不同掃描條件對(duì)單源雙能CT水-碘濃度值穩(wěn)定性的影響

王逸敏劉愛連劉靜紅劉博佳孫美玉劉義軍浦仁旺李 燁陳安良

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不同掃描條件對(duì)單源雙能CT水-碘濃度值穩(wěn)定性的影響

王逸敏1劉愛連1劉靜紅1劉博佳2孫美玉1劉義軍1浦仁旺1李 燁1陳安良1

【摘要】目的：研究單源雙能CT的不同掃描條件對(duì)水濃度值穩(wěn)定性的影響。方法：使用單源雙能CT（GE Discovery HD750）選取不同的掃描參數(shù)進(jìn)行有序組合對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)包括：管電流：260、275、360、375、550、600、630、640mA；轉(zhuǎn)速：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 s/r；掃描野：腹部large和medium；重建層厚/間距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm和0.984mm。共掃描552組數(shù)據(jù)，利用GSI general MD analysis軟件后處理生成水-碘圖像，測(cè)量每個(gè)序列的中間層面圖像中心區(qū)水濃度值（ROI=600±30mm2）。采用Matlab 7.11.0軟件中的stepwise函數(shù)對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以獲得5個(gè)不同掃描參數(shù)對(duì)水-碘濃度值影響的大小。結(jié)果：轉(zhuǎn)速、電流、掃描野、螺距4個(gè)因素對(duì)水-碘濃度值的變化有顯著影響（P＜0.05），重建層厚對(duì)水-碘濃度值的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.353）。結(jié)論：不同掃描條件對(duì)單源雙能CT的水-碘濃度值有影響，其中轉(zhuǎn)速、電流、掃描野、螺距對(duì)水碘濃度值的影響較為顯著，重建層厚對(duì)水-碘濃度值無明顯影響。

【關(guān)鍵詞】單源雙能CT；掃描條件；水-碘濃度值

在能譜CT掃描過程中，掃描條件的選擇大多依靠機(jī)器預(yù)設(shè)的掃描模塊或憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)選擇，這種方式可能會(huì)導(dǎo)致所獲得的能譜成像（gemstone spectral imaging ，GSI）數(shù)據(jù)存在偏差，影響診斷的準(zhǔn)確性。本研究旨在分析單源雙能CT中不同掃描條件對(duì)GSI水-碘濃度值的影響。

方 法

1.標(biāo)準(zhǔn)水膜和掃描協(xié)議

應(yīng) 用GE公 司 能 譜CT機(jī)（GE Discovery HD750）對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)水模（圓形，內(nèi)徑為20cm）進(jìn)行掃描。供選擇的掃描參數(shù)如下：管電壓80140kVp瞬切；管電流（mA）：260、275、360、375、550、600、630、640；轉(zhuǎn)速為：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0r/s；掃描野：腹部large和medium；重建層厚/間距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm 和0.984mm；重建函數(shù)均為STND。將不同掃描參數(shù)有序組合進(jìn)行掃描，獲得各個(gè)掃描參數(shù)組合的不同掃描條件協(xié)議GSI圖像共552組。層厚為5mm時(shí)每組采集6層圖像，層厚為1.25mm每組采集24層圖像。

2.數(shù)據(jù)測(cè)量

所有原始數(shù)據(jù)傳至AW4.5工作站，利用GSI general MD analysis軟件進(jìn)行后處理，生成水-碘基物質(zhì)對(duì)圖像。選擇每組圖像的中間層圖像（層厚為5mm時(shí)選取第4層圖像，層厚為1.25mm時(shí)選取第13層圖像）測(cè)量并記錄水-碘濃度值。在圖像中心區(qū)畫取與標(biāo)準(zhǔn)水模同心圓的感興趣區(qū)（region of interest，ROI），面積為600±30mm2，記錄為ROI C1（圖1）。

3.數(shù)據(jù)分析

使用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用stepwise逐步回歸法，依賴函數(shù)為：stepwise （X，Y，immodel，alpha）。其中X為自變量數(shù)據(jù)（X1-轉(zhuǎn)速，X2-電流，X3-掃描野，X4-螺距，X5-層厚），Y為因變量數(shù)據(jù)（水-碘濃度值），分別用N×M和N×1矩陣，inmodel為矩陣的列數(shù)指標(biāo)，alpha為顯著性水平。以P＜0.05界定該掃描參數(shù)對(duì)水-碘濃度值的影響性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，回歸系數(shù)的絕對(duì)值越大，則對(duì)水-碘濃度值的影響程度越大。

結(jié) 果

4個(gè)自變量（X1-轉(zhuǎn)速，X2-電流，X3-掃描野，X4-螺距）對(duì)模型均有顯著影響。轉(zhuǎn)速、管電流、掃描野、螺距的概率P值均小于0.05，與水-碘濃度值有顯著的相關(guān)性，其系數(shù)絕對(duì)值分別為1.886、1.489、1.221、0.002。重建層厚（X5）的概率值P=0.353，與水-碘濃度值相關(guān)性不顯著（圖2）。由各條件所對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)可看出，對(duì)水-碘濃度值的影響由大到小分別為：轉(zhuǎn)速、掃描野、螺距、電流。

圖1 ROI放置示意圖。

圖2 Matlab分析結(jié)果，其中X1為轉(zhuǎn)速，X2為電流，X3為掃描野，X4為螺距，X5為重建層厚。重建層厚P=0.353＞0.05，與水-碘濃度值相關(guān)性不顯著。

討 論

單源雙能CT的單源瞬時(shí) kVp 切換技術(shù)可獲取多個(gè)單能量成像，同時(shí)利用康普頓效應(yīng)，以兩種基物質(zhì)（如水和碘）在不同能量下衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)基物質(zhì)的密度及空間分布，從而實(shí)現(xiàn)基物質(zhì)定量評(píng)估，并獲得物質(zhì)分離圖像［1-3］。目前基物質(zhì)對(duì)的臨床應(yīng)用價(jià)值已得到普遍認(rèn)可，有學(xué)者研究表明［4］，單源雙能CT在轉(zhuǎn)速為0.6s/轉(zhuǎn)、0.8s/轉(zhuǎn)、1.0s/轉(zhuǎn)時(shí)能有效準(zhǔn)確反映不同濃度溶液的碘含量。在臨床應(yīng)用方面，除了有效進(jìn)行良惡性病變鑒別外［5-7］，還可用于富脂與乏脂的腎上腺意外瘤的鑒別［8］以及滲出液與漏出液的鑒別［9］。CT基物質(zhì)對(duì)的穩(wěn)定性主要受CT機(jī)自身固有設(shè)置情況和掃描參數(shù)（如轉(zhuǎn)數(shù)、管電流、掃描野、重建層厚等）的影響。本研究的目的正是通過合理調(diào)節(jié)掃描參數(shù)，保證圖像質(zhì)量，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

X方向與Y方向的采樣率受轉(zhuǎn)速影響，而Z方向的采樣率受螺距影響。隨著螺距的增加，有效層厚增大，有效體素體積隨之增大，同時(shí)探測(cè)器接收的射線量減少，圖像的密度分辨率下降、噪聲增加［10］。理論上，一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速升高、螺距減小，采樣率體高，圖像精細(xì)度增加。轉(zhuǎn)速過慢、螺距過高時(shí)采樣缺失，出現(xiàn)假象及數(shù)據(jù)缺失。

掃描野（field of view，F(xiàn)OV）大小由掃描直徑?jīng)Q定。FOV的大小會(huì)影響圖像空間分辨率，當(dāng)矩陣不變，掃描視野縮小時(shí)，圖像像素?cái)?shù)目增多，圖像顯示更加細(xì)致銳利。黨保華等［11］在其他掃描條件固定的情況下采用兩組不同的掃描野進(jìn)行體模及嬰幼兒體部掃描，F(xiàn)OV分別選擇18cm×18cm及25cm×25cm，結(jié)果表明較小直徑的掃描野圖像清晰度要優(yōu)于較大直徑的掃描野圖像。與其不同的是，本實(shí)驗(yàn)主要研究FOV對(duì)水-碘值的影響，結(jié)果表明掃描野的變化會(huì)影響水-碘濃度值穩(wěn)定性，與此前趙永為等［12］對(duì)不同F(xiàn)OV下蒸餾水及不同濃度碘溶液水-碘值的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明管電流的變化對(duì)水-碘值的影響較小，分析原因可能是由于不同管電流對(duì)應(yīng)的電流波動(dòng)噪聲差異較小，且隨機(jī)效應(yīng)較大所致。在管電壓不變的情況下，改變管電流主要對(duì)輻射劑量和圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，而對(duì)相關(guān)定量值的影響較?。?3-14］。

重建層厚主要影響圖像的Z軸空間分辨率，當(dāng)重建層厚的增大時(shí)，Z軸空間分辨率減小，部分容積效應(yīng)也隨之增加。Nomura等［15］人在人體中應(yīng)使用不同層厚進(jìn)行雙源灌注CT的掃描，結(jié)果表明在2D 和3D雙能灌注CT掃描時(shí)應(yīng)選用較薄的層厚。但是本研究表明重建層厚不同對(duì)水-碘濃度值的測(cè)量結(jié)果沒有顯著影響，分析是由于本實(shí)驗(yàn)對(duì)模體進(jìn)行掃描，Z軸方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)水模的長(zhǎng)軸，層面間成分無差異所致。而人體組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，Z軸方向上不同層面包含不同密度的組織器官，重建層厚過大會(huì)導(dǎo)致部分容積效應(yīng)，導(dǎo)致信息的偏差及病變的遺漏。

由于機(jī)器本身固有掃描條件設(shè)置的限制，無法實(shí)現(xiàn)5個(gè)掃描條件的任意排列組合，因此不能對(duì)各掃描參數(shù)之間相互影響因素進(jìn)行分析，獲得最佳掃描參數(shù)組合。本研究?jī)H為初步研究，今后將進(jìn)一步對(duì)各掃描參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。在臨床應(yīng)用中，由于人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜密度不均，因此本研究所得出的參數(shù)結(jié)果仍需進(jìn)一步檢驗(yàn)。

總而言之，改變轉(zhuǎn)速、掃描野、螺距、電流等掃描參數(shù)會(huì)對(duì)能譜CT水碘密度值的準(zhǔn)確性造成一定的影響，實(shí)際工作中應(yīng)盡可能優(yōu)化掃描參數(shù)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及診斷效力。

參 考 文 獻(xiàn)

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1 Department of Radiology， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

2 Department of Digestive System， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

Address： 222 Zhongshan Rd.， Dalian 116011， P.R.C.

Address Correspondence to LIU Jing-hong （E-mail： Liujinghong54@163. com）

中圖分類號(hào)：R814.42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-5741（2016）-03-0274-04

收稿時(shí)間：（2015.10.29；修回時(shí)間：2015.11.24）

作者單位：1 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科2 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化科

通信地址：遼寧省大連市西崗區(qū)中山路222號(hào)，大連 116011 Natural Science Foundation of China No. 81470078

通信作者：劉靜紅（電子郵箱：liujinghong54@163.com）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金 No.81470078

The Influence on the Stability of Water-iodine Concentration in Different Single-Source Dual-Energy CT Scanning Conditions

WANG Yi-min1， LIU Ai-lian1， LIU Jing-hong1， LIU Bo-jia2， SUN Mei-yu1， LIU Yi-jun1，PU Ren-wang1， LI Ye1， CHEN An-liang1

【Abstract】Purpose：To investigate the influence on the stability of water-iodine concentration in different single-source dual-energy CT scanning conditions. Methods：A GE standard water model was scanned by different scanning parameters of single-source dual-energy CT. Five hundred and twenty-two groups of data was acquired by scanning parameters orderly combined below： tube current： 260， 275， 360， 375， 550， 600， 630， 640mA）； speed：0.5， 0.6， 0.7， 0.8， 0.9， 1.0s/rot）； FOV： large and medium； thickness： 5mm， 1.25mm； pitch： 1.375mm， 0.984mm. The central water concentration of each sequence on iodine-water images， which were reconstructed by GSI general MD analysis software （ROI=600±30mm2）， was recorded. Infuence of different scan parameters on the water concentrationwas analyzed with stepwise model on Matlab 7.11.Result：Speed， tube current， FOV and pitch were all with signifcant infuence on water-iodine concentration， but thickness was with no signifcant infuence （P =0.353＜0.05）. Conclusion：Different scanning parameters of single-source dual-energy CT have influence on water-iodine concentration， especially the parameters of speed， tube current， FOV and pitch.

【Key words】Single source-dual energy CT，Scanning conditions，Water-iodine concentration