个性化能谱协议在上腹部CT扫描中的应用

陈晓侠 CHEN Xiaoxia马春玲 MA Chunling雷雨欣 LEI Yuxin田 欣 TIAN Xin任占丽 REN Zhanli田 骞 TIAN Qian杨 琪 YANG Qi

论著

个性化能谱协议在上腹部CT扫描中的应用

陈晓侠 CHEN Xiaoxia
马春玲 MA Chunling
雷雨欣 LEI Yuxin
田 欣 TIAN Xin
任占丽 REN Zhanli
田 骞 TIAN Qian
杨 琪 YANG Qi

作者单位陕西中医药大学附属医院影像科 陕西咸阳712000

目的通过优化选择能谱扫描协议，与常规120 kVp扫描图像质量及辐射剂量进行对比，探讨个性化能谱扫描在上腹部常规临床应用的可行性。资料与方法前瞻性收集行上腹部CT平扫加增强扫描的60例患者，将其随机分为A组和B组，每组30例。A组行常规120 kVp平扫加能谱增强扫描，B组行能谱平扫加120 kVp增强扫描。能谱扫描协议根据患者常规120 kVp、NI10-5 mm的平均毫安秒进行个性化选择，重建平扫和门静脉期120 kVp或70 keV序列图像。比较两组平扫和门静脉期CT容积剂量指数（CTDIvol）、有效剂量（ED），以及肝实质、脾实质、门静脉主干的标准差（SD）、信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。结果A组GSI门静脉期扫描的CTDIvol、ED小于120 kVp平扫（P＞0.05）。B组GSI平扫的CTDIvol、ED小于120 kVp门静脉期扫描（P＞0.05）。B组GSI平扫的CTDIvol、ED小于A组120 kVp平扫，A组GSI门静脉期扫描的CTDIvol、ED小于B组120 kVp门静脉期扫描，差异均无统计学意义（P＞0.05）。B组GSI平扫在肝实质、脾实质和门静脉主干的SD均小于A组120 kVp扫描（P＜0.05），SNR均大于A组120 kVp扫描（P＜0.05）；A组GSI门静脉期扫描，在肝实质、脾实质和门静脉主干的SD均小于B组120 kVp门静脉期扫描（P＜0.05）。结论优化后的个性化能谱扫描协议，辐射剂量略有减少，且能谱单能量图像质量的SNR、CNR优于或等于常规120 kVp扫描图像，并可提供多参数诊断及多应用平台，可在上腹部扫描中常规应用。

腹部；体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助；质量控制；辐射剂量

宝石能谱CT成像（gemstone spectral imaging，GSI）以其单能量图像、能谱曲线、基物质图像和有效原子系数四大应用平台为CT诊断提供了时间、空间、能量、化学、物理5个方面的信息[1]，使CT诊断从单一的基于CT值飞跃为多种定量分析工具与多参数成像为基础的综合诊断模式，为临床应用和临床科研提供了广阔的前景[2]。但是能谱扫描是单源瞬时千伏峰（kilo voltage peak，kVp）切换模式[3]，不能采用自动毫安，也不能辅助调节毫安秒（mAs），所以能谱CT的辐射剂量一直被关注，使其常规应用受到限制。本研究在腹部通过优化选择能谱扫描协议，与常规120 kVp扫描的图像质量及辐射剂量进行对比，探讨个性化能谱扫描在上腹部常规临床应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2014年2—7月陕西中医药大学附属医院临床疑诊上腹部病变行上腹部平扫加增强扫描的60例患者，排除碘对比剂过敏、严重肝肾功能受损及有其他禁忌证者，将所有患者随机分为A组和B组，每组各30例。A组男15例，女15例；年龄 33～78岁，平均（56.00±7.83） 岁；平均体重指数（BMI）（24.08±3.58）kg/m2。B组男14例，女16例；年龄35～76岁，平均（58.00±6.44）岁；平均BMI （23.65±3.14）kg/m2。两组性别、年龄、BMI比较差异无统计学意义（P＞0.05）。本研究经医院伦理委员会批准，患者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750HD CT机。A组行常规120 kVp平扫加能谱三期增强扫描，B组行能谱平扫加常规120 kVp三期增强扫描。常规120 kVp扫描参数：机架旋转速度1.0s/周，螺距1.375，探测器宽度40 mm，管电压120 kVp，采用自动毫安技术，层厚为5 mm，噪声指数为10。能谱扫描协议：根据常规120 kVp扫描条件的平均mAs，参考文献[3]进行个性化选择（表1）。腹部扫描范围为250 mm。增强扫描采用德国Ulrich高压注射器，18～22G留置针由肘静脉注射，对比剂采用碘海醇（350 mgI/ml）1.2～1.5 ml/kg，注射速度3～4 ml/s，用自动监测触发动脉期扫描，动脉期后延迟30 s行门静脉期扫描。扫描后分别重建平扫和门静脉期120 kVp或70 keV序列，层厚5 mm，ASiR40%图像。

1.3 图像后处理 扫描后记录两组各扫描方案的CT容积剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP），根据公式（1）计算各扫描方案的有效剂量[4]（effective dose，ED），并进行比较。分别在120 kVp、70 keV图像序列肝门层面的肝实质、脾实质、门静脉主干、竖脊肌各取3个感兴趣区（ROI），避开血管和胆管，肝实质和脾实质ROI为100～110 mm2，门静脉主干ROI小于门静脉宽度的2/3，竖脊肌ROI为40～60 mm2，测量每个ROI 的 CT值和标准差（SD），取平均值。根据公式（2）、（3）计算肝实质、脾实质、门静脉主干的信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR），并进行比较。

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0软件，同组患者CTDIvol、ED比较采用配对t检验，组间CTDIvol、ED、SD、SNR、CNR比较采用独立样本t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

表1 常规CT 120 kVp扫描的管电流与GSI扫描模式参数对应

2 结果

2.1 两组辐射剂量比较 A组GSI门静脉期扫描的CTDIvol、ED小于120 kVp平扫，但差异无统计学意义（P＞0.05）；B组GSI平扫的CTDIvol、ED小于120 kVp门静脉期扫描，但差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。B组GSI平扫的CTDIvol、ED小于A组120 kVp平扫，A组GSI门静脉期扫描的CTDIvol、ED小于B组120 kVp门静脉期扫描，但差异均无统计学意义（P＞0.05），见表3。

2.2 两组SD、SNR、CNR比较 B组GSI平扫在肝实质、脾实质和门静脉主干的SD均小于A组120 kVp平扫（P＜0.05），SNR均大于A组120 kVp平扫（P＜0.05）；在肝实质的CNR小于A组120 kVp平扫，在脾实质和门静脉主干均大于A组120 kVp平扫，但差异均无统计学意义（P＞0.05），见表4。A组GSI门静脉期扫描，在肝实质、脾实质和门静脉主干的SD均小于B组120 kVp门静脉期扫描（P＜0.05），SNR、CNR均大于B组120 kVp门静脉期扫描。除脾脏、门静脉主干的CNR差异无统计学意义（P＞0.05），其余差异均有统计学意义（P＜0.05），见表5。图像主观评价无明显差异，见图1、2。

表2 两组CTDIvol与ED比较

表3 两组辐射剂量对比

表4 A组常规120 kVp平扫与B组GSI平扫SD、SNR、CNR比较

表5 A组GSI与B组120 kVp门静脉期SD、SNR、CNR比较

3 讨论

3.1 能谱扫描协议与辐射剂量 X线检查防护最优化应用的一个基本原则是合理地使用低剂量。CT 检查是造成医源性照射最重要的原因[5-6]。能谱CT的辐射剂量成为关注的焦点：①能谱CT 可提供40～140 keV单能量图像、基物质图像、特异的能谱曲线以及组织的原子序数等多种诊断信息，通常信息量与射线剂量成正比[7]，提供的信息越多，辐射剂量势必会加大。②能谱扫描是采用单源瞬时kVp切换技术，因受80 kVp 和140 kVp瞬时高速切换物理条件的限制，不能实现自动毫安技术[7]。而且每个扫描协议的转速、kVp、mAs等都不能随意调节，所以一旦选择某一协议，不管患者BMI如何，腹壁是否脂肪堆积，其射线剂量都是相同的，这些造成扫描协议选择的困惑。虽然每个能谱扫描协议会提供CTDIvol作为参考，但与患者个体无直接相关性，所以选择的CTDIvol高则担心辐射剂量大，选择低的又可能导致图像质量差。

图1 女，48岁，行120 kVp平扫加能谱增强扫描。A～C分别为120 kVp平扫、门静脉期70 keV单能量横断面及门静脉系统VR 图

图2 男，56岁，行能谱平扫加120 kVp增强扫描。A～C分别为平扫70 keV单能量、120 kVp门静脉期横断面及门静脉VR图

3.2 个性化选择能谱协议的理论基础 林晓珠等[3]进行的体模实验将实验扫描分为两组：一组为能谱成像扫描模式，使用9种不同毫安秒的能谱协议分别进行扫描；另一组为常规120 kVp螺旋扫描，毫安从175～700 mA （25 mA间隔），使用1.0s/周的旋转速度，所以mA与mAs一致，其余扫描条件一致。扫描后测量相关数据并进行回归分析，获得常规120 kVp扫描模式与能谱扫描模式mAs的回归方程。根据回归方程，计算出不同能谱扫描协议所对应的常规120 kVp扫描mAs。这一研究成果提供了可以参考常规CT扫描的自动毫安功能来推算出能谱成像的最佳扫描参数的新思路，为优化、个性化选择能谱协议提供了理论基础。

3.3 腹部个性化能谱扫描协议及临床应用的可行性腹部是能谱CT扫描应用最为广泛的部位之一[8-10]。如何在低射线剂量条件下获得更多诊断信息和图像质量，一直是相关领域学者致力于研究的课题。本研究参照患者个体常规120 kVp螺旋扫描的平均mAs选择能谱扫描协议，克服了能谱扫描协议不能根据个体自动调节毫安秒的缺陷，实现了扫描部位的相对个性化。本研究结果表明：优化选择能谱协议，在辐射剂量方面，无论是同组还是两组间比较，差异均无统计学意义（P＞0.05），但能谱扫描的CTDIvol、ED均略小于120 kVp扫描。作为表达图像质量的常用参数，能谱扫描单能量图像具有更好的图像质量、SNR和CNR[11]。本研究中，两组肝脏、脾脏、门静脉主干的SD、SNR、CNR相比较，除肝脏的CNR是能谱平扫低于120 kVp平扫外（P＞0.05），其余指标平扫和增强扫描均是能谱扫描的70 keV图像优于120 kVp图像。既往研究[12-15]结果显示，能谱CT单能量70 keV图像的CNR高于混合能量图像、噪声低于混合能量图像，在腹部成像中图像质量优于混合能量图像，能够提高肝脏肿瘤尤其是小肿瘤的检出率，有望替代120 kVp图像用于临床常规诊断中。

总之，本研究依据体模实验结果，参照患者自动毫安、120 kVp的平均mAs，个性化选择能谱协议，在不增加辐射剂量的情况下，得到了更好的图像SNR 和CNR，而且能谱CT可提供40～140 keV 11个单能量图像、能谱曲线、物质分离和有效原子系数四大应用平台，能为诊断提供更多的诊断信息[16]。本研究的不足在于只测算正常组织的SD、SNR及CNR，未涉及病灶的检出率及用于诊断和鉴别的相关参数，同时数据测量时未隐藏单能量图像标识，因此未达到盲法测量，这些将在以后研究中改进。

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（本文编辑 冯 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

陈晓侠

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

中国医学影像学杂志2015年第23卷12期：955-958，960

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