腹部雙能量能譜CT成像中混合能量模式與單能量模式重建圖像的比較研究

韋 煒，鄧克學，趙英明，羅英姿

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腹部雙能量能譜CT成像中混合能量模式與單能量模式重建圖像的比較研究

韋 煒，鄧克學，趙英明，羅英姿

目的 通過比較雙能量CT腹部能譜成像后，混合能量模式(Quality Check，140 kVp)與單能量模式(Mono，70 keV)重建圖像的質量，選擇適合臨床應用的重建模式。方法 應用雙能量能譜CT(Discovery CT750HD)，對60例受檢者進行腹部平掃及雙期增強掃描，分別采用混合能量模式及單能模式進行重建。測量并比較肝臟、脾臟、胰腺及腹腔脂肪的CT值，計算各組織器官的信噪比、對比噪聲比，并以評分方法比較兩組圖像質量。結果 單能量重建組中各器官的SNR、CNR均高于混合能量組(P<0.05)，單能量重建組主觀評分明顯高于混合能量組(P<0.001)。結論 單能量模式重建圖像顯著優于常規混合能量模式重建圖像，可在臨床中常規運用。

腹部；體層攝影術；X線計算機；能譜CT；重建模式

CT掃描是常用的腹部檢查方法。既往CT應用混合能量圖像進行診斷。近年來，雙能量能譜CT(DESCT)采用單源瞬時kVp切換技術，在極短時間內(<0.5 ms)完成高低能量的切換，實現能譜成像，改變了常規CT的傳統診斷模式，在獲得混合能量圖像的同時，可以獲得40～140 keV的單能量圖像[1-3]。單能量圖像有助于消除硬化偽影，提高圖像清晰度。該研究對無上腹疾患受檢者進行雙能量能譜CT掃描，對比研究同一患者的常規混合能量圖像與70 keV單能量圖像，旨在探討腹部混合能量重建模式與單能量重建模式對于腹部臟器及血管圖像質量的影響。

1 材料與方法

1.1 病例資料 選取2013年1月～2015年4月60例均無上腹疾患的受檢者行腹部增強掃描，其中男36例，女24例，年齡24～75(43.7±9.4)歲。所有研究對象在掃描前均被要求簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 采用GE能譜CT Discovery CT750HD(HDCT)掃描機。患者檢查前禁食6～8 h，掃描前15 min飲用清水800～1 000 ml。均行常規平掃確定掃描范圍(上至膈頂，下至雙腎下極水平)；增強掃描所用對比劑為非離子型碘對比劑碘海醇(300 mgI/ml)，注射總量1.5 ml/kg，注射速率3.0 ml/s，使用前未經加熱；行動脈期(開始注藥后30 s)、門脈期(70 s)增強掃描；均采用能譜掃描模式(GemStone spectral Imaging，GSI)；螺距：1.375 ∶1，準直寬度0.625 mm×64；管電流約為550 mA；電壓為高低能量(140 kVp和80 kVp)0.5 ms瞬時切換。所有患者原始資料均分別應用單能模式(Mono，70 keV)及混合能量模式(QC，120 kVp)重建。

1.3 圖像評價 應用Advanced Workstation(ADW4.5, GE Health)工作站進行CT圖像的調閱、判讀及測量。

1.3.1 客觀評價與比較 由一名高年資影像診斷醫師獨立進行，在兩組圖像上肝、脾、胰腺實質內分別放置ROI，ROI的位置、形狀及大小一致，且放置位置選擇密度均勻、偽影少的區域并避開血管。測量并記錄同層面兩種重建模式圖像的肝臟、脾臟、胰腺及腹部脂肪CT值以及背景噪聲(同層面前腹壁前方空氣CT值的標準差)。計算各器官的信號噪聲比(signal to noise ratio，SNR)：SNR=CT/SD(CT為所測臟器的CT值，SD為對應層面背景噪聲值)；計算各器官與腹部脂肪的對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)：CNR=(CT1-CT2)/SD(CT1為所測臟器的CT值，CT2為對應層面腹部脂肪的CT值，SD為對應層面背景噪聲值)。

1.3.2 主觀評價與比較 采用雙盲法，由兩位副主任以上CT診斷醫師獨立對兩組重建模式圖像質量進行評價。主觀評分法參照Hopper5級評分標準[4]，對肝臟、脾臟、胰腺、腹主動脈、門靜脈主干的圖像質量及噪聲進行評分。評分標準如下：細小解剖結構不能辨識，噪聲極明顯，記為1分；細小解剖結構模糊顯示，辨識困難，噪聲明顯，超過可接受程度，記為2分；細小解剖結構可見但邊界不清，噪聲明顯但可接受，記為3分；細小解剖結構可見但邊界尚清晰，噪聲增多，圖像尚清晰，記為4分；臟器內細小結構如血管顯示邊界銳利清晰，圖像清晰細膩，無明顯噪聲，記為5分。1分及2分圖像不能滿足診斷要求。由兩位醫師分別記錄評分結果，結果不統一時取兩人討論后結果。

1.4 統計學處理 應用SPSS 18統計軟件進行分析，兩種重建模式下各器官的信號噪聲比、各器官與腹部脂肪的對比噪聲比以及噪聲的比較應用配對t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。兩種重建模式圖像評分采用非參數秩和檢驗。

2 結果

2.1 客觀指標比較 60例患者均成功完成能譜模式平掃及增強掃描。兩種重建模式下各器官的信號噪聲比及各器官與腹部脂肪的對比噪聲比差異顯著，單能量模式70 keV重建圖像均高于混合能量重建圖像，見表1、2。

表1 單能量重建圖像與混合能量重建圖像各器官信噪比(SNR)

表2 單能量重建圖像與混合能量重建圖像各器官對比噪聲比(CNR)

2.2 主觀評分比較 兩位副主任以上影像診斷醫師采用雙盲法獨立閱片，比較兩種重建模式下圖像質量等級評分，結果一致性較好，兩組評分均高于2分，且Mono重建組平均評分結果高于QC重建組(Mono組平均分4.85，QC組平均分值4.23，Z=5.514，P<0.001)。對于實質臟器的顯示，單能量模式重建圖像相對細膩柔和(圖1A2)；對于血管的顯示，單能量圖像細小血管斷面能顯示清晰(圖1B2)；在VR圖像上，單能量圖像血管壁光滑柔和，末梢血管顯示良好(圖1C2)。

3 討論

多層螺旋CT(MSCT)因空間分辨率高、采集層厚薄、數據各向同性及圖像后處理功能強大等優點而廣泛應用于腹部病變的診斷及血管三維成像。但是傳統的CT設備采用混合能量成像，射線硬化效應產生硬化偽影，影響圖像質量及病灶的檢出。DESCT采用單源瞬時kVp切換技術，在極短時間內(<0.5 ms)完成80及140 Kvp間的快速轉換，實現兩組數據的瞬時同時采樣，經投影數據空間的雙能量解析，獲得不同能量水平(40～140 keV)的單能量圖像。單能量圖像可以獲得精準的CT值并減少硬化偽影，改善圖像質量并提高病灶的檢出率[4]。60～80 keV能量段X線源的信號最強，圖像噪聲最沉沒低；同時由于DESCT成像中70 keV能量對應傳統腹部CT成像中X線管電壓為120 kVp時的平均能量，臟器實質在這兩個條件下CT值較為接近[5-6]。因此本研究采用70 keV的單能量圖像來評估腹部臟器和血管的圖像噪聲。

圖1 實質臟器及血管的顯示

本研究結果顯示，單能模式重建圖像的SNR及CNR均高于混合能量模式重建圖像；在主觀評分上，單能模式70 keV重建圖像質量評分明顯優于混合能量模式重建圖像，70 keV重建圖像更加細膩柔和，VR顯示血管壁光滑銳利，混合能量重建組圖像噪聲相對較大，且臟器內的細小血管邊緣顯示略模糊。提示DESCT掃描后，同一原始數據應用不同重建模式獲得的圖像質量存在差異。單能量70 keV重建圖像明顯優于混合能量重建圖像。

單能量模式重建圖像在主客觀評價指標上均高于混合能量模式重建圖像的原因主要取決于組織能譜成像的特點。在混合能量重建模式下，組織的CT值是固定的，因此圖像中不同組織間的對比相對恒定。在能譜成像中，應用瞬時kVp切換技術，可以獲取兩組吸收投影數據，并通過兩組數據的重建，計算出單能量點組織對X線的吸收，從而得到質量吸收系數隨能量變化的曲線[2]。不同組織器官的曲線形態存在差異。各組織器官間的CT值差異，在低能量水平高于高能量水平，因此可以選擇相對低能量水平進行圖像重建，提升組織器官的對比，改善圖像質量。而在混合能量模式下，由于不能單獨提取組織高低能量點對X線的吸收信息，因此組織間的X線吸收差異不能通過改變重建能量而突出反映。發生于腹部實質性臟器的病變，多呈軟組織密度，自然對比差，因此將Mono重建模式應用于腹部檢查，無疑提高了腹部病變的檢出能力及診斷能力。

綜上所述，應用DESCT行腹部檢查所得到的同一原始數據采用不同的重建模式獲得的圖像質量存在差異，單能量70 keV重建圖像明顯優于傳統的混合能量重建圖像，單能量重建圖像可以較好的顯示腹部實質臟器及腹部血管。DESCT為腹部病變的檢出、診斷及分期提供了新的影像學檢查方法。同時該研究也存在著一定的不足：首先，本研究綜合考慮臟器顯示的最佳keV水平及圖像的噪聲，選擇了Mono圖像中的70 keV圖像與混合能量圖像進行對比研究，未對其它不同keV重建圖像差異分別進行研究；其次，腹部臟器病變種類繁多，本研究未對不同重建模式下病變的顯示進行研究；故有待于進一步深入探討研究，獲得更加可靠的理論依據。

[1] Matsumoto K, Jinzaki M, Tanami Y, et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching:improved image quality as compared with that obtained with conventional 120 kVp CT[J]. Radiology, 2011, 259(1):257-62.

[2] Lv P, Lin X Z, Li J, et al. Differentiation of small hepatichemangioma from small hepatocellular carcinoma: recently introduced spectral CT method[J].Radiology,2011, 259(3):720-9.

[3] Coursey C A,Rendon C,Boll D T P, et al. Dual-energy multidetector CT: how does it work, what can it tell us, and when can we use it in abdominopelvic imaging[J]. Radiographics, 2010, 30(4):1037-55.

[4] Lin X Z, Miao F, Li J Y, et al. High-definition CT gemstone

安徽省科技廳公益性技術應用研究聯動計劃項目(編號：1501ld04028)；國家自然基金青年科學基金項目(編號：81501468)

安徽醫科大學附屬省立醫院影像科，合肥 230001

韋 煒，女，副主任醫師，責任作者，E-mail：weiweill@126.com

時間：2016-10-12 13:23:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20161012.1323.022.html

R 816.5

A

1000-1492(2016)11-1650-04

10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2016.11.022

2016-06-02接收