個性化能譜協(xié)議在上腹部CT掃描中的應用

陳曉俠 CHEN Xiaoxia馬春玲 MA Chunling雷雨欣 LEI Yuxin田 欣 TIAN Xin任占麗 REN Zhanli田 騫 TIAN Qian楊 琪 YANG Qi

論著

個性化能譜協(xié)議在上腹部CT掃描中的應用

陳曉俠 CHEN Xiaoxia
馬春玲 MA Chunling
雷雨欣 LEI Yuxin
田 欣 TIAN Xin
任占麗 REN Zhanli
田 騫 TIAN Qian
楊 琪 YANG Qi

作者單位陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院影像科 陜西咸陽712000

目的通過優(yōu)化選擇能譜掃描協(xié)議，與常規(guī)120 kVp掃描圖像質量及輻射劑量進行對比，探討個性化能譜掃描在上腹部常規(guī)臨床應用的可行性。資料與方法前瞻性收集行上腹部CT平掃加增強掃描的60例患者，將其隨機分為A組和B組，每組30例。A組行常規(guī)120 kVp平掃加能譜增強掃描，B組行能譜平掃加120 kVp增強掃描。能譜掃描協(xié)議根據(jù)患者常規(guī)120 kVp、NI10-5 mm的平均毫安秒進行個性化選擇，重建平掃和門靜脈期120 kVp或70 keV序列圖像。比較兩組平掃和門靜脈期CT容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、有效劑量（ED），以及肝實質、脾實質、門靜脈主干的標準差（SD）、信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR）。結果A組GSI門靜脈期掃描的CTDIvol、ED小于120 kVp平掃（P＞0.05）。B組GSI平掃的CTDIvol、ED小于120 kVp門靜脈期掃描（P＞0.05）。B組GSI平掃的CTDIvol、ED小于A組120 kVp平掃，A組GSI門靜脈期掃描的CTDIvol、ED小于B組120 kVp門靜脈期掃描，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。B組GSI平掃在肝實質、脾實質和門靜脈主干的SD均小于A組120 kVp掃描（P＜0.05），SNR均大于A組120 kVp掃描（P＜0.05）；A組GSI門靜脈期掃描，在肝實質、脾實質和門靜脈主干的SD均小于B組120 kVp門靜脈期掃描（P＜0.05）。結論優(yōu)化后的個性化能譜掃描協(xié)議，輻射劑量略有減少，且能譜單能量圖像質量的SNR、CNR優(yōu)于或等于常規(guī)120 kVp掃描圖像，并可提供多參數(shù)診斷及多應用平臺，可在上腹部掃描中常規(guī)應用。

腹部；體層攝影術，X線計算機；圖像處理，計算機輔助；質量控制；輻射劑量

寶石能譜CT成像（gemstone spectral imaging，GSI）以其單能量圖像、能譜曲線、基物質圖像和有效原子系數(shù)四大應用平臺為CT診斷提供了時間、空間、能量、化學、物理5個方面的信息[1]，使CT診斷從單一的基于CT值飛躍為多種定量分析工具與多參數(shù)成像為基礎的綜合診斷模式，為臨床應用和臨床科研提供了廣闊的前景[2]。但是能譜掃描是單源瞬時千伏峰（kilo voltage peak，kVp）切換模式[3]，不能采用自動毫安，也不能輔助調節(jié)毫安秒（mAs），所以能譜CT的輻射劑量一直被關注，使其常規(guī)應用受到限制。本研究在腹部通過優(yōu)化選擇能譜掃描協(xié)議，與常規(guī)120 kVp掃描的圖像質量及輻射劑量進行對比，探討個性化能譜掃描在上腹部常規(guī)臨床應用的可行性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2014年2—7月陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院臨床疑診上腹部病變行上腹部平掃加增強掃描的60例患者，排除碘對比劑過敏、嚴重肝腎功能受損及有其他禁忌證者，將所有患者隨機分為A組和B組，每組各30例。A組男15例，女15例；年齡 33～78歲，平均（56.00±7.83） 歲；平均體重指數(shù)（BMI）（24.08±3.58）kg/m2。B組男14例，女16例；年齡35～76歲，平均（58.00±6.44）歲；平均BMI （23.65±3.14）kg/m2。兩組性別、年齡、BMI比較差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。本研究經醫(yī)院倫理委員會批準，患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750HD CT機。A組行常規(guī)120 kVp平掃加能譜三期增強掃描，B組行能譜平掃加常規(guī)120 kVp三期增強掃描。常規(guī)120 kVp掃描參數(shù)：機架旋轉速度1.0s/周，螺距1.375，探測器寬度40 mm，管電壓120 kVp，采用自動毫安技術，層厚為5 mm，噪聲指數(shù)為10。能譜掃描協(xié)議：根據(jù)常規(guī)120 kVp掃描條件的平均mAs，參考文獻[3]進行個性化選擇（表1）。腹部掃描范圍為250 mm。增強掃描采用德國Ulrich高壓注射器，18～22G留置針由肘靜脈注射，對比劑采用碘海醇（350 mgI/ml）1.2～1.5 ml/kg，注射速度3～4 ml/s，用自動監(jiān)測觸發(fā)動脈期掃描，動脈期后延遲30 s行門靜脈期掃描。掃描后分別重建平掃和門靜脈期120 kVp或70 keV序列，層厚5 mm，ASiR40%圖像。

1.3 圖像后處理 掃描后記錄兩組各掃描方案的CT容積劑量指數(shù)（CT dose index of volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），根據(jù)公式（1）計算各掃描方案的有效劑量[4]（effective dose，ED），并進行比較。分別在120 kVp、70 keV圖像序列肝門層面的肝實質、脾實質、門靜脈主干、豎脊肌各取3個感興趣區(qū)（ROI），避開血管和膽管，肝實質和脾實質ROI為100～110 mm2，門靜脈主干ROI小于門靜脈寬度的2/3，豎脊肌ROI為40～60 mm2，測量每個ROI 的 CT值和標準差（SD），取平均值。根據(jù)公式（2）、（3）計算肝實質、脾實質、門靜脈主干的信噪比（SNR）和對比噪聲比（CNR），并進行比較。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0軟件，同組患者CTDIvol、ED比較采用配對t檢驗，組間CTDIvol、ED、SD、SNR、CNR比較采用獨立樣本t檢驗，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

表1 常規(guī)CT 120 kVp掃描的管電流與GSI掃描模式參數(shù)對應

2 結果

2.1 兩組輻射劑量比較 A組GSI門靜脈期掃描的CTDIvol、ED小于120 kVp平掃，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；B組GSI平掃的CTDIvol、ED小于120 kVp門靜脈期掃描，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。B組GSI平掃的CTDIvol、ED小于A組120 kVp平掃，A組GSI門靜脈期掃描的CTDIvol、ED小于B組120 kVp門靜脈期掃描，但差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表3。

2.2 兩組SD、SNR、CNR比較 B組GSI平掃在肝實質、脾實質和門靜脈主干的SD均小于A組120 kVp平掃（P＜0.05），SNR均大于A組120 kVp平掃（P＜0.05）；在肝實質的CNR小于A組120 kVp平掃，在脾實質和門靜脈主干均大于A組120 kVp平掃，但差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表4。A組GSI門靜脈期掃描，在肝實質、脾實質和門靜脈主干的SD均小于B組120 kVp門靜脈期掃描（P＜0.05），SNR、CNR均大于B組120 kVp門靜脈期掃描。除脾臟、門靜脈主干的CNR差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其余差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表5。圖像主觀評價無明顯差異，見圖1、2。

表2 兩組CTDIvol與ED比較

表3 兩組輻射劑量對比

表4 A組常規(guī)120 kVp平掃與B組GSI平掃SD、SNR、CNR比較

表5 A組GSI與B組120 kVp門靜脈期SD、SNR、CNR比較

3 討論

3.1 能譜掃描協(xié)議與輻射劑量 X線檢查防護最優(yōu)化應用的一個基本原則是合理地使用低劑量。CT 檢查是造成醫(yī)源性照射最重要的原因[5-6]。能譜CT的輻射劑量成為關注的焦點：①能譜CT 可提供40～140 keV單能量圖像、基物質圖像、特異的能譜曲線以及組織的原子序數(shù)等多種診斷信息，通常信息量與射線劑量成正比[7]，提供的信息越多，輻射劑量勢必會加大。②能譜掃描是采用單源瞬時kVp切換技術，因受80 kVp 和140 kVp瞬時高速切換物理條件的限制，不能實現(xiàn)自動毫安技術[7]。而且每個掃描協(xié)議的轉速、kVp、mAs等都不能隨意調節(jié)，所以一旦選擇某一協(xié)議，不管患者BMI如何，腹壁是否脂肪堆積，其射線劑量都是相同的，這些造成掃描協(xié)議選擇的困惑。雖然每個能譜掃描協(xié)議會提供CTDIvol作為參考，但與患者個體無直接相關性，所以選擇的CTDIvol高則擔心輻射劑量大，選擇低的又可能導致圖像質量差。

圖1 女，48歲，行120 kVp平掃加能譜增強掃描。A～C分別為120 kVp平掃、門靜脈期70 keV單能量橫斷面及門靜脈系統(tǒng)VR 圖

圖2 男，56歲，行能譜平掃加120 kVp增強掃描。A～C分別為平掃70 keV單能量、120 kVp門靜脈期橫斷面及門靜脈VR圖

3.2 個性化選擇能譜協(xié)議的理論基礎 林曉珠等[3]進行的體模實驗將實驗掃描分為兩組：一組為能譜成像掃描模式，使用9種不同毫安秒的能譜協(xié)議分別進行掃描；另一組為常規(guī)120 kVp螺旋掃描，毫安從175～700 mA （25 mA間隔），使用1.0s/周的旋轉速度，所以mA與mAs一致，其余掃描條件一致。掃描后測量相關數(shù)據(jù)并進行回歸分析，獲得常規(guī)120 kVp掃描模式與能譜掃描模式mAs的回歸方程。根據(jù)回歸方程，計算出不同能譜掃描協(xié)議所對應的常規(guī)120 kVp掃描mAs。這一研究成果提供了可以參考常規(guī)CT掃描的自動毫安功能來推算出能譜成像的最佳掃描參數(shù)的新思路，為優(yōu)化、個性化選擇能譜協(xié)議提供了理論基礎。

3.3 腹部個性化能譜掃描協(xié)議及臨床應用的可行性腹部是能譜CT掃描應用最為廣泛的部位之一[8-10]。如何在低射線劑量條件下獲得更多診斷信息和圖像質量，一直是相關領域學者致力于研究的課題。本研究參照患者個體常規(guī)120 kVp螺旋掃描的平均mAs選擇能譜掃描協(xié)議，克服了能譜掃描協(xié)議不能根據(jù)個體自動調節(jié)毫安秒的缺陷，實現(xiàn)了掃描部位的相對個性化。本研究結果表明：優(yōu)化選擇能譜協(xié)議，在輻射劑量方面，無論是同組還是兩組間比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但能譜掃描的CTDIvol、ED均略小于120 kVp掃描。作為表達圖像質量的常用參數(shù)，能譜掃描單能量圖像具有更好的圖像質量、SNR和CNR[11]。本研究中，兩組肝臟、脾臟、門靜脈主干的SD、SNR、CNR相比較，除肝臟的CNR是能譜平掃低于120 kVp平掃外（P＞0.05），其余指標平掃和增強掃描均是能譜掃描的70 keV圖像優(yōu)于120 kVp圖像。既往研究[12-15]結果顯示，能譜CT單能量70 keV圖像的CNR高于混合能量圖像、噪聲低于混合能量圖像，在腹部成像中圖像質量優(yōu)于混合能量圖像，能夠提高肝臟腫瘤尤其是小腫瘤的檢出率，有望替代120 kVp圖像用于臨床常規(guī)診斷中。

總之，本研究依據(jù)體模實驗結果，參照患者自動毫安、120 kVp的平均mAs，個性化選擇能譜協(xié)議，在不增加輻射劑量的情況下，得到了更好的圖像SNR 和CNR，而且能譜CT可提供40～140 keV 11個單能量圖像、能譜曲線、物質分離和有效原子系數(shù)四大應用平臺，能為診斷提供更多的診斷信息[16]。本研究的不足在于只測算正常組織的SD、SNR及CNR，未涉及病灶的檢出率及用于診斷和鑒別的相關參數(shù)，同時數(shù)據(jù)測量時未隱藏單能量圖像標識，因此未達到盲法測量，這些將在以后研究中改進。

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（本文編輯 馮 婕）

Personalized Energy Agreement Application in CT Scan of the Upper Abdomen

PurposeTo explore the feasibility of personalized energy spectrum scanning in upper abdomen CT by comparing the image quality and radiation dose of optimizing choice spectrum scanning protocol with conventional 120 kVp scan.Material and MethodsSixty patients undergoing abdominal CT scan with and without contrast enhancement were prospectively collected and randomly assigned into two groups. Group A (30 patients) underwent conventional 120 kVp scan and spectral enhancement scanning; group B (30 patients) underwent spectrum scan and 120 kVp enhancement scanning. Spectral scanning protocol was based on individual choice with conventional 120 kVp NI10-5 mm average mAs scan for every patient. The CT dose index of volume (CTDIvol) and effective dose (ED) during non-contrast phase and portal venous phase were recorded. The CT value,standard deviation (SD),signal noise ratio (SNR) and contrast noise ratio (CNR) were measured in the liver parenchyma,spleen parenchyma and portal venous trunk.ResultsThe CTDIvol and ED of spectrum scanning were less than 120 kVp scan but there was no statistical difference (P＞0.05). The SD of group B GSI imaging was less than group A 120 kVp (P＜0.05),while the SNR was greater than group A. The SD of group A GSI portal venous phase in the liver,spleen and portal vein was less than group B 120 kVp (P＜0.05).ConclusionThe optimized energy spectrum scanning protocol can reduce radiation dose with quality of single energy image from the energy spectrum equal to or better than the conventional 120 kVp scanning protocol. Personalized energy spectrum scan protocol provides multi-parameter diagnosis and multi-application platform and can be used routinely in the upper abdomen scan.

Abdomen; Tomography,X-ray computed; Image processing,computerassisted; Quality control; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.12.020

陳曉俠

Department of Imaging,the Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine,Xianyang 712000,China

Address Correspondence to: CHEN Xiaoxia E-mail: 1183729657@qq.com

R445.2

2015-06-04

修回日期：2015-09-18

中國醫(yī)學影像學雜志2015年第23卷12期：955-958，960

Chinese Journal of Medical Imaging 2015 Volume 23(12): 955-958,960