低濃度對比劑能譜CT單能量成像對提高門靜脈圖像質量的研究

張龍敏， 劉愛連， 劉義軍， 佟梓濱， 浦仁旺， 劉曉峰

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低濃度對比劑能譜CT單能量成像對提高門靜脈圖像質量的研究

張龍敏， 劉愛連， 劉義軍， 佟梓濱， 浦仁旺， 劉曉峰

目的：探討寶石CT能譜成像最佳對比噪聲比(CNR)單能量圖像對提高低濃度對比劑門靜脈成像質量的應用價值。方法：將符合納入標準的136例患者隨機分為2組，A組采用高濃度對比劑(350mg I/100mL)和常規CT掃描(1.25mm層厚)、B組采用低濃度對比劑(270mg I/100mL)和寶石CT能譜成像(GSI)。由兩位放射科醫師采用雙盲法分別測量兩組圖像上門靜脈左支、右支和肝實質的CT值及圖像噪聲，對兩位觀察者的測量結果采用組內一致性系數(ICC)進行分析；采用較高年資觀察者的測量結果，計算門靜脈的對比噪聲比(CNR)，并對兩組的測量結果及CNR值分別行t檢驗；經圖像后處理，分別獲得兩組圖像的VR和MIP重組圖像并進行圖像質量的主觀評分，對2位醫師的圖像質量評分采用Kappa檢驗，并采用較高年資觀察者的評分結果和秩和檢驗法對2組間的圖像質量進行比較。結果：B組中門靜脈最佳CNR單能量圖像的能量水平集中在50KeV左右。兩位觀察者測量數據的一致性較好(ICC>0.75)。A組中門靜脈左支、門靜脈右支和肝實質的CT值及背景噪聲(SD值)分別為(178.38±27.25)、(174.78±24.66)、(116.13±17.01)和(32.78±4.72)HU，B組分別為(334.01±58.74)、(328.51±55.78)、(187.89±32.23)和(39.12±10.05)HU， 這4個測量指標在兩組間的差異均有統計學意義(P<0.05)。B組中門靜脈左、右支與肝實質的CNR(分別為4.08±1.90和3.93±1.80)均高于A組(分別為1.92±0.68和1.80±0.59)，兩組間差異有統計學意義(P均<0.01)。兩位醫師對重組圖像的主觀評價結果一致性較好(A組Kappa值為0.900，B組Kappa值為0.902)；兩組的圖像質量評分分別為3.26±0.50和3.23±0.43，差異無統計學意義(P=0.896)。結論：能譜CT能提供多組單能量圖像，且在降低對比劑濃度的前提下，GSI最佳CNR單能量圖像能顯著提高門靜脈與肝實質的對比噪聲比，很好地顯示門靜脈及其分支。

門靜脈； 體層攝影術，X線計算機； 能譜成像； 單能量圖像； 圖像質量

MSCT門靜脈成像(CT portal venography，CTPV)是目前評估門靜脈的主要檢查方法，但隨著對比劑用量的增加，成像質量提高，對比劑腎病的發生率隨之升高，如何減少血管成像中對比劑用量而又不犧牲圖像質量，一直是放射學工作者的努力方向。寶石CT能譜成像(gemstone spectral imaging，GSI)技術的應用提供了這種可能性。能譜CT能在0.5 ms內瞬時完成高低能量切換，在40～140 keV范圍內能實現任意單能量圖像重建，可獲得101個單能量圖像[1]；而且，利用最佳對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)曲線獲得病變與周圍組織最佳對比的單能量圖像，進而有效顯示病變的強化特點及病變與周圍組織的強化差異[1-2]。目前已有將能譜CT最佳CNR單能量圖像用于門靜脈成像的報道[3]，初步研究結果顯示單能量圖像可以顯著提高門靜脈成像的圖像質量，但這項研究中使用高濃度對比劑進行門靜脈成像，本文旨在評估使用低濃度對比劑的能譜CT最佳CNR單能量成像技術在門靜脈成像中的應用價值。

材料與方法

1.研究對象

將2013年3月-2014年1月在我院行全腹能譜CT掃描并符合納入標準的136例患者隨即分為2個組，A組為高濃度對比劑常規掃描組，共76例，男44例，女32例，年齡(60.84±11.19)歲；B組為低濃度對比劑能譜CT單能量成像組，共60例，男40例，女20例，年齡(64.34±12.00)歲。納入標準：①無碘對比劑使用禁忌證；②既往無肝臟手術史；③呼吸狀態平穩，能正常屏氣；④無心臟功能障礙等影響血液循環的疾病。排除標準：①肝內占位性病灶影響門靜脈血管的顯示；②門靜脈瘤栓形成，門靜脈密度不均；③嚴重影響門靜脈血流動力學改變的疾病，如肝硬化門靜脈高壓、布加綜合征等。本次研究獲得本院倫理委員會審批，所有患者均簽署知情同意書。

2.CT掃描方法和參數

患者檢查前常規空腹4～6 h，口服溫開水200～300 mL以充盈胃腸道。采用GE Discovery HD750能譜CT機，常規行全腹平掃和三期增強掃描(動脈期、門靜脈期、平衡期)。采用對比劑智能跟蹤技術(Smart Prep)，監測點置于右腎門水平腹主動脈，注射對比劑10 s后啟動監測，CT值達150 HU后自動觸發開始動脈期掃描，門靜脈期與動脈期時間間隔為30 s，平衡期與靜脈期間隔120 s；掃描層厚5 mm，層間隔5 mm，螺距1.375，重建層厚1.25 mm，標準算法。A組：管電壓120 kVp，對比劑為歐乃派克(350 mg I/100 mL)；B組：管電壓140和80 kVp，能譜成像模式，對比劑為威視派克(270 mg I/100 mL。兩組對比劑注射量均為100 mL，注射流率5.0 mL/s，對比劑注射完畢后以同樣流率注射生理鹽水20 mL。

3.圖像后處理

掃描完成后將原始圖像傳輸至GE ADW 4.5工作站，由一位有5年工作經驗的放射科醫師進行門靜脈圖像后處理，兩組處理方法如下：A組選擇層厚1.25 mm原始圖像；B組選擇層厚1.25 mm包含GSI原始數據的能譜圖像，應用能譜成像分析軟件包，選擇GSI-view軟件進入“optimal CNR”模式，于肝門水平門靜脈右支主干內放置感興趣區(region of interest，ROI)，ROI的直徑約為血管直徑的2/3，背景選擇肝門水平肝包膜下1 cm左右的肝實質區域，盡量避開血管或肝內病變，ROI面積不超過所設置的門靜脈ROI的2倍，然后軟件自動計算獲得門靜脈與肝實質的最佳CNR單能圖像并保存，用于圖像重建、數據測量以及與A組圖像進行比較。

圖像的客觀評價：由兩位放射科醫師(分別工作5年和7年)分別測量門靜脈左支(LPV)、右支(RPV)的CT值(選取肝門水平連續3個層面進行測量，取其平均值)、肝實質(L)的CT值及標準差(SD值，代表噪聲)。肝實質ROI位于肝包膜下1cm左右，面積為(100±10) mm2，選取肝門水平連續3個層面進行測量并取其平均值，同時獲得肝實質的噪聲值(SD)。A組和B組所選擇的ROI的大小及位置應盡量相同。分別計算兩組中門靜脈左支、右支的CNR：

(1)

圖像的主觀評價：采用容積再現(volume rendering，VR)和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)技術對常規圖像和最佳CNR單能圖像進行門靜脈血管成像。然后由2位放射科醫師采用單盲法(對彼此評分結果及數據分組未知)對兩組圖像質量進行評價，采用5分制的評分標準，根據圖像上門靜脈邊界的銳利程度、門靜脈與周邊肝實質的對比度、所顯示的門靜脈分支的級別進行綜合評分[4]：5分，門靜脈邊緣銳利，與肝實質對比優，門靜脈5級分支顯示良好；4分，門靜脈邊緣較銳利，與肝實質對比良好，門靜脈4級分支顯示良好；3分，門靜脈邊緣較清楚，與肝實質對比中等，門靜脈3級分支顯示良好；2分，肝靜脈邊緣不清楚，與肝實質對比較差，門靜脈2級分支顯示良好；1分，肝靜脈邊緣模糊，與肝實質對比極差，僅肝內門脈1級分支顯示良好。

圖1　A組(高濃度對比劑常規掃描)門靜脈圖像，可顯示門靜脈5級屬支，與肝實質對比優，主觀評分為5分。a)MIP圖像；b)VR圖像。　圖2　B組(低濃度對比劑最佳CNR單能量成像)門靜脈圖像，門靜脈顯示清晰，可顯示5級屬支，與肝實質對比清晰，主觀評分為5分。a)MIP圖像；b)VR圖像。

4.統計學分析

運用SPSS 17.0統計分析軟件。兩位觀察者對門靜脈、肝實質、肝實質噪聲的測量結果的比較采用組內一致性檢驗(intra-class correlation coefficient，ICC)，采用年資較高者的測量結果對2組圖像的門靜脈-肝實質CNR進行比較(兩獨立樣本t檢驗)。兩位醫師對重組圖像質量客觀評價結果的一致性評估采用Kappa檢驗，Kappa值>0.75為一致性好；0.40～0.75為一致性一般；<0.40為一致性差。采用年資較高者對兩組圖像質量的評分為最終結果，并對兩組評分進行秩和檢驗(Mann-Whitney檢驗)。P<0.05為差異有統計學意義。

結　果

B組門靜脈-肝實質CNR曲線顯示，門脈期的門靜脈-肝實質最佳CNR單能圖像能量水平集中在49.0～51.0 keV。兩位觀察者對圖像質量的客觀測量數據的一致性好，ICC檢驗結果見表1。兩位觀察者對A、B組圖像質量的主觀評分結果(圖1、2)：高年資觀察者分別為3.26±0.50和3.23±0.43，低年資觀察者分別為3.30±0.52和3.20±0.40；兩位觀察者對2組圖像質量主觀評價的一致性好(A組Kappa值為0.900，B組Kappa值為0.902)。

表1　兩位觀察者各項客觀測量數據的一致性分析(ICC)結果

較高年資觀察者的客觀評價結果見表2、3。

表2　高年資觀察者對兩組指標的測量值及統計分析結果　(HU)

表3　門靜脈-肝實質CNR及統計分析結果

B組圖像的門靜脈左支、門靜脈右支和肝實質CT值及背景噪聲(SD值)均高于A組，差異均有統計學意義(P<0.01)。兩組門靜脈-肝實質(左支、右支)CNR分別為A組1.92±0.68、1.80±0.59；B組4.08±1.90、3.93±1.80(表3)，B組門靜脈-肝實質CNR值(門靜脈左支、右支)明顯高于A組，二組間差異有統計學意義(P<0.01)。秩和檢驗結果顯示，年資較高者對A、B組的主觀評分結果間差異無統計學意義(Z=-0.131，P=0.896)。

討　論

CTPV是目前臨床評價門靜脈的主要方法，可較清晰地顯示門靜脈及側支血管的大小、范圍、走行及引流方向等。CTPV的成像質量取決于門靜脈內對比劑濃度，其受到多種因素的影響，如患者心功能情況及設備和掃描技術等，可通過采用多期動態增強掃描或者增加對比劑用量和注射流率等方法來更好地顯示門靜脈[5]，但這些方法會顯著增加患者的輻射劑量或者增加對比劑對腎功能的影響，甚至可能導致對比劑腎病[6]。降低對比劑濃度有助于減少副反應的發生。如何能在降低對比劑濃度的情況下，又不犧牲圖像質量是我們研究的重點。本次研究在保證注射流率一致的前提下，對比高濃度對比劑常規掃描及低濃度對比劑能譜CT成像的效果，旨在探究低濃度對比劑能譜CT成像對門靜脈成像的影響。

能譜CT成像較常規MSCT的一個最大優勢是可以生成40～140 KeV能量段的多組單能量圖像，而常規CT掃描是一種混合能量成像[1,7]。X線與物體作用時在高能段以康普頓效應為主，低能段以光電效應為主，當X線束穿過人體時，會優先濾掉低能量，從而產生線束硬化偽影，同時混合能量間的平均效應也會降低不同物質間的對比度。能譜CT成像得到的單能量圖像有利于消除硬化偽影，提高圖像的清晰度。單能量圖像是指當X線源僅發出單一能級的X線光子穿過被檢物體時所產生的的衰減圖像[8]。單能量圖像在不同能量水平具有不同特征，高能量圖像中組織對比度較小、圖像硬化偽影少，低能量圖像可增加組織的CT值，組織對比度較大，噪聲增高；所以在低能量能譜圖像上可以更好地觀察組織細節，增加腫瘤、血管與周圍組織的對比噪聲比，能更加清晰地顯示門靜脈主干及其分支。能譜CT在肝門靜脈的顯示、肝臟腫瘤的鑒別診斷方面均已逐步展現出它的優越性[1-2]。此外，對靜脈、脊髓、韌帶和肌腱等結構的顯示一直是傳統CT成像的弱點，采用最佳CNR單能成像可以提升這些結構的對比度[9]。

本研究結果顯示，門靜脈的最佳能量點在50 KeV附近，與文獻報道基本一致[2-3]。有研究顯示，51 KeV單能量成像可以顯著提高肝內、外門靜脈的顯示和門靜脈成像的圖像質量[2]。在本研究中，最佳CNR單能量圖像上(B組)門靜脈與肝實質CT值的差值明顯高于常規圖像(A組)，雖然與此同時最佳CNR單能圖像的噪聲較常規圖像增高，但由于門靜脈與肝實質對比度的增加更為顯著，故B組CNR值仍明顯高于A組，起到了GSI單能量成像提高血管成像質量的作用。CT對比噪聲比在血管成像中是至關重要的因素，且2位醫師對最佳CNR單能圖像質量的主觀和客觀評價一致性較好，與高濃度對比劑常規CT圖像無明顯差異，提示最佳CNR單能圖像在對比度和噪聲之間已經達到了一種平衡，能夠很好地顯示門靜脈血管；同時也說明了最佳CNR單能圖像的客觀性和可靠性，觀察者間的偏倚較小。

能譜CT對門靜脈成像掃描前，無須過分關注掃描的條件和患者的生理及病理狀態，可采用常規肝臟掃描參數，通過最佳單能圖像的選擇來獲得高質量的門靜脈成像圖像。且本次研究中采用低濃度對比劑GSI獲得的門靜脈-肝實質CNR明顯高于高濃度對比劑常規掃描，提示可以在減少對比劑劑量的同時有效評估門靜脈，降低發生對比劑腎病的風險。

本研究尚有一定的局限性：本次研究是前瞻性地對在我院就診的患者隨機進行分組，沒有做到同體對比；對有肝臟巨大占位性病變影響門靜脈顯影及門脈瘤栓形成的病例未納入研究中，對影響門靜脈血流動力學改變的疾病如布-加綜合征、肝硬化門脈高壓等亦未納入研究中。鑒于本次研究結果表明，低濃度對比劑GSI掃描最佳CNR單能量成像能夠較好地顯示門靜脈及其分支，筆者認為今后可擴大樣本范圍進行更進一步地研究。

綜上所述，本次研究結果顯示采用低濃度對比劑GSI掃描最佳CNR單能量圖像獲得的門靜脈-肝實質CNR明顯高于高濃度對比劑常規掃描，能更好地顯示門靜脈及其分支，使臨床行CTPV時減低對比劑用量成為可能，值得臨床推廣應用。

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Study on the effect of monochromatic images with best contrast-to-noise ratio using spectral CT for improving the imaging quality of portography using low-concentration contrast mediumZHANG Long-min,LIU Ai-lian,LIU Yi-jun,et al.

Objective：To investigate the effect of spectral CT monochromatic images with the best contrast-to-noise ratio (CNR) for improving the imaging quality of portography using low-concentration contrast medium.Methods：According to the inclusion criteria,136 patients were selected and randomly divided into two groups for portography:in group A,contrast medium with high concentration (350mg I/100mL) and conventional CT were used;and in group B,low-concentration contrast medium (270mg I/100mL) and gemstone spectral imaging (GSI) were used.CT value of liver parenchyma,left- and right-portal vein,and image noise on portography images were measured independently and blinded by two radiologists,and the results of two observers were analyzed with intra-class correlation coefficient (ICC).The CNR of the left- and right-portal vein was calculated using the data from the senior doctor,and independent t-test were used to compare the differences of the indexes mentioned above between the two groups.Then the data were post-processed using volume rendering (VR) and maximum intensity projection (MIP) methods.Image quality of portography in two groups was evaluated on a five-point scale by two radiologists.The inter-observer agreement of image quality grade was analyzed by Kapppa test.Then image quality of the two groups was compared by the Wilcoxon test using the data from the senior doctor.Results：In group B,the monochromatic images at 50KeV were found to have the best CNR.The agreements of the value of the three indexes measured by the two observers were good all (ICC>0.75).The CT value of left portal vein、right portal vein and liver parenchyma,and image noise of group A were (178.38±27.25),(174.78±24.66),(116.13±17.01) and (32.78±4.72)HU,and those of group B were (334.01±58.74),(328.51±55.78),(187.89±32.23) and (39.12±10.05)HU,there were significant differences between the two groups (P<0.05).The CNRs of left- and right portal vein to liver parenchyma of group A (1.92±0.68 and 1.80±0.59,respectively) were lower than those of group B (4.08±1.90 and 3.93±1.80) with statistic difference between the two groups (P<0.01).The agreement of the image quality grading between the two observers was good (In group A,Kappa value=0.900;in group B,Kappa value=0.902).The image quality scores of group A and B were 3.26±0.50 and 3.23±0.43 respectively,there was no significant difference between the two groups (P=0.896).Conclusion：Compared with conventional MSCT,spectral CT imaging can provide multiple sets of single-energy images and improve CNR and image quality of portography using low concentration of contrast medium.

Portal vein； Tomography，X-ray computed； Spectral imaging； Monochromatic images； Image quality

2014-08-25)

116000遼寧，大連醫科大學附屬第一醫院放射科

張龍敏(1988-)，女，河南南陽人，碩士研究生，住院醫師，主要從事腹部影像診斷工作。

劉愛連，E-mail：cjr.liuailian@vip.163.com

·腹部影像學·

R814.42； R543.6

A

1000-0313(2015)04-0360-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.04.014