胰腺雙能量CT虛擬平掃與真實平掃的初步對比研究

袁元，黃子星，李真林，唐鶴菡，宋彬

隨著雙源 CT（dual－source CT，DSCT）的問世和雙能量技術(shù)的發(fā)展，CT能量成像的臨床應(yīng)用日益廣泛[1]。雙源CT可以同時運轉(zhuǎn)兩個球管，通過設(shè)置不同的管電壓進行雙能量掃描[2]，獲得的高千伏和低千伏數(shù)據(jù)通過后處理，從增強軟組織中分離出對比劑的碘信號，從而產(chǎn)生虛擬平掃（virtual non－enhanced，VNE）圖 像，有 可 能 替 代 真 實 平 掃 （true non－enhanced，TNE）從而減少射線劑量[3]。本研究通過雙源CT胰腺雙能量增強掃描，比較動脈期、門脈期胰腺虛擬平掃圖像與真實平掃圖像的差異，旨在探討虛擬平掃替代真實平掃的可能性。

材料與方法

1.研究對象

2013年4月－2013年7月，搜集行雙源CT上腹部雙能量增強掃描的67例患者的病例資料，其中男42例，女25例，年齡20～80歲，平均（50±15）歲。

2.檢查方法

掃描前準(zhǔn)備：囑患者去除腹部的金屬飾物，若腹部皮膚表面涂抹有藥物者也應(yīng)盡量去除。不需口服對比劑溶液和清水，掃描過程中要求患者盡量配合屏氣。

CT掃描方案：所有患者采用Siemens Somatom Definition Flash 2代雙源CT機行上腹部平掃及雙能量動脈期和門脈期增強掃描，掃描范圍自膈頂至胰腺鉤突下緣十二指腸水平段。其中平掃采用單源掃描模式；動脈期和門脈期采用雙源雙能量技術(shù)。單源模式下掃描參數(shù)：管電壓120kV，參考管電流量210mAs，128i×0.6mm，螺距0.7。雙能量掃描模式下A、B兩個球管同時同層采集圖像，球管A：100kV，300mAs，視野50cm×50cm；球管B：Sn 140kV（附加0.5mm錫板濾過），232mAs，視野33.2cm×33.2cm，32i×0.6mm，螺距0.7。所有掃描序列均開啟實時動態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(shù)（CARE Dose 4D），根據(jù)患者體厚和密度實時調(diào)節(jié)管電流量，球管旋轉(zhuǎn)一周時間0.5s，層厚5mm，層間距5mm，重建算法B30f。增強掃描采用非離子型對比劑碘海醇（300mg I／mL），劑量1.5mL／kg，由高壓注射器以3.0mL／s的注射流率經(jīng)前臂靜脈團注，分別于注射對比劑之后30和80s采集動脈期和門脈期圖像。掃描后可獲得100kV和Sn 140kV圖像，以及兩者大約各50%的加權(quán)融合120kV圖像[4]。

圖像數(shù)據(jù)測量和質(zhì)量評分：掃描完成后將圖像傳輸至Siemens Syngo MMWP VE36A工作站，分別將動脈期和門脈期雙能量圖像調(diào)入Dual－Energy軟件，經(jīng)liver VNC程序處理，從選擇的體素中去除碘，分別得到動脈期和門脈期層厚5mm、層間距5mm的虛擬平掃圖像。

將真實平掃圖像和后處理獲得的動脈期、門脈期虛擬平掃圖像傳輸至工作站Viewing軟件中，手動勾畫真實平掃圖像上胰腺、豎脊肌等興趣區(qū)（region of interest，ROI），分別測量興趣區(qū)內(nèi)的CT值，并利用復(fù)制、粘貼功能對虛擬平掃圖像進行相同層面、相同部位的CT值測量。分別測量3個不同層面上各個興趣區(qū)的CT值，取其平均值分別為胰腺CT值和豎脊肌CT值。然后測量腹前壁皮下脂肪均勻區(qū)域中脂肪CT值的標(biāo)準(zhǔn)差值（SD）作為圖像噪聲（image noise，IN），并計算胰腺的信噪比（signal－to－noise ratio，SNR）和胰腺－豎脊肌對比噪聲比（contrast－to－noise ratio，CNR），公式如下：

由兩位從事腹部影像診斷10年以上醫(yī)師對上述檢查獲得的圖像進行主觀評估，按照胰腺圖像的質(zhì)量、是否存在偽影以及偽影是否影響診斷能力等對真實平掃圖像和虛擬平掃圖像進行5分制評分[5]。1分：由于嚴(yán)重的偽影和差的圖像質(zhì)量無法進行診斷；2分：較差的圖像質(zhì)量，偽影較大，阻礙診斷；3分：圖像質(zhì)量較好，可以進行診斷；4分：圖像質(zhì)量好，偽影很少；5分：圖像質(zhì)量非常好，沒有偽影。圖像質(zhì)量3分及以上即認(rèn)為滿足診斷要求。兩位醫(yī)師意見不一致時通過協(xié)商達(dá)成一致意見。

3.輻射劑量評估

記錄機器自動生成的每例患者各期掃描的CT劑量指數(shù)（CT dose index，CTDI）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），并按照公式（3）計算有效劑量（effective dose，ED）[6]：

其中，成人k＝0.015mSv／（mGy·cm）

實際工作中，胰腺增強CT掃描方案包括平掃、動脈期和門脈期。如果三期掃描都采用常規(guī)單源模式，三期總ED＝TNE的ED＋動脈期單源掃描ED＋門脈期單源掃描ED；如果三期掃描中動脈期采用雙能量掃描模式，在獲得動脈期增強圖像的同時，也獲得了虛擬平掃圖像，三期總ED＝動脈期VNE的ED＋門脈期單源掃描ED；同理，如果三期掃描中門脈期采用雙能量模式，三期總ED＝門脈期VNE的ED＋動脈期單源掃描ED。由于單源模式下，曝光參數(shù)和掃描范圍相同，動脈期和門脈期單源掃描ED約等于TNE的ED，因此，采用TNE的三期總ED≈真實平掃ED×3，采用動脈期VNE的三期總ED≈動脈期VNE的ED＋真實平掃ED，采用門脈期VNE的三期總ED≈門脈期VNE的ED＋真實平掃ED。

4.統(tǒng)計學(xué)方法

結(jié) 果

不同掃描方式胰腺、豎脊肌CT值及圖像噪聲、胰腺SNR、胰腺－豎脊肌CNR的測量結(jié)果見表1。

統(tǒng)計分析結(jié)果顯示，三組圖像之間胰腺CT值、豎脊肌CT值的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。三組圖像之間圖像噪聲（即脂肪SD值）、胰腺SNR和胰腺－豎脊肌CNR的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。圖像噪聲多重比較檢驗結(jié)果顯示，三組圖像噪聲均不相等，其中動脈期VNE噪聲最小，其次為門脈期VNE，TNE噪聲最大（圖1）。胰腺SNR多重比較檢驗結(jié)果顯示，三組圖像上胰腺SNR均不相等，其中動脈期VNE胰腺SNR最大，其次為門脈期VNE，TNE胰腺SNR最小（圖2）。胰腺－豎脊肌CNR多重比較檢驗結(jié)果顯示，動脈期和門脈期VNE之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＝0.077），但與TNE之間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，且數(shù)據(jù)值均高于TNE。

表1 TNE、動脈期VNE、門脈期VNE的CT值、圖像噪聲、SNR、CNR及圖像質(zhì)量評分及統(tǒng)計分析結(jié)果

表2 TNE、動脈期VNE、門脈期VNE的單期輻射劑量、總輻射劑量比較

各種掃描方式圖像主觀質(zhì)量評分結(jié)果見表1。單因素方差分析結(jié)果顯示，三組圖像之間圖像主觀質(zhì)量評分的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。多重比較檢驗結(jié)果顯示，三組圖像主觀質(zhì)量評分均不相等，其中TNE評分最高，其次為動脈期VNE，最低為門脈期VNE。

各種掃描方案輻射劑量的計算結(jié)果見表2。單因素方差分析顯示，TNE、動脈期VNE、門脈期VNE的單期CTDI、DLP和ED的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；多重比較檢驗結(jié)果顯示，動脈期和門脈期VNE之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但兩者與TNE之間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，其中TNE的單期CTDI、DLP和ED均為最低。

胰腺常規(guī)CT掃描方案包括平掃及增強掃描動脈期和門脈期。本研究中三組總ED的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。多重比較檢驗結(jié)果顯示，采用動脈期VNE和門脈期VNE的總ED之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但兩者與采用TNE的總ED之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），且都低于采用TNE的總ED。

討 論

西門子雙源CT具有兩套高壓發(fā)生器[7]、兩套相互獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（即X線球管A、B和各自對應(yīng)的探測器）。二代雙源CT上A、B兩個球管互成94°安裝在旋轉(zhuǎn)機架上，既可以只使用單個球管，作為128層螺旋CT使用；也可以同時使用兩個球管，通過采用相同的球管能量來提高時間分辨率和光子通量；還可以兩個球管采用不同的能量水平來進行雙能量成像[8-9]。兩個 X 線球管設(shè)定不同的曝光條件[10]同時掃描，可以同時獲得兩個光子能量水平的CT數(shù)據(jù)[11]，根據(jù)不同光子能量下光子吸收的變化可以檢測出物質(zhì)組成的不同。雙能量后處理軟件中的liver VNC程序可以利用基于軟組織、脂肪和碘三物質(zhì)分解原則的后處理算法，從圖像中減除碘，從而獲得虛擬平掃圖像[12-13]。

本研究結(jié)果顯示，雖然動脈期和門脈期VNE圖像上，胰腺CT值和豎脊肌CT值與TNE相似，但是VNE的圖像噪聲低于TNE，信噪比、胰腺－豎脊肌對比噪聲比高于TNE，尤其是動脈期VNE的圖像噪聲為三組中最低，而信噪比為三組中最高。信噪比是衡量圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)之一，與管電壓、管電流量、層厚、重建算法等因素密切相關(guān)。二代雙源CT虛擬平掃圖像上100kV圖像融合比例為50%，管電流量為300mAs，具有管電壓低、管電流量高的特點，使得融合的VNE圖像信噪比高于TNE。另一方面，雙能量CT采用了“D”卷積核用于提高物質(zhì)特性，降低噪聲的同時導(dǎo)致圖像模糊的增加，但是，這種噪聲的降低可能是一種不真實的降低，反而可能造成診斷質(zhì)量的下降[14]。這與本次研究結(jié)果中，VNE圖像主觀質(zhì)量評分低于于TNE的結(jié)果是一致的。此外，雖然VNE圖像主觀質(zhì)量評分低于TNE，但是均大于3分，能夠滿足診斷要求，并且動脈期VNE圖像主觀質(zhì)量評分高于門脈期。造成這種結(jié)果的原因可能是，動脈期圖像中對比劑主要集中在動脈血管內(nèi)，胰腺實質(zhì)中碘分布較少，更有利于減除每個CT像素中的碘分布。以上結(jié)果說明，動脈期VNE圖像信噪比和主觀質(zhì)量評分均高于門脈期，所以胰腺增強CT檢查就圖像質(zhì)量而言，在動脈期采用雙能量掃描獲得虛擬平掃圖像更有利于診斷。

VNE圖像作為傳統(tǒng)TNE圖像的替代，使省去TNE掃描成為可能[12]。因此，使用VNE圖像的兩個主要優(yōu)勢是縮短了檢查時間和降低了輻射劑量[15]，尤其是對于需要長期隨訪進行多次CT檢查的患者而言特別重要[16]。之前的一些研究表明TNE與VNE單期輻射劑量之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義[3，15]，其原因可能在于這些研究中TNE和VNE采用的掃描參數(shù)并不一致。比如，TNE采用32i×0.6mm準(zhǔn)直器寬度，而VNE為保證圖像質(zhì)量采用14i×1.2mm的準(zhǔn)直器寬度。本研究中TNE和VNE盡量采用一致的掃描參數(shù)，比如TNE采用128i×0.6mm，VNE采用32i×0.6mm，兩種掃描方法的準(zhǔn)直器寬度一樣，螺距也一樣，由此得到單期TNE輻射劑量低于單期VNE，結(jié)果是可靠的。實際工作中，為了鑒別胰腺病變，CT掃描方案通常包括平掃、動脈期和門脈期[17]。本次研究結(jié)果表明，采用動脈期VNE的總ED和采用門脈期VNE的總ED均低于采用TNE的總ED。

本次研究仍存在一些不足。首先，為了客觀評價圖像噪聲，本研究將脂肪ROI放置在腹前壁皮下脂肪均勻的區(qū)域中。雖然二代雙源CT的B球管FOV與一代雙源CT相比，從26cm×26cm提高到了33.2cm×33.2cm，但是對于肥胖患者而言，腹前壁皮下脂肪仍然有可能被排除在虛擬平掃FOV之外，將來的研究中可以嘗試將脂肪ROI放置在腹腔內(nèi)脂肪區(qū)域[4]。其次，沒有對患者的體重指數(shù)（body mass index，BMI）進行限定，對于個別BMI＞24kg／m2的肥胖患者，同樣的掃描參數(shù)可能會引起噪聲的增加和圖像質(zhì)量的下降。

綜上所述，雙源CT雙能量掃描胰腺虛擬平掃的圖像質(zhì)量接近于真實平掃，并且動脈期虛擬平掃圖像質(zhì)量優(yōu)于門脈期，在臨床胰腺三期增強掃描中可能替代真實平掃并且減少輻射劑量。

[1]袁元，黃子星，李真林，等.雙源CT雙能量碘圖對急性壞死性胰腺炎影像的診斷價值[J].四川大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2012，43（4）：597－600.

[2]Johnson TR，Krauss B，Sedlmair M，et al.Material differentiation by dual energy CT：initial experience[J].Eur Radiol，2007，17（6）：1510－1517.

[3]Zhang LJ，Peng J，Wu SY，et al.Liver virtual non－enhanced CT with dual－source，dual－energy CT：apreliminary study[J].Eur Radiol，2010，20（9）：2257－2264.

[4]Barrett T，Bowden DJ，Shaida N，et al.Virtual unenhanced second generation dual－source CT of the liver：is it time to discard the conventional unenhanced phase？[J].Eur J Radiol，2012，81（7）：1438－1445.

[5]De Cecco CN，Buffa V，F(xiàn)edeli S，et al.Dual energy CT （DECT）of the liver：conventional versus virtual unenhanced images[J].Eur Radiol，2010，20（12）：2870－2875.

[6]Cynthia MC，Dianna C，Sue E，et al.The measurement，reporting and management of radiation dose in CT.Diagnostic Imaging[M].American：Am Associat Phys Med，2008，96（）：13.

[7]Achenbach S，Ropers D，Kuettner A，et al.Contrast－enhanced coronary artery visualization by dual－source computed tomography——initial experience[J].Eur J Radiol，2006，57（3）：331－335.

[8]Flohr TG，Mc Collough CH，Bruder H，et al.First performance evaluation of a dual source CT （DSCT）system[J].Eur Radiol，2006，16（2）：256－268.

[9]Petersilka M，Bruder H，Krauss B，et al.Technical principles of dual source CT[J].Eur J Radiol，2008，68（3）：362－368.

[10]Behrendt FF，Schmidt B，Plumhans C，et al.Image fusion in dual energy computed tomography：effect on contrast enhancement，signal－to－noise ratio and image quality in computed tomography angiography[J].Invest Radiol，2009，44（1）：1－6.

[11]Chandarana H，Godoy MC，Vlahos I，et al.Abdominal aorta：evaluation with dual－source dual－energy multidetector CT after endovascular repair of aneurysmsdinitial observations[J].Radiology，2008，249（2）：692－700.

[12]Graser A，Johnson TR，Hecht EM，et al.Dual－energy CT in patients suspected of having renal masses：can virtual nonenhanced images replace true nonenhanced images？[J].Radiology，2009，252（2）：433－440.

[13]Graser A，Johnson TR，Chandarana H，et al.Dual energy CT：preliminary observations and potential clinical applications in the abdomen[J].Eur Radiol，2009，19（1）：13－23.

[14]Numburi UD，Schoenhagen P，F(xiàn)lamm SD，et al.Feasibility of dual－energy CT in the arterial phase：imaging after endovascular aortic repair[J].AJR，2010，195（2）：486－493.

[15]Mileto A，Mazziotti S，Gaeta M，et al.Pancreatic dual－source dual－energy CT：is it time to discard unenhanced imaging？[J].Clin Radiol，2012，67（4）：334－339.

[16]Megibow AJ.Are we really closer to predicting the development of pancreatic cancer[J].Radiology，2010，254（3）：642－646.

[17]Kondo H，Kanematsu M，Goshima S，et al.MDCT of the pancreas：optimizing scanning delay with a bolus tracking technique for pancreatic，peripancreatic vascular，and hepatic contrast enhancement[J].AJR，2007，188（3）：751－756.