人體不同組織在寶石能譜CT各能量下的對(duì)比度分析

吳海珊　朱鳳婷　徐靜婷

【摘要】 目的：探究寶石能譜CT各能量下人體組織CT圖像對(duì)比度的比較。方法：選取中山大學(xué)腫瘤防治中心20例患者，使用寶石能CT（GE Discovery CT750 HD）對(duì)肺、肝臟、腎臟進(jìn)行增強(qiáng)掃描，能譜CT掃描完成后利用GSI Viewer（能譜圖像分析軟件）處理得到各組織在不同單能量下的最佳CNR單能量圖像，分別計(jì)算各能量下不同組織的CT值，最佳單能量下的CT值圖像與其他單能量下的CT值圖像進(jìn)行對(duì)比，使用能譜圖像分析軟件對(duì)圖像重組后的對(duì)比度進(jìn)行比較分析。結(jié)果：肺臟與心臟最佳單能量圖像的能量值范圍在120～140 keV，肝臟與腎臟、肌肉與腎臟最佳單能量圖像的能量范圍值為40～90 keV。結(jié)論：不同人體組織在各能量下存在對(duì)比度差異，利用寶石能譜CT可對(duì)其進(jìn)行定性定量分析，從而獲得最佳單能量下的圖像對(duì)比度。

【關(guān)鍵詞】 寶石能譜CT； 能譜成像； 最佳單能

Analysis of Contrast Ratio of Different Human Tissuesin Gemstone Energy Spectrum CT Imaging/WU Haishan，ZHU Fengting，XU Jingting.//Medical Innovation of China，2018，15（14）：079-083

【Abstract】 Objective：To explore the contrast ratio of human tissue CT images under different energy levels of gemstone energy spectrum CT.Method：20 patients from Cancer Center，Sun Yat-Sen University，were scanned with enhanced spectrum CT using GSI mode（GE Discovery CT750 HD） in the heart，lung，liver，kidney.All the scanned data were transferred to GSI Viewer （energy spectrum analysis software） to get the best monochromatic CNR images within different energies and different tissues.Meanwhile，this data were used to calculate the CT values of different organizations in different energies.The images of the best single energy were compared with other single energies.Energy spectrum analysis software was used to compare the contrast of the reconstructed image.Result：The energy value range of the best single energy image in the lung-heart was 120-140 keV，the energy value range of the best single energy image in liver-kidney and muscle-kidney were 40-90 keV.Conclusion：There is a contrast ratio difference between different human tissues under every energy，the qualitative and quantitative analysis of the gemstone CT can be used to obtain the image contrast under the best single energy.

【Key words】 Gemstone energy spectrum CT； Energy spectrum imaging； Optimum single energy

First-authors address：Xinhua College of Sun Yat-Sen University，Department of Biomedical Engineering，Guangzhou 510520，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.14.019

寶石能譜CT作為一款高性能CT，在早期篩查癌癥具有重要的診斷價(jià)值，與普通雙能成像CT最大不同在于寶石能譜CT擁有瞬間雙能量切換的特點(diǎn)，它憑借0.5 ms（時(shí)間分辨率）瞬時(shí)切換低能量（40 keV）與高能量（140 keV）[1-2]。這就形成了寶石能譜CT特有的能譜柵成像技術(shù)，因此可對(duì)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)能譜分析和單能量成像的功能，并且擁有高度分辨組織成分能力，能基于水、碘、鈣等不同微量元素的成像條件下，能夠完成對(duì)物質(zhì)的組成成分進(jìn)行分析[1]；利用能譜分析可以早期發(fā)現(xiàn)細(xì)小病灶，在分辨腫瘤良惡性，實(shí)現(xiàn)腫瘤防治組織的定性、定級(jí)分析[2-9]。本研究將探索人體不同組織器官在寶石能譜CT各單能量下的對(duì)比度分析，評(píng)估各能量下人體組織的最佳單能量，以提高臨床診斷質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年11月-2016年4月于中山大學(xué)腫瘤防治中心行肺臟、肝臟、腎臟三期增強(qiáng)掃描檢查的患者20例，納入標(biāo)準(zhǔn)：患者腫瘤術(shù)后放化療結(jié)束，定期檢查人群。排除標(biāo)準(zhǔn)：心率大于65次/min、心律失常（房顫、頻發(fā)室性早搏及嚴(yán)重的傳導(dǎo)阻滯）、碘對(duì)比劑過(guò)敏及腎功能不全等一些具有CT掃描禁忌證的患者都不在本次數(shù)據(jù)收集實(shí)驗(yàn)中。所有患者在檢查前都簽署知情同意書(shū)。該研究已經(jīng)倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)?；颊吣挲g35～75歲，身高158～178 cm，體重55～75 kg。

1.2 檢查方法

1.2.1 成像設(shè)備及參數(shù) 患者檢查使用GE寶石能譜CT機(jī)（GE Healthcare，Discovery CT750 HD），管電壓以0.5 ms速度瞬時(shí)切換40 keV到140 keV，管電流600 mA，層厚0.5 mm，球管旋轉(zhuǎn)速度0.35 s/r，采用GSI掃描模式。以仰臥位作為主要掃描體位，通過(guò)雙筒高壓注射器對(duì)患者的靜脈注入80～100 mL劑量的碘比樂(lè)對(duì)比劑，注射速率2.5～2.7 mL/s，隨后相同速率注入15 mL生理鹽水；采用對(duì)比劑跟蹤技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)延遲方法，在患者注射對(duì)比劑30、60、180 s后分別進(jìn)入門脈期、靜脈期以及延時(shí)期時(shí)進(jìn)行CT增強(qiáng)掃描?；颊咴跈z查前飲水200 mL，禁止劇烈運(yùn)動(dòng)。

1.2.2 圖像處理分析 將重建的橫斷面薄層圖像傳輸至GE AW4.5工作站對(duì)圖像實(shí)行后處理，選取患者胸腹部能譜掃描靜脈期DATA數(shù)據(jù)載入GSI專用分析軟件進(jìn)行能譜軟件分析，選擇不同人體組織部位不同層面但大小相同的感興趣區(qū)域（ROI），感興趣區(qū)域大小范圍為20～100 mm2，在選取區(qū)域范圍時(shí)盡量選取密度均勻的組織，避開(kāi)血管、鈣化、壞死等成分，在選取的同時(shí)應(yīng)使所選感興趣區(qū)域大小和位置具有較高的一致性，同一數(shù)據(jù)分別選取10例患者，每次測(cè)量至少3次，并且所得數(shù)據(jù)取其平均值。使用GSI Viewer分析軟件得到最佳單能量分析曲線（Optimal CNR）和感興趣區(qū)域各能量下的CT值（Spectral HU Curve曲線），利用最佳單能量分析曲線（Optimal CNR）獲得最佳單能量keV值，一是將該物質(zhì)與周圍背景的信號(hào)噪聲比明顯增加，二是在相同的輻射劑量下提高該物質(zhì)的CT值，從而改善成像[10-13]，并重建出最佳單能量時(shí)keV值下的圖像和其他各能量下的圖像。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 使用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)采集的能譜CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，計(jì)量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肺臟、心臟、肝臟、腎臟和肌肉各單能量下CT值分析 肺臟、心臟、肝臟、腎臟、肌肉都隨著單能量keV值的升高，對(duì)應(yīng)的CT值逐漸降低，呈曲線下降趨勢(shì)，見(jiàn)表1。

2.2 肺臟與心臟能譜參數(shù)分析 肺臟與心臟在高能量下（100 keV以上）存在最好的信噪比，見(jiàn)表2、圖1。

2.3 肝臟與腎臟能譜參數(shù)分析 肝臟與腎臟在高能量下（100 keV以上）的CT值大小相近，信噪比低，對(duì)比度低；在低能量范圍（40～90 keV）的CT值差異明顯，信噪比高，對(duì)比度高。肝臟與腎臟在不同keV下CT值進(jìn)行比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見(jiàn)圖2、表3。

2.4 肌肉與腎臟能譜參數(shù)分析 肌肉與腎臟在高能量下（100 keV以上）的CT值大小相近，信噪比低，對(duì)比度低；在低能量范圍40～90 keV的CT值差異明顯，信噪比高，對(duì)比度高。肌肉與腎臟在不同keV下CT值進(jìn)行比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。見(jiàn)表4、圖3。

3 討論

寶石能譜CT在探索低劑量應(yīng)用方面具有廣闊的前景，以寶石作為探測(cè)器的能譜CT，其性能遠(yuǎn)超常規(guī)CT。寶石能譜CT利用單一球管低高雙能峰的電壓（40～140 keV）瞬時(shí)切換，發(fā)射出一致性良好且含有兩種能量混合的X線。透過(guò)人體組織X線被寶石探測(cè)器接收形成雙能量數(shù)據(jù)，然后使用圖像分析軟件對(duì)能夠滿足臨床需求的指定的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，最終得到具有單能量的能譜圖像，單能量圖像可以減少硬化偽影，再憑借臨床診斷的要求改變keV數(shù)值便可篩選出信噪比好、高對(duì)比度的圖像，最后計(jì)算單能量點(diǎn)X線吸收衰減系數(shù)便可計(jì)算出兩種組織分別對(duì)應(yīng)的CT值，由此繪制出能譜曲線[14-17]。因此寶石能譜CT能掃描出傳統(tǒng)CT設(shè)備檢查不了微小病灶，采集到高清晰、高分辨率的優(yōu)質(zhì)圖像，使其更能滿足臨床診斷的需要。

本研究通過(guò)對(duì)肺臟、心臟、腎臟、肝臟、肌肉在各單能量下不同keV值下，對(duì)應(yīng)CT值獲得的最佳信噪比進(jìn)行分析，說(shuō)明實(shí)質(zhì)性人體組織器官在高能量下的對(duì)比度是比較相近的，選用低能量keV值X射線對(duì)于滿足診斷和降低人體所受輻射劑量有很大的優(yōu)勢(shì)。而相對(duì)于肺來(lái)講，由于受到胸骨的影響，宜采用高千伏X射線，提高對(duì)比度。65 keV值下的圖像與120 keV值的圖像相比，65 keV值下的圖像噪聲降低，血管對(duì)比劑顯影效果強(qiáng)，對(duì)比度增強(qiáng)。

由于人體不同組織的厚度與密度不盡相同，其對(duì)X線的衰減系數(shù)也相應(yīng)發(fā)生改變，因而不同物質(zhì)都具有各自的能譜曲線。能量低的X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，其穿透力較弱，因此易被含碘豐富或骨骼等物質(zhì)所吸收。低能量下的X線穿透物質(zhì)能力相對(duì)高能量X線弱，會(huì)致使其穿透物質(zhì)后產(chǎn)生大量二次射線而使圖像信噪比降低，從而大大降低圖像清晰度，導(dǎo)致圖像質(zhì)量大大下降。X射線能量的改變直接影響物質(zhì)的X線衰減系數(shù)，采集的圖像信噪比以及圖像對(duì)比度的高低直接與X射線能量大小相關(guān)。低能量水平組織對(duì)比度增強(qiáng)，但噪聲高；高能量水平，硬化偽影少，但組織對(duì)比度減弱[18-19]。為此在降低X線能量時(shí)，同時(shí)要考慮圖像信號(hào)噪聲比在不斷下降。因此，最佳單能量的探索正是解決信噪比與低能量矛盾關(guān)系的途徑。本研究結(jié)果顯示不同組織在各單能量下的千伏值存在最佳信噪比，說(shuō)明寶石能譜成像能解決低能量和高信噪比的矛盾關(guān)系，不同的keV值組織平均CT值的變化規(guī)律，能顯示不同單能量范圍被檢組織的CT值，根據(jù)物質(zhì)衰減曲線的不同將其區(qū)分。

綜上所述，利用最佳對(duì)比噪聲技術(shù)選擇理想單能量keV值圖像，寶石能譜CT不僅極大降低了患者所受的輻射劑量，同時(shí)能夠?yàn)榕R床微小病灶的診斷提供具有高對(duì)比度的圖像。

參考文獻(xiàn)

[1]蔣娜，陳志民，方天舒.寶石能譜CT臨床應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)老年學(xué)雜志，2016，36（24）：6319-6320.

[2]賈永軍，賀太平.寶石能譜CT臨床應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2016，32（5）：799-801.

[3]高井海，高凌云.能譜CT掃描51例冠狀動(dòng)脈斑塊成分分析初探[J].世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘，2013，13（27）：163-165.

[4]張喜榮，賀太平，楊創(chuàng)勃.寶石能譜CT在鑒別良惡性胸腔積液中的應(yīng)用價(jià)值[J].中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合影像學(xué)雜志，2017，15（6）：647-650.

[5]周靜宜.寶石能譜CT在肺癌診斷及分型中的應(yīng)用價(jià)值[J].海南醫(yī)學(xué)，2017，28（9）：1478-1480.

[6]趙改萍，吳俊，劉春節(jié)，等.超聲造影和寶石能譜CT對(duì)胃腸道腫瘤診斷臨床價(jià)值分析[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2017，27（5）：873-877.

[7]高強(qiáng)，王劍，張鳴.寶石能譜CT在早期塵肺診斷中的應(yīng)用價(jià)值[J].實(shí)用醫(yī)學(xué)影像雜志，2017，18（6）：502-503.

[8]王靖雅，師毅冰，張培影.冠狀動(dòng)脈支架的寶石能譜CT評(píng)價(jià)價(jià)值[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2017，27（1）：162-164.

[9]李樹(shù)功.寶石能譜CT與核磁診斷原發(fā)性小肝癌價(jià)值比較[J].影像研究與醫(yī)學(xué)應(yīng)用，2017，1（12）：78-79.

[10]何霖，萬(wàn)正國(guó)，尹喜王.低濃度低劑量對(duì)比劑寶石能譜CT肺動(dòng)脈成像的初步研究[J].放射學(xué)實(shí)踐，2016，31（1）：59-63.

[11]宋娟，王成偉.冠狀動(dòng)脈寶石能譜CT最佳單能量成像的應(yīng)用研究[J].中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2015，25（21）：83-87.

[12]姬妮娜，高劍波，田英娜.能譜成像最佳對(duì)比噪聲比技術(shù)隊(duì)胃周動(dòng)脈成像質(zhì)量的影響[J].放射學(xué)實(shí)踐，2013，28（1）：51-54.

[13]何翠雯.寶石能譜CT腦灌注與腦血管成像應(yīng)用研究[J].中國(guó)社區(qū)醫(yī)師，2017， 33（29）：113-115.

[14]于曉坤，孫浩然，張立仁，等.能譜CT結(jié)腸成像探測(cè)結(jié)腸小息肉體模研究[J].中國(guó)臨床醫(yī)學(xué)影像雜志，2012，23（1）：13-16.

[15]趙娜，程琦.CT能譜成像在鑒別腎血管平滑肌脂肪瘤和腎癌的應(yīng)用價(jià)值[J].臨床放射學(xué)雜志，2015，34（6）：945-950.

[16]焦志靈，王連渠，閆擁軍，等.寶石能譜CT在腎臟損傷診療中的應(yīng)用[J].中國(guó)CT和MRI雜志，2016，14（7）：74-76.

[17]楊創(chuàng)勃，王軍，段海峰.寶石能譜CT定量評(píng)估小肝癌微血管侵犯的臨床研究[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2016，32（6）：879-883.

[18]趙麗琴，賀文，李劍穎.能譜CT對(duì)門靜脈成像質(zhì)量影響的研究[J].CT理論與應(yīng)用研究，2011，20（3）：383-390.

[19] He J，Ma X，Wang Q.Spectral CT demonstration of the superiormesenteric artery：comparison of monochromatic and poly-chromatic imaging[J].Acad Radiol，2014，21（3）：364-368.

（收稿日期：2018-01-26） （本文編輯：張爽）