學(xué)齡兒童能譜CT腹部血管成像中最佳單能量圖像的選擇

閆淯淳， 楊洋， 袁新宇， 孫海林， 辛海燕， 曹志會(huì)， 沈云

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·兒科影像學(xué)·

學(xué)齡兒童能譜CT腹部血管成像中最佳單能量圖像的選擇

閆淯淳， 楊洋， 袁新宇， 孫海林， 辛海燕， 曹志會(huì)， 沈云

目的：探討CT能譜成像(GSI)技術(shù)在學(xué)齡兒童腹部血管成像中的最佳單能量圖像。方法：選取我科腹部增強(qiáng)CT掃描的學(xué)齡期兒童30例，男19例，女11例，平均年齡(9.4±2.8)歲，以GSI模式進(jìn)行增強(qiáng)CT掃描。重建獲得40～80 KeV單能量圖像41組及140 KvP混合能量圖像。分別測(cè)量腹主動(dòng)脈、門靜脈、下腔靜脈、豎脊肌CT值。分析圖像CT值與能量變化關(guān)系，測(cè)量圖像CNR及噪聲，對(duì)最高CNR與最低噪聲單能量圖像以及混合能量圖像進(jìn)行主觀評(píng)分。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果：CNR變化曲線總體呈雙峰下降趨勢(shì)，峰值分別位于40 keV與60～65 keV。門靜脈、腹主動(dòng)脈、下腔靜脈的最佳CNR分別位于(62.0±2.1)，(61.4±1.9)和(60.7±2.0) keV。噪聲最低的單能量圖像為68 keV。60～62 keV單能量圖像主觀評(píng)分(10.2±0.6；10.2±0.8；10.2±0.8)高于混合能量圖像(9.1±0.6)，其差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。結(jié)論：學(xué)齡兒童腹部血管成像，觀察腹主動(dòng)脈、門靜脈、下腔靜脈的最佳單能量圖像為60～62 KeV。

兒童； 體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)； 血管造影術(shù)

能譜CT成像技術(shù)(gemstone spectral imaging，GSI)在成人中已廣泛應(yīng)用，基于GSI掃描，以選擇組織結(jié)構(gòu)對(duì)比最強(qiáng)的單能量圖像為目的，在成人中進(jìn)行血管成像的最佳單能量圖像選擇已多有研究。但目前，有關(guān)兒童GSI血管成像的研究尚未廣泛展開。本研究旨在探討如何選擇學(xué)齡期兒童GSI掃描腹部血管成像的最佳單能量圖像。

材料與方法

1.研究對(duì)象

2015年2月1日-6月25日于我科進(jìn)行GSI腹部增強(qiáng)掃描的學(xué)齡期兒童30例，其中年齡6.0～14.0歲，平均(9.4±2.8)歲。所有患兒男19例，女11例。就診原因包括門脈高壓癥10例，腎積水8例，膽總管囊腫5例，腹部腫瘤3例，白血病2例，腹痛待查2例。本研究經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)進(jìn)行。

2.儀器與方法

采用GE Discovery CT750 HD寶石CT掃描儀，

圖1 門靜脈、下腔靜脈、腹主動(dòng)脈CT值隨能量變化曲線。 圖2 門靜脈、下腔靜脈、腹主動(dòng)脈 CNR及噪聲隨能量變化曲線。

以GSI模式進(jìn)行掃描，選用自動(dòng)管電流，螺距0.984，管球旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/r，層厚5 mm，CDTI劑量6.48 mGy。增強(qiáng)掃描按1.5 mL/kg注射對(duì)比劑碘海醇(350 mg I/L)，注藥后60 s進(jìn)行掃描。

3.圖像處理與分析

用標(biāo)準(zhǔn)重建模式GSI處理/重建平臺(tái)重建圖像，獲得41組單能量圖像(從40～80 keV，間距為1 keV)及140 kvP混合能量圖像。

第一步，客觀指標(biāo)評(píng)價(jià)。包括對(duì)CT值、比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR)及噪聲(Noise)。測(cè)量腹主動(dòng)脈(Aorta)、門靜脈(Portal vein)及下腔靜脈(inferior vena cava，IVC)的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差。腹主動(dòng)脈測(cè)量點(diǎn)為腹腔干層面、雙側(cè)腎動(dòng)脈層面、髂動(dòng)脈分支等3個(gè)層面。門靜脈測(cè)量點(diǎn)為門靜脈左支主干、脾靜脈匯合門脈主干、腸系膜上靜脈主干等3個(gè)層面。腔靜脈測(cè)量點(diǎn)為肝門層面、右腎靜脈層面、髂靜脈分支等3個(gè)層面。測(cè)量ROI均為20 mm2。同時(shí)測(cè)量肝門層面量測(cè)豎脊肌CT值及標(biāo)準(zhǔn)差，并計(jì)算其均值。根據(jù)計(jì)算公式得到以下指標(biāo)CNR=(測(cè)量點(diǎn)CT值-豎脊肌平均CT值)/豎脊肌CT至標(biāo)準(zhǔn)差；噪聲為豎脊肌CT值的標(biāo)準(zhǔn)差。

第二步，主觀指標(biāo)評(píng)價(jià)[1]。選用腹主動(dòng)脈、門靜脈以及下腔靜脈最高CNR單能量圖像，最低噪聲單能量圖像以及混合能量圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分。由兩名高年資兒科放射醫(yī)師進(jìn)行盲評(píng)，意見不同時(shí)經(jīng)討論達(dá)成一致。

主觀評(píng)指標(biāo)評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：①血管壁顯示情況。1分，不能評(píng)價(jià)；2分，無法辨別血管壁；3分，血管壁顯示模糊；4分，血管壁顯示清晰銳利。②肌肉脂肪間隙顯示情況。1分，無法觀察；2分，肌肉脂肪間隙顯示模糊；3分，肌肉脂肪間隙顯示基本清晰；4分，肌肉脂肪間隙顯示清晰銳利。③圖像噪聲。1分，噪聲大，顆粒感強(qiáng)；2分，噪聲中等，顆粒感較強(qiáng)；3分，噪聲較小，顆粒感較輕；4分，噪聲小，圖像細(xì)膩。在相同窗位窗寬(400/40 HU)條件下進(jìn)行圖像判讀，以上述3指標(biāo)之和作為圖像最終質(zhì)量得分，滿分為12分。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

1.客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

41組單能量圖像的腹主動(dòng)脈、下腔靜脈、門靜脈的CT值和CNR以及噪聲隨能量變化曲線(圖1、2)。

腹主動(dòng)脈、下腔靜脈及門靜脈的CT值在40 keV時(shí)為峰值，后隨能量增加逐漸下降(圖1)。門靜脈CT均值最高，IVC最低，主動(dòng)脈CT值均值居中。

腹主動(dòng)脈、下腔靜脈及門靜脈的CNR在40 keV時(shí)出現(xiàn)第一峰值，后逐漸下降，在55 keV出現(xiàn)拐點(diǎn)，在60～65 keV出現(xiàn)第二峰，后再次下降。CNR總體變化呈下降趨勢(shì)。從CNR絕對(duì)值看，門靜脈最高，下腔靜脈最低，腹主動(dòng)脈居中(圖2)。

門靜脈最佳CNR為(62.0±2.1) keV，腹主動(dòng)脈最佳CNR為(61.4±1.9) keV，下腔靜脈最佳CNR為(60.7±2.0) keV。

噪聲在40 keV時(shí)出現(xiàn)最高值，后逐漸下降，在54 keV時(shí)下降幅度增大，在68 keV時(shí)達(dá)到最低值，后緩步上升，但其總體變化呈下降趨勢(shì)(圖2)。

2.主觀評(píng)價(jià)指標(biāo) (圖3)

分別選取CNR第一、二峰值所在單能量圖像與混合能量圖像進(jìn)行比較。

腹主動(dòng)脈、門靜脈、下腔靜脈的CNR在不同組別中的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表1)。60 keV、61 keV、62 keV以及混合能量圖像的組間主觀評(píng)分差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=27.85，P<0.001)。60～62 keV單能量圖像的主觀評(píng)分分別為10.2±0.6，10.2±0.8，10.2±0.8。

討 論

在腹部腫瘤術(shù)前術(shù)后評(píng)估、血管畸形診斷等方面，學(xué)齡兒童腹部CT血管造影十分常見且重要。兒童CT血管造影(CT angiography,CTA)檢查具有諸多困難。成人CTA檢查可大劑量團(tuán)注對(duì)比劑以獲得更高的對(duì)比峰值，但學(xué)齡兒童不適用。由于血管較細(xì)、留置針管徑小等因素，導(dǎo)致注藥流速不能過高。筆者所在醫(yī)院的經(jīng)驗(yàn)是注藥速度最高不超過2.5 mL/s(24G留置針)。近年提倡CT雙低檢查(低輻射劑量，低劑量對(duì)比劑)在兒科中更應(yīng)提倡與普及。如何在有限對(duì)比劑總量及注藥速度的制約下得到更完美的圖像是對(duì)兒科影像醫(yī)師的挑戰(zhàn)。

圖3 男，10歲，左腎積水。a) 40keV單能量圖，無法觀察血管(箭)，肌肉脂肪間隙尚清，圖像噪聲大，顆粒感強(qiáng)； b) 60keV單能量圖，腹主動(dòng)脈(箭)、脾門靜脈匯合處、下腔靜脈邊界銳利，顯示清晰。肌肉脂肪間隙顯影以及噪聲方面差異不大； c) 混合能量圖，噪聲低，圖像柔和，肌肉脂肪間隙邊界顯示良好。腹主動(dòng)脈、脾門靜脈匯合處、下腔靜脈顯示清晰，但肝內(nèi)血管邊界顯示模糊(箭)； d) 冠狀面MIP重建，門脈系統(tǒng)及腹主動(dòng)脈系統(tǒng)顯示清晰(箭)。

表1 單能量圖像與混合圖像的CNR及主觀評(píng)分

有關(guān)能譜CT掃描輻射劑量的問題是目前關(guān)注重點(diǎn)之一，甚至該問題大大限制了該項(xiàng)技術(shù)在兒科中的應(yīng)用。我們的科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)此問題進(jìn)行了研究，所得數(shù)據(jù)為兒童期能譜CT掃描CTDI為(6.95±3.46) mGy，傳統(tǒng)CT掃描的CTDI為6.48 mGy，二者之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說明學(xué)齡兒能譜掃描未顯著增加輻射劑量。有關(guān)輻射劑量的相關(guān)問題，我們會(huì)在單獨(dú)的文章中加以詳述。本文的重點(diǎn)在于尋找最佳單能量圖像。

能譜CT利用雙kVp瞬時(shí)切換作為核心技術(shù)，在得到兩組吸收投影數(shù)據(jù)后，通過后處理可以得到單能量圖像[2]。這種技術(shù)通過小的輻射劑量得到更多的圖像信息[2-4]。利用不同能量的組織對(duì)比度不同這一特性，可在血管造影成像方面運(yùn)用廣泛。本研究通過能譜CT選擇最佳腹部CTA單能量圖像，為學(xué)齡兒童雙低CTA檢查提供數(shù)據(jù)支持。

通過測(cè)量腹主動(dòng)脈、門靜脈、下腔靜脈的CT值以及背部肌肉噪聲，我們得到CT值、CNR與噪聲隨能量變化的曲線(圖1、2)。三套血管系統(tǒng)的CT值變化曲線相同，自40 keV開始，逐漸下降。在能量越小的單能量圖像中，CT值均值越高，圖像血管顯示越亮。三套血管CNR變化曲線大致相同，均表現(xiàn)為雙峰曲線，即40 keV出現(xiàn)第一高峰，后逐漸下降，在55 keV時(shí)達(dá)到谷底并逐漸上升，在60～65 keV區(qū)域達(dá)到第二高峰，后逐漸下降。CNS的第一波峰與第二波峰基本一致。噪聲曲線40 keV時(shí)最高，后逐漸下降，在54 keV時(shí)陡然下降，在68 keV達(dá)到谷底，后逐漸上升，但其整體變化呈下降趨勢(shì)。

三套血管系統(tǒng)的CNR門靜脈最高，下腔靜脈最低，腹主動(dòng)脈居中。這種分布與我們掃描時(shí)間是吻合的。由于注藥速度的限制，多數(shù)患兒在25～30 s內(nèi)全部注入對(duì)比劑，本研究開始注藥60 s時(shí)掃描，因此掃描時(shí)相處于門靜脈后期。由于門靜脈與腹主動(dòng)脈的曲線更為靠近，即60 s掃描時(shí)，門靜脈與腹主動(dòng)脈的CNR相近，可以同時(shí)得到清晰的動(dòng)脈與門脈系統(tǒng)的圖像(圖3d)。因此我們是否可以考慮在腹部腫瘤或需要觀察腹部動(dòng)脈的患兒，增強(qiáng)CT檢查無需進(jìn)行動(dòng)脈期掃描，這樣可顯著減少患兒的輻射劑量。這也是我們下一步的研究重點(diǎn)。CNR變化曲線，下腔靜脈均明顯低于其他兩套血管系統(tǒng)。這說明對(duì)于需要顯示靜脈系統(tǒng)的病例，在保持上述注藥方案的同時(shí)，掃描時(shí)間應(yīng)再延長(zhǎng)，以獲得最佳的靜脈血管圖像。在本研究中雖然下腔靜脈的CNR不高，但完全能滿足診斷需要。

40 keV時(shí)CNR達(dá)到峰值，但同時(shí)40 keV單能量圖像也是噪聲的最高峰。噪聲曲線在55 keV陡然下降，因此我們綜合考慮CNR與噪聲變化曲線，得到以下最佳單能量圖像。門靜脈最佳CNR為(62.0±2.1) keV，腹主動(dòng)脈最佳CNR為(61.4±1.9) keV，下腔靜脈最佳CNR為(60.7±2.0) keV。

結(jié)合圖像主觀評(píng)分，60 keV，61 keV，62 keV單能量圖像評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。與混合能量圖像主觀評(píng)分相比，兩者差異存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。因此，需要觀察腹部動(dòng)脈、靜脈、門脈系統(tǒng)時(shí)，單能量圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于混合能量圖像。筆者建議在60～62 keV單能量圖像中進(jìn)行觀察。此時(shí)無論對(duì)于大血管顯影，還是臟器內(nèi)血管顯影均顯示優(yōu)異(圖3)。這與成人研究結(jié)果不同。國(guó)外學(xué)者推薦70 keV為最佳觀察圖像[5]，國(guó)內(nèi)有學(xué)者進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)推薦55 keV單能量圖像作為最佳圖像[6]。國(guó)內(nèi)人體研究推薦51 keV作為觀察門靜脈的最佳單能量圖像[7]。出現(xiàn)上述差異可能與兒童腹部脂肪總量較成人少，對(duì)比劑注入總量亦明顯低于成人有關(guān)。

在兒科研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)有學(xué)者通過一項(xiàng)15例學(xué)齡兒資料研究，推薦兒童腹部血管的最佳單能量圖像為42 keV[8]，這也與我們的研究結(jié)果不同。從CNR隨能量變化曲線可知，CNR變化曲線呈雙峰，第一峰出現(xiàn)在40 keV，這與作者的結(jié)論一致，但此時(shí)噪聲曲線也位于最高峰值。筆者從40 keV單能量圖像看(圖3)，大血管難以辨別且圖像噪聲明顯，對(duì)比銳利，不能滿足臨床診斷需要。隨能量增加，CNR在60～65 keV會(huì)出現(xiàn)第二高峰，在此區(qū)間內(nèi)圖像主管評(píng)分均較高，可滿足診斷需要。出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能與該作者只選取40 kev、50 keV、70 keV 3個(gè)單能量圖像進(jìn)行比較有關(guān)[8]。

本研究的不足之處有二，一是病例數(shù)較少，30例患兒能否精確反映CNR的變化規(guī)律有待證實(shí)。二是增強(qiáng)掃描注藥流率、對(duì)比劑藥量、濃度以及掃描時(shí)間不同，均可能導(dǎo)致結(jié)果有所變化，因此在與其他研究進(jìn)行橫向?qū)Ρ葧r(shí)缺乏足夠的說服力。

總之，依據(jù)我們的研究，結(jié)合客觀指標(biāo)與主觀評(píng)分，在學(xué)齡兒童能譜CT腹部血管造影檢查中，我們推薦60～62 keV作為最佳單能量圖像。

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Optimal monochromatic image for abdominal vasculargraphy CT in school-aged children:a gemstone spectral imaging study

YAN Yu-chun,YNAG Yang,YUAN Xin-yu,et al.

Children's Hospital Affiliated to Capital Insititute of Pediatrics,Beijing 100020,China

Objective：To investigate the optimal monochromatic image for vasculargraphy CT in school-aged children using gemstone spectral imaging (GSI) technique.Methods:30 school-aged children (mean age 9.4±2.8 years old) with clinical suspected abdominal disease underwent enhanced GSI CT examination.All the data were transferred to GSI viewer to generate 41 sets of monochromatic images (40～80keV) and 140kVp mixed energy image.The CT value of abdominal aorta,portal vein,inferior vena cava (IVC) and erector spinae muscle were measured respectively.Optimal contrast-to-noise ratio (CNR) of portal vein,abdominal aorta,inferior vena cava were calculated respectively.The image noises of left erector spinae at the level of ensisternum were measured respectively.The correlations between CT value and energy were analyzed.The CNR and the noise of the image were calculated respectively and subjective scoring was taken on the image of maximum CNR,minimum monochromatic and mixed energy.All data were statistically analyzed.Results:The general trend of CNR with the monochromatic level was declined,and had two peaks at 40keV and around 60keV to 65keV.The best CNR in portal vein,abdominal aorta and IVC were at (62.0±2.1)keV，(61.4±1.9)keV，(60.7±2.0)keV respectively.The lowest noise was at 68keV.The mean score of 60keV to 62 keV were 10.2±0.6；10.2±0.8；10.2±0.8 respectively.The score of mixed energy image was 9.1±0.6.The difference had statistical significance (P<0.001).Conclusion:The recommended optimal monochromatic image in school-aged children for portal vein,aorta and IVC was 60～62keV in enhanced vasculargraphy CT.

Child； Tomography,X-ray computed； Angiography

100020 北京，首都兒科研究所附屬兒童醫(yī)院放射科(閆淯淳、楊洋、袁新宇、孫海林、辛海燕)；100176 北京，GE中國(guó)CT影像研究中心(曹志會(huì)、沈云)

閆淯淳(1981-)，男，北京人，碩士，副主任醫(yī)師，主要從事兒科影像診斷工作。

袁新宇，E-mail：xinyu_y@hotmail.com

R05； R814.42； R816.2

A

1000-0313(2016)10-0984-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.018

2015-11-23

2016-03-25)