CT單能量成像在肝圖像質(zhì)量和診斷中的價值

沈慧娟 曾憲智 劉義軍 葛 瑩 劉愛連

CT是目前臨床上發(fā)現(xiàn)、診斷肝臟病變最常用的一種影像學(xué)檢查方法，CT對肝臟病變的檢出率主要取決于病灶的大小、病灶與肝實質(zhì)之間的密度差別，因此CT圖像質(zhì)量對于肝臟病變的檢出非常重要。傳統(tǒng)CT設(shè)備采用混合能量成像，無法根除X線硬化效應(yīng)，影響圖像質(zhì)量并降低病變檢出。能譜CT采用瞬時雙kVp技術(shù)并在投影數(shù)據(jù)空間進(jìn)行雙能量解析，從而準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng)，獲得具有準(zhǔn)確CT值的單能量圖像，改善圖像質(zhì)量并提高病變檢出。能譜成像從原理上可以生成任一能量點下的單能圖像，但為了保證較好的密度分辨率，以及能夠用于診斷的CT圖像，目前臨床上常規(guī)使用的是40～140keV的單能量圖像。本研究對一組肝臟病變患者采用能譜成像模式掃描，比較同一患者常規(guī)混合能量成像，50keV和70keV單能量成像兩種不同成像模式的圖像質(zhì)量，旨在探討能譜CT單能量成像對肝臟圖像質(zhì)量和診斷價值的影響。

方 法

1.臨床資料

隨機(jī)選擇2012年1月～2012年7月行CT檢查發(fā)現(xiàn)肝臟病變的患者80例，其中男41例，女39例，年齡28～75歲，平均56.8歲。80例患者中肝癌24例，肝轉(zhuǎn)移瘤25例，肝血管瘤27例，肝局灶結(jié)節(jié)增生2例，肝孤立性壞死結(jié)節(jié)2例。多數(shù)患者肝臟病灶為單發(fā)，少數(shù)為多發(fā)，對于多發(fā)病灶者選擇最大病灶進(jìn)行分析，列入研究范圍的所有肝臟病灶直徑均超過1cm。

2.檢查方法

采用GE 能譜CT Discovery CT 750HD（HDCT）掃描機(jī)。所有患者均采用能譜成像掃描模式，分別行平掃、動脈期、門脈期和靜脈期增強(qiáng)掃描。掃描范圍自膈頂部至雙腎下極水平。掃描條件：80kVp和140kVp的瞬時切換，自動毫安技術(shù)，0.8s/r，螺距0.984，重建層厚和間隔均為5mm。增強(qiáng)掃描所用對比劑為非離子型碘對比劑（300mgI/ml），注射流量80～100ml，注射流率3～3.5ml/s，于注藥后25～30s、60s及120s分別進(jìn)行動脈期、門脈期和靜脈期的掃描，部分病例進(jìn)行300～360s延遲期掃描。

所有患者均獲得動脈期、門脈期和靜脈期的混合能量圖像，對所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行單能處理，獲得動脈期、門脈期和靜脈期的50keV和70keV水平的單能量圖像。

之所以選擇50keV和70keV兩組圖像數(shù)據(jù)是基于36cm水模研究的結(jié)果。通過水模研究，120kVp的常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在70keV附近，而80kVp的常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在50keV附近。在研究設(shè)計中也就相應(yīng)選擇了50keV和70keV兩組圖像數(shù)據(jù)。

3.分析方法

每例患者選取病變顯示最好的增強(qiáng)期相（動脈期或門脈期或靜脈期）的混合能量圖像和70keV和50keV單能量圖像，選擇肝臟病灶橫截面積最大的層面。

主觀評分：所有圖像均由兩名高年資影像醫(yī)師單獨閱讀，對肝臟圖像質(zhì)量進(jìn)行評分，作為評價圖像質(zhì)量的主觀標(biāo)準(zhǔn)。采用的評分標(biāo)準(zhǔn)為4分法(4分好，1分差)，在合適的窗寬、窗位下，分別觀察兩種圖像上肝臟病灶-肝實質(zhì)的對比度、病灶邊緣的清晰度、肝實質(zhì)的噪聲和圖像偽影，取以上各項的平均分值作為圖像質(zhì)量的主觀評分?；趫D像的診斷可靠性也采用4分法（4分好，1分差），主要考慮病灶的顯示、檢出率等。

客觀評價：在兩種圖像上分別于肝臟病灶、肝實質(zhì)內(nèi)放置兩個橢圓形的感興趣區(qū)（region of interest,ROI），測量CT值和標(biāo)準(zhǔn)差（兩種圖像上同一組織的ROI的大小、形態(tài)和位置要求盡量保持一致）并取其平均值?？陀^評價指標(biāo)包括：①圖像噪聲（noise）：將肝實質(zhì)ROI標(biāo)準(zhǔn)差的平均值定義為圖像噪聲；②肝臟病灶的對比噪聲比（contrast-to-noise ratio, CNR）：CNR=｜Mean1- Mean2︱/ Noise，其中Mean1為肝臟病灶ROI的平均CT值，Mean2為同層面肝實質(zhì)ROI的平均CT值，Noise為圖像噪聲(圖1～3)。

4.統(tǒng)計學(xué)方法

統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS10.0統(tǒng)計學(xué)軟件，首先對混合能量圖像和70keV單能量圖像的主觀評分進(jìn)行Wilcoxon秩和檢驗，其次對兩種圖像上肝臟病灶的對比噪聲比、圖像噪聲等客觀評價指標(biāo)分別進(jìn)行配對t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。采用加權(quán)Cohen's Kappa系數(shù)評價觀察者間可信度和觀察者內(nèi)可重復(fù)性。

結(jié) 果

1.兩種成像模式肝臟圖像質(zhì)量的主觀評分和診斷可靠性

結(jié)果見表1。

由表1可知，70keV單能量圖像的主觀評分高于混合能量圖像和50keV的圖像，表明圖像噪聲和偽影等指標(biāo)明顯改善，即前者的肝臟圖像質(zhì)量優(yōu)于后者，主觀評分的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（圖1～3）。但50keV組盡管圖像質(zhì)量評分略低，但診斷可靠性明顯提高，意味著病變和周圍組織的對比明顯增加，更有助于醫(yī)生對是否有病變做出診斷。

2.兩種成像模式肝臟圖像質(zhì)量的客觀評價

結(jié)果見表2。

由表2可知，70keV單能量圖像上肝臟病灶的對比噪聲較混合能量圖像增高，且圖像噪聲降低，即70keV單能量圖像質(zhì)量優(yōu)于混合能量圖像，兩項客觀評價指標(biāo)的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義（圖1～3）。50keV組的圖像噪聲的客觀指標(biāo)增加，反應(yīng)出其主觀評分值較低的原因，但CNR值明顯增加，隨著能量的改變，病變更容易被凸顯出來。

表1 混合能量和50keV及70keV單能量肝臟圖像質(zhì)量的主觀評分和診斷可靠性對比

圖1 CT增強(qiáng)掃描門脈期。A為常規(guī)混合能量圖像，B為70keV單能量圖像。在B圖上病灶顯示更加清晰，與肝實質(zhì)對比度增高，肝實質(zhì)噪聲減低。A、B圖的噪聲分別為8.61和7.59。

圖2 CT增強(qiáng)掃描動脈期。A為常規(guī)混合能量圖像，B為50keV單能量圖像，C為70keV單能量圖像。A、B、C圖的CNR分別為4.66，12.17和6.89，在50keV圖像中病灶與鄰近肝實質(zhì)對比良好，對肝臟病灶的顯示佳，有助于明確診斷。

圖3 CT增強(qiáng)掃描動脈期。A為常規(guī)混合能量圖像，B為50keV單能量圖像，C為70keV單能量圖像。70keV單能量圖像的空間分辨率和密度分辨率均有一定的提高，部分病灶在混合能量圖像上顯示欠清，提示70keV單能量圖像質(zhì)量改善。50keV圖像中病灶與鄰近肝實質(zhì)對比良好，對肝臟病灶的顯示最佳。

表2 混合能量和70keV單能量肝臟圖像質(zhì)量的客觀評價

討 論

醫(yī)學(xué)圖像在現(xiàn)代疾病診斷中占有相當(dāng)重要的地位，多層螺旋CT具有空間分辨率高、采集層厚薄、數(shù)據(jù)各向同性以及強(qiáng)大的圖像后處理功能等優(yōu)點，是目前臨床上發(fā)現(xiàn)、診斷肝臟病變最常用的一種影像學(xué)檢查方法[1-3]。CT對肝臟病變的檢出率主要取決于病灶的大小、病灶與肝實質(zhì)之間的密度差別，因此CT圖像質(zhì)量對于肝臟病變的檢出非常重要。

CT圖像質(zhì)量的主要評價指標(biāo)包括空間分辨率、密度分辨率和偽影?？臻g分辨率的主要影響因素包括探測器的幾何尺寸、探測器之間的間隙、原始數(shù)據(jù)量和重建算法，與被測物體間的密度差別也有關(guān)。密度分辨率的主要影響因素包括噪聲和信噪比，還受到被測物體的大小的影響。偽影可由病人因素（自主或不自主的運動、體內(nèi)高密度結(jié)構(gòu)和異物等）或CT設(shè)備因素（CT設(shè)備性能、設(shè)備故障或失于調(diào)整等）導(dǎo)致。

本研究對一組肝臟病變患者采用能譜成像模式掃描，比較同一患者混合能量圖像和單能量圖像的圖像質(zhì)量，兩種不同成像模式的圖像在同一設(shè)備、同一次掃描中完成，排除了CT設(shè)備、掃描參數(shù)及患者等因素的差異，具有更好的可比性。對于同一患者，兩種圖像上肝臟病灶的大小一致，病灶的檢出率更多地取決于病灶與肝實質(zhì)之間的密度差別，因此本研究將密度分辨率作為評價CT圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)，包括噪聲和對比噪聲比。在主觀評分中，將病灶-肝實質(zhì)的對比度、病灶邊緣的清晰度、肝實質(zhì)的噪聲和圖像偽影均作為評價指標(biāo)，更全面地反映圖像質(zhì)量。

噪聲是CT圖像質(zhì)量中重要的特征參數(shù)，其數(shù)值可用給定區(qū)域CT 值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，噪聲越大，密度分辨率越差[4-6]。噪聲的影響因素很多，主要包括曝光條件、層厚、矩陣和重建算法等，曝光條件越大，穿透人體的X線光子數(shù)量越多，圖像信噪比增大，圖像質(zhì)量得到提高，但患者接收的輻射劑量也相應(yīng)增加，不僅不利于患者的防護(hù)，也增加CT設(shè)備的負(fù)荷[7-9]。增大層厚、減小矩陣和改變重建算法，可在一定程度上降低噪聲，但空間分辨率也同時下降[10-13]。傳統(tǒng)CT設(shè)備中，在曝光條件不變的條件下，同時提高空間分辨率和密度分辨率是很難實現(xiàn)的。如何能在不增加輻射劑量、不降低空間分辨率的條件下降低噪聲改善圖像質(zhì)量，一直是影像界多年來難以解決的問題。

能譜CT的成像模式有別于傳統(tǒng)CT設(shè)備，它采用瞬時雙kVp技術(shù)進(jìn)行能譜成像，高、低能量的瞬時切換實現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)的瞬時同時采樣，在0.5ms的能量時間分辨率下兩組數(shù)據(jù)采集的位置高度一致，保證能譜成像的準(zhǔn)確性，雙能量解析過程在投影數(shù)據(jù)空間完成，準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng)，獲得真實的圖像數(shù)據(jù)，保證能譜成像的精確性，大大降低圖像偽影，改善圖像質(zhì)量[14]。CT能譜成像一次掃描可同時獲得混合能量圖像、40～140keV的101個不同keV單能量圖像以及物質(zhì)分離圖像，其中低keV單能量圖像中碘對比劑密度增加，從而增加實質(zhì)臟器與病灶的對比，提高實質(zhì)臟器中病灶的檢出率。

考慮到120kVp常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在70keV附近，而80kVp常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在50keV附近，我們選擇50keV和70keV單能量圖像與混合能量圖像進(jìn)行比較，結(jié)果顯示70keV單能量圖像的主觀評分和客觀評價指標(biāo)均優(yōu)于混合能量圖像。在主觀評分時發(fā)現(xiàn)，70keV單能量圖像的空間分辨率和密度分辨率均有一定的提高，部分病灶在混合能量圖像上顯示欠清，在70keV單能量圖像中卻得以清楚顯示，提示70keV單能量圖像質(zhì)量改善，這與以往雙球管能量CT的報道一致[14]，筆者認(rèn)為這與能譜CT準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng)等因素有關(guān)。50keV組盡管主觀評分中受到圖像噪聲等的影響，導(dǎo)致評分不如70keV組，但病灶的對比度進(jìn)一步增加，病灶的檢出率明顯提高，診斷可靠性比70keV組更佳。在客觀評價指標(biāo)中，70keV單能量圖像上肝臟病灶的對比噪聲比提高且圖像噪聲減低，50keV組噪聲有所增加。在以往雙球管能量CT的報道中，80kVp系列影像肝臟病灶的對比噪聲比雖然提高，但圖像噪聲也同時增加[15]，從這個角度說明在能量CT成像中多keV成像可以有效克服該問題，通過較高keV組提供低噪聲的圖像，同時用低keV增加病灶檢出率，但結(jié)果還有待于更多臨床應(yīng)用來證實。

綜上所述，能譜CT70keV單能量圖像在提高肝臟病灶對比噪聲比的同時降低圖像噪聲，顯著改善肝臟圖像質(zhì)量，同時聯(lián)合50keV低能量組的應(yīng)用，有利于肝臟病灶的檢出。

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