單源雙能CT不同掃描野對標準體模GSI數(shù)據(jù)的影響

劉曉冬，劉義軍，劉愛連，孫美玉，劉靜紅，田士峰，李　燁，韓　錚，王逸敏，郭維亞，劉澤群，趙　瑩

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連　116011）

單源雙能CT不同掃描野對標準體模GSI數(shù)據(jù)的影響

劉曉冬，劉義軍，劉愛連，孫美玉，劉靜紅，田士峰，李燁，韓錚，王逸敏，郭維亞，劉澤群，趙瑩

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連116011）

目的：探討單源雙能CT不同掃描野對標準體模CT能譜成像的CT值及水（碘）濃度值的影響。材料與方法：應(yīng)用GE公司單源雙能CT（Discovery HD750）對標準水模進行GSI模式掃描，依據(jù)掃描協(xié)議，按掃描野分為兩組：Large掃描野組（L組）和Medium掃描野組（M組），其余掃描條件一致，具體參數(shù)如下：管電壓為140 kVp和80 kVp瞬時切換，螺距為1.375，層厚為5mm，管球電流及旋轉(zhuǎn)時間在180～225mAs范圍進行調(diào)制，共掃描6層，掃描完成后以1.25mm層厚進行無間隔標準算法重建。重建圖像包括70 keV單能量圖像及水（碘）基物質(zhì)圖像。由兩名觀察者獨立進行數(shù)據(jù)分析測量，圖像分析與測量均在AW4.5工作站進行，測量時以水模圖像中心為原點，將面積為3 000mm2的圓形感興趣區(qū)（ROI）分別放置于水模正中、前、后、左、右5個位置，ROI距體模切緣約9mm，在單能量及水基圖像上分別測量每組6個層面不同位置的CT值及其SD值、水濃度值及其SD值，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）檢驗兩觀察者測量值的一致性，選擇標準差小的數(shù)據(jù)進行分析。使用配對樣本t檢驗比較兩組數(shù)據(jù)是否存在差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義；以標準水模CT值為0HU、水濃度值為1 000mg/cm3作為金標準，分別將兩組不同位置的CT值、水（碘）濃度值與金標準對照。結(jié)果：兩觀察者測量計算一致性良好，ICC值均＞0.75。①兩組CT值比較，兩組間CT值及其SD值比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），M組及L組CT值的均值分別為（3.07±1.49）HU、（2.11±2.47）HU，CT值M組均小于L組，M組更接近金標準，SD值M組大于L組。②兩組水（碘）濃度值比較，兩組間水（碘）濃度值及SD值比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），M組平均水濃度值為（1 001.86±1.99）mg/cm3，其平均SD值為4.70±0.50，L組平均水濃度值為（1 002.24±1.88）mg/cm3，其平均SD值為4.31±1.42，CT值M組均小于L組，M組與金標準更接近，SD值M組大于L組。③兩組中兩種方法的SD差異比較，每組中水（碘）濃度值的SD值均小于CT值的SD值，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.000）。結(jié)論：掃描視野的改變可影響能譜成像CT值及水（碘）濃度值的測定，Medium掃描野優(yōu)于Large掃描野，兩組相比于傳統(tǒng)CT，能譜成像受掃描野改變的影響更小，可更準確地用于定量分析。

體層攝影術(shù)，螺旋計算機

CT值是目前常規(guī)CT的半定量指標，傳統(tǒng)CT一直使用混合能量（kVp）成像技術(shù)進行成像[1]，既往大量研究表明，傳統(tǒng)的CT值受射線劑量、硬化效應(yīng)及圖像信噪比、像素大小等多種因素的影響。CT值的不穩(wěn)定會影響對組織密度判定的準確性，從而影響對疾病的診斷。能譜CT的問世改變了常規(guī)成像模式，在獲得混合能量的同時亦可以獲得單能量（keV）圖像，其能譜成像（Gemstonespectralimaging，GSI）的基物質(zhì)濃度測量使CT實現(xiàn)了精確定量，使CT檢查向精準醫(yī)學(xué)邁進成為可能。本研究通過標準水模實驗，探討單源雙能CT不同掃描野對標準體模CT能譜成像的CT值及水（碘）濃度值的影響。

1　材料與方法

1.1材料與掃描參數(shù)

應(yīng)用單源雙能CT（DiscoveryCT750HD，GE Healthcare，Milwaukee，USA）對標準水模行GSI掃描。依據(jù)掃描協(xié)議，按掃描野大小不同分為兩組：Large掃描野組（L組）和Medium掃描野組（M組）。其余掃描條件一致，具體參數(shù)如下：管電壓為140kVp 和80kVp瞬時切換，螺距為1.375，層厚為5mm，將管球電流及旋轉(zhuǎn)時間控制在180～225mAs范圍進行調(diào)制 （機器內(nèi)置符合條件的共計12個序列，M組－GSI1～6序列、L組－GSI7～12序列），每個序列掃描6層。掃描完成后所有圖像均以1.25mm層厚進行無間隔重建，重建圖像包括70keV單能量圖像（Matsumoto等[2]等研究顯示，特定射線劑量下，能譜掃描所得70keV圖像與傳統(tǒng)120kVp圖像相比具有相對低的圖像噪聲和相對高的CNR）及水（碘）基物質(zhì)圖像。

1.2圖像處理

由兩名觀察者獨立進行數(shù)據(jù)分析測量，圖像分析與測量均在AW4.5工作站進行，測量時以水模圖像中心為原點，將面積為3000mm2的圓形感興趣區(qū)（ROI）分別放置于水模正中、前、后、左、右五個位置（圖1），保證每一ROI邊緣相切（ROI邊緣距體模切緣約9mm），在70keV單能量圖像上分別測量每組6個層面不同位置ROI的CT值及其SD值，在水基圖像上（圖2）測量相應(yīng)的水濃度值及其SD值，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)以進行后續(xù)的統(tǒng)計學(xué)分析。

1.3統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行統(tǒng)計學(xué)處理。統(tǒng)計結(jié)果中不同掃描野下其ROI的CT值及其SD值、水（碘）濃度值及其SD值采用±s來表示，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù) （ICC）檢驗兩觀察者測量值的一致性（ICC值≥0.75為一致性很好，ICC在0.5～＜0.75為一致性良好，＜0.5為一致性很差），選擇標準差小的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析；使用配對樣本t檢驗比較兩組數(shù)據(jù)是否存在差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義；以標準水模CT值為0HU、水（碘）濃度值為1000mg/cm3作為金標準，分別將兩組的CT值、水（碘）濃度值與金標準對照。

2　結(jié)果

2.1單能量（70keV）圖像的CT值

2.1.1單能量圖像CT值的一致性檢驗

兩觀察者在70keV單能量圖像上所測量的M組其CT值的ICC值為0.999，L組其CT值的ICC值為0.998，一致性均很好。使用兩觀察者測量數(shù)據(jù)中標準差較小的數(shù)據(jù)進行以下比較。

表1　兩組掃描野CT值及水（碘）濃度值差異統(tǒng)計分析

2.1.2兩組單能量CT值比較

M組70keV單能量CT值的均值為 （3.07± 1.49）HU，L組單能量CT值的均值為（2.11±2.47）HU，兩組CT值比較結(jié)果見表1，兩組間比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），CT值M組均小于L組，M組更接近金標準。

2.2水（碘）基物質(zhì)圖像的水（碘）濃度值

2.2.1水（碘）基物質(zhì)圖像水（碘）濃度值的一致性檢驗

兩觀察者在水（碘）基圖像上所測量的M組水濃度值的ICC值為0.989，L組其水濃度值的ICC值為1，一致性均很好。使用標準差較小的數(shù)據(jù)進行以下比較。

2.2.2兩組水（碘）濃度值比較

M組平均水（碘）濃度值為（1001.86±1.99）mg/cm3，L組平均水（碘）濃度值為（1002.24±1.88）mg/cm3，兩組水（碘）濃度值比較結(jié)果見表1，兩組間比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），水（碘）濃度值M組均小于L組，M組與金標準更接近。

2.3CT值的SD值與水（碘）濃度值的SD值比較

2.3.1SD值的一致性檢驗

兩觀察者在單能量圖像上所測量的M組CT值的SD值，其ICC值為0.973，L組其CT值的SD值的ICC值為1，兩觀察者在水（碘）基圖像上所測量的M組水濃度值的SD值的ICC值為0.999，L組水（碘）濃度值的SD值的ICC值為1，一致性均很好。使用標準差較小的數(shù)據(jù)進行以下比較。

2.3.2分別比較兩組中兩種方法的SD差異

70 keV單能量圖像下，M組CT值的SD值均值為6.86±0.67，L組CT值的SD值均值為5.62±1.16，在水（碘）基圖像上，M組平均水（碘）濃度值的SD值為4.71±0.50，L組平均水（碘）濃度值的SD值為4.31±1.42，兩組掃描野CT值的SD值、水（碘）濃度值的SD值比較結(jié)果見表1，兩組間單能量CT值的SD值、平均水（碘）濃度值的SD值比較均有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.05），L組的SD值均小于M組。同時，相同掃描野下，單能量CT值的SD值與水（碘）濃度值的SD值比較P＜0.05，均有統(tǒng)計學(xué)差異，水（碘）基圖像的SD值均小于單能量圖像的SD值。

圖170 keV單能量圖像測量圖。以水模圖像中心為原點，將面積為3 000mm2的圓形ROI分別放置于水模正中、前、后、左、右5個位置，ROI距體模切緣約9mm。圖2水（碘）基物質(zhì)圖像。

Figure 1.Illusion of measurement in monochromatic (70 keV)images.Take the center of water phantom image as the original point and the ROIwhich is about 3000mm2are placed in the middle,front,back,left and right of the water phantom respectively.The margin of water phantom is about 9mm away from those of RIOs.Figure 2.Water(iodine)basal material image.

3　討論

CT自誕生以來，學(xué)者們一直在致力研究CT成像中的一個關(guān)鍵參數(shù)——CT值，CT值是CT圖像分析、疾病鑒別診斷的重要依據(jù)之一。CT圖像是物質(zhì)對X線吸收的反映。當X射線穿過人體后可獲得輸出X射線頻譜，其射線硬化效應(yīng)使得物質(zhì)對X射線的吸收系數(shù)不再是一個固定值，導(dǎo)致X線能量的平均，從而使信息丟失、產(chǎn)生硬化偽影，造成CT值測量的不準確[3]，因此，傳統(tǒng)混合能量CT難以做到精確定量。能譜CT成像是近來發(fā)展迅速的CT成像技術(shù)，能譜CT的問世實現(xiàn)了由混合能量向單能量能譜成像的轉(zhuǎn)變，使CT對物質(zhì)性質(zhì)的分析及物質(zhì)成分的定量測定成為可能[4]，能譜CT通過選擇衰減高低不同的物質(zhì)組成基物質(zhì)對，根據(jù)其吸收函數(shù)隨能量變化的關(guān)系，單源雙能CT以瞬時雙kVp為核心技術(shù)，通過高低電壓的瞬時快速切換獲取兩組吸收投影數(shù)據(jù)，因兩組數(shù)據(jù)具有很好的一致性，因而可有效抑制硬化偽影及其他因素干擾，使精準定量成為可能[5]。

根據(jù)本團隊及既往研究表明，傳統(tǒng)的CT值受射線劑量、硬化效應(yīng)及圖像信噪比、像素大小等多種因素的影響，掃描野也是影響CT值準確性的因素之一，趙永為等[6]學(xué)者的研究表明中視野較大視野測得的CT值高，產(chǎn)生差異的原因可能為當使用相同矩陣的情況下，小視野與大視野相比每個像素的體積減小，增大了該像素的X線衰減系數(shù)，從而使CT值增加。但掃描野的改變是否會影響基物質(zhì)濃度測量卻沒有太多的研究及文獻可以參考。

本研究采用標準體模進行測量，能夠有效減小體模材料引起的X射線衰減等對實驗結(jié)果準確性的影響，使實驗條件更加優(yōu)化，結(jié)果更加可靠。本實驗掃描條件選用180～225mAs范圍進行調(diào)制，能有效平衡管球電流及旋轉(zhuǎn)時間的因素的干擾。我們根據(jù)前期的預(yù)實驗，保證放置每一ROI外緣相切，ROI切緣距體模邊緣＜9mm，避免了模具干擾，保證結(jié)果的準確及可靠。本研究選用多組GSI序列，旨在綜合位置偏差因素的影響，同時，本研究選用兩名觀察者的測量數(shù)據(jù)，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)進行一致性檢驗，可有效避免測量誤差的影響，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

通過本研究可以證實，M掃描野的70 keV單能量CT值及水（碘）濃度值較L掃描野始終更接近于金標準，M視野的測量結(jié)果更加準確。L組的SD值較M組的SD值離散度小，波動性小，同時，水（碘）基圖像的SD值始終小于單能量圖像的SD值。因此，能譜CT較傳統(tǒng)混合能量CT受掃描野改變的影響更小。

本研究仍存在一定局限性，本實驗ROI的選擇未考慮位置因素對其實驗結(jié)果的影響，后續(xù)的研究仍需進一步優(yōu)化。同時，實驗中只改變了掃描視野一個參數(shù)，對于其它GSI掃描參數(shù)，如機架轉(zhuǎn)速、探測器寬度等因素足否會對物質(zhì)定量分析產(chǎn)生影響還有待進一步研究。

綜上所述，能譜成像突破了常規(guī)CT僅依靠CT值單一參數(shù)成像的模式，實現(xiàn)了定量CT診斷，是向精準醫(yī)學(xué)邁進的一大飛躍。掃描視野的改變會影響能譜數(shù)據(jù)的測量，能譜CT成像較傳統(tǒng)CT成像能獲夠得更加穩(wěn)定準確的測量值，更加體現(xiàn)了單源雙能CT物質(zhì)定量的優(yōu)越性。

[1]王樂，劉斌，余永強，等.能譜成像測量單能量下CT值與碘含量的相關(guān)性分析[J].實用放射學(xué)雜志，2012，28（5）：784-787.

[2]Matsumoto K,Jinzak M,Tanami Y,et al.Virtual monochro-matic spectral imaging with fast kilovoltage switching:improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT[J].Radiology,2011,259(1):257-262.

[3]蘭永樹，黃文龍，朱德強，等.影響CT值測量的因素及對策的探討[J].實用放射學(xué)雜志，2006，22（3）：352-355.

[4]葉倫，葉亦蘭，冉艮龍，等.寶石能譜CT成像原理及臨床應(yīng)用[J].中華臨床醫(yī)師雜志：電子版，2013，7（19）：8919-8921.

[5]Rosenkrantz BA,Mendiratta-Lala M,Bartholmai JB,et al.Clinical utility of quantitative imaging[J].Ann R Coll Surg Engl Acad Radiol,2015,22(1):33-49.

[6]趙永為，郭小超，王霄英，等.掃描視野對雙能CT成像CT值及物質(zhì)分離的影響—模體研究[J].放射學(xué)實踐雜志，2012，27（3）：271-273.

Effect of different scan field of view on CT value and water(iodine)concentration from standard phantom in single-source dual-energy CT

LIU Xiao-dong,LIU Yi-jun,LIU Ai-lian,SUN Mei-yu,LIU Jing-hong,TIAN Shi-feng, LI Ye,HAN Zheng,WANG Yi-min,GUO Wei-ya,LIU Ze-qun,ZHAO Ying
(Department of Radiology,Dalian Medical University 1st Affiliated Hospital,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To investigate the effect of different scan field of views(FOVs)on CT value,water－iodine concentration and SD value of standard water phantom by single－source dual－energy CT.M ethods:A standard water phantom(GE,USA)was scanned by a single－source dual－energy CT scanner(GE Discovery 750HD,USA)with large and medium FOV,respectively(group L:large FOV;group M:medium FOV).The other parameters were as follows:tube voltage switched instantaneously between 140 kVp and 80 kVp.Current modulation changed from 165 to 262.5mAs.Thickness was 5mm and pitch was 1.375.Each protocol collected 6 images and reconstructed into images with 1.25mm－thickness.Circular ROI with area of around 3 000mm2was put in the middle,front,back,left and right of the water phantom,respectively on AW4.5 workstation.CT value and SD value of two groups were measured on the 70 keV monochromatic image.And water－iodine concentration and SD value were measured on the water－iodine concentration image.Independent－samples t test was used for statistical analysis.Results:There were statistical differences of CT value and SD value between group M and L(P＜0.05).CT value of group M((3.07±1.49)HU)was less than that of group L((2.11±2.47)HU),closer to the gold standard.SD value of group M was bigger than group L.There was a significant difference of water－iodine concentration between group M and L(P＜0.05).The SD value of water－iodine concentration was significantly lower than that of CT value between group M and L(P＜0.001).Conclusion:The CT value and water－iodine concentration can be affected by scanning field of view.And medium scanning field isbetterthanlargescanningfield.ComparedwithconventionalCT,thechangeofscanningfieldhaslesseffectonspectralCT whichcanbemoreaccurateforquantitativeanalysis.

Tomography,spiralcomputed

R814.42

A

1008－1062（2016）07－0512－04

2015－09－28

劉曉冬（1990－），女，遼寧營口人，在讀碩士研究生。E－mail：liuxd26364＠163.com

劉義軍，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，116011。E－mail：yijunliu1965＠126.com

國家自然科學(xué)基金（項目批準號：81470078）。