雙能量CT線性融合技術在胰周血管成像中的應用：最佳權重因子的選擇

林志勇， 王慧慧， 劉建新， 王霄英

·腹部影像學·

雙能量CT線性融合技術在胰周血管成像中的應用：最佳權重因子的選擇

林志勇， 王慧慧， 劉建新， 王霄英

目的：在雙能量CT胰腺成像中采用線性融合技術進行圖像重建，比較不同權重因子(M)重建圖像上胰周血管的顯示情況，以提高胰腺CT成像質(zhì)量。方法：對38例懷疑胰腺占位的患者行雙能量CT增強掃描(80 kVp/Sn140 kVp)，采用11種權重因子(M=0～1.0，以0.1為單位遞增)對動脈晚期圖像進行線性融合重建。測量并比較11組圖像上腹主動脈、腹腔干、肝總動脈、脾動脈、胃十二指腸動脈和腸系膜上動脈的CT 值、信噪比(SNR)和對比噪聲比(CNR)，并由兩位放射科醫(yī)師對圖像質(zhì)量進行主觀評價。結(jié)果：各支血管的SNR及CNR在11組圖像間的總體差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。M=0.7組中的SNR最高，僅與M=0.8組間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。M=0.8組中的CNR最高，僅與M=0.7組間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。主觀評價結(jié)果顯示權重因子0.7組的圖像質(zhì)量最佳。結(jié)論：雙能量CT胰腺增強掃描中，使用動脈晚期圖像進行線性融合重建時權重因子值為0.7時胰周血管成像質(zhì)量最佳。

胰腺； 胰周血管； 血管成像； 雙能量CT； 線性融合技術； 權重因子

隨著技術的發(fā)展和成熟，雙能量CT不僅能夠與單能量CT一樣為臨床診斷提供足夠的圖像信息，還能使用不同的重建方法提高圖像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)，降低圖像噪聲，減少對比劑劑量和輻射劑量[1-2]。本文通過對雙能量CT胰腺增強掃描的80 kVp/Sn140 kVp動脈晚期圖像采用不同權重因子進行重建，旨在探討在胰腺掃描時如何獲得最佳的胰周血管成像效果。

材料與方法

1.一般資料

將2014年7月-2015年10月本院臨床疑診胰腺占位而擬行腹部雙能量CT增強檢查的38例患者納入本研究。其中男16例，女22例；年齡26～81 歲，平均(60.6±12.6)歲；體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)16.00～32.72 kg/m2，平均(23.35±3.77) kg/m2。所有患者無碘劑過敏史，無嚴重心、肺及腎功能不全。

圖1 不同權重因子線性比例融合圖像噪聲的柱形圖；噪聲呈先下降再上升型，最低點位于0.4。

2.檢查方法

使用Siemens Somatom Definition Flash第二代雙源CT機。掃描前患者禁食4～6 h。掃描時相包括平掃、動脈晚期及門靜脈期。平掃掃描參數(shù)：128i×0.6 mm，120 kVp，有效電流155 mA，螺距0.6。增強掃描使用非離子型對比劑碘帕醇(320 mg I/mL)，碘劑量0.4 g/kg，注射流率4 mL/s，使用自動觸發(fā)模式，觸發(fā)點定于Th12椎體水平腹主動脈處，達觸發(fā)閾值100 HU(120 kVp)后15和45 s分別啟動動脈晚期和門靜脈期掃描，兩期的掃描范圍分別為覆蓋整個胰腺和膈頂至恥骨聯(lián)合下緣。掃描參數(shù)：雙能量掃描，A球管80 kVp、400 mA；B球管Sn140 kVp、155 mA；128i×0.6 mm，螺距0.6。所有掃描均使用實時動態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(Care DOSE 4D)。

3.圖像重建

平掃、動脈晚期及門靜脈期圖像重建kernel值分別為B30f、D30f和D30f，重建層厚及層間距均為1 mm。使用西門子工作站雙能量軟件處理動脈晚期Sn140 kVp和80 kVp圖像，生成權重因子(weighting factor,M)分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8和0.9的9組線性融合圖像。另外，140 kVp組圖像只含有140 kVp能量數(shù)據(jù)，不含80 kVp能量的數(shù)據(jù)，即其權重因子為0)；而80 kVp圖像的權重因子為1.0。

4.數(shù)據(jù)測量

分別在M=0～1的11組動脈晚期線性融合圖像上測量6支胰周血管(腹主動脈、腹腔干、肝總動脈、脾動脈、胃十二指腸動脈及腸系膜上動脈)的CT 值，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)盡可能大但不包括血管壁及鈣化，采用復制粘貼功能使ROI在同一病例的不同組圖像上的大小及位置保持一致。同時測量同層面右側(cè)豎脊肌的CT值(ROI面積約為1 cm2)和前腹壁皮下脂肪CT值的標準差(standard deviation，SD)作為噪聲。計算每組圖像上各支血管的SNR和CNR，計算公式如下[3]：

(1)

(2)

5.圖像質(zhì)量定性分析

由2位影像診斷醫(yī)師(診斷經(jīng)驗分別為4和2年)采用雙盲法對噪聲較低、SNR和CNR較高的幾組圖像的圖像質(zhì)量進行主觀評分，意見不一致時通過協(xié)商確定最終評分結(jié)果。主要根據(jù)圖像噪聲及腹腔干分支的顯示情況進行分析。評分標準[3]：5分為優(yōu)良，無明顯噪聲和偽影，血管壁光滑銳利；4分為良，輕度噪聲和偽影，血管壁稍不光滑；3分為一般，中度噪聲和偽影，血管壁不光滑；2分為差，較重的噪聲和偽影，血管壁明顯不光滑，不能滿足診斷要求；1分為極差，嚴重的噪聲和偽影，血管壁顯示不清。

6.統(tǒng)計學分析

使用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學分析。采用重復測量方差分析及Bonferroni校正法比較11組圖像的噪聲及各支動脈的CT值、SNR和CNR，采用兩配對樣本W(wǎng)ilcoxon檢驗對圖像質(zhì)量主觀評分進行比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.圖像質(zhì)量客觀參數(shù)的比較

不同權重因子的11組線性融合圖像上各項參數(shù)的測量結(jié)果見表1～4和圖1～2。各支動脈的CT值、SNR和CNR以及圖像噪聲在11組圖像間的總體差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。隨著權重因子的增加，各支動脈和豎脊肌的CT值逐漸增加，在80 kVp圖像上最高。圖像噪聲在M=0.4的線性融合圖像上最低(圖1)，除與M=0.5的線性融合圖像間的差異無統(tǒng)計學意義外(P=0.486)，與其它權重因子圖像間的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。各支動脈的SNR在M=0.7的線性融合圖像上最高，除與M=0.8的線性融合圖像間的差異無統(tǒng)計學意義外(P>0.05)，與其余各組間的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。各支動脈的CNR 在M=0.8的線性融合圖像上最高，除與M=0.7的線性融合圖像間的差異無統(tǒng)計學意義外(P>0.05)，與其余各組間的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

2.圖像質(zhì)量的主觀評價

根據(jù)上述圖像質(zhì)量的客觀參數(shù)比較結(jié)果，M=0.4和0.5的圖像上噪聲最低，而M=0.7和0.8的圖像上SNR和CNR最高(圖2)，所以選取M=0.4、0.5、0.7和0.8的4組圖像進行主觀評分，4組圖像的主觀評分值分別為3.92±0.75、4.13±0.70、4.76±0.43和4.47±0.51，其中M=0.7的圖像主觀評分最高。四組間兩兩比較，除M=0.4和M=0.5的圖像間主觀評分的差異無統(tǒng)計學意義(P= 0.15)之外，其余各組之間主觀評分的差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表1 不同權重因子線性融合圖像上各部位的CT值及圖像噪聲 (HU)

表2 不同權重因子線性融合圖像上各支血管的SNR

表3 不同權重因子線性融合圖像上各支血管的CNR

表4 各部位參數(shù)值以及圖像噪聲在11組圖像間總體差異的分析結(jié)果

討 論

近年來雙能量CT技術發(fā)展迅速，在臨床工作中逐漸替代傳統(tǒng)單能量CT，尤其在胰腺病變的診斷中有較高的應用價值。雙能量CT后處理技術主要分為兩大方面：一方面是能夠提供優(yōu)質(zhì)的組織器官解剖結(jié)構圖像，例如線性與非線性融合、虛擬單能圖像等；另一方面是能夠提供物質(zhì)的特征信息，例如雙能量碘圖、虛擬平掃等。

圖2 a～k分別為M=0～1.0(以0.1為單位遞增)的增強掃描動脈晚期圖像(窗位：200HU，窗寬：700HU)，顯示11組圖像中e(M=0.4)和f(M=0.5)圖像上噪聲最低，但圖像對比度較低；h(M=0.7)和i(M=0.8)圖像上噪聲中等，圖像對比度明顯優(yōu)于圖e和f。

胰腺有豐富的血液供應，尤其在胰腺腫瘤手術前，需要明確腫瘤周圍的血管情況，這不僅有利于判斷腫瘤能否完全切除，也能幫助評估手術中潛在的出血風險等[4]。雙能量CT檢查在胰周血管成像的應用中，較傳統(tǒng)單能CTA具有更多優(yōu)勢。雙能量CT檢查在評價胰腺血管時，既能清晰地顯示胰腺的血管，又能同時準確分析胰腺實質(zhì)內(nèi)病變組織成分。雙能量CT有多種重建方式，能充分發(fā)揮雙能量CT的優(yōu)勢：第一，雙能量CT掃描為胰周血管提供了一個比較寬范圍的后處理數(shù)據(jù)集，比傳統(tǒng)單能CTA能更準確地判斷血管的情況[5-6]。在患者使用碘對比劑有腎損害風險時，可使用較少劑量的對比劑，在低能量圖像上仍可得到較好的血管顯示[7]。第二，能較傳統(tǒng)單能CTA能獲得更多額外的胰腺實質(zhì)病變的診斷信息，例如雙能量CT可以利用雙能量碘圖顯示臟器及病灶的碘對比劑分布情況，來觀察病變的強化程度[8]。第三，雖然雙能量中80 kVp圖像的噪聲明顯高于120和140 kVp，但是可以通過線性與非線性融合、虛擬單能圖像等技術，用來提高病灶顯示對比度，以提高病灶檢出率[9]。第四，通過雙能量碘分離技術獲得虛擬平掃圖像，可降低檢查時受檢者的輻射劑總量[10]。所以，雙能量CT檢查在胰腺血管的應用中，不僅能完全替代傳統(tǒng)單能CTA，還較傳統(tǒng)單能CTA能獲得更好的圖像質(zhì)量和更多的診斷信息。

本研究的主要目的是通過分析雙能量CT胰周血管成像時線性融合技術中不同權重因子的圖像質(zhì)量，找出最佳的線性融合權重因子，以求獲得最佳的雙能CT胰周血管成像方案。在使用雙源CT 雙能量技術時，兩種能量圖像的對比度及圖像噪聲等特征有明顯不同：140 kVp圖像的噪聲相對較低，但對比度差；80 kVp圖像的對比度雖明顯提高，但圖像噪聲大[8,11]。為獲得較好的圖像對比度又不明顯增加圖像噪聲，可采用線性融合技術將140和80 kVp這2種能量的圖像數(shù)據(jù)進行融合，生成線性融合圖像，可獲得較好的圖像質(zhì)量[12]。影響血管成像質(zhì)量的主要因素包括血管的SNR、CNR、噪聲和CT 值等，其中以SNR和CNR尤為重要。本研究結(jié)果顯示，隨著權重因子逐漸增加，圖像噪聲先降低而后逐漸升高，在M=0.4和0.5時達到最低；SNR和CNR的變化是先升高而后又緩慢減低，在M=0.7和0.8時達最高，這種變化趨勢與既往研究結(jié)果相符[4,13]。

本研究有一定的局限性。由于選取的病例中，胰腺病變的患者陽性率相對較低，且一些胰腺血管的侵犯程度評估可能存在一定不足，還有必要進一步行大樣本進行后續(xù)研究。其次，雙能量CT有很多圖像后處理方式，包括線性融合、非線性融合和單能量重建等[14]。有學者認為，雙能量CT腹部血管成像的非線性融合圖像質(zhì)量優(yōu)于M=0.5的線性融合圖像[3]，將來可對多種重建方式進行比較。另外，雙能量CT對于腹部靜脈的評價也有重要價值，也需要今后進一步研究。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示M=0.7 的線性融合圖像顯示胰周血管的SNR和CNR最佳。所以，雙能量CT胰腺增強掃描中，使用動脈晚期圖像進行胰周血管成像時，推薦權重因子值使用0.7來進行線性融合重建。

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Application of dual-energy CT angiography with linear blending technique in peripancreatic angiography:optimal selection of weighting factor

LIN Zhi-yong,WANG Hui-hui,LIU Jian-xin,et al.

Department of radiology,Peking University First Hospital,Beijing 100034,China

Objective:To compare the image quality of peripancreatic angiography using linear blending technique and different weighting factors in dual-energy CT scanning of pancreas,thus to improve the imaging quality of pancreas.Methods:Thirty-eight patients with suspected pancreatic mass underwent contrast enhanced dual-energy CT scan using tube voltage of 140kVp and 80kVp.Then the late-arterial phase images were postprocessed using linear blending technique with a set of 11 weighting factors (M=0 to 1.0,in steps of 0.1).The CT values,signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratio (CNR) of six peripancreatic vessels (abdominal aorta,celiac trunk,common hepatic artery,splenic artery,gastroduodenal artery and superior mesenteric artery) on the 11 sets of images were measured and compared,and the subjective assessment of the image quality of the 11 sets of CTA images were made by two radiologists.Results:There were overall statistically significant differences in SNRs and CNRs of the six peripancreatic vessels among the 11 sets of images (P<0.001).For each peripancreatic vessel,SNR on images of M=0.7 was the highest,but there was no statistically significant difference between the images of M=0.8 and M=0.7 (P>0.05);and CNR on images of M=0.8 was the highest,but there was no statistically significant difference between the images of M=0.8 and M=0.7 (P>0.05).For subjective assessment,the image quality of M=0.7 was the best among the 11 sets of CTA images.Conclusion:In the dual-energy CT scanning of pancreas,the linear-blending images of late-arterial phase using the weighting factor of 0.7 can provide best image quality of peripancreatic vessels.

Pancreas； Peripancreatic vessel； Angiography； Dual-Energy CT； Linear Blending technique； Weighting factor

100034 北京，北京大學第一醫(yī)院醫(yī)學影像科

林志勇(1990-)，男，四川廣安人，博士研究生，住院醫(yī)師，主要從事腹部影像診斷工作。

王霄英，E-mail：cjr.wangxiaoying@vip.163.com

R543.5； R814.42

A

1000-0313(2017)08-0851-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.08.015

2016-09-27

2017-02-03)