低浓度对比剂门静脉成像在能谱CT中的临床应用

赵永霞，常津，左紫薇，张畅达，张天乐

（1. 天津大学精仪学院，天津 300000；2. 天津大学，天津 300000；3. 河北大学附属医院，河北 保定 071000）

低浓度对比剂门静脉成像在能谱CT中的临床应用

赵永霞1,3，常津2，左紫薇3，张畅达3，张天乐3

（1. 天津大学精仪学院，天津 300000；2. 天津大学，天津 300000；3. 河北大学附属医院，河北 保定 071000）

目的 探讨低浓度对比剂门静脉成像在能谱CT中的临床应用。方法50例患者分为5组行肝脏门静脉期能谱CT扫描，患者注射对比剂总量为1 mL/kg，5组患者注射对比剂浓度分别为320 mgI/mL，288 mgI/mL，256 mgI/mL，224 mgI/mL，192 mgI/mL，扫描结束获得门静脉期0.625 mm层厚的门静脉最佳对比度噪声比（CNR）单能量图像，用此单能量图像对门静脉行VR和MIP重组。测量5组图像中门静脉和相同层面背部肌肉竖脊肌及腹壁脂肪的CT值及其标准差，计算信噪比（SNR）及CNR并取平均值，由2名高年资医师在盲法下对5组图像进行主观图像质量评分并取平均值，5组间比较采用单因素方差分析（ANOVA）。2名医师对重建图像质量一致性评估采用Kappa检验。结果 门静脉最佳CNR单能量图像能量为50～55 keV。5组注射不同浓度对比剂患者的SRN、CNR分别为15.83±3.02、14.78±2.13、13.87±1.91、9.37±2.13、7.72±2.82和14.95±3.82、15.01±3.79、13.93±3.52、10.35±4.22、9.65±3.56。2位医师评分值均值为4.50±0.81、4.45±0.76、4.41±0.73、4.38±0.79、3.5±0.57。浓度为320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL之间SNR、CNR及2位医师评分值之间差异无统计学意义（F=36.221，P＜0.05）；320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL与224 mgI/mL 、192 mgI/mL之间SNR、CNR及3位医师评分值之间差异有统计学意义（F=7.221，P＞0.05）。2名医师对320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL对比剂浓度产生图像质量评价的一致性（Kappa值为0.86）高于224 mgI/mL、192 mgI/mL对比剂浓度产生图像（Kappa值为0.63）。结论 应用能谱CT最佳单能量门静脉成像能显著降低对比剂使用浓度，推荐使用对比剂浓度为256 mgI/mL，注射总量为1 mL/kg。推荐能谱CT显示门静脉的最佳单能量为50～55 keV。

低浓度对比剂；CT门静脉成像；影像质量；比较研究

随着碘对比剂在临床广泛应用，其引起的不良反应日益引起人们的关注[1]。CT门静脉成像（CT portal venography, CTPV）是诊断门静脉疾病的主要影像学检查方法，进行CTPV检查需要大剂量、高浓度碘对比剂以维持门静脉内碘的浓度。但是大剂量、高浓度地使用对比剂会增加对比剂肾病（contrast media induced nephropathy，CIN）的发生概率[2]，尽量减少对比剂用量一直是医学影像学工作者努力的目标。

能谱CT能在0.5 ms内瞬时完成高低能量切换，通过投影数据空间的分析，在40～140 keV内实现101个单能量图像重建[3]，并利用其分析软件获得血管和周围组织的最佳对比度噪声比（contrast to noise ratio，CNR）曲线，能够有效显示血管与周围组织之间对比度最佳的单能量值。本研究旨在探讨低浓度碘对比剂能谱CT扫描最佳单能量在门静脉成像中的应用。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2013年3至5月在河北大学附属医院行上腹部能谱CT增强扫描患者50例，男32例，女18例，年龄为17至75岁，平均年龄（48±8）岁。正常者23例，肝癌12例，胆管癌5例，肝囊肿6例，肝硬化4例。患者均签署能谱CT增强扫描知情同意书。

1.2 研究仪器与方法

1.2.1 研究仪器

能谱CT （Discovery CT 750 HD，GE Healthcare，Milwaukee，美国）扫描仪及AW 4.5工作站。

1.2.2 研究方法

将50例患者随机分为5组，采用能谱扫描模式（gemstone spectral imaging，GSI）进行肝脏增强扫描，扫描范围自膈顶部至肝脾下极。扫描条件：管电压为140 kVp和80 kVp的瞬时（0.5 ms）切换，自动mAs调制，螺距为0.984，层厚和层间距均为5 mm，FOV 40 cm×40 cm。能谱增强扫描使用对比剂为碘佛醇（320 mgI/mL），注射总量为1 mL/kg。5组患者注射对比剂浓度分别为320 mgI/mL，288 mgI/mL（90%对比剂+10%生理盐水混合液），256 mgI/mL（80%对比剂+20%生理盐水混合液），224 mgI/mL（70%对比剂+30%生理盐水混合液），192 mgI/mL（60%对比剂+40%生理盐水混合液），注射速率4.5 mL/s，注射完毕后追加注射50 mL生理盐水，行三期动态扫描。动脉期扫描开始时间为注射对比剂后25～30 s；门静脉期扫描开始时间为注射对比剂后60 s左右，延时期在注射对比剂3～5 min扫描。

1.3 图像重建与影像质量评价

扫描结束重建层厚为0.625 mmGSI门静脉期原始图像，将此原始图像传至AW4.5工作站，用GSI分析软件获得门静脉与同一层面背部肌肉竖脊肌的CNR曲线（图1），根据此曲线获得0.625 mm层厚的门静脉最佳单能量图像，用此单能量图像进行门静脉的VR和MIP重组。

图1 门静脉最佳单能量的对比度噪声比曲线

1.3.1 SNR及CNR计算

将最佳单能量图像放在AW4.5工作站VIEWER界面中，将图像位置放置在显示门静脉最佳层面上，用（20±2） mm2的ROI测量门静脉和相同层面竖脊肌及腹壁脂肪的平均CT值及标准差（SD值），计算其SNR及CNR，SNR=CT门静脉/SD门静脉，CNR= （CT门静脉-CT竖脊肌）/SD腹壁脂肪，其中CT门静脉是门静脉的CT值，SD门静脉为门静脉CT值的标准差，CT竖脊肌为竖脊肌的CT值，SD腹壁脂肪为腹壁脂肪CT值的标准差。

1.3.2 主观评价

请2位高年资医师对不同浓度对比剂所得门静脉的VR和MIP图像进行评价，评价采用双盲5分值评价法[4]：5分，门静脉清晰锐利，与周围组织界限清晰可辨，可显示门静脉第4级属支；4分，门静脉边缘较锐利，显示清晰，与周围组织对比明显，能显示门静脉第3级属支；3分，门静脉较清晰，与周围组织分辨较锐利，能显示门静脉第2级属支；2分，门静脉显示较差，与周围组织对比较差，仅显示门静脉第1级属支；1分，门静脉显示模糊，与周围组织分界不清，仅能显示门静脉主干。

1.3.3 统计学分析

使用SPSS 16.0统计软件，对SNR、CNR数值及2位专家评分值进行单因素方差分析（one-way ANOVA），P＜0.05为差异有统计学意义。2名医师对不同浓度对比剂所得图像评价的一致性程度评估采用Kappa检验。Kappa值＞0.75为一致性较好；Kappa值在0.40～0.75为一致性一般；Kappa值＜0.40为一致性较差。

2 结果

2.1 不同浓度对比剂所得门静脉VR图像

不同浓度对比剂所得门静脉VR图像见图2-6。

图2 浓度为320 mgI/mL所得门静脉图像

图3 浓度为288 mgI/mL所得门静脉图像

图4 浓度为256 mgI/mL所得门静脉图像

图5 浓度为244 mgI/mL所得门静脉图像

图6 浓度为192 mgI/mL所得门静脉图像

2.2 2位专家对不同浓度对比剂产生图像的评分值

2位专家对不同浓度对比剂产生图像的评分值见表1。

表1 不同浓度对比剂所得图像的SNR及CNR及2位专家对图像评分值

2.3 不同浓度对比剂所得图像SNR及CNR

不同浓度对比剂所得图像SNR及CNR见表1。

2.4 对不同浓度对比剂所得图像的SNR、CNR及2名医师的评分值进行统计学分析

浓度为320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL所得图像的SNR、CNR数值及2位医师评分值之间差异无统计学意义（F=36.221，P＞0.05）；浓度为320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL与浓度为224 mgI/mL、192 mgI/mL所得图像的SNR、CNR数值及2位医师评分值之间差异有统计学意义（F=7.221，P＜0.05）。2名医师对320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL对比剂浓度产生图像质量评价的一致性（Kappa=0.86）高于224 mgI/mL、192 mgI/mL对比剂浓度产生图像（Kappa=0.63）。

综上，能谱CT扫描最佳单能量门静脉成像可以降低对比剂浓度，推荐对比剂浓度为256 mgI/mL，注射总量为1 mL/kg。推荐显示门静脉的最佳单能量值为50～55 keV。

3 讨论

CTPV对临床诊断和治疗门静脉疾病的帮助越来越大，而进行CTPV检查的碘对比剂使用也越来越广泛，但碘对比剂的高渗透压及对肾小管内皮的毒性以及对比剂本身的黏度过大等因素都被认为与对比剂肾病（CIN）发生密切相关[5-7]。预防CIN最关键的因素是对比剂浓度和剂量的限量使用。但是进行CTPV检查时为了得到高质量图像必须用大剂量、高浓度碘对比剂来维持血管内碘剂的浓度，这就与减少CIN发生率相悖，如何降低对比剂浓度和剂量一直是医学工作者思考和急需解决的问题[8]。

普通CT扫描产生的X线是一束连续能量的X线束，X线与被检体作用时在线束的高kV以康普顿散射为主，在低kV时以光电吸收为主，当混合能量的X线束穿过人体时，空气及人体皮肤会先将低kV射线吸收，射线束平均能量上升，射线硬化，产生线束硬化伪影，为减少硬化伪影影响、增加门静脉与周围肝脏组织的对比度，只能通过增加对比剂浓度、对比剂注射总量和注射速率来弥补。

能谱CT能在0.5 ms内瞬时完成高低能量切换，通过投影数据空间的分析，在40～140 keV内实现101个单能量图像重建[9-10]。利用其分析软件获得门静脉和周围肝脏组织的最佳CNR曲线，此曲线能够清晰显示血管与周围组织之间对比度最佳的单能量值。

本研究显示门静脉最佳单能量为50～55 keV，此较低的能量范围主要与人体组织发生光电效应，从而有利于消除硬化伪影，更能增加门静脉和周围组织的对比度，提高图像的清晰度，继而可以减少对比剂的浓度和剂量。其次，能谱CT成像中的多组单能量图像可以使医师方便选择不同单能量图像以便更好地观察组织细节，可以更清晰地显示门静脉主干及其分支。本研究显示通过能谱CT扫描最佳单能量门静脉成像，浓度为320 mgI/mL、288 mgI/mL、256 mgI/mL所得门静脉图像质量差异无统计学意义，说明浓度为256 mgI/mL的对比剂所得门静脉图像较浓度为320 mgI/mL对比剂所得门静脉图像一样能达到临床诊断要求，但是对比剂的浓度却大大降低，因此患者发生CIN的概率也相应降低。同时使用低浓度对比剂也可以降低患者的经济负担。

本研究的不足为每组的例数较少，没有进行更大样本的研究，没有对能谱CT门静脉成像的辐射剂量进行深入研究。

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（责任编辑 裘永强）

The application with low concentration of contrast media and spectral CT imaging in the portal venography

ZHAO Yongxia1, CHANG Jin2, ZUO Ziwei3, ZHANG Changda3, ZHANG Tianle3
(1. College of precision instrument and optoelectronic engineering of Tianjin University, Tianjin 300000,China; 2. Tianjin University, Tianjin 300000, China; 3. Affiliated Hospital of Hebei University, Baoding 071000, China)

Objective To investigate the effect of low concentration of contrast media with energy spectral CT on the image quality of CT portal venography. Methods 50 patients were divided into 5 groups underwent spectral CT examination on a GE Discovery CT 750 HD scanner, the total contrast media were offered at 1 mL/kg to 50 patients, the contrast media concentration of 320 mgI/mL, 288 mgI/mL, 256 mgI/mL, 224 mgI/mL, 192 mgI/mL were offered for the 5 groups patients. During portal phase, 0.625 mm slice thickness polychromatie images andoptimal monochromatic images were obtained, and volume rendering and maximum intensity projection were created to show the portal venography respectively, the CT unit and standard deviation were measured at the port venography and the erector muscle of spine, calculated the signal-noise ratio and the contrast-noise ratio, calculated the singal-noise ratio and contrast-noise ratio with the CT volue of port venography and the erector muscle of spine. The overall imaging quality was evaluated on a five-point scale by 3 radiologists, Comparisons between 5 groups were tested by One-Way ANOVA analysis. Results The monochromatic images at 50-55 keV were found to demonstrate the best CNR for both the portal vein and erector muscle of spine. The SNR with the different concentrations of contrast media was 15.83±3.02, 14.78±2.13, 13.87±1.91, 9.37±2.13, 7.72±2.82 and the CNR was 14.95±3.82, 15.01±3.79, 13.93±3.52, 10.35±4.22, 9.65±3.56. The values by three independent radiologists were 4.50±0.81, 4.45±0.76, 4.41±0.73, 4.38±0.79, 3.5±0.57. The dates of SNR , CNR and values were not statistically significant at the contrast media concentration of 320 mgI/mL, 288 mgI/mL, 256 mgI/mL, 224 mgI/mL(F=36.221, P＜0.05). The dates of SNR, CNR and values were statistically significant at the contrast media concentration of 320 mgI/mL, 288 mgI/mL, 256 mgI/mL and 224 mgI/mL, 192 mgI/mL（F=7.221, P＞0.05）. In the comparison of image quality, Kappa value was 0.86 with the contrast media concentration of 320 mgI/mL, 288 mgI/mL, 256 mgI/mL and 0.63 with 224 mgI/mL, 192 mgI/mL. Conclusion The best monochromatic images of spectral CT could reduce the contrast media concentration, Recommend concentration of the contrast media was 256 mgI/mL at portal venography by spectral CT imaging. The best monochromatic X-ray keV was 50-55 keV.

low concentration of contrast media; CT portal venography; image quality; comparative studies

R4

A

1674-490X(2014)05-0022-07

2014-08-03

河北大学国家级大学生创新训练计划项目（201410075027）；河北大学研究生教育教学改革研究项目（YJ11-33）

赵永霞（1974—），男，河北石家庄人，副主任技师，硕士，硕士生导师，主要从事医学影像成像参数的优化研究。

常津（1963—），男，河北石家庄人，教授，博士，博士生导师，主要从事生物医学工程研究。E-mail: jinchang@tju.edu.cn