對(duì)比分析兩種胸部能譜CT虛擬平掃圖像與常規(guī)平掃圖像

王會(huì)霞，岳松偉，呂培杰，武衛(wèi)杰，高劍波

(鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，河南 鄭州 450052)

虛擬平掃圖像(virtual unenhanced images， VUE)是雙能CT的重要應(yīng)用之一，以往雙源雙能CT基于混合能量圖像進(jìn)行物質(zhì)分離，能譜CT基于70 keV單能量圖像抑碘獲得VUE[1-2]，圖像質(zhì)量和組織CT值均受諸多因素影響而臨床應(yīng)用受限[3-4]。Revolution CT可基于原始單能量數(shù)據(jù)通過(guò)多物質(zhì)分離技術(shù)聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建算法-V(adaptive statistical iterative reconstruction-V, ASIR-V)獲得VUE。目前鮮見(jiàn)有關(guān)VUE圖像質(zhì)量及對(duì)VUE與抑碘圖(material suppressed iodine images, MSI)圖像質(zhì)量的比較分析。本研究于能譜CT成像后采用VUE、MSI技術(shù)重建平掃圖像，探討其用于替代常規(guī)平掃圖像(true unenhanced images， TUE)的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集我院2018年3月—7月行胸部平掃聯(lián)合增強(qiáng)掃描的患者40例，男21例，女19例，年齡19～85歲，平均(54.2±14.3)歲，體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)(22.25±5.93)kg/m2；排除標(biāo)準(zhǔn)：有碘過(guò)敏史；年齡小于18歲；有嚴(yán)重肝、腎功能損傷。所有患者均簽署知情同意書(shū)。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution CT機(jī)，常規(guī)模式行胸部平掃，GSI Assist模式行能譜增強(qiáng)掃描。常規(guī)模式：管電壓120 kVp，自動(dòng)管電流技術(shù)(100～600 mAs)；能譜模式：管電壓80/140 kVp瞬時(shí)切換，智能匹配管電流技術(shù)(200～500 mAs)；噪聲指數(shù)13，探測(cè)器寬度80 mm，旋轉(zhuǎn)速度0.5秒/周，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，螺距0.992∶1。掃描范圍自胸廓入口處至肺底層面，對(duì)比劑采用碘海醇(350 mgI/ml)，劑量400 mgI/kg體質(zhì)量，流率根據(jù)對(duì)比劑用量設(shè)定[5]。

掃描結(jié)束采用40% ASIR-V重建獲得常規(guī)TUE及雙期能譜增強(qiáng)圖像。于主機(jī)上基于能譜原始數(shù)據(jù)，采用VUE技術(shù)聯(lián)合40% ASIR-V重建動(dòng)脈期、靜脈期VUE(AP-VUE、VP-VUE)。將雙期能譜增強(qiáng)圖像導(dǎo)入GE HealthCare AW 4.7工作站，基于雙期70 keV單能圖像獲得動(dòng)脈期、靜脈期抑碘圖(AP-MSI、VP-MSI)。圖像重建層厚及層間距均為1.25 mm。

1.3 圖像分析 客觀評(píng)分：將TUE、雙期VUE及雙期MSI圖像導(dǎo)入后處理工作站，將ROI置于肺動(dòng)脈分叉上下層面肺動(dòng)脈主干、胸主動(dòng)脈、豎脊肌，記錄CT值；將ROI置于胸壁脂肪測(cè)其CT值及CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)[6]；所有ROI測(cè)量3次取均值。采用compare功能保證不同圖像ROI的大小、位置保持一致。計(jì)算VUE、MSI圖像相對(duì)于TUE的CT值差值，計(jì)算肺動(dòng)脈及胸主動(dòng)脈CNR：CNR=(肺動(dòng)脈或胸主動(dòng)脈CT值-豎脊肌CT值)/SD。

主觀評(píng)分：由2名具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師采用盲法閱片，采用5分制對(duì)所有圖像進(jìn)行主觀評(píng)分，主要觀察縱隔、大血管、胸膜、胸壁、肺段及亞段支氣管，評(píng)分內(nèi)容包括圖像噪聲、解剖細(xì)節(jié)、圖像偽影及總體評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[7-8]：5分(優(yōu)異)，圖像解剖細(xì)節(jié)顯示清晰，無(wú)明顯噪聲和偽影；4分(良好)，圖像解剖細(xì)節(jié)顯示較清晰，噪聲稍增多，偽影較輕，不影響診斷；3分(中等)，圖像解剖細(xì)節(jié)欠清晰，噪聲和偽影較明顯但可接受；2分(較差)，圖像解剖細(xì)節(jié)辨識(shí)困難，噪聲和偽影很明顯，嚴(yán)重影響診斷；1分(極差)，圖像解剖細(xì)節(jié)無(wú)法辨識(shí)，噪聲和偽影極明顯，無(wú)法用于診斷。3分或3分以上者為可滿足診斷要求。

1.4 輻射劑量 記錄平掃及增強(qiáng)掃描CT劑量容積指數(shù)(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product, DLP)，計(jì)算有效輻射劑量(effective dose, ED)，ED=k×DLP，k為轉(zhuǎn)換因子，取值0.014 mSv/(mGy·cm)[9]。常規(guī)平掃輻射劑量為平掃及雙期增強(qiáng)掃描輻射劑量之和；虛擬平掃輻射劑量為雙期增強(qiáng)掃描輻射劑量之和。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以±s表示，等級(jí)資料以中位數(shù)(上、下四分位數(shù))[M(Q1，Q3)]表示。以單因素方差分析比較常規(guī)TUE和4組VUE組織CT值、CNR值、SD值及4組VUE與TUE CT值的差值，采用Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較；以Kruskal-WallisH法比較圖像主觀評(píng)分，采用Mann-WhitneyU法進(jìn)行兩兩比較。采用Kappa檢驗(yàn)比較2名醫(yī)師主觀評(píng)分一致性，Kappa值≥0.75表示一致性較好；Kappa值<0.4表示一致性較差。以配對(duì)t檢驗(yàn)比較常規(guī)平掃與虛擬平掃輻射劑量。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，兩兩比較以P<0.05/N為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，N為兩兩比較次數(shù)。

2 結(jié)果

2.1 客觀圖像質(zhì)量比較 TUE及VUE、MSI圖像客觀指標(biāo)比較見(jiàn)表1。AP-MSI肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈CT值與TUE差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=7.697、11.397，P<0.005)，余部位CT值及各部位CNR值、胸壁脂肪SD值與TUE差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。AP-VUE、VP-VUE及VP-MSI各部位CT值、CNR值及胸部脂肪SD值與TUE間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.005～5.523，P均>0.005)。

VUE、MSI圖像相對(duì)于TUE的CT值差值比較見(jiàn)表2。AP-MSI和TUE間胸主動(dòng)脈CT值差值明顯大于AP-VUE、VP-VUE及VP-MSI圖像(t=5.158～8.033，P<0.007 3)，4組VUE間其余部位CT值差值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。AP-MSI圖像中肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈CT值差值>10 HU的患者占52.50%(21/40)、55.00%(22/40)；AP-VUE及VP-MSI中70%以上圖像各部位CT值差值≤10 HU；VP-VUE中80%以上圖像各部位CT值差值≤10 HU，見(jiàn)表3。

2.2 主觀質(zhì)量評(píng)分比較 2名醫(yī)師圖像主觀評(píng)分具有較好一致性(Kappa≥0.75)。TUE及4組VUE主觀評(píng)分比較見(jiàn)表4。雙期MSI及AP-VUE各項(xiàng)主觀質(zhì)量評(píng)分均低于TUE，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-7.520～-6.290，P均<0.005)，VP-VUE各項(xiàng)評(píng)分與TUE比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.673～-0.558，P均>0.005)；VUE圖像各項(xiàng)評(píng)分均高于MSI圖像(Z=-7.390～-7.176，P<0.005)，VP-VUE圖像各項(xiàng)評(píng)分均高于AP-VUE(Z=-7.308～-6.469，P<0.005)，VP-MSI圖像解剖細(xì)節(jié)評(píng)分與AP-MSI無(wú)差異，其余各項(xiàng)評(píng)分均高于AP-MSI(Z=-5.267～-2.864，P<0.005)。TUE及VUE、MSI圖像見(jiàn)圖1。

表1 常規(guī)TUE及VUE、MSI圖像客觀指標(biāo)比較(±s,n=40)

表1 常規(guī)TUE及VUE、MSI圖像客觀指標(biāo)比較(±s,n=40)

圖像CT值(HU)肺動(dòng)脈胸主動(dòng)脈豎脊肌胸壁脂肪胸壁脂肪SD值(HU)CNR值肺動(dòng)脈胸主動(dòng)脈TUE49.23±1.0045.34±7.5553.05±8.65-99.81±14.7813.51±2.720.82±0.570.77±0.54AP-VUE44.87±8.4947.10±6.3447.57±6.97-96.82±19.2713.15±2.950.58±0.480.57±0.20VP-VUE45.17±4.7745.95±4.7248.12±7.91-95.75±18.6712.24±2.790.61±0.360.61±0.45AP-MSI56.93±8.80*56.73±6.83*47.53±7.06-98.07±18.8413.80±2.750.81±0.570.77±0.60VP-MSI49.47±4.9449.38±4.6248.73±8.11-97.73±18.7012.77±2.870.49±0.430.53±0.47F值13.97420.1313.1130.2441.6713.0631.660P值<0.001<0.0010.0170.9130.1590.0180.162

注：*：與同部位TUE比較，P<0.05

表2 VUE、MSI相對(duì)于TUE的CT值差值比較(HU,±s,n=40)

表2 VUE、MSI相對(duì)于TUE的CT值差值比較(HU,±s,n=40)

圖像肺動(dòng)脈胸主動(dòng)脈豎脊肌 胸壁脂肪AP-VUE7.96±7.136.23±4.276.23±4.996.29±6.72VP-VUE6.90±6.863.88±3.975.86±4.576.06±6.16AP-MSI10.54±7.6111.91±7.30*6.83±4.257.85±7.48VP-MSI7.68±9.046.75±7.537.08±9.017.51±6.68F值1.50811.4570.3050.617P值0.215<0.0010.8220.605

注：*：與同部位其余圖像的CT值差值比較，P<0.008

表4 TUE與VUE、MSI圖像主觀評(píng)分比較[M(Q1，Q3)]

圖1圖像質(zhì)量對(duì)比 A.TUE; B.AP-VUE; C.VP-VUE; D.AP-MSI; E.VP-MSI；AP-VUE及AP-MSI存在上腔靜脈硬化偽影，VP-MSI軟組織結(jié)構(gòu)邊界顯示模糊，VP-VUE與TUE質(zhì)量相當(dāng)

2.3 輻射劑量 虛擬平掃DLP為(615.67±50.59)mGy·cm，ED為(8.62±0.71)mSv；常規(guī)平掃DLP為(762.72±81.64)mGy·cm，ED為(10.68±1.14)mSv；虛擬平掃較常規(guī)平掃輻射劑量降低19.29%。

3 討論

雙能CT基于物質(zhì)分離技術(shù)能獲得碘物質(zhì)分布并將其去除，實(shí)現(xiàn)VUE重建[10-12]，既往VUE均在后處理工作站采用MSI軟件基于由原始數(shù)據(jù)重建生成的圖像抑碘，而圖像重建過(guò)程中對(duì)原始數(shù)據(jù)有一定程度修整，對(duì)組織碘濃度會(huì)產(chǎn)生影響，使得基于修整后的數(shù)據(jù)進(jìn)行物質(zhì)分離存在一定局限性[3-4,13]。理論上，相較于MSI技術(shù)，Revolution CT的VUE技術(shù)基于原始能譜數(shù)據(jù)提取并抑制碘物質(zhì)，可消除圖像重建對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，更準(zhǔn)確地獲得碘物質(zhì)分布并進(jìn)行抑制，后期采用ASIR-V迭代算法可提高圖像質(zhì)量[6]。本研究基于這一理論對(duì)TUE、雙期VUE及雙期MSI圖像質(zhì)量進(jìn)行比較。

本研究中，4種VUE各部位CNR值與TUE間無(wú)明顯差異。AP-MSI肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈CT值較TUE明顯增高，考慮動(dòng)脈期為肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈強(qiáng)化顯著期相，血管內(nèi)含碘量高，易造成物質(zhì)分離及抑碘不足；而AP-VUE各部位CT值與TUE無(wú)明顯差異，提示采用VUE技術(shù)能較MSI更精確地抑碘，VP-VUE及VP-MSI各部位CT值與TUE間無(wú)明顯差異。本研究雙期MSI主觀評(píng)分均低于TUE，與Li等[2]研究結(jié)果一致；AP-VUE主觀評(píng)分均低于TUE，VP-VUE主觀評(píng)分與TUE間無(wú)明顯差異，考慮原因在于AP-VUE存在上腔靜脈偽影，對(duì)周?chē)M織影響較大，降低整體圖像質(zhì)量。

本研究中AP-MSI肺動(dòng)脈、胸主動(dòng)脈CT值與VP-MSI、雙期VUE間有明顯差異，VP-MSI及雙期VUE間各客觀指標(biāo)均無(wú)明顯差異。以10 HU作為臨床診斷的有效誤差閾值[14]，4種虛擬平掃各部位CT值與TUE各部位CT值差值中，80%以上VP-VUE圖像各部位CT值差值≤10 HU，高于AP-VUE及雙期MSI圖像，提示采用VP-VUE能獲得最為接近TUE的VUE。

本研究中AP-VUE主觀評(píng)分低于VP-VUE，AP-MSI除解剖細(xì)節(jié)外，其他主觀評(píng)分均低于VP-MSI，考慮原因在于動(dòng)脈期上腔靜脈局部線束硬化偽影明顯，在重建中不能完全去除，造成局部偽影重，圖像顯示欠佳，與劉姝芩等[3,15]的結(jié)果相符；雙期VUE圖像各項(xiàng)主觀評(píng)分分別優(yōu)于雙期MSI圖像，也證實(shí)了采用原始數(shù)據(jù)抑碘優(yōu)于重建后圖像抑碘的觀點(diǎn)。

本研究的不足：樣本量較少；未對(duì)胸部病變及其細(xì)節(jié)顯示進(jìn)行分析；只于Revolution CT上收集相關(guān)病例，未對(duì)VUE圖像與其他機(jī)器VUE進(jìn)行比較。

綜上所述，胸部VUE技術(shù)在降低輻射劑量的同時(shí)能獲得較MSI更好的圖像質(zhì)量，尤其VP-VUE圖像質(zhì)量與TUE相當(dāng)，具有代替常規(guī)胸部平掃圖像的潛能，對(duì)于臨床需要多次復(fù)查胸部CT檢查及胸部急癥、配合不佳者有重要意義。