改善胸部CT增強(qiáng)效果和成像質(zhì)量的能譜CT研究

王雅雯， 王若冰， 吳寧

·影像技術(shù)學(xué)·

改善胸部CT增強(qiáng)效果和成像質(zhì)量的能譜CT研究

王雅雯， 王若冰， 吳寧

目的：探討能譜CT單能量圖像對(duì)改善胸部CT掃描增強(qiáng)效果和成像質(zhì)量的應(yīng)用價(jià)值。方法：回顧性收集進(jìn)行胸部寶石能譜CT掃描、且肺動(dòng)脈增強(qiáng)效果不佳(70 keV單能圖像肺動(dòng)脈主干CT值<200 HU)的49例患者的CT圖像資料，通過改變單能量圖像的keV值，使圖像肺動(dòng)脈主干CT值達(dá)到200 HU。計(jì)算調(diào)整前(70 keV)和調(diào)整keV值后的肺動(dòng)脈主干CT值、圖像信噪比(SNR)、對(duì)比噪聲比(CNR)；由2名放射科醫(yī)師以5分法對(duì)調(diào)整前后的圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)分。采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較調(diào)整前后的圖像肺動(dòng)脈主干CT值、同層肌肉CT值、SNR和CNR，將調(diào)整前后的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分進(jìn)行Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。同時(shí)將圖像按調(diào)整前肺動(dòng)脈主干CT值分為A、B、C、D四組，四組圖像調(diào)整前后的SNR、CNR分別進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)；采用單因素方差分析，對(duì)A、B、C、D四組圖像調(diào)整后的SNR、CNR進(jìn)行兩兩比較。結(jié)果：調(diào)整前后圖像的SNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.539，P>0.05)，而調(diào)整后圖像CNR(t=-8.961，P=0.000)和主觀評(píng)分(Z=-3.400，P=0.001)均較調(diào)整前有所提高。A、B、C、D四組調(diào)整前后SNR均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均>0.05)，而CNR均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均≤0.05)。A組(肺動(dòng)脈主干CT值<140 HU)調(diào)整后SNR均低于B組(P=0.014)、C組(P=0.009)、D組(P=0.020)；A組調(diào)整后CNR均低于B組(P=0.017)、C組(P=0.004)、D組(P=0.011)；B組、C組、D組間SNR、CNR兩兩比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均> 0.05)。結(jié)論：對(duì)于胸部能譜CT掃描增強(qiáng)效果不佳的患者，在一定范圍內(nèi)降低單能量圖像的KeV值能夠改善增強(qiáng)效果，且能在一定程度上提高成像質(zhì)量。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 圖像增強(qiáng)； 放射攝影術(shù)，胸部； 成像質(zhì)量

CT掃描是臨床最常用的影像學(xué)檢查方法之一，其發(fā)展日新月異。近年來CT領(lǐng)域的新技術(shù)——能譜CT利用雙能量瞬時(shí)切換掃描，能夠在一次掃描中通過計(jì)算獲得不同keV值的單能量圖像[1，2]，這些圖像在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X線穿透力低，圖像上組織的對(duì)比增強(qiáng)，因此，利用能譜CT進(jìn)行掃描及圖像后處理時(shí)，適當(dāng)降低keV值，可使含對(duì)比劑的血管CT值明顯升高，從而提高縱隔及肺門血管與軟組織的對(duì)比度。本文研究對(duì)象為胸部CT增強(qiáng)效果欠佳的患者，擬探討能譜CT改善其增強(qiáng)效果和圖像質(zhì)量的可行性。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性連續(xù)選取本院2014年2-6月間采用寶石能譜CT進(jìn)行胸部CT掃描的272例患者，并篩選出其中肺動(dòng)脈增強(qiáng)效果不佳(70 keV單能圖像肺動(dòng)脈主干CT值<200 HU)的49例患者作為研究對(duì)象。49例患者中，男38例，女11例；年齡20～76歲，平均(53±13)歲；肺動(dòng)脈主干CT值為92.03～188.01 HU，平均(157.27±23.84) HU。

2.儀器與方法

采用GE Discovery CT 750 HD 寶石CT。掃描參數(shù)：GSI掃描模式，球管轉(zhuǎn)速0.5 s/r，層厚5 mm。掃描方向：足側(cè)向頭側(cè)。對(duì)比劑采用碘普羅胺注射液(300 mg I/mL)，用量80～90 mL，注射流率2.5 mL/s。設(shè)置后延時(shí)間為30 s，掃描范圍包括整個(gè)胸廓。

3.圖像后處理

將原始數(shù)據(jù)在AW 4.6工作站通過GSI Viewer軟件進(jìn)行后處理，重建出70 keV的單能量圖像(重建層厚1.25 mm)，設(shè)置直徑為10 mm的圓形ROI，測(cè)量肺動(dòng)脈主干CT值；調(diào)整圖像keV值(44～68 keV)，獲得調(diào)整后的單能量圖像，并測(cè)量相應(yīng)的肺動(dòng)脈主干CT值。

4.圖像分析

客觀評(píng)價(jià)：分別測(cè)量肺動(dòng)脈干層面上方、左側(cè)、右側(cè)3處空氣密度標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)取三者平均值作為背景噪聲。測(cè)量調(diào)整前后圖像的肺動(dòng)脈主干、同層肌肉的CT值。根據(jù)公式(1)、(2)分別計(jì)算圖像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)及對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。

(1)

(2)

主觀評(píng)價(jià)：由2名影像診斷主治醫(yī)師采用Schueller-Weidekamm等[3]制訂的5分法對(duì)所有圖像進(jìn)行質(zhì)量評(píng)分，意見分歧時(shí)，經(jīng)商議達(dá)成一致意見。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：5分，背景噪聲小，縱隔、肺門解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰，增強(qiáng)效果好，能區(qū)分血管與軟組織；4分，背景噪聲較小，縱隔、肺門解剖結(jié)構(gòu)顯示較清晰，增強(qiáng)效果較好，可區(qū)分血管與軟組織；3分，存在一定的背景噪聲，縱隔、肺門解剖結(jié)構(gòu)顯示可滿足診斷要求，增強(qiáng)效果欠佳，但尚可區(qū)分血管與軟組織；2分，背景噪聲較大，縱隔、肺門解剖結(jié)構(gòu)顯示欠清，難以滿足診斷要求，增強(qiáng)效果較差，難以區(qū)分血管與軟組織；1分，背景噪聲大，縱隔、肺門解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，增強(qiáng)效果差，無法區(qū)分血管與軟組織。

5.圖像分組

將圖像按調(diào)整前肺動(dòng)脈主干CT值分為A、B、C、D四組：A組，CT值<140 HU；B組，CT值140～160 HU；C組，CT值160～180 HU；D組，CT值180～200 HU。分別記錄每組調(diào)整前后的SNR、CNR。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。調(diào)整前、后圖像的肺動(dòng)脈主干CT值、肌肉CT值、SD、SNR、CNR采用配對(duì)樣本的t檢驗(yàn)；調(diào)整前、后主觀評(píng)分采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)；A、B、C、D四組圖像調(diào)整前后的SNR、CNR分別進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)；采用單因素方差分析，對(duì)A、B、C、D四組圖像調(diào)整后的SNR、CNR進(jìn)行兩兩比較。P≤0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量總體評(píng)價(jià)

本組圖像調(diào)整后總體圖像質(zhì)量有所提高(圖1)，但其中3例患者調(diào)整后圖像質(zhì)量主觀評(píng)分降為2分，影響圖像診斷(圖2)。

2.圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

經(jīng)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，keV值調(diào)整前、后的肺動(dòng)脈主干CT值(P=0.000)、同層肌肉CT值(P=0.000)、SD(P=0.000)、CNR(P=0.000)值差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中，調(diào)整后圖像CNR較調(diào)整前約提高14.3%；keV值調(diào)整前、后的SNR(P=0.592)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表1)。

表1 keV值調(diào)整前后圖像質(zhì)量客觀指標(biāo)比較

3.圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)

經(jīng)Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，調(diào)整后的圖像質(zhì)量主觀評(píng)分較調(diào)整前約提高8.8%，兩者差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-3.400，P=0.001，表2)。

表2 keV值調(diào)整前后圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較

4.圖像質(zhì)量分組分析

采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分別對(duì)A、B、C、D四組調(diào)整前后SNR、CNR進(jìn)行比較，結(jié)果顯示所有組別的SNR在調(diào)整前、后均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均>0.05)；而所有組別調(diào)整前、后的CNR差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均≤0.05，表3)。

圖1 患者，女，32歲。a) 70 keV的單能量圖像。肺動(dòng)脈干初始CT值149.24 HU，肌肉初始CT值65.40 HU，SD值6.52 HU，SNR 17.00，CNR 9.55，主觀評(píng)分3分，圖像增強(qiáng)效果較差； b) 調(diào)整為63 keV的單能量圖像。肺動(dòng)脈干CT值206.34 HU，肌肉CT值69.99 HU，SD值10.65 HU，SNR 18.70，CNR 12.77，主觀評(píng)分4分，肺動(dòng)脈增強(qiáng)效果改善，且SD值在可接受范圍內(nèi)，不影響診斷，圖像質(zhì)量得以提高。 圖2 患者，男，68歲。a) 70 keV的單能量圖像。肺動(dòng)脈干初始CT值120.03 HU，肌肉初始CT值57.93 HU，SD值11.11 HU，SNR 16.08，CNR 8.32，主觀評(píng)分3分，圖像增強(qiáng)效果差； b) 調(diào)整為57 keV的單能量圖像。肺動(dòng)脈干CT值206.77 HU，肌肉CT值59.56 HU，SD值15.84 HU，SNR 15.39，CNR 11.08，主觀評(píng)分2分，雖然肺動(dòng)脈增強(qiáng)效果得以改善，但圖像SD值較大，縱隔窗圖像細(xì)節(jié)丟失，縱隔內(nèi)淋巴結(jié)顯示效果較差，影響診斷。

組別調(diào)整前SNR調(diào)整后SNRt值P值調(diào)整前CNR調(diào)整后CNRt值P值A(chǔ)15．77±2．5515．84±2．14-0．2770．7868．21±2．3711．1±1．75-10．1300．000B19．50±4．9319．82±4．24-1．0490．32111．38±2．7313．68±2．76-14．7350．000C19．99±4．4619．81±4．120．9000．38613．19±2．7114．05±2．73-5．3310．000D19．99±5．3019．50±4．711．8130．10013．44±3．1613．77±2．97-2．2270．050

5.圖像質(zhì)量組間比較

采用單因素方差分析，對(duì)A、B、C、D四組圖像調(diào)整后的SNR、CNR進(jìn)行兩兩比較。

A組調(diào)整后SNR均低于B組(P=0.014)、C組(P=0.009)、D組(P=0.020)；B組、C組、D組間兩兩比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均> 0.05)。A組調(diào)整后CNR均低于B組(P=0.017)、C組(P=0.004)、D組(P=0.011)；B組、C組、D組間兩兩比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均> 0.05)。

討 論

近年來，由于能量成像技術(shù)的發(fā)展和臨床需求的增加，以瞬時(shí)雙kVp為核心技術(shù)的能譜CT成為研究熱點(diǎn)[1]。能譜CT的應(yīng)用研究主要基于4項(xiàng)技術(shù)特征，即去除硬化偽影、優(yōu)化圖像質(zhì)量及CNR、物質(zhì)定量分析和能譜綜合分析[2]。單能量圖像是指處于某一能量水平的X線穿過物質(zhì)后產(chǎn)生的衰減圖像，其在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X線穿透力低，圖像上組織的對(duì)比增強(qiáng)，從而可為肺血管病變、肺內(nèi)結(jié)節(jié)、縱隔病變等的診斷提供更多的信息[4-7]。能譜CT可通過單次CT增強(qiáng)掃描獲得不同的單能量圖像，多項(xiàng)研究證實(shí)其可通過降低keV值大幅減少血管成像時(shí)使用的對(duì)比劑劑量[8-10]；然而，降低keV值后，雖然血管的增強(qiáng)效果會(huì)大幅改善，但圖像的SD也會(huì)提高，導(dǎo)致圖像粗糙、丟失細(xì)節(jié)。林曉珠等[11]的研究表明，腹部能譜CT通過調(diào)整keV值可改善單能量圖像增強(qiáng)效果，即使降低50%的對(duì)比劑劑量亦可滿足診斷需求。目前關(guān)于能譜CT能否在改善增強(qiáng)效果和滿足診斷需求之間取得平衡的研究相對(duì)較少，鑒于此，本研究擬探討胸部能譜CT通過調(diào)整keV值改善單能量圖像增強(qiáng)效果和圖像質(zhì)量的可行性。

由于70keV單能圖像的CT值最接近120 kVp混合能量CT圖像[1]，因此本研究根據(jù)70 keV單能圖像的增強(qiáng)效果和圖像質(zhì)量作為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。針對(duì)本組49例患者的總體圖像質(zhì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示，在原掃描圖像增強(qiáng)效果不佳時(shí)，若采用降低keV的方法將肺動(dòng)脈主干CT值提高至200 HU以上，肌肉CT值亦有相應(yīng)提高，調(diào)整后圖像的SNR值雖略有提高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而調(diào)整后CNR值提高約14.3%、主觀評(píng)分提高約8.8%(P均≤0.05)，表明調(diào)整后的總體圖像質(zhì)量有所提高。

本研究中，按調(diào)整前肺動(dòng)脈主干CT值的不同將所有圖像分為A、B、C、D組四組，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，A、B、C、D組調(diào)整后的CNR較調(diào)整前分別提高約35.2%、20.2%、6.5%、2.5%(P均≤0.05)。A、B、C、D組調(diào)整后SNR、CNR兩兩比較結(jié)果顯示，A組(肺動(dòng)脈主干CT值<140 HU)調(diào)整后的SNR、CNR均低于B、C、D組(P均<0.05)，提示A組調(diào)整后的圖像質(zhì)量仍相對(duì)較差；同時(shí)，A組中有3例患者調(diào)整后圖像質(zhì)量主觀評(píng)分降為2分，難以滿足診斷需求，故筆者推斷，采用能譜CT降低keV值的方法提高增強(qiáng)效果時(shí)，若原始圖像的增強(qiáng)效果太差(肺動(dòng)脈主干CT值<140 HU)，調(diào)整后將導(dǎo)致SD過強(qiáng)，軟組織細(xì)節(jié)顯示欠佳，圖像質(zhì)量下降，難以滿足診斷需求。因此，調(diào)整keV值應(yīng)當(dāng)在適度范圍內(nèi)進(jìn)行，具體范圍仍需進(jìn)一步探索。

本研究的局限性，僅針對(duì)縱隔、肺門局部對(duì)比度和噪聲以及大血管的強(qiáng)化程度進(jìn)行觀察，未將調(diào)整前后肺內(nèi)病灶的改變進(jìn)行比較，故仍有待深入研究。

日常臨床工作中，由于個(gè)體差異，對(duì)比劑注射有時(shí)很難達(dá)到理想條件，如經(jīng)多次化療后血管條件較差的患者，其注射流率必然受限；而相同體重和注射流率的患者，也會(huì)因心率和體型的差異導(dǎo)致部分患者增強(qiáng)效果欠佳。本研究結(jié)論表明，采用能譜CT進(jìn)行胸部掃描時(shí)，如遇增強(qiáng)效果不佳的病例，可通過降低keV值的方法獲得較好的增強(qiáng)效果，從而改善圖像質(zhì)量，增強(qiáng)診斷信心。

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A Study on spectral CT:the improvement of enhancement effect and image quality of chest CT

WANG Ya-wen，WANG Ruo-bing，WU Ning.

Department of Imaging Diagnosis, Cancer Hospital Chinese Academy of Medical Science,Beijing100021，China

Objective：To study the value of single-source dual-energy spectral CT (sDECT) improving the enhancement effect and image quality in chest.Methods:49 patients who underwent chest sDECT (Discovery CT 750 HD,GE Healthcare) and the main pulmonary artery were poorly enhanced (CT number <200HU at 70keV) were involved in the study.The recommended keV (44～68keV) was calculated (main pulmonary artery CT number>200HU).Enhancement effect included CT number of main pulmonary artery and muscle;image quality included SNR,CNR and score with a five-point scale.The data were compared between 70keV and recommended keV by paired-samples t test and Wilcoxon rank sum test.Subjects were devided into 4 groups by main pulmonary artery CT number.SNR,CNR between 70keV and recommended keV and between groups for recommended keV were compared.Results:There was no significant difference between the SNR in 70keV and recommended keV (t=0.539,P>0.05),but the CNR (t=-8.961，P=0.000) and subjective score (Z=-3.400,P=0.001) in recommended keV was significantly higher than that in 70keV.For the 3 groups with a CT number of main pulmonary artery higher than 140HU in 70keV,the SNR (P=0.014,0.009,0.020 respectively) and CNR (P=0.017,0.004,0.011 respectively) was observed significantly higher in recommended keV.Conclusion:When pulmonary artery is poorly enhanced in chest CT scanning,the enhancement effect and image quality can be improved by changing keV value within certain range.

Tomography,X-ray computed; Image enhancement; Radiography,thoracic; Image quality

100021 北京，國家癌癥中心/中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院腫瘤醫(yī)院影像診斷科

王雅雯(1983-)，女，北京人，博士，主治醫(yī)師，主要從事胸部影像學(xué)診斷工作。

吳寧，E-mail: cjr.wuning@vip.163.com

R814.42

A

1000-0313(2017)02-0179-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.018

2016-04-20

2016-07-15)