双层探测器光谱CT多参数图像诊断咯血患者中体-肺循环分流的价值

渠慧芳 王武章 汪立明 邓薇薇 刘晓敏 杨济生 郭晓雯 张运曾 鲁忆南 金锋，4

肺组织内体循环与肺循环的终末支之间存在大量的潜在交通支毛细血管网，正常情况下几乎不开放，在慢性炎症、肿瘤、肺栓塞、组织坏死、手术创伤，以及先天性心肺疾病等多种病理因素影响下，部分吻合支通过扩张或直接交通的方式，形成体-肺循环之间的异常分流现象(bronchial-pulmonary shunt，BPS)，此现象为导致咯血的常见且重要的原因[1-2]。目前，数字减影-血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是诊断体-肺循环分流的标准，但DSA检查价格昂贵且为有创检查，并且多在患者咯血后需要栓塞治疗时进行，无法作为常规体-肺循环的筛查手段。因此，对有咯血风险的患者，采用无创的影像学方法诊断BPS具有重要的临床价值。胸部强化CT图像可以提供肺部血管形态信息，评估咯血潜在的责任血管，是目前研究肺部血管性病变的最常用的检查手段。双层探测器光谱CT(简称“光谱CT”)与普通强化CT扫描相比，不仅扫描速度更快，还可以通过对能量数据的多种后处理手段获得常规混合能级图像，并重建多种光谱图像，如40 keV单能级图像和碘密度图像，能够更好地显示胸部血管解剖结构及细节特点，提高对比噪声比，以及同级别血管内不同碘浓度之间的差异性[3]。

本研究回顾性分析经DSA确诊存在BPS的咯血患者的光谱CT体动脉期重建的常规混合能级图像和光谱图像序列中的40 keV单能级图像和碘密度图，总结存在BPS的咯血患者的光谱CT影像学特征，探讨光谱CT在BPS的检出及定性中的临床应用价值。

一、资料来源

收集山东省胸科医院(2021年更名为山东省公共卫生临床中心)2019年12月至2020年12月在DSA介入栓塞治疗咯血过程中发现存在BPS，并且于DSA检查前1周已经行光谱CT增强扫描的患者。纳入标准：(1)在DSA造影图中可以看到明显的体-肺循环分流征象；
(2)患者DSA术前1周内接受光谱CT胸部增强扫描，扫描期相必须包含体动脉期扫描。排除标准：(1)CT扫描图像质量不佳，不能用于分析；
(2)合并其他肺部血管畸形。

本研究共收集31例患者，其中2例患者由于憋气较差，呼吸伪影较重，1例合并肺动静脉瘘而被排除，最终纳入28例患者进行研究。

二、扫描方法

1.DSA：超选择性支气管相关体动脉DSA(由介入医师完成)探查造影动脉包括：正常起源于主动脉-支气管动脉及异位起源于胸主动脉、双侧锁骨下动脉、腹主动脉、支气管动脉和其他非支气管性体动脉侧支，包括肋颈干、甲状颈干、胸廓内动脉、胸外侧动脉、膈下动脉、腹腔动脉、肾动脉等。观察并记录BPS发生的肺部区域，因为在DSA的视野内无法区分两肺的5个解剖肺叶，因此根据目测法，按照上中下三分法将两侧肺野分为左上、左中、左下、右上、右中、右下6个区域，分别记录每例患者存在BPS的肺部区域，以便在相应肺野的CT图像中对照有无异常显示的肺动脉血管。

2.胸部增强扫描：采用双层探测器光谱CT(IQon光谱CT，荷兰飞利浦医疗集团)行胸部动态增强扫描。患者取仰卧位，扫描范围均为胸廓入口水平至膈肌水平，于仰卧位吸气末屏气时扫描。扫描参数：管电压120 kV，采用管电流自动控制技术自动调节管电流(80～210 mAs)，准直器宽度64×0.625 mm，X 线管旋转速度0.27 s/周，螺距0.953。对比剂采用碘帕醇(含碘370 mg/ml)，用量根据患者体质量计算(1.2 ml/kg)，注射60～100 ml对比剂(最高注射100 ml对比剂)，后追加40 ml生理盐水，注射流率3～4 ml/s。对比剂注射后30 s采集体动脉期图像，其中2例患者同时包括对比剂注射20 s 后的肺动脉期图像。

CT图像采集完成后，除了常规迭代重建120 kV常规混合能级图像外，另进行光谱重建生成全息光谱图像(spectral base image，SBI)。基于光谱数据包在飞利浦星云后处理工作站中实时获取虚拟单能量图像及碘密度图，其中虚拟单能级图像选择40 keV 能级水平。所有图像重建层厚为1.0 mm，层间距为1.0 mm，重建算法为soft算法。视野500 mm×500 mm，矩阵512×512。

三、图像分析

由2名高年资主治及以上职称医师分别基于常规图像、40 keV单能级图像及碘密度图进行独立阅片，采取单盲法判读，阅读光谱CT的诊断医生不能事先知道BPS诊断及责任血管的具体位置。在常规混合能级图像及40 keV单能级图像中分别在病变区寻找是否有支持BPS阳性的肺动脉血管。体动脉期图像中支持BPS阳性的诊断标准：调整窗宽窗位，在病变区域内可目测肺动脉分支CT值较对侧正常同级别肺动脉CT值明显增高，接近主动脉CT值。分别统计在常规混合能级图像及40 keV单能级图像中，在每例患者六分法的肺野内所观察到的BPS阳性率。然后，在DSA提示BPS的病变区域内，在不同级别的肺动脉血管内选取5个ROI，分别为主-肺动脉根部(ROI1)、病变区域内目测CT值最高的肺动脉所属叶级肺动脉根部(ROI2)、病变区域内目测肺动脉CT值最高的部位(ROI3)、对侧与ROI2对应的同叶级肺动脉根部(ROI4)，以及与ROI3对应的正常肺组织内同水平肺动脉(ROI5)。5个ROI的选取范围为在对应血管的管腔内尽可能选择最大的范围，并且ROI3的选择标准为肺叶内亚段级及以上标准的肺动脉，以保证测量的准确度。如对侧也为DSA提示的BPS异常区域，则因无对照的ROI4和ROI5，只测量ROI1、ROI2和ROI3。在光谱数据的各序列图像中，选择常规混合能级图像、40 keV单能级图像和碘密度图，测量上述5个或3个ROI的CT值和碘密度值，测量的ROI1～5示意图见图1～5。

图1～5 患者，男，45岁。图1～5分别表示常规图像上各ROI示意图(2020年5月)。图1表示ROI1，位于主肺动脉根部。图2表示ROI2，位于病变区域内目测CT值最高的肺动脉的所属叶级肺动脉根部。图3表示ROI3，位于病变区域内目测CT值最高的肺动脉。图4表示ROI4，位于对侧与ROI2对应的同叶级肺动脉根部。图5表示ROI5，位于与ROI3对应的正常肺组织内同水平肺动脉

四、统计学处理

一、患者一般资料

28例患者中，男性21例，女性7例；
年龄18～84岁，平均(55.30±10.20)岁。基础疾病包括：肺结核11例(合并毁损肺4例)，曲霉菌感染3例，其他肺部感染8例(合并支气管扩张3例)，肺癌2例，肺部分切除术后患者2例(1例因肺结核毁损切除，1例因先天支气管扩张切除)。其余2例无基础疾病。

二、六分法肺野内不同检查方法间BPS阳性率的比较

根据六分法，将28例患者肺部图像分为168个肺野。DSA图像共发现39处BPS阳性肺野，见图6。28例患者中，常规迭代重建120 kV混合能量图像和40 keV单能级图像。40 keV单能级图像分别检出20例患者(71.4%)和23例患者(82.1%)，40 keV单能级图像检出率略高于普通CT增强图像；
39处DSA诊断出BPS的肺野中，普通CT增强图像和40 keV单能级图像分别检出27处(69.2%)和30处(76.9%)，40 keV单能级图像的BPS阳性检出率同样略高于常规图像。但常规图像和40 keV单能级图像对患者的检出率和肺野的检出率间差异均无统计学意义(McNemar精确检验，P值均为0.250)。在DSA无阳性发现的肺野中，常规图像和40 keV单能级图像亦无阳性发现。

图6 患者，男，54岁。数字减影-血管造影显示左中肺野内可见异常分流现象(2020年3月)

以168处肺野为研究对象，以DSA检测结果为标准，分别对40 keV单能级图像和常规图像对BPS的检出结果进行诊断试验，结果显示，常规混合能级图像检出的敏感度为69.2%，特异度为100.0%，受试者工作特征曲线(ROC曲线)曲线下面积为0.846(0.783～0.897)；
40 keV单能级图像的敏感度为76.9%，特异度为100.0%，ROC曲线下面积为0.885(0.826～0.929)。40 keV单能级图像的敏感度和ROC曲线下面积均高于常规图像。

三、BPS光谱图像阳性的咯血患者不同部位及等级肺动脉血管客观评价指标

根据40 keV单能级图像中提示BPS阳性的30支出现BPS征象的肺动脉血管，其中20支血管的对侧也出现BPS阳性征象，10支血管正常。在光谱CT体动脉期常规混合能级图像、40 keV单能级图像和碘密度图的图像上，分别测量病变侧及部分相应正常肺组织内的5个或3个ROI，记录不同ROI内相应的CT值及碘密度值。表1列出了BPS阳性的30支肺动脉血管及对侧正常的20支肺血管各ROI在三组图像上的CT值和碘密度值。

表1 BPS光谱图像阳性咯血患者不同序列图像中各ROI在三组图像的测量值

通过表1可见，BPS阳性侧的肺动脉CT值与碘密度值逐渐增高，即ROI3>ROI2>ROI1， ROI3的CT值和碘密度值明显高于ROI1和ROI2，差异有统计学意义。

对侧正常肺组织内，则呈现正常的沿血流方向及管腔由粗变细，对比剂浓度逐渐降低的情况，ROI1略高于ROI4和ROI5，但CT值和碘密度值三组间差异无统计学意义。

四、BPS阳性的肺动脉血管内对比剂变化趋势与正常肺动脉变化趋势的比较

为了比较病变区域与对侧同级正常肺组织的变化差异性，通过两两比较的办法，分别比较自主-肺动脉根部至病灶侧肺动脉根部与主-肺动脉根部至对侧正常肺组织侧叶级肺动脉根部的变化差异性(即ROI1-ROI2与ROI1-ROI4)、自主-肺动脉根部至病灶内肺动脉与主-肺动脉根部至对侧同水平正常肺组织内肺动脉的变化差异性(即ROI1-ROI3与ROI1-ROI5)、自病灶侧叶级肺动脉根部至病灶内肺动脉与对侧同级正常肺组织叶级肺动脉根部至肺组织内的变化差异性(即ROI2-ROI3与ROI4-ROI5)。分析CT值及碘密度值的变化，其数据增大计为阳性，统计其阳性率。见表2。

表2 BPS阳性的肺动脉血管内对比剂变化趋势与正常肺动脉变化趋势的比较

统计结果显示，沿血流方向，BPS阳性侧肺动脉血管内的CT值和碘密度值逐渐增高的阳性率与对侧正常肺血管增高的阳性率差异均有统计学意义(P值均<0.001)，即BPS阳性侧肺动脉管腔内造影剂浓度沿血流方向逐渐增高，与正常肺血管的造影剂浓度变化趋势间差异有统计学意义。在40 keV单能级图像中，通过多平面重建的方式，多可直接观察到趋势变化，如图7。

图7 患者，男，54岁。40 keV单能级图像(2020年3月)显示，与对侧正常右下肺动脉对比剂浓度相比，左下肺动脉可见明显的浓度增高，且呈由主动脉根部至左下肺动脉分支逐渐增高的趋势。箭头为左下肺动脉

五、BPS阳性肺动脉的双期错时显影

2例同时扫描肺动脉期和体动脉期的患者，可见BPS阳性的肺动脉，在肺动脉期对比剂浓度明显低于正常肺动脉，而在体动脉期，则明显高于正常体动脉，呈现独特的假性肺栓塞的错时显影征象，如图8～13。

图8～13 患者，女，62岁。图8～10为肺动脉期图像，显示左侧肺动脉内对比剂浓度呈沿血管走行逐渐降低的趋势，在40 keV单能级图像及碘密度图序列中，测量左下肺动脉内相应ROI值均自主干向外逐渐降低。图11～13为主动脉期图像，显示左侧肺动脉内对比剂浓度呈沿血管走行逐渐增高的趋势，在40 keV单能级图像及碘密度图序列中，测量左下肺动脉内相应ROI值均自主干向外逐渐增高

一、BPS现象的原因及DSA征象

肺组织接受体循环(主要是指支气管动脉)及肺循环双重血管系统供血。在肺栓塞、肿瘤、慢性肺部感染、肺组织坏死、手术创伤及先天性心肺疾病等多种病理因素的作用下，肺动脉血流减少或需求量增加，而支气管动脉代偿性增生。因为不同循环间的压力差，且肺动脉管壁较薄，大量血液将通过吻合支扩张或直接交通增加血流量，经支气管动脉等体动脉直接分流至肺动脉血管内，从而导致BPS的发生[4]。

沈松柏等[5]的研究中，324例因咯血行栓塞治疗的患者中，98例存在BPS，其结果表明，由于出血量少等原因，DSA造影检查显示支气管动脉出血直接征象少见，多表现为支气管动脉增粗和迂曲，病变区血管走行杂乱、对比剂外溢、肺动脉分支密度异常增高，对比剂快速离心性流向肺动脉末梢，而肺动脉主干和右心室则较少见异常增高影。

二、BPS的CT增强图像特点

为保证咯血治疗的效果，介入栓塞术前的CT血管造影价值较大，不仅能够提高寻找和栓塞责任血管的效率[6]，而且能提前发现BPS的存在，对栓塞剂的选择有一定的指导意义[5-6]。

既往BPS多由DSA检查发现，少见BPS的CT动脉血管成像报道。先前有文献报道，35.5%的真性BPS能通过CT动脉血管成像获得确诊[7]，这对咯血介入术前预判支气管循环异常血流动力学改变，以及对体动脉多支供血的术前评估均具有重要的临床价值。

此外，由于BPS区域内的肺动脉接受了体动脉供血，在体动脉期，可以出现肺动脉的异常灌注。渠海贤等[8]和敖国昆等[9]利用CT灌注成像，在肺结核合并咯血的患者中存在BPS者做了与DSA的对照研究，研究结果表明，CT灌注指数对BPS的检查有着较高的敏感度及特异度。但在临床中，行CT灌注扫描的患者数量较少，且辐射剂量略高。

肺动脉分支错期显影是CT动脉成像诊断BPS的基本征象，表现为肺动脉对比剂充盈期，接受分流的肺动脉分支内对比剂异常充盈缺损，而在体动脉对比剂充盈期，异常分流的肺动脉分支内对比剂异常充盈，使该肺动脉分支的CT值明显高于肺动脉主干或其他肺动脉分支的CT值，接近体动脉的CT值。在肺动脉期，病变肺血管内没有足够的对比剂充盈，而在主动脉充盈期，含对比剂浓度较高的体循环血液可以借分流使肺动脉分支出现明显的对比剂充盈，使该肺动脉分支产生与其他肺动脉分支之间明显的CT值差异。本组患者中有2例同时扫描了肺动脉期，可以见到明显错时显影征象。

与DSA比较，CT动脉成像对肺动脉主干、段及亚段分支的错时显影的检测有较高的一致性。CT动脉成像对BPS的检出与CT图像的密度分辨率和空间分辨率有关，同时与BPS的分流量、分流发生的血管水平(即肺动脉的解剖分级)有关。与DSA相比，CT动脉成像对BPS检出率略低的原因分析，一是与发生分流的分支级别和分流量有关，其中分流量为最主要的因素；
二是由于DSA检查为体动脉内直接注入对比剂，且注射速度明显高于CT动脉成像检查，因此，对隐源性咯血中分流量较小的BPS的检查阳性率明显高于CT动脉成像检查。本组患者中，5例未从CT及光谱图像中发现明显的BPS的咯血患者，肺内CT表现均为阴性或仅有肺内出血征象，没有明显的肺内病变的慢性长期刺激，BPS分流量较小。

三、BPS的光谱图像特点

主动脉期的光谱CT图像，与传统CT增强扫描图像相比，40 keV单能级图像可以明显提高血管内对比剂的显影程度[3]，低keV的单能级图像主要受光电效应的影响，用于增加血管强化，低能量图像上含碘组织的CT值增高，也意味着增加了不同强化程度的血管之间的密度分辨率，因此更加有利于不同强化程度血管的肉眼分辨率。因此，在适当调整窗宽窗位的情况下，较传统图像更易发现异常显影的肺动脉，提高BPS的检出率，碘密度图也可更好显示肺内血管，密度分辨率优于普通强化CT图像[10-11]。本研究的结果也说明了这一点。本研究采取在40 keV单能级图像中定位阳性BPS肺动脉的ROI，其余序列均保持同样的ROI进行测量。碘密度图不仅对吸收碘多的病灶显示更佳，而且也有利于显示含碘量少的病灶[12-13]，因此，对强化后的细小血管的显示也优于传统CT强化图像。但光谱图像在临床中的应用相对较少，在推广中有一定的局限性。

本研究存在一定局限性：(1)样本量较少，纳入总患者例数有限；
(2)未同时测量传统CT强化图像中ROI的CT值；
(3)只关注了体动脉-肺动脉之间的异常分流情况，没有纳入体动脉-肺静脉的异常分流患者。

综上所述，双层探测器光谱CT体动脉期光谱图像能够较准确地诊断咯血患者中的BPS责任血管，有助于介入术前对BPS异常血管的预判，指导临床治疗方式的选择。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献渠慧芳：采集数据、分析/解释数据、起草文章；
王武章：对文章的知识性内容作批评性审阅；
汪立明、邓薇薇、刘晓敏：分析、解释数据；
杨济生、郭晓雯、张运曾、鲁忆南：实施研究；
金锋：行政、技术及材料支持