單源雙能CT掃描技術在改善胰腺圖像質量中的應用價值

尹偉 王鐵功 賈紫珺 趙冰輝 胡信心 邵成偉 邊云 王敏杰

海軍軍醫大學第一附屬醫院放射診斷科，上海 200433

多排螺旋CT(multidetector computed tomo-graphy，MDCT)掃描具有高空間分辨率與高密度分辨率，是胰腺疾病的首選影像學檢查方法[1-2]。但胰腺疾病較為復雜，特別是早期腫瘤，因為其體積因素或者增強期特征不典型，易出現漏診或誤診[3]，如何通過CT技術手段提高圖像的質量是目前研究的熱點。以往研究對混合能量CT(poly-energetic computed tomography，PECT)靶掃描技術[4]、灌注掃描技術[5]、高對比劑注射速率以及雙能CT掃描(dual energy computed tomography，DECT)技術[6]等進行了嘗試，其中DECT技術具有多參數成像的特點，可以獲得混合能量圖像(poly-energetic images，PI)、虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic images，VMI)、有效原子序數圖、電子密度圖、碘濃度圖以及多種基物質分離圖，為疾病的定位及定性提供了更多指標，是胰腺CT掃描技術中最具發展潛力的一種技術。本研究通過對正常胰腺以及胰腺病灶進行DECT掃描獲得顯示胰腺組織的最佳圖像，旨在評估單源雙能CT技術在改善胰腺圖像質量中的應用價值。

資料與方法

一、一般資料

收集2021年7月至2021年8月間海軍軍醫大學第一附屬醫院行胰腺MDCT增強檢查的21例正常胰腺和36例胰腺相關疾病患者的臨床資料。正常胰腺者中男性11例，女性10例，年齡(51±13)歲，體重指數(23.91±3.86)kg/m2。胰腺相關疾病患者中男性20例，女性16例，年齡(57±14)歲，體重指數(22.01±3.59)kg/m2。胰腺導管內乳頭狀黏液瘤3例，胰腺癌15例，實性假乳頭狀瘤1例，胰腺炎10例，囊腺瘤2例，其他部位腫瘤累及胰腺5例。本研究通過醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

二、CT掃描和重建方法

采用320排動態容積MDCT機(uCT960+，上海聯影醫療)對所有受檢者行胰腺MDCT檢查，成像范圍自膈頂掃描至兩側髂前上棘連線。先行MDCT平掃，再行動態增強MDCT掃描。增強掃描延遲時間采用實時監測法，監測層面為腹主動脈腹腔干水平，觸發閾值設置為180HU，達到閾值后延遲6、30、75 s時分別掃描獲得動脈期、胰腺實質期、延遲期圖像。在延遲期進行單源DECT掃描，其他期相均采用常規MDCT參數掃描。各期相掃描參數見表1。

表1 CT掃描參數

三、圖像分析

將所有數據傳至uWS后處理工作站(上海聯影醫療)，首先對21例正常胰腺延遲期圖像進行DECT多參數后處理，獲得9組圖像：VMI40keV、VMI50keV、VMI60keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keV、VMI100keV、VMI最佳CNR、碘(水)基圖，對9組圖像進行客觀指標比較，獲得VMI最佳CNR、碘(水)基圖2組最佳圖像。再對36例胰腺疾病病灶延遲期圖像進行DECT多參數后處理，獲得4組圖像：PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖，對4組圖像質量進行客觀指標與主觀指標的評估，獲得顯示胰腺病灶最佳的2組圖像。由2位高年資影像科醫師盲法閱片分別進行評估。

四、正常胰腺圖像客觀指標的評估

勾畫各組圖像腹壁脂肪、正常胰腺、腹主動脈的感興趣區(region of interest，ROI)，ROI直徑大小為3～10 mm。腹壁脂肪ROI避開肌肉組織，測量并記錄標準差(SD)；胰腺實質ROI避開血管與膽管，測量并記錄CT值；腹主動脈ROI避開血管壁，測量并記錄CT值。其中腹壁脂肪的SD為圖像背景噪聲，計算胰腺信噪比(signal noise ratio，SNR)與對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)。SNR胰腺=CT值胰腺/SD，CNR胰腺=(CT值腹主動脈-CT值胰腺)/SD 。

五、胰腺病灶圖像客觀指標與主觀指標的評估

對PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖進行同一ROI測量，計算胰腺病灶的SNR值與CNR值。SNR病灶=CT值病灶/SD，CNR病灶=(CT值病灶-CT值胰腺)/SD 。

采用五點量表對兩項定性指標進行評定。病灶顯著性評分(即病灶是否容易從正常胰腺實質中識別)：1分為勉強顯示；2分為顯示不佳；3分為一定程度顯示；4分為顯示良好；5分為容易顯示。病灶邊緣清晰度評分(即病灶與胰腺實質的邊界是否清晰)：1分為病灶邊緣模糊，清晰度非常差；2分為超過2/3病灶邊緣模糊，清晰度差；3分為超過1/3病灶邊緣清晰，清晰度一般；4分為超過2/3病灶邊緣清晰，清晰度好；5分為病灶邊緣清晰，清晰度非常好。

六、統計學處理

結 果

一、正常胰腺圖像客觀指標的評估

正常胰腺SNR值與CNR值在不同能量VMI與碘(水)基圖變化見表2、圖1。其中，SNR值最高的2組圖像為VMI最佳CNR與碘(水)基圖，不同能量VMI與碘(水)基圖間SNR值差異有統計學意義(F=26.623，P<0.05)；CNR值最高的2組圖像為VMI60keV與碘(水)基圖，不同能量VMI與碘(水)基圖間CNR值差異有統計學意義(F=47.022，P<0.05)，而VMI60keV與VMI最佳CNR間CNR值差異無統計學意義(P=1.000)。

表2 21例正常胰腺在不同能量VMI與碘(水)基圖的客觀指標比較

二、胰腺病灶圖像客觀指標和主觀指標的評估

單因素方差分析顯示，4組胰腺病灶圖像的SNR值與CNR值差異均有統計學意義(F值分別為25.945、13.062，P值均<0.05，表3、圖2)。其中碘(水)基圖的SNR值與CNR值最大，與其他組比較差異均具有統計學意義(P值均<0.05)。VMI最佳CNR的SNR值與CNR值高于PI80kVp組與PI140kVp組，與PI140kVp組間差異均有統計學意義(P值均<0.05)。

表3 36例胰腺病灶PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR與碘(水)基圖客觀指標比較

兩位閱片醫師對36例胰腺病灶顯著性評分以及病灶邊緣清晰度評分一致性較好(表4)，故采用醫師1的數據進行評估。結果顯示，4組圖像質量的病灶顯著性評分和病灶邊緣清晰度評分差異均有統計學意義(χ2值分別為59.333、62.178，P值均為0.000)，其中碘(水)基圖在病灶顯著性和病灶邊緣清晰度的評分中最高，優于其他組，差異有統計學意義(P值均<0.05)。VMI最佳CNR圖像在病灶顯著性評分和病灶邊緣清晰度的評分與PI80kVp圖像相當，兩兩比較差異均無統計學意義，但優于PI140kVp圖像，差異均有統計學意義(P值均<0.05，表5、圖3、圖4)。

圖3 胰尾胰腺神經內分泌腫瘤(↑)VMI最佳CNR(3A)、PI80kVp(3B)、PI140kVp(3A)與碘(水)基圖(3D)。在碘(水)基圖可見胰尾部一枚小圓形高密度強化影，顯示最清楚，VMI最佳CNR、PI80kVp較碘(水)基圖顯示欠佳，PI140kVp顯示較差，幾乎看不清楚；胰尾病灶顯著性評分分別為3、3、2、5分；病灶邊緣清晰度評分為4、4、1、5分

圖4 胰頭鉤突部胰腺癌(↑)VMI最佳CNR (4A)、PI80kVp(4B)、PI140kVp(4C)與碘(水)基圖(4D)。在VMI最佳CNR、PI80kVp和碘(水)基圖上病灶均清晰可見，但在PI140kVp顯示欠佳；胰頭病灶顯著性評分分別為5、5、4、5分；病灶邊緣清晰度評分為4、4、3、5分

表4 36例胰腺病灶VMI最佳CNR、碘(水)基圖圖像主觀評分結果比較[M(P25,P75)]

表5 36例胰腺病灶PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖主觀指標評分比較

注：VMI為虛擬單能量圖像；SNR為信噪比；CNR為對比噪聲比

注：VMI為虛擬單能量圖像；SNR為信噪比；CNR為對比噪聲比

三、單因素回歸分析

正常胰腺圖像的單因素回歸分析結果見表6。正常胰腺VMI40～100KeV圖像的SNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關，VMI40keV、VMI50keV、VMI80keV、VMI90keV的SNR值與VMI最佳CNR呈顯著正相關；正常胰腺VMI40～70KeV圖像的CNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關，VMI40keV、VMI50keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keVCNR值與VMI最佳CNR呈顯著正相關(P值均<0.05)。其余SNR值、CNR值與碘(水)基圖和VMI最佳CNR均無顯著相關性(P值均>0.05)。

表6 正常胰腺的SNR值和CNR值與不同VMI能量之間的單因素回歸分析

胰腺病灶圖像的單因素回歸分析結果見表7。胰腺病灶PI80keV、PI140keV、VMI最佳CNR圖像的SNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(P值均<0.05)；PI140keV、VMI最佳CNR圖像的CNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(P值均<0.05)，PI140keV的SNR值和CNR值均與VMI最佳CNR呈顯著正相關(P值均<0.05)。

表7 胰腺病灶的SNR值和CNR值與不同PI能量之間的單因素回歸分析

討 論

動態增強薄層CT(<1 mm)是胰腺疾病診斷及分期的首選檢查，可為臨床提供全面、清晰、直觀的影像學依據[7]。DECT采用雙能量數據采集的方法在獲得常規高、低PI外，還可以通過后處理獲得不同能量VMI、有效原子序數圖、電子密度圖以及基物質分離圖。DECT不同能量VMI模擬不同穿透能力的X射線，隨著能量的降低，胰腺以及腹主動脈的CT值有所提高，兩者的SNR值和CNR值也有相應的提高。而碘(水)基圖通過碘、水基物質對分離獲得，計算的是組織的碘攝取量，正常胰腺組織與病變組織的碘攝取量明顯不同，在碘(水)基圖上就會產生明顯的對比度差異。由于DECT成像的方式不同，以及后處理平臺不同，會得到不同的影像效果。目前可實現DECT掃描技術的有6種CT系統[8-9]，包括光子CT技術(目前在臨床研究階段)、雙層探測器技術(如Philips IQon)、單源kVp旋轉切換技術(如Cannon Aquilion ONE)、單源kVp瞬時切換技術(如GE CT750 HD)、射束過濾技術(如Siemens Edge)、雙源技術(如Siemens force)。本研究采用的DECT掃描技術結合了單源kVp旋轉切換技術與單源kVp瞬時切換技術，采用小螺距(0.24)對目標區域進行高低kVp掃描，先采用140kVp采集240°數據，再快速切換成80kVp采集240°數據，在kVp切換時，依據140kVp條件下的管電流參數自動調整80kVp條件下的管電流，最終保證DECT的圖像質量。

DECT可以后處理得到40keV至190keV的VMI以及多種基物質分離圖，本研究對8組VMI和碘(水)基圖進行客觀指標(SNR、CNR)評估，均在碘(水)基圖上獲得最高SNR值與CNR值，VMI最佳CNR圖像的SNR值(11.02±3.41)與CNR值(8.05±2.66)均較高，平均能級為(63.92±2.41)keV，VMI最佳CNR的CNR值略低于VMI60keV的CNR值(8.50±3.98)，這與以往的研究結果相似。張靜等[10]研究表明VMI最佳CNR和碘(水)基圖觀察胰島素瘤時優于VMI70keV圖像。Patel等[11]研究表明將VMI的能級降到50keV時可獲得最佳CNR圖像。Noda等[12]的研究表明VMI在40keV下可獲得最高的SNR值和CNR值。本研究VMI最佳CNR的能級高于以上的研究結果，這可能與DECT成像原理、重建層厚以及迭代算法有關。

以往的研究采用1～5 mm不等的重建層厚，采用厚層圖像可降低圖像的噪聲并提高圖像的SNR值與CNR值，可以在更低能量VMI圖像上獲得高CNR。但隨著層厚的增加，部分容積效應將更加明顯，影響小病灶的顯示以及胰周組織與血管的評估。低能量VMI的病灶與胰腺組織的CT差值高于高能量VMI，但噪聲也高，采用高級迭代算法可降低圖像噪聲，從而提高圖像SNR值與CNR值，筆者推測迭代算法越高級，降噪能力越強，越有利于低能量VMI的病灶顯示。VMI最佳CNR是通過最佳CNR單能量曲線獲得的單能量圖像，使用該方法，可以兼顧噪聲與對比度，使圖像獲得一個平衡，能更清晰地顯示病灶，提高診斷效能。綜合以上原因，本研究均采用1 mm層厚進行數據分析，并在VMI最佳CNR圖像上獲得了較高的SNR值與CNR值。

目前，DECT在胰腺方面的研究熱點在于低能級VMI結合碘(水)基圖在不同胰腺疾病檢出率、胰腺腫瘤的分級、分期、優化治療計劃以及療效評估方面的作用[12-18]。已有的研究[6]表明，當能量水平在40～55keV之間時，病變的顯著性最高，結合碘(水)基圖可以更好地評估腫瘤的大小和治療后效果。但關于DECT掃描時相的選擇，目前還沒有明確的共識，究竟對哪一期相進行DECT掃描可以收益更多，有待進一步研究。謝環環等[3]采用雙期DECT掃描，發現胰腺癌在延遲65s后單能量CT值均高于動脈晚期單能量CT值，但在動脈晚期胰腺癌與正常胰腺組織有更大的CNR值，更適合觀察病灶，兩期掃描的胰腺癌CT值在各能級碘差異均有統計學意義，但歸一化單能量CT值差異均無統計學意義。而根據Guo等[19]的研究，在對比劑注射后55～60 s后進行DECT掃描，神經內分泌癌總體上比胰腺癌具有更高的均勻性(同質性參數)和更低的熵(異質性參數)；而在動脈期，神經內分泌癌和胰腺癌的均勻性和熵值沒有顯著差異。較低級別的腫瘤在組織病理學上顯示出較高的腫瘤內微血管密度，這導致它們在增強時有中度至重度的強化，而相對于較低的微血管密度和較高級別腫瘤時，CT增強呈現輕度或等強化的特點[20-21]，這意味著延遲期腫瘤的強化情況對于腫瘤的分級有一定意義。本研究對延遲期DECT數據進行了分析，發現神經內分泌腫瘤在常規PI上顯示不佳，但在低能量VMI與碘(水)基圖上顯示清晰，而對胰腺癌的評估中，腫瘤邊界在延遲期碘(水)基圖上較動脈期上顯示稍清晰。

本研究尚存在一定的局限性。首先，在正常胰腺DECT多參數對比中，不同掃描參數(如管電流、轉速、準直寬度以及螺距等)及輻射劑量對圖像的影響尚未比較；其次，不同重建參數(層厚、迭代重建不同等級、濾波函數)對圖像的影響尚未評估；最后，胰腺相關疾病病例較少，DECT多參數圖像對更多細分病種的評估有待進一步的研究，包括各期相強化特征，胰周組織與血管的侵犯情況的評估等。

綜上所述，單源DECT技術中VMI最佳CNR與碘(水)基圖在胰腺增強延遲期評估中效果最好，可獲得較好的SNR與CNR，在胰腺相關病灶的可視化評估中，VMI最佳CNR與碘(水)基圖可提供最佳的病灶顯著性與邊緣清晰度，值得臨床推廣。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突