單源雙能CT不同掃描野對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體模GSI數(shù)據(jù)的影響

劉曉冬，劉義軍，劉愛(ài)連，孫美玉，劉靜紅，田士峰，李　燁，韓　錚，王逸敏，郭維亞，劉澤群，趙　瑩

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連　116011）

單源雙能CT不同掃描野對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體模GSI數(shù)據(jù)的影響

劉曉冬，劉義軍，劉愛(ài)連，孫美玉，劉靜紅，田士峰，李燁，韓錚，王逸敏，郭維亞，劉澤群，趙瑩

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連116011）

目的：探討單源雙能CT不同掃描野對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體模CT能譜成像的CT值及水（碘）濃度值的影響。材料與方法：應(yīng)用GE公司單源雙能CT（Discovery HD750）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模進(jìn)行GSI模式掃描，依據(jù)掃描協(xié)議，按掃描野分為兩組：Large掃描野組（L組）和Medium掃描野組（M組），其余掃描條件一致，具體參數(shù)如下：管電壓為140 kVp和80 kVp瞬時(shí)切換，螺距為1.375，層厚為5mm，管球電流及旋轉(zhuǎn)時(shí)間在180～225mAs范圍進(jìn)行調(diào)制，共掃描6層，掃描完成后以1.25mm層厚進(jìn)行無(wú)間隔標(biāo)準(zhǔn)算法重建。重建圖像包括70 keV單能量圖像及水（碘）基物質(zhì)圖像。由兩名觀察者獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)分析測(cè)量，圖像分析與測(cè)量均在AW4.5工作站進(jìn)行，測(cè)量時(shí)以水模圖像中心為原點(diǎn)，將面積為3 000mm2的圓形感興趣區(qū)（ROI）分別放置于水模正中、前、后、左、右5個(gè)位置，ROI距體模切緣約9mm，在單能量及水基圖像上分別測(cè)量每組6個(gè)層面不同位置的CT值及其SD值、水濃度值及其SD值，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）檢驗(yàn)兩觀察者測(cè)量值的一致性，選擇標(biāo)準(zhǔn)差小的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較兩組數(shù)據(jù)是否存在差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；以標(biāo)準(zhǔn)水模CT值為0HU、水濃度值為1 000mg/cm3作為金標(biāo)準(zhǔn)，分別將兩組不同位置的CT值、水（碘）濃度值與金標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照。結(jié)果：兩觀察者測(cè)量計(jì)算一致性良好，ICC值均＞0.75。①兩組CT值比較，兩組間CT值及其SD值比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），M組及L組CT值的均值分別為（3.07±1.49）HU、（2.11±2.47）HU，CT值M組均小于L組，M組更接近金標(biāo)準(zhǔn)，SD值M組大于L組。②兩組水（碘）濃度值比較，兩組間水（碘）濃度值及SD值比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），M組平均水濃度值為（1 001.86±1.99）mg/cm3，其平均SD值為4.70±0.50，L組平均水濃度值為（1 002.24±1.88）mg/cm3，其平均SD值為4.31±1.42，CT值M組均小于L組，M組與金標(biāo)準(zhǔn)更接近，SD值M組大于L組。③兩組中兩種方法的SD差異比較，每組中水（碘）濃度值的SD值均小于CT值的SD值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000）。結(jié)論：掃描視野的改變可影響能譜成像CT值及水（碘）濃度值的測(cè)定，Medium掃描野優(yōu)于Large掃描野，兩組相比于傳統(tǒng)CT，能譜成像受掃描野改變的影響更小，可更準(zhǔn)確地用于定量分析。

體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)

CT值是目前常規(guī)CT的半定量指標(biāo)，傳統(tǒng)CT一直使用混合能量（kVp）成像技術(shù)進(jìn)行成像[1]，既往大量研究表明，傳統(tǒng)的CT值受射線劑量、硬化效應(yīng)及圖像信噪比、像素大小等多種因素的影響。CT值的不穩(wěn)定會(huì)影響對(duì)組織密度判定的準(zhǔn)確性，從而影響對(duì)疾病的診斷。能譜CT的問(wèn)世改變了常規(guī)成像模式，在獲得混合能量的同時(shí)亦可以獲得單能量（keV）圖像，其能譜成像（Gemstonespectralimaging，GSI）的基物質(zhì)濃度測(cè)量使CT實(shí)現(xiàn)了精確定量，使CT檢查向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)邁進(jìn)成為可能。本研究通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水模實(shí)驗(yàn)，探討單源雙能CT不同掃描野對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體模CT能譜成像的CT值及水（碘）濃度值的影響。

1　材料與方法

1.1材料與掃描參數(shù)

應(yīng)用單源雙能CT（DiscoveryCT750HD，GE Healthcare，Milwaukee，USA）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模行GSI掃描。依據(jù)掃描協(xié)議，按掃描野大小不同分為兩組：Large掃描野組（L組）和Medium掃描野組（M組）。其余掃描條件一致，具體參數(shù)如下：管電壓為140kVp 和80kVp瞬時(shí)切換，螺距為1.375，層厚為5mm，將管球電流及旋轉(zhuǎn)時(shí)間控制在180～225mAs范圍進(jìn)行調(diào)制 （機(jī)器內(nèi)置符合條件的共計(jì)12個(gè)序列，M組－GSI1～6序列、L組－GSI7～12序列），每個(gè)序列掃描6層。掃描完成后所有圖像均以1.25mm層厚進(jìn)行無(wú)間隔重建，重建圖像包括70keV單能量圖像（Matsumoto等[2]等研究顯示，特定射線劑量下，能譜掃描所得70keV圖像與傳統(tǒng)120kVp圖像相比具有相對(duì)低的圖像噪聲和相對(duì)高的CNR）及水（碘）基物質(zhì)圖像。

1.2圖像處理

由兩名觀察者獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)分析測(cè)量，圖像分析與測(cè)量均在AW4.5工作站進(jìn)行，測(cè)量時(shí)以水模圖像中心為原點(diǎn)，將面積為3000mm2的圓形感興趣區(qū)（ROI）分別放置于水模正中、前、后、左、右五個(gè)位置（圖1），保證每一ROI邊緣相切（ROI邊緣距體模切緣約9mm），在70keV單能量圖像上分別測(cè)量每組6個(gè)層面不同位置ROI的CT值及其SD值，在水基圖像上（圖2）測(cè)量相應(yīng)的水濃度值及其SD值，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)以進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。統(tǒng)計(jì)結(jié)果中不同掃描野下其ROI的CT值及其SD值、水（碘）濃度值及其SD值采用±s來(lái)表示，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù) （ICC）檢驗(yàn)兩觀察者測(cè)量值的一致性（ICC值≥0.75為一致性很好，ICC在0.5～＜0.75為一致性良好，＜0.5為一致性很差），選擇標(biāo)準(zhǔn)差小的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；使用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)比較兩組數(shù)據(jù)是否存在差異，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；以標(biāo)準(zhǔn)水模CT值為0HU、水（碘）濃度值為1000mg/cm3作為金標(biāo)準(zhǔn)，分別將兩組的CT值、水（碘）濃度值與金標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照。

2　結(jié)果

2.1單能量（70keV）圖像的CT值

2.1.1單能量圖像CT值的一致性檢驗(yàn)

兩觀察者在70keV單能量圖像上所測(cè)量的M組其CT值的ICC值為0.999，L組其CT值的ICC值為0.998，一致性均很好。使用兩觀察者測(cè)量數(shù)據(jù)中標(biāo)準(zhǔn)差較小的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下比較。

表1　兩組掃描野CT值及水（碘）濃度值差異統(tǒng)計(jì)分析

2.1.2兩組單能量CT值比較

M組70keV單能量CT值的均值為 （3.07± 1.49）HU，L組單能量CT值的均值為（2.11±2.47）HU，兩組CT值比較結(jié)果見(jiàn)表1，兩組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），CT值M組均小于L組，M組更接近金標(biāo)準(zhǔn)。

2.2水（碘）基物質(zhì)圖像的水（碘）濃度值

2.2.1水（碘）基物質(zhì)圖像水（碘）濃度值的一致性檢驗(yàn)

兩觀察者在水（碘）基圖像上所測(cè)量的M組水濃度值的ICC值為0.989，L組其水濃度值的ICC值為1，一致性均很好。使用標(biāo)準(zhǔn)差較小的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下比較。

2.2.2兩組水（碘）濃度值比較

M組平均水（碘）濃度值為（1001.86±1.99）mg/cm3，L組平均水（碘）濃度值為（1002.24±1.88）mg/cm3，兩組水（碘）濃度值比較結(jié)果見(jiàn)表1，兩組間比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），水（碘）濃度值M組均小于L組，M組與金標(biāo)準(zhǔn)更接近。

2.3CT值的SD值與水（碘）濃度值的SD值比較

2.3.1SD值的一致性檢驗(yàn)

兩觀察者在單能量圖像上所測(cè)量的M組CT值的SD值，其ICC值為0.973，L組其CT值的SD值的ICC值為1，兩觀察者在水（碘）基圖像上所測(cè)量的M組水濃度值的SD值的ICC值為0.999，L組水（碘）濃度值的SD值的ICC值為1，一致性均很好。使用標(biāo)準(zhǔn)差較小的數(shù)據(jù)進(jìn)行以下比較。

2.3.2分別比較兩組中兩種方法的SD差異

70 keV單能量圖像下，M組CT值的SD值均值為6.86±0.67，L組CT值的SD值均值為5.62±1.16，在水（碘）基圖像上，M組平均水（碘）濃度值的SD值為4.71±0.50，L組平均水（碘）濃度值的SD值為4.31±1.42，兩組掃描野CT值的SD值、水（碘）濃度值的SD值比較結(jié)果見(jiàn)表1，兩組間單能量CT值的SD值、平均水（碘）濃度值的SD值比較均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），L組的SD值均小于M組。同時(shí)，相同掃描野下，單能量CT值的SD值與水（碘）濃度值的SD值比較P＜0.05，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，水（碘）基圖像的SD值均小于單能量圖像的SD值。

圖170 keV單能量圖像測(cè)量圖。以水模圖像中心為原點(diǎn)，將面積為3 000mm2的圓形ROI分別放置于水模正中、前、后、左、右5個(gè)位置，ROI距體模切緣約9mm。圖2水（碘）基物質(zhì)圖像。

Figure 1.Illusion of measurement in monochromatic (70 keV)images.Take the center of water phantom image as the original point and the ROIwhich is about 3000mm2are placed in the middle,front,back,left and right of the water phantom respectively.The margin of water phantom is about 9mm away from those of RIOs.Figure 2.Water(iodine)basal material image.

3　討論

CT自誕生以來(lái)，學(xué)者們一直在致力研究CT成像中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)——CT值，CT值是CT圖像分析、疾病鑒別診斷的重要依據(jù)之一。CT圖像是物質(zhì)對(duì)X線吸收的反映。當(dāng)X射線穿過(guò)人體后可獲得輸出X射線頻譜，其射線硬化效應(yīng)使得物質(zhì)對(duì)X射線的吸收系數(shù)不再是一個(gè)固定值，導(dǎo)致X線能量的平均，從而使信息丟失、產(chǎn)生硬化偽影，造成CT值測(cè)量的不準(zhǔn)確[3]，因此，傳統(tǒng)混合能量CT難以做到精確定量。能譜CT成像是近來(lái)發(fā)展迅速的CT成像技術(shù)，能譜CT的問(wèn)世實(shí)現(xiàn)了由混合能量向單能量能譜成像的轉(zhuǎn)變，使CT對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的分析及物質(zhì)成分的定量測(cè)定成為可能[4]，能譜CT通過(guò)選擇衰減高低不同的物質(zhì)組成基物質(zhì)對(duì)，根據(jù)其吸收函數(shù)隨能量變化的關(guān)系，單源雙能CT以瞬時(shí)雙kVp為核心技術(shù)，通過(guò)高低電壓的瞬時(shí)快速切換獲取兩組吸收投影數(shù)據(jù)，因兩組數(shù)據(jù)具有很好的一致性，因而可有效抑制硬化偽影及其他因素干擾，使精準(zhǔn)定量成為可能[5]。

根據(jù)本團(tuán)隊(duì)及既往研究表明，傳統(tǒng)的CT值受射線劑量、硬化效應(yīng)及圖像信噪比、像素大小等多種因素的影響，掃描野也是影響CT值準(zhǔn)確性的因素之一，趙永為等[6]學(xué)者的研究表明中視野較大視野測(cè)得的CT值高，產(chǎn)生差異的原因可能為當(dāng)使用相同矩陣的情況下，小視野與大視野相比每個(gè)像素的體積減小，增大了該像素的X線衰減系數(shù)，從而使CT值增加。但掃描野的改變是否會(huì)影響基物質(zhì)濃度測(cè)量卻沒(méi)有太多的研究及文獻(xiàn)可以參考。

本研究采用標(biāo)準(zhǔn)體模進(jìn)行測(cè)量，能夠有效減小體模材料引起的X射線衰減等對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響，使實(shí)驗(yàn)條件更加優(yōu)化，結(jié)果更加可靠。本實(shí)驗(yàn)掃描條件選用180～225mAs范圍進(jìn)行調(diào)制，能有效平衡管球電流及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的因素的干擾。我們根據(jù)前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)，保證放置每一ROI外緣相切，ROI切緣距體模邊緣＜9mm，避免了模具干擾，保證結(jié)果的準(zhǔn)確及可靠。本研究選用多組GSI序列，旨在綜合位置偏差因素的影響，同時(shí)，本研究選用兩名觀察者的測(cè)量數(shù)據(jù)，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，可有效避免測(cè)量誤差的影響，使數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

通過(guò)本研究可以證實(shí)，M掃描野的70 keV單能量CT值及水（碘）濃度值較L掃描野始終更接近于金標(biāo)準(zhǔn)，M視野的測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。L組的SD值較M組的SD值離散度小，波動(dòng)性小，同時(shí)，水（碘）基圖像的SD值始終小于單能量圖像的SD值。因此，能譜CT較傳統(tǒng)混合能量CT受掃描野改變的影響更小。

本研究仍存在一定局限性，本實(shí)驗(yàn)ROI的選擇未考慮位置因素對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，后續(xù)的研究仍需進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中只改變了掃描視野一個(gè)參數(shù)，對(duì)于其它GSI掃描參數(shù)，如機(jī)架轉(zhuǎn)速、探測(cè)器寬度等因素足否會(huì)對(duì)物質(zhì)定量分析產(chǎn)生影響還有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，能譜成像突破了常規(guī)CT僅依靠CT值單一參數(shù)成像的模式，實(shí)現(xiàn)了定量CT診斷，是向精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)邁進(jìn)的一大飛躍。掃描視野的改變會(huì)影響能譜數(shù)據(jù)的測(cè)量，能譜CT成像較傳統(tǒng)CT成像能獲夠得更加穩(wěn)定準(zhǔn)確的測(cè)量值，更加體現(xiàn)了單源雙能CT物質(zhì)定量的優(yōu)越性。

[1]王樂(lè)，劉斌，余永強(qiáng)，等.能譜成像測(cè)量單能量下CT值與碘含量的相關(guān)性分析[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2012，28（5）：784-787.

[2]Matsumoto K,Jinzak M,Tanami Y,et al.Virtual monochro-matic spectral imaging with fast kilovoltage switching:improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT[J].Radiology,2011,259(1):257-262.

[3]蘭永樹(shù)，黃文龍，朱德強(qiáng)，等.影響CT值測(cè)量的因素及對(duì)策的探討[J].實(shí)用放射學(xué)雜志，2006，22（3）：352-355.

[4]葉倫，葉亦蘭，冉艮龍，等.寶石能譜CT成像原理及臨床應(yīng)用[J].中華臨床醫(yī)師雜志：電子版，2013，7（19）：8919-8921.

[5]Rosenkrantz BA,Mendiratta-Lala M,Bartholmai JB,et al.Clinical utility of quantitative imaging[J].Ann R Coll Surg Engl Acad Radiol,2015,22(1):33-49.

[6]趙永為，郭小超，王霄英，等.掃描視野對(duì)雙能CT成像CT值及物質(zhì)分離的影響—模體研究[J].放射學(xué)實(shí)踐雜志，2012，27（3）：271-273.

Effect of different scan field of view on CT value and water(iodine)concentration from standard phantom in single-source dual-energy CT

LIU Xiao-dong,LIU Yi-jun,LIU Ai-lian,SUN Mei-yu,LIU Jing-hong,TIAN Shi-feng, LI Ye,HAN Zheng,WANG Yi-min,GUO Wei-ya,LIU Ze-qun,ZHAO Ying
(Department of Radiology,Dalian Medical University 1st Affiliated Hospital,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To investigate the effect of different scan field of views(FOVs)on CT value,water－iodine concentration and SD value of standard water phantom by single－source dual－energy CT.M ethods:A standard water phantom(GE,USA)was scanned by a single－source dual－energy CT scanner(GE Discovery 750HD,USA)with large and medium FOV,respectively(group L:large FOV;group M:medium FOV).The other parameters were as follows:tube voltage switched instantaneously between 140 kVp and 80 kVp.Current modulation changed from 165 to 262.5mAs.Thickness was 5mm and pitch was 1.375.Each protocol collected 6 images and reconstructed into images with 1.25mm－thickness.Circular ROI with area of around 3 000mm2was put in the middle,front,back,left and right of the water phantom,respectively on AW4.5 workstation.CT value and SD value of two groups were measured on the 70 keV monochromatic image.And water－iodine concentration and SD value were measured on the water－iodine concentration image.Independent－samples t test was used for statistical analysis.Results:There were statistical differences of CT value and SD value between group M and L(P＜0.05).CT value of group M((3.07±1.49)HU)was less than that of group L((2.11±2.47)HU),closer to the gold standard.SD value of group M was bigger than group L.There was a significant difference of water－iodine concentration between group M and L(P＜0.05).The SD value of water－iodine concentration was significantly lower than that of CT value between group M and L(P＜0.001).Conclusion:The CT value and water－iodine concentration can be affected by scanning field of view.And medium scanning field isbetterthanlargescanningfield.ComparedwithconventionalCT,thechangeofscanningfieldhaslesseffectonspectralCT whichcanbemoreaccurateforquantitativeanalysis.

Tomography,spiralcomputed

R814.42

A

1008－1062（2016）07－0512－04

2015－09－28

劉曉冬（1990－），女，遼寧營(yíng)口人，在讀碩士研究生。E－mail：liuxd26364＠163.com

劉義軍，大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，116011。E－mail：yijunliu1965＠126.com

國(guó)家自然科學(xué)基金（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：81470078）。