改善胸部CT增強效果和成像質量的能譜CT研究

王雅雯， 王若冰， 吳寧

·影像技術學·

改善胸部CT增強效果和成像質量的能譜CT研究

王雅雯， 王若冰， 吳寧

目的：探討能譜CT單能量圖像對改善胸部CT掃描增強效果和成像質量的應用價值。方法：回顧性收集進行胸部寶石能譜CT掃描、且肺動脈增強效果不佳(70 keV單能圖像肺動脈主干CT值<200 HU)的49例患者的CT圖像資料，通過改變單能量圖像的keV值，使圖像肺動脈主干CT值達到200 HU。計算調整前(70 keV)和調整keV值后的肺動脈主干CT值、圖像信噪比(SNR)、對比噪聲比(CNR)；由2名放射科醫師以5分法對調整前后的圖像質量進行主觀評分。采用配對樣本t檢驗比較調整前后的圖像肺動脈主干CT值、同層肌肉CT值、SNR和CNR，將調整前后的圖像質量主觀評分進行Wilcoxon秩和檢驗。同時將圖像按調整前肺動脈主干CT值分為A、B、C、D四組，四組圖像調整前后的SNR、CNR分別進行配對樣本t檢驗；采用單因素方差分析，對A、B、C、D四組圖像調整后的SNR、CNR進行兩兩比較。結果：調整前后圖像的SNR差異無統計學意義(t=0.539，P>0.05)，而調整后圖像CNR(t=-8.961，P=0.000)和主觀評分(Z=-3.400，P=0.001)均較調整前有所提高。A、B、C、D四組調整前后SNR均無統計學差異(P均>0.05)，而CNR均具有統計學差異(P均≤0.05)。A組(肺動脈主干CT值<140 HU)調整后SNR均低于B組(P=0.014)、C組(P=0.009)、D組(P=0.020)；A組調整后CNR均低于B組(P=0.017)、C組(P=0.004)、D組(P=0.011)；B組、C組、D組間SNR、CNR兩兩比較均無統計學差異(P均> 0.05)。結論：對于胸部能譜CT掃描增強效果不佳的患者，在一定范圍內降低單能量圖像的KeV值能夠改善增強效果，且能在一定程度上提高成像質量。

體層攝影術，X線計算機； 圖像增強； 放射攝影術，胸部； 成像質量

CT掃描是臨床最常用的影像學檢查方法之一，其發展日新月異。近年來CT領域的新技術——能譜CT利用雙能量瞬時切換掃描，能夠在一次掃描中通過計算獲得不同keV值的單能量圖像[1，2]，這些圖像在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X線穿透力低，圖像上組織的對比增強，因此，利用能譜CT進行掃描及圖像后處理時，適當降低keV值，可使含對比劑的血管CT值明顯升高，從而提高縱隔及肺門血管與軟組織的對比度。本文研究對象為胸部CT增強效果欠佳的患者，擬探討能譜CT改善其增強效果和圖像質量的可行性。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性連續選取本院2014年2-6月間采用寶石能譜CT進行胸部CT掃描的272例患者，并篩選出其中肺動脈增強效果不佳(70 keV單能圖像肺動脈主干CT值<200 HU)的49例患者作為研究對象。49例患者中，男38例，女11例；年齡20～76歲，平均(53±13)歲；肺動脈主干CT值為92.03～188.01 HU，平均(157.27±23.84) HU。

2.儀器與方法

采用GE Discovery CT 750 HD 寶石CT。掃描參數：GSI掃描模式，球管轉速0.5 s/r，層厚5 mm。掃描方向：足側向頭側。對比劑采用碘普羅胺注射液(300 mg I/mL)，用量80～90 mL，注射流率2.5 mL/s。設置后延時間為30 s，掃描范圍包括整個胸廓。

3.圖像后處理

將原始數據在AW 4.6工作站通過GSI Viewer軟件進行后處理，重建出70 keV的單能量圖像(重建層厚1.25 mm)，設置直徑為10 mm的圓形ROI，測量肺動脈主干CT值；調整圖像keV值(44～68 keV)，獲得調整后的單能量圖像，并測量相應的肺動脈主干CT值。

4.圖像分析

客觀評價：分別測量肺動脈干層面上方、左側、右側3處空氣密度標準差(standard deviation，SD)取三者平均值作為背景噪聲。測量調整前后圖像的肺動脈主干、同層肌肉的CT值。根據公式(1)、(2)分別計算圖像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)及對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。

(1)

(2)

主觀評價：由2名影像診斷主治醫師采用Schueller-Weidekamm等[3]制訂的5分法對所有圖像進行質量評分，意見分歧時，經商議達成一致意見。評分標準為：5分，背景噪聲小，縱隔、肺門解剖結構顯示清晰，增強效果好，能區分血管與軟組織；4分，背景噪聲較小，縱隔、肺門解剖結構顯示較清晰，增強效果較好，可區分血管與軟組織；3分，存在一定的背景噪聲，縱隔、肺門解剖結構顯示可滿足診斷要求，增強效果欠佳，但尚可區分血管與軟組織；2分，背景噪聲較大，縱隔、肺門解剖結構顯示欠清，難以滿足診斷要求，增強效果較差，難以區分血管與軟組織；1分，背景噪聲大，縱隔、肺門解剖結構顯示不清，增強效果差，無法區分血管與軟組織。

5.圖像分組

將圖像按調整前肺動脈主干CT值分為A、B、C、D四組：A組，CT值<140 HU；B組，CT值140～160 HU；C組，CT值160～180 HU；D組，CT值180～200 HU。分別記錄每組調整前后的SNR、CNR。

6.統計學分析

采用SPSS 19.0統計軟件包進行統計學分析。調整前、后圖像的肺動脈主干CT值、肌肉CT值、SD、SNR、CNR采用配對樣本的t檢驗；調整前、后主觀評分采用Wilcoxon秩和檢驗；A、B、C、D四組圖像調整前后的SNR、CNR分別進行配對樣本t檢驗；采用單因素方差分析，對A、B、C、D四組圖像調整后的SNR、CNR進行兩兩比較。P≤0.05認為差異具有統計學意義。

結 果

1.圖像質量總體評價

本組圖像調整后總體圖像質量有所提高(圖1)，但其中3例患者調整后圖像質量主觀評分降為2分，影響圖像診斷(圖2)。

2.圖像質量客觀評價

經配對樣本t檢驗，keV值調整前、后的肺動脈主干CT值(P=0.000)、同層肌肉CT值(P=0.000)、SD(P=0.000)、CNR(P=0.000)值差異均具有統計學意義，其中，調整后圖像CNR較調整前約提高14.3%；keV值調整前、后的SNR(P=0.592)無統計學差異(表1)。

表1 keV值調整前后圖像質量客觀指標比較

3.圖像質量主觀評價

經Wilcoxon秩和檢驗，調整后的圖像質量主觀評分較調整前約提高8.8%，兩者差異具有統計學意義(Z=-3.400，P=0.001，表2)。

表2 keV值調整前后圖像質量主觀評分比較

4.圖像質量分組分析

采用配對樣本t檢驗分別對A、B、C、D四組調整前后SNR、CNR進行比較，結果顯示所有組別的SNR在調整前、后均無統計學差異(P均>0.05)；而所有組別調整前、后的CNR差異均具有統計學意義(P均≤0.05，表3)。

圖1 患者，女，32歲。a) 70 keV的單能量圖像。肺動脈干初始CT值149.24 HU，肌肉初始CT值65.40 HU，SD值6.52 HU，SNR 17.00，CNR 9.55，主觀評分3分，圖像增強效果較差； b) 調整為63 keV的單能量圖像。肺動脈干CT值206.34 HU，肌肉CT值69.99 HU，SD值10.65 HU，SNR 18.70，CNR 12.77，主觀評分4分，肺動脈增強效果改善，且SD值在可接受范圍內，不影響診斷，圖像質量得以提高。 圖2 患者，男，68歲。a) 70 keV的單能量圖像。肺動脈干初始CT值120.03 HU，肌肉初始CT值57.93 HU，SD值11.11 HU，SNR 16.08，CNR 8.32，主觀評分3分，圖像增強效果差； b) 調整為57 keV的單能量圖像。肺動脈干CT值206.77 HU，肌肉CT值59.56 HU，SD值15.84 HU，SNR 15.39，CNR 11.08，主觀評分2分，雖然肺動脈增強效果得以改善，但圖像SD值較大，縱隔窗圖像細節丟失，縱隔內淋巴結顯示效果較差，影響診斷。

組別調整前SNR調整后SNRt值P值調整前CNR調整后CNRt值P值A15．77±2．5515．84±2．14-0．2770．7868．21±2．3711．1±1．75-10．1300．000B19．50±4．9319．82±4．24-1．0490．32111．38±2．7313．68±2．76-14．7350．000C19．99±4．4619．81±4．120．9000．38613．19±2．7114．05±2．73-5．3310．000D19．99±5．3019．50±4．711．8130．10013．44±3．1613．77±2．97-2．2270．050

5.圖像質量組間比較

采用單因素方差分析，對A、B、C、D四組圖像調整后的SNR、CNR進行兩兩比較。

A組調整后SNR均低于B組(P=0.014)、C組(P=0.009)、D組(P=0.020)；B組、C組、D組間兩兩比較均無統計學差異(P均> 0.05)。A組調整后CNR均低于B組(P=0.017)、C組(P=0.004)、D組(P=0.011)；B組、C組、D組間兩兩比較均無統計學差異(P均> 0.05)。

討 論

近年來，由于能量成像技術的發展和臨床需求的增加，以瞬時雙kVp為核心技術的能譜CT成為研究熱點[1]。能譜CT的應用研究主要基于4項技術特征，即去除硬化偽影、優化圖像質量及CNR、物質定量分析和能譜綜合分析[2]。單能量圖像是指處于某一能量水平的X線穿過物質后產生的衰減圖像，其在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X線穿透力低，圖像上組織的對比增強，從而可為肺血管病變、肺內結節、縱隔病變等的診斷提供更多的信息[4-7]。能譜CT可通過單次CT增強掃描獲得不同的單能量圖像，多項研究證實其可通過降低keV值大幅減少血管成像時使用的對比劑劑量[8-10]；然而，降低keV值后，雖然血管的增強效果會大幅改善，但圖像的SD也會提高，導致圖像粗糙、丟失細節。林曉珠等[11]的研究表明，腹部能譜CT通過調整keV值可改善單能量圖像增強效果，即使降低50%的對比劑劑量亦可滿足診斷需求。目前關于能譜CT能否在改善增強效果和滿足診斷需求之間取得平衡的研究相對較少，鑒于此，本研究擬探討胸部能譜CT通過調整keV值改善單能量圖像增強效果和圖像質量的可行性。

由于70keV單能圖像的CT值最接近120 kVp混合能量CT圖像[1]，因此本研究根據70 keV單能圖像的增強效果和圖像質量作為基準進行調整和統計學分析。針對本組49例患者的總體圖像質量統計學分析顯示，在原掃描圖像增強效果不佳時，若采用降低keV的方法將肺動脈主干CT值提高至200 HU以上，肌肉CT值亦有相應提高，調整后圖像的SNR值雖略有提高，但差異無統計學意義；而調整后CNR值提高約14.3%、主觀評分提高約8.8%(P均≤0.05)，表明調整后的總體圖像質量有所提高。

本研究中，按調整前肺動脈主干CT值的不同將所有圖像分為A、B、C、D組四組，統計結果顯示，A、B、C、D組調整后的CNR較調整前分別提高約35.2%、20.2%、6.5%、2.5%(P均≤0.05)。A、B、C、D組調整后SNR、CNR兩兩比較結果顯示，A組(肺動脈主干CT值<140 HU)調整后的SNR、CNR均低于B、C、D組(P均<0.05)，提示A組調整后的圖像質量仍相對較差；同時，A組中有3例患者調整后圖像質量主觀評分降為2分，難以滿足診斷需求，故筆者推斷，采用能譜CT降低keV值的方法提高增強效果時，若原始圖像的增強效果太差(肺動脈主干CT值<140 HU)，調整后將導致SD過強，軟組織細節顯示欠佳，圖像質量下降，難以滿足診斷需求。因此，調整keV值應當在適度范圍內進行，具體范圍仍需進一步探索。

本研究的局限性，僅針對縱隔、肺門局部對比度和噪聲以及大血管的強化程度進行觀察，未將調整前后肺內病灶的改變進行比較，故仍有待深入研究。

日常臨床工作中，由于個體差異，對比劑注射有時很難達到理想條件，如經多次化療后血管條件較差的患者，其注射流率必然受限；而相同體重和注射流率的患者，也會因心率和體型的差異導致部分患者增強效果欠佳。本研究結論表明，采用能譜CT進行胸部掃描時，如遇增強效果不佳的病例，可通過降低keV值的方法獲得較好的增強效果，從而改善圖像質量，增強診斷信心。

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A Study on spectral CT:the improvement of enhancement effect and image quality of chest CT

WANG Ya-wen，WANG Ruo-bing，WU Ning.

Department of Imaging Diagnosis, Cancer Hospital Chinese Academy of Medical Science,Beijing100021，China

Objective：To study the value of single-source dual-energy spectral CT (sDECT) improving the enhancement effect and image quality in chest.Methods:49 patients who underwent chest sDECT (Discovery CT 750 HD,GE Healthcare) and the main pulmonary artery were poorly enhanced (CT number <200HU at 70keV) were involved in the study.The recommended keV (44～68keV) was calculated (main pulmonary artery CT number>200HU).Enhancement effect included CT number of main pulmonary artery and muscle;image quality included SNR,CNR and score with a five-point scale.The data were compared between 70keV and recommended keV by paired-samples t test and Wilcoxon rank sum test.Subjects were devided into 4 groups by main pulmonary artery CT number.SNR,CNR between 70keV and recommended keV and between groups for recommended keV were compared.Results:There was no significant difference between the SNR in 70keV and recommended keV (t=0.539,P>0.05),but the CNR (t=-8.961，P=0.000) and subjective score (Z=-3.400,P=0.001) in recommended keV was significantly higher than that in 70keV.For the 3 groups with a CT number of main pulmonary artery higher than 140HU in 70keV,the SNR (P=0.014,0.009,0.020 respectively) and CNR (P=0.017,0.004,0.011 respectively) was observed significantly higher in recommended keV.Conclusion:When pulmonary artery is poorly enhanced in chest CT scanning,the enhancement effect and image quality can be improved by changing keV value within certain range.

Tomography,X-ray computed; Image enhancement; Radiography,thoracic; Image quality

100021 北京，國家癌癥中心/中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院影像診斷科

王雅雯(1983-)，女，北京人，博士，主治醫師，主要從事胸部影像學診斷工作。

吳寧，E-mail: cjr.wuning@vip.163.com

R814.42

A

1000-0313(2017)02-0179-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.018

2016-04-20

2016-07-15)