能譜CT單能量成像結合低濃度對比劑在門靜脈成像的應用價值

周澤旺，張昌政，鄭瑛琪，李丹丹

廣州中醫藥大學第一附屬醫院 影像科，廣東 廣州 510405

能譜CT單能量成像結合低濃度對比劑在門靜脈成像的應用價值

周澤旺，張昌政，鄭瑛琪，李丹丹

廣州中醫藥大學第一附屬醫院 影像科，廣東 廣州 510405

目的 探討能譜CT單能量成像結合低濃度對比劑在門靜脈成像的應用價值。方法 70例欲行肝門脈CT增強患者隨機分為A、B兩組。A組用CT能譜成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI），270 mgI/mL碘克沙醇；B組用常規CT增強掃描，350 mgI/mL碘佛醇。計算兩組門靜脈圖像噪聲、對比噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）、信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、圖像主觀評分及有效輻射劑量（ED），并進行相應統計學分析。結果 A組門靜脈最佳CNR圖像單能量水平在50 KeV左右，最佳單能圖結合50%自適應統計迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Recon，ASiR）圖像的SNR（7.46±1.00）、CNR（5.31±1.23）均高于B組SNR（5.03±1.00）、CNR（3.18±1.58）；噪聲（16.58±7.16）和平均ED（3.27±1.57）mSv低于B組噪聲（23.19±11.71）及平均ED（4.06±0.85）mSv，差異具有統計學意義。A組圖像主觀評分略高于B組，差異不具有統計學意義。結論 能譜CT最佳單能量成像結合低濃度對比劑，采用ASiR技術，得到的門靜脈圖像質量與常規CT增強相當，輻射劑量降低，值得在臨床上推廣。

能譜單能量；門靜脈；低濃度對比劑；X線計算機；輻射劑量

引言

多層螺旋CT門靜脈血管成像（CT Portal Venography，CTPV）在臨床應用越來越多，目前多采用高濃度對比劑和增加劑量等方法來保證門靜脈成像質量，這會增加輻射劑量及對比劑腎病的發生率[1-2]。寶石CT能譜技術能獲得40～140 keV的101組單能量圖，利用能譜軟件獲得最佳對比度噪聲比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）單能量圖像，結合自適應統計迭代重建技術（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASiR），可以實現在低濃度對比劑、低輻射劑量下保持或降低噪聲，改善門靜脈CT成像的質量[3-4]。本研究旨在探討能譜CT最佳單能量結合ASiR重建技術在使用低濃度對比劑時對門靜脈成像的應用價值。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

收集2014年9月～2015年12月在我院欲行肝門靜脈成像患者70例，按納入標準隨機分為A、B兩組。A組男20例、女15例，平均年齡（53.20±11.09）歲，身體質量指數（Body Mass Index，BMI）為（23.60±2.75）kg/m2；B組男21例、女14例，平均年齡（50.25±13.36）歲，BMI（24.78±3.25）kg/m2。納入標準：① 年齡＞18歲，BMI＜25 kg/m2；② 無門靜脈癌栓；③ 無嚴重心腎功能衰竭、對碘對比劑過敏。患者簽署能譜CT增強掃描知情同意書。本次研究獲得醫院倫理委員會審批。

1.2 儀器與方法

采用GE Discovery CT 750 HD掃描、GE ADW4.6工作站。受檢者仰臥位，掃描范圍自膈頂到肝下極，行肝臟三期增強掃描。A組單源、雙電壓（80、140 kVp）能譜掃描，管電流375～550 mA，螺距1.375，對比劑碘克沙醇（270 mgI/mL），注射速率3.5 mL/s，總量按1.2 mL/kg計算；B組管電壓為120 kVp，管電流為自動毫安，噪聲指數設為15，最大管電流限制為640 mA，螺距1.375。對比劑碘佛醇（350 mgI/mL），注射速率3.5 mL/s，總量按1.2 mL/kg計算，動脈期開始時間為注射對比劑后25～30 s，門靜脈為60 s左右，延遲期3～5 min間掃描。

1.3 圖像后處理及分析

A組用能譜CT軟件包重建出層厚1.25 mm、層距1.25 mm的140 keV混合能量圖像，通過軟件測得門靜脈與肝實質的最佳CNR時的能量水平。將圖像進行最佳CNR單能處理，采用ASiR權重為30%、50%、80%分別進行重建；B組采用濾波反投影重建（Filtered Back Projection，FBP），重建出層厚1.25 mm、層距1.25 mm的門靜脈期圖像。圖像傳至工作站，A組圖像在門靜脈主干最佳層面上，用（20±2）mm2的感興趣區（Region of Interest，ROI）測量門靜脈主干、肝實質及腹壁脂肪的平均CT值及標準差（Standard Deviation，SD）值，計算其信噪比（Signal-to-Noise-Ratio，SNR）及CNR，SNR=門靜脈CT值/門靜脈CT值標準差，CNR=（門靜脈CT值-肝實質CT值）/腹壁脂肪CT值標準差。B組選擇與A組相似層面及位置、選擇相同ROI測量計算門靜脈主干CNR及SNR、肝實質圖像噪聲。采用最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容積再現（Volume Rendering，VR）技術進行門靜脈重建。由兩名資深診斷醫師采用5個等級進行主觀評分[5]：5分，門靜脈清晰銳利，與周圍組織界限清晰，可顯示第4級屬支；4分，門靜脈較銳利，與周圍組織對比明顯，顯示第3級屬支；3分，門靜脈較清晰，與周圍組織可分辨，能顯示第2級屬支；2分，門靜脈顯示較差，與周圍組織對比較差，僅顯示門脈第1級屬支；1分，門靜脈顯示模糊，與周圍組織分界不清。

1.4 輻射劑量評估

有效輻射劑量（Effective Dose，ED）=劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）×C，C為換算因素，參照European Guidelines[6]，C值取0.017 mSv/(mGy.cm)。CT容積劑量指數（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、DLP由機器自動計算生成。

1.5 統計學分析

應用SPSS 17.0進行統計學分析。兩組輻射劑量、噪聲、SNR、CNR及主觀評分結果以表示，兩獨立樣本采用t檢驗，多樣本采用方差分析，P＜0.05為差異有統計學意義。兩名醫師主觀評分的一致性評估采用Kappa檢驗。Kappa值＞0.75為一致性較好；Kappa值＜0.40為一致性較差。

2 結果

2.1 A組門靜脈最佳CNR單能圖像能量水平

A組門靜脈最佳CNR單能圖像能量水平集中在48～51 keV（圖1），其中48 keV兩例，49 keV8例，50 keV17例，51 keV8例，平均為（49.9±0.9）keV。

2.2 A組最佳單能量圖不同ASiR權重圖像評估

隨著ASiR權重增大，圖像噪聲逐漸降低，CNR及SNR逐漸升高。當ASiR權重為50%時，圖像主觀評分最高。結果見表1和圖1。

2.3 A組最佳單能結合50%ASiR重建圖像與B組圖像比較

A組最佳單能50%ASiR重建圖像SNR、CNR比B組高、噪聲比B組低，兩兩之間差異有統計學意義；兩組圖像質量評分差異不具有統計學意義。見表2和圖2。

2.4 兩組門靜脈成像圖像質量等級評分

兩名醫師門靜脈圖像質量等級評分一致性良好，Kappa值評分都＞0.75，見表3。

2.5 輻射劑量比較

A組的平均CTDIvol及ED低于B組，差異有統計學意義，結果見表4。

表1 不同ASiR權重CNR、SNR、噪聲及主觀評分的比較

表1 不同ASiR權重CNR、SNR、噪聲及主觀評分的比較

SNR CNR 噪聲 醫師1評分 醫師2評分30% 7.48±1.00 4.68±1.12 19.38±7.69 3.80±0.66 3.80±0.56 50% 7.82±1.00 5.06±1.22 16.77±6.28 4.33±0.51 4.33±0.62 80% 7.93±1.00 5.31±1.47 10.45±7.86 3.86±0.63 3.81±0.67 F 1.190 1.367 10.762 5.865 6.658 P 0.279 0.263 0.000 0.004 0.002

表2 A組最佳單能與B組SNR、CNR、噪聲及主觀評分的比較

表2 A組最佳單能與B組SNR、CNR、噪聲及主觀評分的比較

SNR CNR 噪聲 醫師1評分 醫師2評分A組 7.46±1.00 5.31±1.23 16.58±7.16 4.32±0.60 4.32±0.65 B組 5.03±1.00 3.18±1.58 23.19±11.71 4.19±0.75 4.19±0.81 t 10.165 6.293 2.947 0.801 0.741 P 0.000 0.000 0.005 0.417 0.469

表3 門靜脈圖像兩名醫師評分一致性檢驗結果 (例)

表4 A組及B組之間輻射劑量比較

表4 A組及B組之間輻射劑量比較

CTDIvol (mGy） ED (mSv) A組 7.55±2.23 3.27±1.57 B組 8.98±1.76 4.06±0.85 t 2.977 2.617 P 0.005 0.008

3 討論

CTPV是臨床評價門靜脈的主要檢查方法，由于門靜脈的強化程度受對比劑濃度、掃描設備、患者心功能等諸多因素影響，常導致門靜脈成像質量不佳。隨著人們對碘對比劑不良反應和CT輻射的日益關注，如何在降低對比劑濃度和輻射劑量基礎上獲得滿足臨床診斷要求的圖像，一直是影像工作者思考和需要解決的問題。

圖1 A組門靜脈最佳CNR單能圖像

圖2 A組最佳單能結合50%ASiR重建圖像與B組圖像

常規CT增強掃描，采用的是混合能量X線，容易產生線束硬化偽影，為減少硬化偽影影響、增加門靜脈與周圍肝臟組織的對比度，只能通過高濃度或大劑量對比劑和提高注射速率來彌補。能譜CT能在0.5 ms內實現高低雙能（80 kV和140 kV）的瞬時切換，在40～140 keV內實現101個單能量圖像重建。單能量圖在不同能量水平具有不同特征，高能量圖像組織對比度小、圖像硬化偽影少，低能量圖像可增加組織CT值，組織對比度大，噪聲增高。所以CTPV在低能量圖可以提高血管與周圍組織的對比，提高圖像的密度分辨力，增強現實碘的匯聚，從而實現在使用較低濃度對比劑時，也能獲得較高質量的影像圖像[7-9]；另一方面，目前應用的CT重建方法是FBP重建算法，它的優勢是重建速度快，缺點是噪聲和輻射劑量較高。能譜CT可采用ASiR技術，是基于噪聲模型的數據空間的迭代重建，可以在FBP算法的基礎上有效降低圖像的噪聲來提高圖像質量，在降低掃描條件也能獲得滿足診斷要求的圖像，從而減少輻射劑量。寶石CT能譜掃描結合ASiR技術降低輻射劑量已經過大量臨床驗證[10-11]。Prakash等[12]將ASiR技術用于胸部及腹部，輻射劑量分別降低27.6%及25.1%，圖像的噪聲分別降低了約2/3及1/3。本研究結果顯示A組CTDIvol及ED兩個輻射劑量指標均低于B組，有效輻射劑量（ED）下降約15%。這說明能譜CT單能量結合ASiR技術與常規CT增強門靜脈成像比較，有降低輻射劑量的優勢。本研究A組結果顯示門靜脈最佳CNR單能圖能量水平集中在50 keV左右，與文獻報道[13-15]基本一致。A組最佳單能量圖像根據不同的ASiR權重（30%、50%、80%）重建，結果表明隨著迭代權重的增加，圖像的噪聲逐漸減低，而CNR、SNR值逐漸升高。雖然80%ASiR權重重建圖像噪聲最低，CNR及SNR值最高，但主觀評分反而低于50%ASiR權重圖像（評分最高），這可能是過高的ASiR重建算法本身會引起圖像的“模糊”效應。趙晶等[16]也認為，并非ASiR重建比例越高則圖像質量越好，設置為40%～60%ASiR權重時重建的圖像質量最佳[17]。A組運用的低濃度等滲對比劑碘克沙醇（270 mgI/mL）是目前應用于臨床濃度最低的對比劑之一，在保持兩組對比劑總量計算方法和速率一致情況下，A組最佳單能量圖聯合50%ASiR重建的圖像SNR及CNR值比B組高，噪聲比B組低，門靜脈圖像質量主觀評分與高濃度的常規CT增強圖像質量無統計學差異。這說明利用能譜CT最佳單能量結合ASiR重建技術，可以在使用低對比劑濃度的同時也能獲得滿足臨床診斷要求的圖像，從而降低高濃度對比劑的不良反應風險，特別是對比劑腎病發生的風險。本研究的不足為樣本量較少，只納入了BMI指數正常的人群，沒有做到同體對比；A組能譜掃描受技術限制，不能實現自動毫安技術，沒有使用更低管電流掃描，能否進一步降低輻射劑量暫不知；對照組采用FBP重建未采用ASiR重建，實驗條件稍弱，這些不足將在今后進一步研究中改進。

綜上所述，能譜CT最佳單能量成像結合ASiR技術，能實現在使用低濃度對比劑時得到與常規CT增強門靜脈成像質量相當的圖像，從而降低碘對比劑不良反應風險，同時能減低輻射劑量，值得在臨床上推廣。

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本文編輯 聶孝楠

Application Value of Energy Spectrum CT Single Energy Imaging Combined with Low Concentration Contrast Agent in Portal Vein Imaging

ZHOU Ze-wang, ZHANG Chang-zheng, ZHENG Ying-qi, LI Dan-dan

Department of Radiology, the First Aff i liated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou Guangdong 510405, China

Objective This paper aim to explore the application value of energy spectrum CT single energy imaging combined with low concentration contrast agent in portal vein imaging. Method 70 patients were randomly divided into A, B two groups to receive liver CT enhanced scan. A group using the gem CT energy spectrum imaging (GSI), 270 mgI/mL iodixanol; B group using conventional CT enhanced scanning, 350 mgI/mL ioversol. Calculation the portal image noise, contrast to noise ratio (CNR), signal to noise ratio (SNR), image quality subjective evaluation and the effective radiation dose (ED) of the two groups, and the corresponding statistical analysis. Results The SNR (7.46±1.00) and CNR (5.31±1.23) of images in the A group were higher than those of the B group [(5.03±1.000) and (3.18±1.58)]. The noise (16.58±7.16) of image and average ED (3.27±1.57) mSv were lower than those of the B group [(23.19±11.71) and (4.06±0.85)], the difference was statistically significant. The subjective scores of images in the A group were slightly higher than those in the B group, but there was no statistical difference between the two groups. Conclusion The best single energy spectrum CT imaging combined with low concentration contrast, using adaptive statistical iterative reconstruction (ASiR) technology, it can get the same image quality as the conventional enhanced CT,reduce radiation dose, is worth to be popularized in clinic.

energy spectrum single energy; portal vein; low concentration contrast agent; X-ray computer; radiation dosage

R816.5

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.05.022

1674-1633(2017)05-0087-04

2016-09-26

2016-10-15

張昌政，主任醫師，碩導，研究方向為腹部疾病影像診斷。

通訊作者 郵箱：zhunixingfu54321@163.com