胰腺双能量CT虚拟平扫与真实平扫的初步对比研究

袁元，黄子星，李真林，唐鹤菡，宋彬

随着双源 CT（dual－source CT，DSCT）的问世和双能量技术的发展，CT能量成像的临床应用日益广泛[1]。双源CT可以同时运转两个球管，通过设置不同的管电压进行双能量扫描[2]，获得的高千伏和低千伏数据通过后处理，从增强软组织中分离出对比剂的碘信号，从而产生虚拟平扫（virtual non－enhanced，VNE）图 像，有 可 能 替 代 真 实 平 扫 （true non－enhanced，TNE）从而减少射线剂量[3]。本研究通过双源CT胰腺双能量增强扫描，比较动脉期、门脉期胰腺虚拟平扫图像与真实平扫图像的差异，旨在探讨虚拟平扫替代真实平扫的可能性。

材料与方法

1.研究对象

2013年4月－2013年7月，搜集行双源CT上腹部双能量增强扫描的67例患者的病例资料，其中男42例，女25例，年龄20～80岁，平均（50±15）岁。

2.检查方法

扫描前准备：嘱患者去除腹部的金属饰物，若腹部皮肤表面涂抹有药物者也应尽量去除。不需口服对比剂溶液和清水，扫描过程中要求患者尽量配合屏气。

CT扫描方案：所有患者采用Siemens Somatom Definition Flash 2代双源CT机行上腹部平扫及双能量动脉期和门脉期增强扫描，扫描范围自膈顶至胰腺钩突下缘十二指肠水平段。其中平扫采用单源扫描模式；动脉期和门脉期采用双源双能量技术。单源模式下扫描参数：管电压120kV，参考管电流量210mAs，128i×0.6mm，螺距0.7。双能量扫描模式下A、B两个球管同时同层采集图像，球管A：100kV，300mAs，视野50cm×50cm；球管B：Sn 140kV（附加0.5mm锡板滤过），232mAs，视野33.2cm×33.2cm，32i×0.6mm，螺距0.7。所有扫描序列均开启实时动态曝光剂量调节技术（CARE Dose 4D），根据患者体厚和密度实时调节管电流量，球管旋转一周时间0.5s，层厚5mm，层间距5mm，重建算法B30f。增强扫描采用非离子型对比剂碘海醇（300mg I／mL），剂量1.5mL／kg，由高压注射器以3.0mL／s的注射流率经前臂静脉团注，分别于注射对比剂之后30和80s采集动脉期和门脉期图像。扫描后可获得100kV和Sn 140kV图像，以及两者大约各50%的加权融合120kV图像[4]。

图像数据测量和质量评分：扫描完成后将图像传输至Siemens Syngo MMWP VE36A工作站，分别将动脉期和门脉期双能量图像调入Dual－Energy软件，经liver VNC程序处理，从选择的体素中去除碘，分别得到动脉期和门脉期层厚5mm、层间距5mm的虚拟平扫图像。

将真实平扫图像和后处理获得的动脉期、门脉期虚拟平扫图像传输至工作站Viewing软件中，手动勾画真实平扫图像上胰腺、竖脊肌等兴趣区（region of interest，ROI），分别测量兴趣区内的CT值，并利用复制、粘贴功能对虚拟平扫图像进行相同层面、相同部位的CT值测量。分别测量3个不同层面上各个兴趣区的CT值，取其平均值分别为胰腺CT值和竖脊肌CT值。然后测量腹前壁皮下脂肪均匀区域中脂肪CT值的标准差值（SD）作为图像噪声（image noise，IN），并计算胰腺的信噪比（signal－to－noise ratio，SNR）和胰腺－竖脊肌对比噪声比（contrast－to－noise ratio，CNR），公式如下：

由两位从事腹部影像诊断10年以上医师对上述检查获得的图像进行主观评估，按照胰腺图像的质量、是否存在伪影以及伪影是否影响诊断能力等对真实平扫图像和虚拟平扫图像进行5分制评分[5]。1分：由于严重的伪影和差的图像质量无法进行诊断；2分：较差的图像质量，伪影较大，阻碍诊断；3分：图像质量较好，可以进行诊断；4分：图像质量好，伪影很少；5分：图像质量非常好，没有伪影。图像质量3分及以上即认为满足诊断要求。两位医师意见不一致时通过协商达成一致意见。

3.辐射剂量评估

记录机器自动生成的每例患者各期扫描的CT剂量指数（CT dose index，CTDI）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），并按照公式（3）计算有效剂量（effective dose，ED）[6]：

其中，成人k＝0.015mSv／（mGy·cm）

实际工作中，胰腺增强CT扫描方案包括平扫、动脉期和门脉期。如果三期扫描都采用常规单源模式，三期总ED＝TNE的ED＋动脉期单源扫描ED＋门脉期单源扫描ED；如果三期扫描中动脉期采用双能量扫描模式，在获得动脉期增强图像的同时，也获得了虚拟平扫图像，三期总ED＝动脉期VNE的ED＋门脉期单源扫描ED；同理，如果三期扫描中门脉期采用双能量模式，三期总ED＝门脉期VNE的ED＋动脉期单源扫描ED。由于单源模式下，曝光参数和扫描范围相同，动脉期和门脉期单源扫描ED约等于TNE的ED，因此，采用TNE的三期总ED≈真实平扫ED×3，采用动脉期VNE的三期总ED≈动脉期VNE的ED＋真实平扫ED，采用门脉期VNE的三期总ED≈门脉期VNE的ED＋真实平扫ED。

4.统计学方法

结 果

不同扫描方式胰腺、竖脊肌CT值及图像噪声、胰腺SNR、胰腺－竖脊肌CNR的测量结果见表1。

统计分析结果显示，三组图像之间胰腺CT值、竖脊肌CT值的差异均无统计学意义（P＞0.05）。三组图像之间图像噪声（即脂肪SD值）、胰腺SNR和胰腺－竖脊肌CNR的差异均有统计学意义（P＜0.05）。图像噪声多重比较检验结果显示，三组图像噪声均不相等，其中动脉期VNE噪声最小，其次为门脉期VNE，TNE噪声最大（图1）。胰腺SNR多重比较检验结果显示，三组图像上胰腺SNR均不相等，其中动脉期VNE胰腺SNR最大，其次为门脉期VNE，TNE胰腺SNR最小（图2）。胰腺－竖脊肌CNR多重比较检验结果显示，动脉期和门脉期VNE之间差异无统计学意义（P＝0.077），但与TNE之间差异均有统计学意义，且数据值均高于TNE。

表1 TNE、动脉期VNE、门脉期VNE的CT值、图像噪声、SNR、CNR及图像质量评分及统计分析结果

表2 TNE、动脉期VNE、门脉期VNE的单期辐射剂量、总辐射剂量比较

各种扫描方式图像主观质量评分结果见表1。单因素方差分析结果显示，三组图像之间图像主观质量评分的差异有统计学意义（P＜0.05）。多重比较检验结果显示，三组图像主观质量评分均不相等，其中TNE评分最高，其次为动脉期VNE，最低为门脉期VNE。

各种扫描方案辐射剂量的计算结果见表2。单因素方差分析显示，TNE、动脉期VNE、门脉期VNE的单期CTDI、DLP和ED的差异均有统计学意义（P＜0.05）；多重比较检验结果显示，动脉期和门脉期VNE之间差异无统计学意义，但两者与TNE之间差异均有统计学意义，其中TNE的单期CTDI、DLP和ED均为最低。

胰腺常规CT扫描方案包括平扫及增强扫描动脉期和门脉期。本研究中三组总ED的差异有统计学意义（P＜0.05）。多重比较检验结果显示，采用动脉期VNE和门脉期VNE的总ED之间差异无统计学意义，但两者与采用TNE的总ED之间差异有统计学意义（P＜0.05），且都低于采用TNE的总ED。

讨 论

西门子双源CT具有两套高压发生器[7]、两套相互独立的数据采集系统（即X线球管A、B和各自对应的探测器）。二代双源CT上A、B两个球管互成94°安装在旋转机架上，既可以只使用单个球管，作为128层螺旋CT使用；也可以同时使用两个球管，通过采用相同的球管能量来提高时间分辨率和光子通量；还可以两个球管采用不同的能量水平来进行双能量成像[8-9]。两个 X 线球管设定不同的曝光条件[10]同时扫描，可以同时获得两个光子能量水平的CT数据[11]，根据不同光子能量下光子吸收的变化可以检测出物质组成的不同。双能量后处理软件中的liver VNC程序可以利用基于软组织、脂肪和碘三物质分解原则的后处理算法，从图像中减除碘，从而获得虚拟平扫图像[12-13]。

本研究结果显示，虽然动脉期和门脉期VNE图像上，胰腺CT值和竖脊肌CT值与TNE相似，但是VNE的图像噪声低于TNE，信噪比、胰腺－竖脊肌对比噪声比高于TNE，尤其是动脉期VNE的图像噪声为三组中最低，而信噪比为三组中最高。信噪比是衡量图像质量的客观指标之一，与管电压、管电流量、层厚、重建算法等因素密切相关。二代双源CT虚拟平扫图像上100kV图像融合比例为50%，管电流量为300mAs，具有管电压低、管电流量高的特点，使得融合的VNE图像信噪比高于TNE。另一方面，双能量CT采用了“D”卷积核用于提高物质特性，降低噪声的同时导致图像模糊的增加，但是，这种噪声的降低可能是一种不真实的降低，反而可能造成诊断质量的下降[14]。这与本次研究结果中，VNE图像主观质量评分低于于TNE的结果是一致的。此外，虽然VNE图像主观质量评分低于TNE，但是均大于3分，能够满足诊断要求，并且动脉期VNE图像主观质量评分高于门脉期。造成这种结果的原因可能是，动脉期图像中对比剂主要集中在动脉血管内，胰腺实质中碘分布较少，更有利于减除每个CT像素中的碘分布。以上结果说明，动脉期VNE图像信噪比和主观质量评分均高于门脉期，所以胰腺增强CT检查就图像质量而言，在动脉期采用双能量扫描获得虚拟平扫图像更有利于诊断。

VNE图像作为传统TNE图像的替代，使省去TNE扫描成为可能[12]。因此，使用VNE图像的两个主要优势是缩短了检查时间和降低了辐射剂量[15]，尤其是对于需要长期随访进行多次CT检查的患者而言特别重要[16]。之前的一些研究表明TNE与VNE单期辐射剂量之间差异无统计学意义[3，15]，其原因可能在于这些研究中TNE和VNE采用的扫描参数并不一致。比如，TNE采用32i×0.6mm准直器宽度，而VNE为保证图像质量采用14i×1.2mm的准直器宽度。本研究中TNE和VNE尽量采用一致的扫描参数，比如TNE采用128i×0.6mm，VNE采用32i×0.6mm，两种扫描方法的准直器宽度一样，螺距也一样，由此得到单期TNE辐射剂量低于单期VNE，结果是可靠的。实际工作中，为了鉴别胰腺病变，CT扫描方案通常包括平扫、动脉期和门脉期[17]。本次研究结果表明，采用动脉期VNE的总ED和采用门脉期VNE的总ED均低于采用TNE的总ED。

本次研究仍存在一些不足。首先，为了客观评价图像噪声，本研究将脂肪ROI放置在腹前壁皮下脂肪均匀的区域中。虽然二代双源CT的B球管FOV与一代双源CT相比，从26cm×26cm提高到了33.2cm×33.2cm，但是对于肥胖患者而言，腹前壁皮下脂肪仍然有可能被排除在虚拟平扫FOV之外，将来的研究中可以尝试将脂肪ROI放置在腹腔内脂肪区域[4]。其次，没有对患者的体重指数（body mass index，BMI）进行限定，对于个别BMI＞24kg／m2的肥胖患者，同样的扫描参数可能会引起噪声的增加和图像质量的下降。

综上所述，双源CT双能量扫描胰腺虚拟平扫的图像质量接近于真实平扫，并且动脉期虚拟平扫图像质量优于门脉期，在临床胰腺三期增强扫描中可能替代真实平扫并且减少辐射剂量。

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