腹部雙能量能譜CT成像中混合能量模式與單能量模式重建圖像的比較研究

韋 煒，鄧克學(xué)，趙英明，羅英姿

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腹部雙能量能譜CT成像中混合能量模式與單能量模式重建圖像的比較研究

韋 煒，鄧克學(xué)，趙英明，羅英姿

目的 通過比較雙能量CT腹部能譜成像后，混合能量模式(Quality Check，140 kVp)與單能量模式(Mono，70 keV)重建圖像的質(zhì)量，選擇適合臨床應(yīng)用的重建模式。方法 應(yīng)用雙能量能譜CT(Discovery CT750HD)，對(duì)60例受檢者進(jìn)行腹部平掃及雙期增強(qiáng)掃描，分別采用混合能量模式及單能模式進(jìn)行重建。測(cè)量并比較肝臟、脾臟、胰腺及腹腔脂肪的CT值，計(jì)算各組織器官的信噪比、對(duì)比噪聲比，并以評(píng)分方法比較兩組圖像質(zhì)量。結(jié)果 單能量重建組中各器官的SNR、CNR均高于混合能量組(P<0.05)，單能量重建組主觀評(píng)分明顯高于混合能量組(P<0.001)。結(jié)論 單能量模式重建圖像顯著優(yōu)于常規(guī)混合能量模式重建圖像，可在臨床中常規(guī)運(yùn)用。

腹部；體層攝影術(shù)；X線計(jì)算機(jī)；能譜CT；重建模式

CT掃描是常用的腹部檢查方法。既往CT應(yīng)用混合能量圖像進(jìn)行診斷。近年來，雙能量能譜CT(DESCT)采用單源瞬時(shí)kVp切換技術(shù)，在極短時(shí)間內(nèi)(<0.5 ms)完成高低能量的切換，實(shí)現(xiàn)能譜成像，改變了常規(guī)CT的傳統(tǒng)診斷模式，在獲得混合能量圖像的同時(shí)，可以獲得40～140 keV的單能量圖像[1-3]。單能量圖像有助于消除硬化偽影，提高圖像清晰度。該研究對(duì)無(wú)上腹疾患受檢者進(jìn)行雙能量能譜CT掃描，對(duì)比研究同一患者的常規(guī)混合能量圖像與70 keV單能量圖像，旨在探討腹部混合能量重建模式與單能量重建模式對(duì)于腹部臟器及血管圖像質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 病例資料 選取2013年1月～2015年4月60例均無(wú)上腹疾患的受檢者行腹部增強(qiáng)掃描，其中男36例，女24例，年齡24～75(43.7±9.4)歲。所有研究對(duì)象在掃描前均被要求簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 采用GE能譜CT Discovery CT750HD(HDCT)掃描機(jī)?；颊邫z查前禁食6～8 h，掃描前15 min飲用清水800～1 000 ml。均行常規(guī)平掃確定掃描范圍(上至膈頂，下至雙腎下極水平)；增強(qiáng)掃描所用對(duì)比劑為非離子型碘對(duì)比劑碘海醇(300 mgI/ml)，注射總量1.5 ml/kg，注射速率3.0 ml/s，使用前未經(jīng)加熱；行動(dòng)脈期(開始注藥后30 s)、門脈期(70 s)增強(qiáng)掃描；均采用能譜掃描模式(GemStone spectral Imaging，GSI)；螺距：1.375 ∶1，準(zhǔn)直寬度0.625 mm×64；管電流約為550 mA；電壓為高低能量(140 kVp和80 kVp)0.5 ms瞬時(shí)切換。所有患者原始資料均分別應(yīng)用單能模式(Mono，70 keV)及混合能量模式(QC，120 kVp)重建。

1.3 圖像評(píng)價(jià) 應(yīng)用Advanced Workstation(ADW4.5, GE Health)工作站進(jìn)行CT圖像的調(diào)閱、判讀及測(cè)量。

1.3.1 客觀評(píng)價(jià)與比較 由一名高年資影像診斷醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行，在兩組圖像上肝、脾、胰腺實(shí)質(zhì)內(nèi)分別放置ROI，ROI的位置、形狀及大小一致，且放置位置選擇密度均勻、偽影少的區(qū)域并避開血管。測(cè)量并記錄同層面兩種重建模式圖像的肝臟、脾臟、胰腺及腹部脂肪CT值以及背景噪聲(同層面前腹壁前方空氣CT值的標(biāo)準(zhǔn)差)。計(jì)算各器官的信號(hào)噪聲比(signal to noise ratio，SNR)：SNR=CT/SD(CT為所測(cè)臟器的CT值，SD為對(duì)應(yīng)層面背景噪聲值)；計(jì)算各器官與腹部脂肪的對(duì)比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)：CNR=(CT1-CT2)/SD(CT1為所測(cè)臟器的CT值，CT2為對(duì)應(yīng)層面腹部脂肪的CT值，SD為對(duì)應(yīng)層面背景噪聲值)。

1.3.2 主觀評(píng)價(jià)與比較 采用雙盲法，由兩位副主任以上CT診斷醫(yī)師獨(dú)立對(duì)兩組重建模式圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。主觀評(píng)分法參照Hopper5級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[4]，對(duì)肝臟、脾臟、胰腺、腹主動(dòng)脈、門靜脈主干的圖像質(zhì)量及噪聲進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下：細(xì)小解剖結(jié)構(gòu)不能辨識(shí)，噪聲極明顯，記為1分；細(xì)小解剖結(jié)構(gòu)模糊顯示，辨識(shí)困難，噪聲明顯，超過可接受程度，記為2分；細(xì)小解剖結(jié)構(gòu)可見但邊界不清，噪聲明顯但可接受，記為3分；細(xì)小解剖結(jié)構(gòu)可見但邊界尚清晰，噪聲增多，圖像尚清晰，記為4分；臟器內(nèi)細(xì)小結(jié)構(gòu)如血管顯示邊界銳利清晰，圖像清晰細(xì)膩，無(wú)明顯噪聲，記為5分。1分及2分圖像不能滿足診斷要求。由兩位醫(yī)師分別記錄評(píng)分結(jié)果，結(jié)果不統(tǒng)一時(shí)取兩人討論后結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 18統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，兩種重建模式下各器官的信號(hào)噪聲比、各器官與腹部脂肪的對(duì)比噪聲比以及噪聲的比較應(yīng)用配對(duì)t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩種重建模式圖像評(píng)分采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 客觀指標(biāo)比較 60例患者均成功完成能譜模式平掃及增強(qiáng)掃描。兩種重建模式下各器官的信號(hào)噪聲比及各器官與腹部脂肪的對(duì)比噪聲比差異顯著，單能量模式70 keV重建圖像均高于混合能量重建圖像，見表1、2。

表1 單能量重建圖像與混合能量重建圖像各器官信噪比(SNR)

表2 單能量重建圖像與混合能量重建圖像各器官對(duì)比噪聲比(CNR)

2.2 主觀評(píng)分比較 兩位副主任以上影像診斷醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立閱片，比較兩種重建模式下圖像質(zhì)量等級(jí)評(píng)分，結(jié)果一致性較好，兩組評(píng)分均高于2分，且Mono重建組平均評(píng)分結(jié)果高于QC重建組(Mono組平均分4.85，QC組平均分值4.23，Z=5.514，P<0.001)。對(duì)于實(shí)質(zhì)臟器的顯示，單能量模式重建圖像相對(duì)細(xì)膩柔和(圖1A2)；對(duì)于血管的顯示，單能量圖像細(xì)小血管斷面能顯示清晰(圖1B2)；在VR圖像上，單能量圖像血管壁光滑柔和，末梢血管顯示良好(圖1C2)。

3 討論

多層螺旋CT(MSCT)因空間分辨率高、采集層厚薄、數(shù)據(jù)各向同性及圖像后處理功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于腹部病變的診斷及血管三維成像。但是傳統(tǒng)的CT設(shè)備采用混合能量成像，射線硬化效應(yīng)產(chǎn)生硬化偽影，影響圖像質(zhì)量及病灶的檢出。DESCT采用單源瞬時(shí)kVp切換技術(shù)，在極短時(shí)間內(nèi)(<0.5 ms)完成80及140 Kvp間的快速轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)的瞬時(shí)同時(shí)采樣，經(jīng)投影數(shù)據(jù)空間的雙能量解析，獲得不同能量水平(40～140 keV)的單能量圖像。單能量圖像可以獲得精準(zhǔn)的CT值并減少硬化偽影，改善圖像質(zhì)量并提高病灶的檢出率[4]。60～80 keV能量段X線源的信號(hào)最強(qiáng)，圖像噪聲最沉沒低；同時(shí)由于DESCT成像中70 keV能量對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)腹部CT成像中X線管電壓為120 kVp時(shí)的平均能量，臟器實(shí)質(zhì)在這兩個(gè)條件下CT值較為接近[5-6]。因此本研究采用70 keV的單能量圖像來評(píng)估腹部臟器和血管的圖像噪聲。

圖1 實(shí)質(zhì)臟器及血管的顯示

本研究結(jié)果顯示，單能模式重建圖像的SNR及CNR均高于混合能量模式重建圖像；在主觀評(píng)分上，單能模式70 keV重建圖像質(zhì)量評(píng)分明顯優(yōu)于混合能量模式重建圖像，70 keV重建圖像更加細(xì)膩柔和，VR顯示血管壁光滑銳利，混合能量重建組圖像噪聲相對(duì)較大，且臟器內(nèi)的細(xì)小血管邊緣顯示略模糊。提示DESCT掃描后，同一原始數(shù)據(jù)應(yīng)用不同重建模式獲得的圖像質(zhì)量存在差異。單能量70 keV重建圖像明顯優(yōu)于混合能量重建圖像。

單能量模式重建圖像在主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)上均高于混合能量模式重建圖像的原因主要取決于組織能譜成像的特點(diǎn)。在混合能量重建模式下，組織的CT值是固定的，因此圖像中不同組織間的對(duì)比相對(duì)恒定。在能譜成像中，應(yīng)用瞬時(shí)kVp切換技術(shù)，可以獲取兩組吸收投影數(shù)據(jù)，并通過兩組數(shù)據(jù)的重建，計(jì)算出單能量點(diǎn)組織對(duì)X線的吸收，從而得到質(zhì)量吸收系數(shù)隨能量變化的曲線[2]。不同組織器官的曲線形態(tài)存在差異。各組織器官間的CT值差異，在低能量水平高于高能量水平，因此可以選擇相對(duì)低能量水平進(jìn)行圖像重建，提升組織器官的對(duì)比，改善圖像質(zhì)量。而在混合能量模式下，由于不能單獨(dú)提取組織高低能量點(diǎn)對(duì)X線的吸收信息，因此組織間的X線吸收差異不能通過改變重建能量而突出反映。發(fā)生于腹部實(shí)質(zhì)性臟器的病變，多呈軟組織密度，自然對(duì)比差，因此將Mono重建模式應(yīng)用于腹部檢查，無(wú)疑提高了腹部病變的檢出能力及診斷能力。

綜上所述，應(yīng)用DESCT行腹部檢查所得到的同一原始數(shù)據(jù)采用不同的重建模式獲得的圖像質(zhì)量存在差異，單能量70 keV重建圖像明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的混合能量重建圖像，單能量重建圖像可以較好的顯示腹部實(shí)質(zhì)臟器及腹部血管。DESCT為腹部病變的檢出、診斷及分期提供了新的影像學(xué)檢查方法。同時(shí)該研究也存在著一定的不足：首先，本研究綜合考慮臟器顯示的最佳keV水平及圖像的噪聲，選擇了Mono圖像中的70 keV圖像與混合能量圖像進(jìn)行對(duì)比研究，未對(duì)其它不同keV重建圖像差異分別進(jìn)行研究；其次，腹部臟器病變種類繁多，本研究未對(duì)不同重建模式下病變的顯示進(jìn)行研究；故有待于進(jìn)一步深入探討研究，獲得更加可靠的理論依據(jù)。

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安徽省科技廳公益性技術(shù)應(yīng)用研究聯(lián)動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：1501ld04028)；國(guó)家自然基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：81501468)

安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院影像科，合肥 230001

韋 煒，女，副主任醫(yī)師，責(zé)任作者，E-mail：weiweill@126.com

時(shí)間：2016-10-12 13:23:00

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R 816.5

A

1000-1492(2016)11-1650-04

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