能譜CT掃描水模不同基物質(zhì)對(duì)準(zhǔn)確性研究

韓錚， 劉愛(ài)連， 劉靜紅， 蓋立平， 劉義軍， 浦仁旺， 孫芹敏

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·影像技術(shù)學(xué)·

能譜CT掃描水模不同基物質(zhì)對(duì)準(zhǔn)確性研究

韓錚， 劉愛(ài)連， 劉靜紅， 蓋立平， 劉義軍， 浦仁旺， 孫芹敏

目的：利用單源雙能CT成像技術(shù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模進(jìn)行能譜掃描，探討其所測(cè)量的不同基物質(zhì)對(duì)濃度值的準(zhǔn)確性。方法：利用能譜CT成像(GSI)模式，掃描GE公司提供的標(biāo)準(zhǔn)水模。測(cè)量水-鈣、水-羥基磷灰石(HAP)、水-碘、水-血和水-脂5組基物質(zhì)對(duì)相應(yīng)濃度值，采用單因素方差分析方法比較5組基物質(zhì)對(duì)濃度之間差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；計(jì)算各組基物質(zhì)對(duì)濃度值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，與標(biāo)準(zhǔn)水基值(1000 mg/mL)進(jìn)行比較。結(jié)果：5組基物質(zhì)對(duì)的濃度值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.975，P=0.42)。將5組基物質(zhì)對(duì)濃度值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差分別與標(biāo)準(zhǔn)水基值(1000 mg/mL)進(jìn)行比較，水-碘基物質(zhì)對(duì)濃度值最優(yōu)，水-鈣基物質(zhì)對(duì)其次，水-脂基物質(zhì)對(duì)最差。結(jié)論：5組基物質(zhì)對(duì)用于物質(zhì)定量分析無(wú)明顯差異，其中水-碘為相對(duì)最佳基物質(zhì)對(duì)。

能譜CT成像； 標(biāo)準(zhǔn)水模； 基物質(zhì)對(duì)； 水-碘

CT因其成像快速、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為疾病診斷不可或缺的檢查手段，CT值作為主要診斷指標(biāo)之一，常影響各種疾病的定量診斷。傳統(tǒng)CT成像為混合能量，CT值常不準(zhǔn)確，而單源雙能CT采用瞬時(shí)切換技術(shù)，可獲取單能量成像，并根據(jù)特定物質(zhì)在X線吸收中的表達(dá)規(guī)律，采用基物質(zhì)配對(duì)的方法進(jìn)行物質(zhì)的分離，可以進(jìn)行物質(zhì)的定量分析。通過(guò)能譜CT成像(gemstone spectral imaging，GSI)原理可知，任何物質(zhì)都有其對(duì)X線衰減的特征吸收曲線，其對(duì)X線的吸收系數(shù)可根據(jù)其他任意兩種基物質(zhì)對(duì)X線吸收系數(shù)推算獲得，并根據(jù)特定物質(zhì)在X線吸收中的表達(dá)規(guī)律，采用基物質(zhì)配對(duì)的方法進(jìn)行物質(zhì)的分離，并進(jìn)行物質(zhì)的定量分析[1，2]。本研究通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水模的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行物質(zhì)的定量化研究，旨在探討不同位置對(duì)于基物質(zhì)對(duì)的濃度值測(cè)量的影響，并篩選出最佳基物質(zhì)對(duì)。

材料與方法

1.材料

標(biāo)準(zhǔn)水模(圓形，內(nèi)徑為20 cm)由GE公司提供。采用GE公司能譜CT機(jī)(GE Discovery HD 750)進(jìn)行掃描。掃描參數(shù)：球管轉(zhuǎn)數(shù)選取0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1.0 s/周；管電流選取260、275、360、375、550、600、630和640 mA；掃描野均選用大視野及中等視野；管電壓均為高低能量(140和80 kVp)瞬時(shí)(0.5 ms)切換，隨機(jī)形成46組掃描模式，在每組模式下分別選擇不同螺距(0.984、1.375)、層厚(5 mm、1.25 mm)，共采集184組序列圖像。

圖1每個(gè)序列選擇第4層圖像，在水模中心選取圓形感興趣區(qū)(ROIc)，與水模呈同心圓排列。a) 水-鈣密度圖; b) 水-HAP密度圖; c) 水-碘密度圖; d) 水-血密度圖; e) 水-脂密度圖。

2.檢查方法

5 mm層厚每個(gè)序列采集6層圖像，1.25 mm層厚共采集24層圖像。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，生成五個(gè)基物質(zhì)對(duì)圖像，分別為水-鈣密度圖、水-羥基磷灰石(hydroxylapatite，HAP)密度圖、水-碘密度圖、水-血密度圖和水-脂密度圖。每個(gè)序列選擇第4層圖像，在水模中心選取圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，與水模呈同心圓排列，面積為(600±30) mm2，記錄為ROIc(圖1)。測(cè)量上述五個(gè)基物質(zhì)對(duì)的相關(guān)數(shù)值并記錄。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，分別統(tǒng)計(jì)5個(gè)基物質(zhì)對(duì)的基物質(zhì)值，采用單因素方差分析進(jìn)行比較，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)　果

1.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，各組基物質(zhì)對(duì)的濃度值差異并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=0.975，P=0.42)，即各基物質(zhì)對(duì)用于物質(zhì)定量分析是沒(méi)有差異的。

2.平均值法分析結(jié)果

對(duì)相同基物質(zhì)對(duì)的測(cè)量數(shù)據(jù)取平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，標(biāo)準(zhǔn)水模的水物質(zhì)分離的基物質(zhì)值標(biāo)準(zhǔn)值為1000 mg/mL，5個(gè)基物質(zhì)對(duì)水-鈣、水-HAP、水-碘、水-血、水-脂濃度值的平均值分別為(1001.68±0.18)、(1001.74±0.24)、(1001.64±0.15)、(1016.39±15.68)和(998.27±3.67) mg/mL。其中水-碘濃度值最接近標(biāo)準(zhǔn)值，并且其標(biāo)準(zhǔn)差及SD值最小，水-鈣次之、水-血最差。

討　論

隨著CT技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，人們不僅僅只關(guān)注CT圖像形態(tài)學(xué)的變化，單源雙能CT基物質(zhì)成像及單能量成像的普及和應(yīng)用，為人們打開(kāi)了新的思路，提供了新的研究方向。

眾所周知，CT成像原理是根據(jù)X光在物質(zhì)中被吸收程度的不同而成像。物質(zhì)原子量不同，其吸收程度不同，相應(yīng)能量變化也不盡相同。依據(jù)每種物質(zhì)對(duì)X線衰減特征曲線的不同，通過(guò)計(jì)算，以其對(duì)X線吸收比例不同的兩種物質(zhì)進(jìn)行單獨(dú)成像，從而可實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，將每種結(jié)構(gòu)分解成對(duì)X線吸收比例不同的2種物質(zhì)，得出不同基物質(zhì)對(duì)(如水、鈣、碘等)的圖像[2-5]。

醫(yī)學(xué)上最常把水和碘作為基物質(zhì)對(duì)，是因?yàn)樗偷庠卺t(yī)學(xué)成像中比較接近常見(jiàn)的軟組織和碘對(duì)比劑，有助于對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量分析和理解。能譜分析軟件中用于進(jìn)行配對(duì)的基物質(zhì)對(duì)包括水-鈣、水-HAP、水-碘、水-血和水-脂等，其中較常見(jiàn)的基物質(zhì)對(duì)為水-碘、水-鈣及鈣-碘[6]。在分析尿酸-鈣配對(duì)基物質(zhì)圖像時(shí)，可以根據(jù)鈣基圖像上的高鈣濃度區(qū)分布范圍以及尿酸基圖像上的高尿酸濃度區(qū)分布范圍來(lái)明確區(qū)分痛風(fēng)石和皮質(zhì)骨；在水-鈣基物質(zhì)圖像中，痛風(fēng)石、肌肉、松質(zhì)骨、皮質(zhì)骨間在水(鈣)濃度方面存在差異；同時(shí)在鈣(水)濃度方面，痛風(fēng)石與皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨間也存在差異[7]。任小璐等[8]認(rèn)為依據(jù)物質(zhì)CT值衰減曲線可有效區(qū)分動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的纖維成分、脂質(zhì)成分及血栓樣組織，并可根據(jù)脂質(zhì)成分特征性曲線出現(xiàn)的范圍來(lái)判斷斑塊中脂質(zhì)成分的相對(duì)含量，從而評(píng)估斑塊的穩(wěn)定性；并且同時(shí)分析3種成分的碘-脂濃度值，發(fā)現(xiàn)它們之間X線衰減系數(shù)存在明顯差異。在增強(qiáng)圖像中，能譜CT的水基圖像可以用于鑒別胰腺急性出血灶與胰腺正常實(shí)質(zhì)組織，從而發(fā)現(xiàn)一些胰腺疾病所致的灌注異常[9]。

本研究旨在通過(guò)體外模體模擬體內(nèi)局部環(huán)境來(lái)尋找是否有較優(yōu)的基物質(zhì)對(duì)可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行較好地定量分析，通過(guò)本研究證實(shí)，水-鈣、水-HAP、水-碘、水-血和水-脂這五組基物質(zhì)對(duì)的濃度值對(duì)于物質(zhì)定量分析無(wú)明顯差異，說(shuō)明這些基物質(zhì)對(duì)用于測(cè)量都是比較準(zhǔn)確的。但是，通過(guò)五組基物質(zhì)對(duì)平均值的比較，發(fā)現(xiàn)水-碘基物質(zhì)對(duì)是最穩(wěn)定的基物質(zhì)對(duì)，其平均值更接近于標(biāo)準(zhǔn)水模的水濃度值(1000 mg/mL)，并且標(biāo)準(zhǔn)差較小。說(shuō)明用水-碘基物質(zhì)對(duì)測(cè)量數(shù)值離散度小，穩(wěn)定性好。而水-血基物質(zhì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差最大，說(shuō)明雖然水-血基物質(zhì)對(duì)測(cè)量的基物質(zhì)值準(zhǔn)確，但其離散度較大，穩(wěn)定性差。因此，基物質(zhì)對(duì)的檢查能對(duì)疾病進(jìn)行定量及定性分析，有望成為一種可靠的疾病鑒別診斷方法。

本研究為對(duì)基物質(zhì)對(duì)進(jìn)行研究的標(biāo)準(zhǔn)水?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)，基物質(zhì)對(duì)的選擇比較局限，僅包含水-鈣、水-HAP、水-碘、水-血和水-脂這五種基物質(zhì)對(duì)，并未涉及其他基物質(zhì)對(duì)，其他基物質(zhì)對(duì)的應(yīng)用及意義仍有待進(jìn)一步研究和探討；其次，本研究為體外標(biāo)準(zhǔn)水模研究，仍與人體內(nèi)環(huán)境有所不同，其在臨床工作中的可行性及應(yīng)用價(jià)值仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

綜上所述，能譜成像為CT研究開(kāi)拓了新思路，具有可行性及推廣價(jià)值。本研究通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)對(duì)基物質(zhì)對(duì)進(jìn)行研究，運(yùn)用寶石能譜CT成像的優(yōu)勢(shì)，利用基物質(zhì)對(duì)的特性，對(duì)未來(lái)水?；A(chǔ)研究定量化有重要意義。

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Study of the accuracy of different base materials with a standard water phantom by using single-source dual-energy CT

HAN Zheng，LIU Ai-lian,LIU Jin-hong,et al.

Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Dalian Medical University,Dalian 116000,P.R.China

Objective:To investigate the accuracy of different base materials with a standard water phantom by using single-source dual-energy CT scanning.Methods:Single source dual energy CT scanning with GSI viewer was used to scan a standard water phantom provided by GE company.The concentration values of 5 groups of basal materials including water/calcium,water/HAP,water/iodine,water/blood,water/fat were measured.Single factor analysis of variance (ANOVA) was adopted for statistical analysis to compared the differences between the concentration value of these 5 groups of basal materials．The mean value and standard difference of the five groups were calculated and compared with the standard water-based values (1000mg/mL).Results:There was no significant difference in the concentration values of these five groups of base materials (F=0.975，P=0.42)．To compare the mean value and standard difference of the five groups of basal materials with that of standard water based value (1000mg/mL) separately,the water/iodine value was the most optimal,the water/calcium was the second,while,the water/fat value was the worst.Conclusions：There was no significant difference in the values of the five groups of base materials acquired from the standard water phantom,however,the water/iodine value was the most optimal．

Gemstone spectral imaging; Standard water phantom; Base materials; Water-iodine

116000大連，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院一部放射科

韓錚(1988-)，女，遼寧鞍山人，碩士研究生，主要從事腹部影像診斷工作。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81470078)

R814.42

A

1000-0313(2016)01-0086-03

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.01.020

2015-07-13

2015-08-17)