雙能CT區(qū)分兩種造影劑的研究

王 琦WANG Qi

孫夢(mèng)月2SUN Mengyue

時(shí)高峰1SHI Gaofeng

田志輝1TIAN Zhihui

雙能CT區(qū)分兩種造影劑的研究

王 琦1WANG Qi

孫夢(mèng)月2SUN Mengyue

時(shí)高峰1SHI Gaofeng

田志輝1TIAN Zhihui

目的探討雙能CT掃描區(qū)分鉍造影劑和釓造影劑的可行性。資料與方法將兩組不同比例的鉍造影劑和釓造影劑混合物置于試管內(nèi)，第一組為碘海醇注射液和釓特酸葡胺注射液，體積比分別為0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0；第二組為碘海醇注射液和果膠膠體鉍溶液，質(zhì)量濃度分別為0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。使用雙能CT掃描后，以80 keV進(jìn)行單能量圖像重建，應(yīng)用Liver VNC軟件將雙能數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬平掃及碘含量分析。結(jié)果在80 keV虛擬單能量成像的條件下，第一組混合液的CT值為379～383 HU，第二組混合液的CT值為170～173 HU，且兩組實(shí)際碘濃度與測(cè)量碘濃度之間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。物質(zhì)分離圖像中，碘造影劑和釓造影劑區(qū)分不明顯，碘和鉍造影劑區(qū)分明顯。結(jié)論雙能CT可以區(qū)分鉍和釓這兩種衰減率不同的造影劑，原子序數(shù)相差越大，區(qū)分效果越明顯。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；造影劑；鉍；釓

雙能CT的發(fā)展和應(yīng)用使得單次掃描能在兩個(gè)不同的管電壓下快速并且同時(shí)采集圖像，其強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)是能檢測(cè)成像物體的物質(zhì)組成[1,2]。每種物質(zhì)都有其特征X線吸收曲線，由于不同物質(zhì)的X線衰減率不同，理論上軟組織或水都能和碘造影劑區(qū)分開。研究表明無(wú)論是雙源雙能CT或是單源雙能CT均可以提取并定量評(píng)估碘水混合物中碘的含量[3,4]。能夠區(qū)分出成像物質(zhì)中不同成分的含量顯然對(duì)于影像診斷和研究有巨大的益處[5]。目前，兩種及以上造影劑的分離是雙能CT物質(zhì)分離技術(shù)可拓展的研究方向之一。雙能CT不能區(qū)分衰減相似的物質(zhì)，如鋇造影劑與碘造影劑[6]，但其是否能夠區(qū)分其他造影劑目前研究較少。本實(shí)驗(yàn)研究雙能CT掃描區(qū)分鉍造影劑和釓造影劑的可行性，為減少輻射劑量和解決體內(nèi)同時(shí)存在兩種造影劑圖像質(zhì)量差等問題奠定掃描條件和技術(shù)處理方面的基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 模型設(shè)計(jì) 取大小為10 cm×14 cm×15 cm的方形小桶裝滿水，5只容量約17 ml的塑料試管（直徑1.5 cm，長(zhǎng)8.5 cm）裝滿不同比例的碘海醇注射液和釓特酸葡胺（多它靈）注射液，體積比分別為0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。另5只相同的塑料試管裝滿不同比例的碘海醇注射液和果膠膠體鉍（粉劑）溶液，質(zhì)量濃度比分別為0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。為防止掃描中出現(xiàn)位置移動(dòng)，固定試管放入小桶內(nèi)。試管壁材料均不能產(chǎn)生偽影物質(zhì)，同時(shí)不會(huì)影響X線的穿行。先后將各組溶液配制后混勻，試管完全封閉后立即掃描，防止試劑沉淀造成CT值的偏差。

1.2 CT掃 描 將Siemens Somatom Defnition Flash CT機(jī)進(jìn)行掃描，采用雙能掃描模式。兩個(gè)模型的掃描參數(shù)均為：管電壓80～140 kV，管電流分別為312 mA、121 mA，CT容積劑量指數(shù)為11.87 mGy，視野332 mm，準(zhǔn)直器寬度0.6 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，螺距0.55，準(zhǔn)直32×0.6 mm。重建層厚1 mm。采用D30的重建算法。

1.3 數(shù)據(jù)收集與成像 將數(shù)據(jù)傳入Dual Energy工作

表1 第一組各試管80 keV虛擬單能量成像條件下的CT值及碘造影劑濃度

（t=0.677, P＞0.05）。不同濃度碘-釓混合液及碘-鉍混合液內(nèi)的碘含量不同（圖1、2）。通過(guò)碘圖成像可以直觀顯示試管內(nèi)碘含量的差異。虛擬平掃圖像可以顯站中。首先，在monoenergetic模式下，以80 keV進(jìn)行單能量圖像重建，每個(gè)試管的CT值采用圓形興趣區(qū)（ROI）的畫法，且在相鄰3個(gè)層面分別畫1個(gè)相同大小和位置的ROI，同時(shí)記錄獲得的CT值。然后，使用Liver VNC軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，制成虛擬平掃和碘攝取兩種成像方式觀察試管的圖像變化。根據(jù)如上ROI的畫法測(cè)量并記錄每支試管的碘攝取值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 17.0軟件，實(shí)際碘濃度與測(cè)量碘濃度比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 碘造影劑與釓造影劑不同濃度混合后雙能CT掃描成像。第1排為單能譜80 keV成像圖，圖中顯示5支試管CT值相似；第2排為虛擬平掃圖，碘去除后顯示隨著釓濃度的增高試管內(nèi)圖像變亮，但前3支試管內(nèi)濃度難以區(qū)分；第3排為碘圖，以明暗變化顯示5支試管碘濃度

2 結(jié)果

2.1 雙能CT測(cè)得的各混合液的CT值 在80 keV虛擬單能量成像的條件下，第一組碘-釓混合液的CT值在379～383 HU之間，不同試管CT值差異＜4 HU（表1）。第二組碘-鉍混合液的CT值為170～173 HU，不同試管CT值差異＜3 HU（表2）。

2.2 雙能CT對(duì)兩種造影劑的區(qū)分情況 第一組與第二組不同試管內(nèi)碘含量可以通過(guò)雙能CT碘圖成像獲得。測(cè)量的碘值與實(shí)際碘濃度之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義示碘去除后，試管內(nèi)其他造影劑的濃度變化。且碘-鉍混合液圖像的灰階梯度變化比碘-釓混合液更加明顯，提示碘與鉍的分離比碘與釓的分離更加容易。

表2 第二組各試管80 keV虛擬單能量成像條件下的CT值及碘造影劑濃度

圖2 碘造影劑與膠體鉍不同濃度混合后雙能CT掃描成像。第1排為單能譜80 keV成像圖，圖中顯示5支試管CT值相似；第2排為虛擬平掃圖，碘去除后顯示隨著鉍濃度的增高試管內(nèi)圖像變亮；膠體鉍的濃度差異較大，可以顯示出其梯度變化；第3排為碘圖，明暗變化較圖1顯著

3 討論

本研究表明，兩種不同的造影劑混合后可以通過(guò)雙能CT進(jìn)行物質(zhì)分離。理論上，每種物質(zhì)都有其特征X線吸收曲線，并且任何物質(zhì)的X線吸收系數(shù)可由其他任意兩種基物質(zhì)的X線吸收系數(shù)決定，由此可將一種物質(zhì)的衰減轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生同樣衰減的兩種物質(zhì)的密度，這樣可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)組成分析與物質(zhì)的分離[7-9]。進(jìn)行物質(zhì)分離通常選擇衰減有較大差異的物質(zhì)組成基物質(zhì)對(duì)，例如水和碘就是常用的組合，它包含了從軟組織到含碘造影劑以及醫(yī)學(xué)中常見的物質(zhì)范圍。以水和碘作為基物質(zhì)對(duì)，組織在某單能量下的CT值通過(guò)80 kVp和140 kVp兩組數(shù)據(jù)即可以得出。根據(jù)高低能量的原始數(shù)據(jù)，求解出用于基物質(zhì)對(duì)圖像重組的兩組原始數(shù)據(jù)（碘-水），然后根據(jù)這個(gè)原始數(shù)據(jù)重組得到基物質(zhì)對(duì)的圖像，最后根據(jù)相應(yīng)的已知基物質(zhì)的吸收曲線，計(jì)算出特定水平的單能量圖像，同時(shí)也可以得到常規(guī)的混合能量圖像。水和碘的密度與X線的能譜無(wú)關(guān)，因此在能譜成像中，通過(guò)基物質(zhì)對(duì)的密度值就可以求解相應(yīng)的CT值[1]。

本研究選取MRI常用的釓造影劑和膠體鉍為研究對(duì)象分別與碘混合后由雙能CT區(qū)分兩種造影劑。研究結(jié)果顯示碘和鉍的區(qū)分效果較明顯；碘和釓的區(qū)分效果較差。這是因?yàn)橐环N造影劑的X線衰減特性是由其所結(jié)合的重原子決定的。臨床上常用造影劑的3種重原子有碘、鋇、釓。鋇的原子序數(shù)為56，原子量為137，碘的原子序數(shù)為53，原子量為127，而釓的原子序數(shù)為64，原子量為157，鉍的原子序數(shù)為83，原子量為209。因此，碘和鋇的原子序數(shù)和原子量相差不大，且有比較高的、幾乎相同的衰減率，因此不能區(qū)分。而碘和鉍的原子序數(shù)和原子量相差較大，比碘和釓的原子序數(shù)和原子量差值大，因此，碘和鉍的區(qū)分效果更明顯。鉍類造影劑是目前造影劑研究的熱點(diǎn)之一[10,11]。這是因?yàn)殂G的原子量較大，衰減率相對(duì)較高，而且與其他的重金屬相比，毒性較低，費(fèi)用也較低。

本研究為初步的模型實(shí)驗(yàn)，是為驗(yàn)證雙能CT區(qū)分兩種造影劑的可行性。不足之處在于僅局限于圖像的視覺分離，即通過(guò)物質(zhì)密度圖像觀察。不能通過(guò)雙能CT對(duì)釓及鉍的濃度進(jìn)行定量分析。此外，鉍造影劑目前未應(yīng)用于臨床，所以本研究目前暫不能進(jìn)行臨床研究。

總之，本研究表明雙能CT區(qū)分兩種造影劑是可行的，特別是原子量與碘差異較大的物質(zhì)更容易被分離，此研究結(jié)果有利于促進(jìn)新型造影劑的研發(fā)和兩種造影劑的同時(shí)應(yīng)用。

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（本文編輯 鄧玉娟）

Differentiation of Two Contrast Media Using Dual-energy CT

PurposeTo evaluate the feasibility of using dual-energy CT scanner to differentiate two contrast media bismuth and gadolinium.Materials and MethodsTwo phantoms containing contrast media of different ratio were scanned on dual-energy CT. Group 1 was mixture of iodine and gadolinium solution with volume ratio of 0∶1, 1∶6, 1∶1, 6∶1 and 1∶0. Group 2 was mixture of iodine and bismuth solution with mass ratio of 0∶1, 1∶6, 1∶1, 6∶1, 1∶0. Monoenergetic image reconstruction was performed at 80 keV. Liver VNC software was used for virtual scanning and iodine concentration analysis.ResultsUnder 80 keV reconstruction, the measured CT attenuation of Group 1 was 379-383 HU, and 170-173 HU in group 2. The iodine concentration of two groups was not signifcantly different between the calculated and actual iodine concentration (P＞0.05). The dual-energy CT can distinguish two contrast media. Iodine and gadolinium contrast media were not statistically different, while iodine and bismuth contrast media agent could be easily differentiated.ConclusionDual-energy CT can distinguish two contrast media with different attenuation.

Tomography, X-ray computed; Contrast media; Bismuth; Gadolinium

1.河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院CT室 河北石家莊050011

2.河北醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院放射科 河北石家莊050000

王 琦

Department of Radiography, the Fourth Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050011, China

Address Correspondence to: WANG Qi

E-mail: ja1109W@163.com

R445.3

2014-03-08

修回日期：2014-08-17

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2014年 第22卷 第9期：701-703

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(9): 701-703

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.09.016