扫描一次扫描可以获得高低kVp两组图像和一组融合图像；可以应用Mono+技术重建出不同单能量的图像，此技术基于空间频率的重组，降低低能级的图像噪声，提高高能量下的图像对比度，可以改善血管成像的信噪比（signal to noise ratio，SNR）和对比噪比（contrast noise ratio，CNR）[3-6]；实影渲染技术（cinematic volume rendering technique，cVRT）是一种新型的三维后处理技术，采用光场概念，并且全面优化算法，与常规VRT图像相比，可以提供更高质量的图像[7]。
本研究对肝硬化患者进行双能量CTPV扫描，重建出不同单能量的图像，通过与融合图像对比，选出最合适的单能量。
1. 材料与方法
1.1 临床资料
回顾性分析本院2024年1月至3月行CTPV成像的肝硬化患者，所有患者诊断均符合《肝硬化诊治指南》[8]。入组标准：①无碘对比剂过敏史；②临床诊断肝硬化需接受CTPV检查。排除标准：①肝脏占位性病变累及脉管者；②门静脉主干血栓形成且血栓面积大于管径50%的患者；③脾切除及门静脉高压分流术后患者；④门静脉海绵样变性的患者。
最终入选患者60例，其中男性42例，女性18例，年龄28~85岁，平均年龄（56.83±14.69）岁，平均BMI为（23.94±3.60）kg/m2。食管胃底静脉曲张者40例，脾静脉曲张6例，附脐静脉及前腹壁静脉曲张者10例，胃肾分流者24例，脾肾分流者12例，脾胃分流15例。
本研究通过医院伦理委员会批准，伦理委员会批号为：2024-LW-0146。
1.2 检查方法
所有检查均在双源CT（SOMATOM Force，Siemens Healthcare）上完成。采用双筒高压注射器，非离子型对比剂（碘海醇350 mg I/mL）经肘正中静脉以流率3.0 mL/s注入，以相同流率注入生理盐水30~40 mL。
采用双能量扫描100/Sn 150 kVp模式，使用对比剂追踪技术（blous-tracking），在门脉层面处选择腹主动脉监测CT值。当 ROI 内CT值达到100 HU 时，延迟36 s 触发扫描，扫描方向头至足侧，扫描范围自膈肌上方至骨盆底部，根据患者具体情况酌情调节扫描范围。
采用智能管电流调节技术自动选择最合适管电流，准直器宽度128×0.6 mm，螺距0.6，球管旋转时间0.5 s/r，采用ADMIR迭代算法重建，强度为3。
Caredose 4D常规反滤波函数Qr40 重建。重建层厚均为 1.0 mm，间隔 1.0 mm。
将ADMIR（Strength=3）、层厚1.0 mm、层间隔1.0 mm的100 kVp和Sn 150 kVp的双能量图像以融合系数M=0.5的比例（100 kVp及Sn 150 kVp图像各占50%）进行线性融合。将双能量数据传至syngo.via后处理工作站。用双能量+血管模式打开图像，选择Mono+模块进行不同单能量的重建，重建出40、45、50、55、60、65和70 keV图像（图1），然后分别将40、45、50、55、60、65和70 keV及M-0.5图像调入血管模块中进行门静脉的处理，分别获得整体最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）及cVRT等图像（图2和图3）。
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图 1 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的横断面图像Figure 1. Transverse section images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion![]()
图 2 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的MIP图像Figure 2. MIP images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion![]()
图 3 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的MIP图像注：图像（a）~（e）的主观评分分别为5，5，4，3，1。Figure 3. cVRT images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion1.3 图像质量分析
主观评价。由两名具有5年以上腹部疾病影像诊断经验的影像科医师将横断面图像、MIP 及 cVRT图像调入西门子工作站中，采用双盲法对两组图像质量进行评价，意见不一致时协商取得统一意见。
采用5分制的图像质量的评价方法[9]。1分，门静脉边缘模糊，与肝实质对比差，仅显示门静脉主干；2分，门静脉边缘不清楚，与肝实质对比较差，仅显示门静脉主干第1级分支；3分，门静脉边缘较清楚，与肝实质对比中等，显示门静脉主干第2级分支；4分，门静脉边缘较锐利，与肝实质对比良好，显示门静脉主干第3级分支；5分，门静脉边缘锐利，与肝实质对比佳，显示门静脉主干第4级或以上分支。
客观评价。将40、45、50、55、60、65、70 keV及M-0.5图像调入西门子工作站中，分别测量门静脉、脾静脉、肝实质及同层面竖脊肌CT值，门静脉及脾静脉测量面积约为主干的1/2~2/3，肝实质测量面积约为门静脉主干测量面积的2倍，测量时尽量避开血管，每个部位均测量3次取平均值（图4）。将竖脊肌的标准差（standard deviation，SD）作为背景噪声。计算门静脉、脾静脉SNR及CNR[10]。
$$ \rm{SNR} = \rm{\Big(CT值\Big/SD值\Big)，} $$ (1) $$ \rm{CNR} = \rm{\Big(血管CT值}-\rm{肝脏CT值\Big)}\Big/\rm{竖脊肌SD值}。 $$ (2) 1.4 有效辐射剂量
采用 CT 机生成的剂量报告，记录每位患者的 CT 剂量指数（CTDI），剂量长度乘积（DLP），进一步计算有效辐射剂量（ED）[11]。
$$ \rm{ED}=\rm{DLP}\times 0.015\; \rm{mSv} 。 $$ (3) 1.5 统计学分析
采用SPSS 23.0软件对数据进行统计学分析。
计量变量采用Shapiro-Wilk进行正态分布检验，符合正态分布的用(
$ \bar x \pm s $ )表示，不符合正态分布的用M(Q1，Q3)。多组间计量资料比较用单因素方差分析，组内两两比较用LSD检验。P＜0.05为差异有统计学意义。偏态分布数据采用多样本秩和检验，两两比较采用Bonferroni方法。2. 结果
2.1 临床资料
本回顾性研究包括60例患者（男性42例，女性18例），平均年龄（56.83±14.69），平均BMI（23.94±3.60）kg/m2。
平均容积计量指数（CT dose index volume，CTDIvol）（6.67±1.39）mGy，相应的剂量长度乘积（dose length product，DLP）为（270.52±74.08）mGy·cm，扫描长度（39.46±4.76）cm，有效辐射剂量（ED）（4.05±1.11）mSv，碘总量（25.30±3.14）g。
2.2 主观评价
40 keV组图像用常规VRT后处理用时为（5±1.20）min；用cVRT后处理用时为（5.5±1.40）min。
各组图像主观评分存在统计学差异。40 keV、45 keV与60 keV、65 keV、70 keV、M-0.5分别两两相比较，存在差异（表1）。
表 1 门静脉主观评分值比较M(Q1，Q3)Table 1. Comparison of portal vein subjective scores M(Q1，Q3)组别 分值 秩和检验 H P 40 keV 5（5, 5）abcd 185.136 0.000 45 keV 5（5, 5）abcd 50 keV 5（5, 5）abc 55 keV 5（4, 5）abc 60 keV 4（4, 5）ab 65 keV 3（3, 4.25）a 70 keV 2（2, 3.25） M-0.5 1（1, 2） 注：a与M-0.5差异有统计学意义（H=70.91）；b与70 keV差异有统计学意义；c与65 keV差异有统计学意义；d与60 keV差异有统计学意义。 2.3 客观评价
40 keV组门静脉主干与肝实质CT差值的平均值为（271.66±66.96）HU，M-0.5组门静脉主干与肝实质CT值差值的平均值为（47.89±18.41）HU；40 keV组与竖脊肌CT差值的平均值为（371.12±80.88）HU，M-0.5组与竖脊肌CT值差值的平均值为（75.62±24.32）HU（图5）。
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图 5 各组差值的箱图注：差值1为门静脉主干与肝脏的CT值差值；差值2为门静脉主干与竖脊肌的CT值差值。Figure 5. Box plots for groups of differences不同组之间CT值两两比较。肝实质55 keV与60 keV、60 keV与65 keV、65 keV与70 keV、70 keV与M-0.5之间差异无统计学意义，其他组两两之间差异均有统计学意义。
不同组之间SD值两两比较。门静脉70 keV与M-0.5差异无统计学意义，脾静脉70 keV与M-0.5之间差异无统计学意义，肝实质70 keV与M-0.5之间差异无统计学意义，其他组两两之间差异均有统计学意义（表2）。
表 2 门静脉、脾静脉、肝实质的CT值和SD值比较$(\bar x\pm s) $ Table 2. Comparison of portal vein, splenic vein, liver parenchymal CT and SD values组别 CT值/HU SD值/HU 门静脉 脾静脉 肝实质 门静脉 脾静脉 肝实质 40 keV 446.54±87.28 465.28±101.83 174.88±45.55 47.33±8.25 44.20±7.18 35.03±5.69 45 keV 368.43±72.05 382.86±81.57 148.28±38.32 37.10±6.47 35.85±6.83 29.86±4.90 50 keV 305.25±57.91 315.95±73.07 132.58±32.88 31.80±5.02 30.06±6.38 25.51±4.51 55 keV 257.10±47.20 264.60±53.19 119.05±28.22 27.25±3.87 25.83±5.35 22.58±3.22 60 keV 218.86±38.29 224.45±45.05 108.41±23.39 23.70±3.43 22.08±3.58 19.66±3.16 65 keV 188.75±31.95 192.71±37.56 99.51±20.47 20.48±3.40 19.21±2.81 18.03±2.88 70 keV 164.38±26.54 167.83±30.99 93.40±19.40 18.10±2.82 17.36±2.84 15.86±2.47 M-0.5 134.14±21.62 137.45±23.80 86.25±17.83 16.96±2.54 16.19±3.21 14.85±2.06 F 249.883 202.474 61.681 279.092 223.834 207.340 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 不同组之间SNR值两两比较。门静脉M-0.5与其他组差异均有统计学意义，脾静脉M-0.5与其他组差异均有统计学意义，门静脉45 keV与70 keV差异有统计学意义，脾静脉45 keV与70 keV差异有统计学意义，其他差异均无统计学意义；肝实质40 keV与70 keV、M-0.5差异均有统计学意义，肝实质45 keV与70 keV、M-0.5差异均有统计学意义。
不同组之间CNR值两两比较。门静脉与脾静脉45、50、55、60和70 keV相邻两组keV差异无统计学意义，其他差异均有统计学意义（表3）。
表 3 门静脉、脾静脉、肝实质的SNR值和CNR值比较$(\bar x\pm s) $ Table 3. Comparison of portal vein, splenic vein, liver parenchymal SNR and CNR values组别 SNR值 CNR值 门静脉 脾静脉 肝实质 门静脉 脾静脉 肝实质 40 keV 9.56±1.86 10.74±2.86 5.17±1.79 8.20±2.71 8.73±3.05 − 45 keV 10.12±2.20 10.92±2.64 5.17±1.95 7.37±2.38 7.84±2.76 − 50 keV 9.76±2.04 10.83±2.80 5.40±1.86 6.72±2.08 7.13±2.47 − 55 keV 9.56±1.95 10.61±2.87 5.37±1.47 6.25±1.69 6.56±1.95 − 60 keV 9.40±2.04 10.35±2.36 5.68±1.67 5.63±1.75 5.90±2.17 − 65 keV 9.41±1.97 10.29±2.82 5.67±1.53 5.11±1.59 5.33±1.94 − 70 keV 9.28±1.98 9.87±2.33 5.99±1.44 4.44±1.43 4.67±1.76 − M-0.5 8.12±2.13 8.84±2.52 5.92±1.49 3.17±1.39 3.35±1.47 − F 4.889 3.956 2.153 42.468 35.978 − P ＜0.001 ＜0.001 0.006 ＜0.001 ＜0.001 − 门静脉、脾静脉及肝实质不同组之间的CT值、SD值、CNR、SNR差异均有统计学意义。40 keV门静脉、脾静脉及肝实质的CT值、SD值、CNR最高，SNR仅低于45 keV，但其差异无统计学意义（表2和表3）。
3. 讨论
肝硬化是肝细胞受损引起的慢性病变，常常合并有腹水、门体分流、脾大、门脉高压等病变，常规进行门静脉CTPV检查，其VRT图像质量不佳，不能为临床提供有效的帮助。
本研究进行双能量CTPV检查，联合Mono+技术及实影渲染技术提高图像的质量，扫描范围根据临床需求需包括整个门静脉系统，本研究扫描长度为（39.46±4.76）cm，DLP为（270.52±74.08）mGy·cm，ED为（4.05±1.11）mSv。
双能量CT具有ADMIRE迭代技术及更高的管电压和双能量管电压组合，并且已证明可以在降低辐射剂量前提下提高图像质量[12]，为进一步提高门静脉的图像质量提供基础。由于碘对比剂等高原子序数的物质对低能量X线光子吸收能力强[13]，所以低keV的序列比融合序列的对比度更好[14]。
另有研究显示[15]在对常规患者进行双能门静脉扫描时，40 keV序列图像质量相较于其他单能量及M-0.5图像质量最佳。本研究表明在肝硬化患者双能扫描中，40 keV组门静脉主干与肝实质、竖脊肌的CT值差值的平均值明显高于M-0.5组。虽然40 keV的图像噪声最大，但其图像CT值、CNR 、SNR 及主观评分均高于其他keV及M-0.5序列图像，与Beer等[15]及周彦宇等[16]的研究结果一致，故40 keV为最优keV。
cVRT技术使用全局照明模型，可以逼真的全面的显示病变全景，提高了视觉的深度感知[17]。但是常规的CTPV扫描其门静脉的VRT图像效果不佳，而双能量扫描后的门静脉在应用Mono+技术重建出低keV后，再进行重建，其效果得到很大提升，为临床诊疗及手术提供帮助[18-20]。
国外也有研究表明cVRT可以帮助外科医生提高术前及术中的决策[7]，本研究中对于图像的主观评分中40 keV及45 keV的评分均高于其他组，并且其后处理耗时与常规VRT相比并无很大差别，可常规应用于工作中。
综上所述，肝硬化患者采用双能量门静脉成像，联合应用实影渲染技术及Mono+技术，重建40 keV图像并进行cVRT、MIP后处理，综合进行诊断效果最佳，值得进一步推广应用。
本研究虽然取得了一些有意义的结果，但也存在一些局限性。首先，没有对肝硬化患者病情进行分期分析；其次，没有进行80/Sn 150低管电压扫描的研究。后期工作中可以对患者病情分期并且在降低辐射剂量及碘总量方面进行研究。
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图 1 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的横断面图像
Figure 1. Transverse section images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion
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图 2 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的MIP图像
Figure 2. MIP images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion
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图 3 40、50、60和70 keV及线性融合M-0.5的MIP图像
注：图像（a）~（e）的主观评分分别为5，5，4，3，1。
Figure 3. cVRT images of 40, 50, 60, 70 keV and 0.5 (M-0.5) using conventional linear fusion
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图 5 各组差值的箱图
注：差值1为门静脉主干与肝脏的CT值差值；差值2为门静脉主干与竖脊肌的CT值差值。
Figure 5. Box plots for groups of differences
表 1 门静脉主观评分值比较M(Q1，Q3)
Table 1 Comparison of portal vein subjective scores M(Q1，Q3)
组别 分值 秩和检验 H P 40 keV 5（5, 5）abcd 185.136 0.000 45 keV 5（5, 5）abcd 50 keV 5（5, 5）abc 55 keV 5（4, 5）abc 60 keV 4（4, 5）ab 65 keV 3（3, 4.25）a 70 keV 2（2, 3.25） M-0.5 1（1, 2） 注：a与M-0.5差异有统计学意义（H=70.91）；b与70 keV差异有统计学意义；c与65 keV差异有统计学意义；d与60 keV差异有统计学意义。 
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表 2 门静脉、脾静脉、肝实质的CT值和SD值比较
$(\bar x\pm s) $ Table 2 Comparison of portal vein, splenic vein, liver parenchymal CT and SD values
组别 CT值/HU SD值/HU 门静脉 脾静脉 肝实质 门静脉 脾静脉 肝实质 40 keV 446.54±87.28 465.28±101.83 174.88±45.55 47.33±8.25 44.20±7.18 35.03±5.69 45 keV 368.43±72.05 382.86±81.57 148.28±38.32 37.10±6.47 35.85±6.83 29.86±4.90 50 keV 305.25±57.91 315.95±73.07 132.58±32.88 31.80±5.02 30.06±6.38 25.51±4.51 55 keV 257.10±47.20 264.60±53.19 119.05±28.22 27.25±3.87 25.83±5.35 22.58±3.22 60 keV 218.86±38.29 224.45±45.05 108.41±23.39 23.70±3.43 22.08±3.58 19.66±3.16 65 keV 188.75±31.95 192.71±37.56 99.51±20.47 20.48±3.40 19.21±2.81 18.03±2.88 70 keV 164.38±26.54 167.83±30.99 93.40±19.40 18.10±2.82 17.36±2.84 15.86±2.47 M-0.5 134.14±21.62 137.45±23.80 86.25±17.83 16.96±2.54 16.19±3.21 14.85±2.06 F 249.883 202.474 61.681 279.092 223.834 207.340 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001
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表 3 门静脉、脾静脉、肝实质的SNR值和CNR值比较
$(\bar x\pm s) $ Table 3 Comparison of portal vein, splenic vein, liver parenchymal SNR and CNR values
组别 SNR值 CNR值 门静脉 脾静脉 肝实质 门静脉 脾静脉 肝实质 40 keV 9.56±1.86 10.74±2.86 5.17±1.79 8.20±2.71 8.73±3.05 − 45 keV 10.12±2.20 10.92±2.64 5.17±1.95 7.37±2.38 7.84±2.76 − 50 keV 9.76±2.04 10.83±2.80 5.40±1.86 6.72±2.08 7.13±2.47 − 55 keV 9.56±1.95 10.61±2.87 5.37±1.47 6.25±1.69 6.56±1.95 − 60 keV 9.40±2.04 10.35±2.36 5.68±1.67 5.63±1.75 5.90±2.17 − 65 keV 9.41±1.97 10.29±2.82 5.67±1.53 5.11±1.59 5.33±1.94 − 70 keV 9.28±1.98 9.87±2.33 5.99±1.44 4.44±1.43 4.67±1.76 − M-0.5 8.12±2.13 8.84±2.52 5.92±1.49 3.17±1.39 3.35±1.47 − F 4.889 3.956 2.153 42.468 35.978 − P ＜0.001 ＜0.001 0.006 ＜0.001 ＜0.001 −
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