双能CT区分两种造影剂的研究

王 琦WANG Qi

孙梦月2SUN Mengyue

时高峰1SHI Gaofeng

田志辉1TIAN Zhihui

双能CT区分两种造影剂的研究

王 琦1WANG Qi

孙梦月2SUN Mengyue

时高峰1SHI Gaofeng

田志辉1TIAN Zhihui

目的探讨双能CT扫描区分铋造影剂和钆造影剂的可行性。资料与方法将两组不同比例的铋造影剂和钆造影剂混合物置于试管内，第一组为碘海醇注射液和钆特酸葡胺注射液，体积比分别为0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0；第二组为碘海醇注射液和果胶胶体铋溶液，质量浓度分别为0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。使用双能CT扫描后，以80 keV进行单能量图像重建，应用Liver VNC软件将双能数据进行虚拟平扫及碘含量分析。结果在80 keV虚拟单能量成像的条件下，第一组混合液的CT值为379～383 HU，第二组混合液的CT值为170～173 HU，且两组实际碘浓度与测量碘浓度之间差异均无统计学意义（P＞0.05）。物质分离图像中，碘造影剂和钆造影剂区分不明显，碘和铋造影剂区分明显。结论双能CT可以区分铋和钆这两种衰减率不同的造影剂，原子序数相差越大，区分效果越明显。

体层摄影术，X线计算机；造影剂；铋；钆

双能CT的发展和应用使得单次扫描能在两个不同的管电压下快速并且同时采集图像，其强大的优势是能检测成像物体的物质组成[1,2]。每种物质都有其特征X线吸收曲线，由于不同物质的X线衰减率不同，理论上软组织或水都能和碘造影剂区分开。研究表明无论是双源双能CT或是单源双能CT均可以提取并定量评估碘水混合物中碘的含量[3,4]。能够区分出成像物质中不同成分的含量显然对于影像诊断和研究有巨大的益处[5]。目前，两种及以上造影剂的分离是双能CT物质分离技术可拓展的研究方向之一。双能CT不能区分衰减相似的物质，如钡造影剂与碘造影剂[6]，但其是否能够区分其他造影剂目前研究较少。本实验研究双能CT扫描区分铋造影剂和钆造影剂的可行性，为减少辐射剂量和解决体内同时存在两种造影剂图像质量差等问题奠定扫描条件和技术处理方面的基础。

1 资料与方法

1.1 模型设计 取大小为10 cm×14 cm×15 cm的方形小桶装满水，5只容量约17 ml的塑料试管（直径1.5 cm，长8.5 cm）装满不同比例的碘海醇注射液和钆特酸葡胺（多它灵）注射液，体积比分别为0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。另5只相同的塑料试管装满不同比例的碘海醇注射液和果胶胶体铋（粉剂）溶液，质量浓度比分别为0∶1、1∶6、1∶1、6∶1、1∶0。为防止扫描中出现位置移动，固定试管放入小桶内。试管壁材料均不能产生伪影物质，同时不会影响X线的穿行。先后将各组溶液配制后混匀，试管完全封闭后立即扫描，防止试剂沉淀造成CT值的偏差。

1.2 CT扫 描 将Siemens Somatom Defnition Flash CT机进行扫描，采用双能扫描模式。两个模型的扫描参数均为：管电压80～140 kV，管电流分别为312 mA、121 mA，CT容积剂量指数为11.87 mGy，视野332 mm，准直器宽度0.6 mm，旋转时间0.5 s，螺距0.55，准直32×0.6 mm。重建层厚1 mm。采用D30的重建算法。

1.3 数据收集与成像 将数据传入Dual Energy工作

表1 第一组各试管80 keV虚拟单能量成像条件下的CT值及碘造影剂浓度

（t=0.677, P＞0.05）。不同浓度碘-钆混合液及碘-铋混合液内的碘含量不同（图1、2）。通过碘图成像可以直观显示试管内碘含量的差异。虚拟平扫图像可以显站中。首先，在monoenergetic模式下，以80 keV进行单能量图像重建，每个试管的CT值采用圆形兴趣区（ROI）的画法，且在相邻3个层面分别画1个相同大小和位置的ROI，同时记录获得的CT值。然后，使用Liver VNC软件进行数据后处理，制成虚拟平扫和碘摄取两种成像方式观察试管的图像变化。根据如上ROI的画法测量并记录每支试管的碘摄取值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，实际碘浓度与测量碘浓度比较采用配对t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

图1 碘造影剂与钆造影剂不同浓度混合后双能CT扫描成像。第1排为单能谱80 keV成像图，图中显示5支试管CT值相似；第2排为虚拟平扫图，碘去除后显示随着钆浓度的增高试管内图像变亮，但前3支试管内浓度难以区分；第3排为碘图，以明暗变化显示5支试管碘浓度

2 结果

2.1 双能CT测得的各混合液的CT值 在80 keV虚拟单能量成像的条件下，第一组碘-钆混合液的CT值在379～383 HU之间，不同试管CT值差异＜4 HU（表1）。第二组碘-铋混合液的CT值为170～173 HU，不同试管CT值差异＜3 HU（表2）。

2.2 双能CT对两种造影剂的区分情况 第一组与第二组不同试管内碘含量可以通过双能CT碘图成像获得。测量的碘值与实际碘浓度之间差异无统计学意义示碘去除后，试管内其他造影剂的浓度变化。且碘-铋混合液图像的灰阶梯度变化比碘-钆混合液更加明显，提示碘与铋的分离比碘与钆的分离更加容易。

表2 第二组各试管80 keV虚拟单能量成像条件下的CT值及碘造影剂浓度

图2 碘造影剂与胶体铋不同浓度混合后双能CT扫描成像。第1排为单能谱80 keV成像图，图中显示5支试管CT值相似；第2排为虚拟平扫图，碘去除后显示随着铋浓度的增高试管内图像变亮；胶体铋的浓度差异较大，可以显示出其梯度变化；第3排为碘图，明暗变化较图1显著

3 讨论

本研究表明，两种不同的造影剂混合后可以通过双能CT进行物质分离。理论上，每种物质都有其特征X线吸收曲线，并且任何物质的X线吸收系数可由其他任意两种基物质的X线吸收系数决定，由此可将一种物质的衰减转化为产生同样衰减的两种物质的密度，这样可以实现物质组成分析与物质的分离[7-9]。进行物质分离通常选择衰减有较大差异的物质组成基物质对，例如水和碘就是常用的组合，它包含了从软组织到含碘造影剂以及医学中常见的物质范围。以水和碘作为基物质对，组织在某单能量下的CT值通过80 kVp和140 kVp两组数据即可以得出。根据高低能量的原始数据，求解出用于基物质对图像重组的两组原始数据（碘-水），然后根据这个原始数据重组得到基物质对的图像，最后根据相应的已知基物质的吸收曲线，计算出特定水平的单能量图像，同时也可以得到常规的混合能量图像。水和碘的密度与X线的能谱无关，因此在能谱成像中，通过基物质对的密度值就可以求解相应的CT值[1]。

本研究选取MRI常用的钆造影剂和胶体铋为研究对象分别与碘混合后由双能CT区分两种造影剂。研究结果显示碘和铋的区分效果较明显；碘和钆的区分效果较差。这是因为一种造影剂的X线衰减特性是由其所结合的重原子决定的。临床上常用造影剂的3种重原子有碘、钡、钆。钡的原子序数为56，原子量为137，碘的原子序数为53，原子量为127，而钆的原子序数为64，原子量为157，铋的原子序数为83，原子量为209。因此，碘和钡的原子序数和原子量相差不大，且有比较高的、几乎相同的衰减率，因此不能区分。而碘和铋的原子序数和原子量相差较大，比碘和钆的原子序数和原子量差值大，因此，碘和铋的区分效果更明显。铋类造影剂是目前造影剂研究的热点之一[10,11]。这是因为铋的原子量较大，衰减率相对较高，而且与其他的重金属相比，毒性较低，费用也较低。

本研究为初步的模型实验，是为验证双能CT区分两种造影剂的可行性。不足之处在于仅局限于图像的视觉分离，即通过物质密度图像观察。不能通过双能CT对钆及铋的浓度进行定量分析。此外，铋造影剂目前未应用于临床，所以本研究目前暂不能进行临床研究。

总之，本研究表明双能CT区分两种造影剂是可行的，特别是原子量与碘差异较大的物质更容易被分离，此研究结果有利于促进新型造影剂的研发和两种造影剂的同时应用。

[1] Liu X, Yu L, Primak AN, et al. Quantitative imaging of element composition and mass fraction using dual-energy CT: threematerial decomposition. Med Phys, 2009, 36(5): 1602-1609.

[2] 郑东燕, 陈明, 张宇辉, 等. 二维斑点追踪与双源CT分析左心室前壁缺血的局部心肌功能. 中国医学影像学杂志, 2012, 20(11): 862-865.

[3] 赵永为, 郭小超, 王霄英, 等. 扫描视野对双能CT成像CT值及物质分离的影响——模体研究. 放射学实践, 2012, 27(3): 271-273.

[4] 田志辉, 王琦, 时高峰, 等. 双能CT测定体模碘含量. 中国医学影像技术, 2012, 28(7): 1406-1410.

[5] 林晓珠, 沈云, 陈克敏. CT能谱成像的基本原理与临床应用研究进展. 中华放射学杂志, 2011, 45(8): 798-800.

[6] Anderson NG, Butler AP, Scott NJ, et al. Spectroscopic (multienergy) CT distinguishes Iodine and Barium contrast material in MICE. Eur Radiol, 2010, 20(9): 2126-2134.

[7] 任庆国, 滑炎卿, 李剑颖. CT能谱成像的基本原理及临床应用. 国际医学放射学杂志, 2011, 34(6): 559-563.

[8] Graser A, Johnson TR, Bader M, et al. Dual energy CT characterization of urinary calculi: initial in vitro and clinical experience. Invest Radiol, 2008, 43(2): 112-119.

[9] Johnson TR, Krauss B, Sedlmair M, et al. Material differentiation by dual energy CT: initial experience. Eur Radiol, 2007, 17(6): 1510-1517.

[10] 张惠爱, 姜秀艳, 石小田. 聚乙烯醇-氧化铋人体血管3D可视化. 中国临床解剖学杂志, 2010, 28(5): 589-590.

[11] 方逸. 树状大分子稳定的硫化铋纳米颗粒的合成、表征及其CT成像应用.上海: 东华大学硕士学位论文, 2012: 1-66.

（本文编辑 邓玉娟）

Differentiation of Two Contrast Media Using Dual-energy CT

PurposeTo evaluate the feasibility of using dual-energy CT scanner to differentiate two contrast media bismuth and gadolinium.Materials and MethodsTwo phantoms containing contrast media of different ratio were scanned on dual-energy CT. Group 1 was mixture of iodine and gadolinium solution with volume ratio of 0∶1, 1∶6, 1∶1, 6∶1 and 1∶0. Group 2 was mixture of iodine and bismuth solution with mass ratio of 0∶1, 1∶6, 1∶1, 6∶1, 1∶0. Monoenergetic image reconstruction was performed at 80 keV. Liver VNC software was used for virtual scanning and iodine concentration analysis.ResultsUnder 80 keV reconstruction, the measured CT attenuation of Group 1 was 379-383 HU, and 170-173 HU in group 2. The iodine concentration of two groups was not signifcantly different between the calculated and actual iodine concentration (P＞0.05). The dual-energy CT can distinguish two contrast media. Iodine and gadolinium contrast media were not statistically different, while iodine and bismuth contrast media agent could be easily differentiated.ConclusionDual-energy CT can distinguish two contrast media with different attenuation.

Tomography, X-ray computed; Contrast media; Bismuth; Gadolinium

1.河北医科大学第四医院CT室 河北石家庄050011

2.河北医科大学第一医院放射科 河北石家庄050000

王 琦

Department of Radiography, the Fourth Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050011, China

Address Correspondence to: WANG Qi

E-mail: ja1109W@163.com

R445.3

2014-03-08

修回日期：2014-08-17

中国医学影像学杂志

2014年 第22卷 第9期：701-703

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(9): 701-703

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.09.016