双源CT单能谱成像对肝脏占位病变图像质量的影响

马小锋MA Xiaofeng雷 静LEI Jing杨亚英YANG Yaying李青青LI Qingqing者光玲ZHE Guangling赵 卫ZHAO Wei



双源CT单能谱成像对肝脏占位病变图像质量的影响

马小锋1,2MA Xiaofeng
雷 静1LEI Jing
杨亚英1YANG Yaying
李青青1LI Qingqing
者光玲1ZHE Guangling
赵 卫1ZHAO Wei

Department of Imaging, the First Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650032, China

Address Correspondence to： YANG Yaying E-mail： yayingyang@163.com

修回日期：2016-01-18

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第3期：199-202

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （3）： 199-202

【摘要】目的 探讨双源CT单能谱成像对提高肝脏占位病变图像质量的价值。资料与方法 收集经手术或临床确诊为肝脏占位病变的72例患者，共90个病灶。行上腹部双源CT扫描，门静脉期双能数据经双能量Monoenergetic软件处理，获得最佳CNR单能量点及图像，双能量扫描后自动重建获得融合图像。比较两组对比噪声比（CNR）、信噪比（SNR）、图像质量评分及病灶的检出率。结果 72例患者90个病灶中，肝脏占位病变平均最佳CNR单能量点为74 keV。两组CNR、SNR、图像质量评分比较，差异有统计学意义（t=4.034、5.071、3.483，P＜0.001），图像噪声差异无统计学意义（t=1.734，P＞0.05）。2名医师对图像质量评分的一致性较好（Kappa=0.634）最佳CNR组与融合组的病灶检出率分别为100.0%（90/90）和97.8%（88/90），差异无统计学意义（χ2=1.32，P＞0.05）。结论 与融合组图像比较，最佳CNR组单能量图像具有更高的CNR、SNR、图像质量，有利于提高肝脏占位病变的检出。

【关键词】肝疾病；肝肿瘤；体层摄影术，X线计算机；图像处理，计算机辅助；质量控制

肝脏疾病是临床常见多发病，尤其肝脏肿瘤严重威胁人类健康，早期诊断对肝肿瘤的治疗及预后有重要意义。目前CT已成为检查肝脏疾病的常规方法，图像质量的优劣直接影响疾病的诊断。CT诊断主要依据病灶与正常组织间的密度差，双能量技术根据物质对不同能量级别X线的衰减不同，产生多种序列数据进行强大的后处理功能，已经应用于临床多个领域如分析泌尿系结石成分［1］、评估痛风尿酸盐结晶［2］优化冠状动脉和心肌成像质量［3］等，其产生的多种衍生序列，如最佳单能谱图像、低千伏图像、纯碘图等增加了肝脏肿瘤的诊断信息。本文主要探讨最佳单能谱图像对提高肝脏占位图像质量的价值。

1　资料与方法

1.1 研究对象 收集2014年3-9月昆明医科大学第一附属医院经手术或临床确诊为肝脏占位病变的72例患者，共90个病灶。其中男38例，女34例；年龄22～87岁，平均（43.0±17.4）岁；细胞肝癌20例，血管瘤17例，肝囊肿19例，胆管细胞癌6例，转移瘤5例（均有明确恶性肿瘤病史及动态变化，其中直肠癌3例，胃癌1例，卵巢癌1例），局灶性结节增生2例，肝脓肿3例；病灶最大5.8 cm，最小1.3 cm。所有患者均经手术或临床确诊：恶性肿瘤26例手术切除，5例穿刺获得病理结果；局灶性结节增生1例影像表现典型，1例手术证实；3例肝脓肿临床抗感染治疗，B超复查明显缩小；17例血管瘤均具有典型影像表现；19例肝囊肿随访观察无明显变化。排除标准：碘对比剂使用禁忌者；肝胆道病变术后、肝癌介入栓塞术后者；病变不典型且无手术病理结果者；病灶＜1.0 cm，不易测量者。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Definition双源CT机，平扫及实质期采用常规单源扫描，动脉期及门静脉期采用双能量模式；A球管100 kVp/250 mAs，B球管Sn 140 kVp，开启实时Care Dose 4D自动管电流调制技术，准直器32×0.6 mm，视野512 mm×512 mm，螺距0.85，球管旋转时间0.33 s。患者取仰卧位，扫描方向由头到足，双上肢置于头两侧，扫描范围从膈顶至肝脏下缘。采用双筒高压注射器（Medrad，SCT211）经肘前静脉注射对比剂碘帕醇（370 mgI/ml），剂量1.3～1.5 ml/kg，注射速度3～4 ml/s，然后以相同速度注射30 ml生理盐水。采用Bolus Tracking团注跟踪技术，动脉期设置监测平面为腹主动脉腹腔干发出层面，阈值为100 HU，延迟5 s扫描，门静脉期为动脉期扫描结束后25 s扫描。获得门静脉期双能量图像，进行薄层图像重建，采用重建层厚1 mm，重建间隔0.7 mm，卷积核D30f，窗宽250 HU，窗位50 HU。

1.3 图像后处理 双能量扫描获得门静脉期Sn 140 kVp、100 kVp两组薄层图像。调入Siemens Syngo Multi Modality工作站双能卡，启动Monoenergetic软件，选择病灶内感兴趣区（ROI）得到对比噪声比（CNR）曲线，移动滑块至CNR最大时记录所对应的单能量点，在最佳CNR单能量点保存图像序列，获得最佳CNR组图像，其与融合组图像（本研究设置融合系数为0.3，通过特殊计算后融合）同时调入View软件中，分别测量肝脏占位病变CT值、正常肝实质CT值及标准差（standard deviation，SD）值、前腹壁皮下脂肪SD值、空气SD值，ROI大小约1 cm2，分别测量3次取平均值。选择ROI时避开血管及坏死区，View软件提供相同层面，同时标记ROI，两组图像ROI大小、位置则完全一致，可有效避免测量误差。根据公式（1）、（2）计算CNR［4］、信噪比（SNR）［5］，图像噪声取前腹壁皮下脂肪像素平均值的标准差［6］。

其中，CT占位为肝脏占位病变CT值，CT肝实质为正常肝实质CT值，SD肝实质为正常肝实质CT值的标准差。

1.4 图像分析 图像由2名具有3年以上腹部影像诊断经验的主治医师采用双盲法独立进行评价。采用5级评分法［7］：①5分为优异：解剖结构和细节清晰，无明显噪声和硬化伪影；②4分为良好：解剖结构和细节较清晰，噪声和硬化伪影增多；③3分为中等：大部分解剖结构较清楚，细节显示欠清楚，噪声和硬化伪影较明显但可接受；④2分为较差：解剖结构不清楚，细节辨识困难，噪声和硬化伪影很明显；⑤1分为极差：解剖结构模糊，细节无法辨识，噪声和硬化伪影极明显。评分≥3分即满足诊断。评价有分歧时由1名高级职称影像诊断医师判定达成一致。病灶的检出参照3期扫描检出的最多病灶数为标准，分别判断和比较两组图像对病灶的检出率。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，采用配对t检验比较两组图像CNR、SNR、图像噪声、主观评分，采用Kappa检验评价2名医师评分的一致性，Kappa＞0.60为一致性较好，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

2.1 最佳CNR曲线特征及最佳单能量点 72例患者共检出90个病灶，肝脏占位平均最佳CNR单能量点为74 keV，最佳CNR曲线呈先上升后下降趋势，最佳CNR单能量点处于72～77 keV（图1）。

2.2 两组CNR、SNR、图像噪声及图像质量评分比较两组CNR、SNR、图像质量评分比较，差异有统计学意义（P＜0.001），图像噪声差异无统计学意义（P＞0.05），见表1及图2。两组主观评分均＞3分，均满足临床诊断需要。2名医师对图像质量评分的一致性较好（Kappa=0.634）。

图1 女，43岁，肝脏S8段血管瘤（箭）。最佳CNR曲线呈先上升后下降抛物线趋势，最佳单能量点位于73 keV（A）；取前腹壁脂肪的标准差为图像噪声9.9 HU （B）；选取空气的标准差为背景噪声7.0 HU（C）

表1 最佳CNR组和融合组CNR、SNR、图像噪声及主观评分比较

图2 女，43岁，肝脏S8段血管瘤。最佳CNR图像示病灶边缘锐利，其内及边缘点节状强化清楚（箭），门静脉分支清晰（A）；融合图示病灶边缘模糊（箭），强化结节及门静脉分支不清，图像颗粒感较大（B）

2.3 两组病灶检出率比较 最佳CNR组病灶检出率为100%（90/90）；融合组2例未检出，其中1例肝细胞癌，最大径为1.2 cm；1例肝囊肿，最大径为1.3 cm，病灶检出率为97.8%（88/90）。两组病灶检出率比较差异无统计学意义（χ2=1.32，P＞0.05），见表2。

3 讨论

我国肝病的发病率较高，肝脏疾病的正确诊断是采取有效治疗的前提，目前常见的检查肝脏疾病的方法有B超、CT、MRI、胆道门静脉造影等。优质的图像能准确地显示病变，提高诊断正确率，清晰的图像对于诊断不典型及小病灶肝脏疾病尤为重要。肝脏CT检查多采用多期动态增强扫描。近年来出现的能量CT通过双能量后处理软件，为肝脏疾病的诊断提供了更多的信息。

本研究对比了最佳CNR单能谱图像和融合图像最佳CNR单能谱图像是双能量扫描经过解析得到的CNR最高时的单能量点图像。融合图像为Sn 140 kVp 和100 kVp图像数据按照一定算法比例融合，相当于常规120 kVp扫描图像。研究结果显示，两组图像质量评分均＞3分，均满足诊断需要，最佳CNR组图像质量评分和CNR、SNR均高于融合图像组（P＜0.001）夏巍等［8］的研究结果显示最佳千电子伏（即最佳CNR的单能量图像质量明显优于混合能量图像质量，本研究结果与之一致。本研究最佳CNR组图像噪声高于融合图像组，但差异无统计学意义（P＞0.05），既往研究［9-10］显示单能谱图像相比常规120 kVp图像，具有更低的图像噪声、更高的CNR，本研究结果与之不同，原因可能与两者纳入的病例资料及使用的设备及扫描参数不同有关。通常最佳CNR的能量点集中在70 keV附近，本组最佳CNR图像所对应的单能量点在74 keV，与既往研究结果相似［11］。

表2 最佳CNR组与融合组病灶检出率比较［n（%）］

本研究中，最佳CNR组病灶总检出率为100.0% （90/90），略高于融合组的97.8%（88/90）。叶晓华等［12］的研究显示70 keV组图像的病灶检出率明显高于140 kVp组，分别为78%～100%、65%～96%，本研究两组的病灶检出率均高于此结果，原因有：①本研究欲证实最佳CNR组图像质量优于融合图像组，因小病灶不易统一ROI大小，易受容积效应影响，故在病例收集时筛除了病灶＜1 cm的患者。②与70 keV图像相比，140 kVp高电压下图像组织对比度下降，不利于病灶的检出，两组图像质量相差明显，因此病灶检出率差异较大。而本研究最佳CNR组和融合组质量均高于140 kVp图像，两组差异相对较小，病灶检出率差异无统计学意义（P＞0.05）。融合组2例病灶未检出，病灶均较小，且影像表现不典型，而肝癌的影像表现与类型、分化程度及血供情况相关；其中未检出的1例囊肿边界不清，略呈低密度，可能因为未完全囊变，其内尚存在部分正常肝组织或内部蛋白含量高。

本研究的局限性为病例数较少，各类肝脏疾病种类多样，且不是前瞻性研究；未对比动脉期两组图像质量及病灶的检出率；未按病种分类以获取各病种的最佳CNR单能量点。应进一步扩大样本量，尤其是＜1.0 cm的病灶，按体重指数、病种及病灶的大小分类进行深入研究。

总之，利用双源CT双能量技术进行腹部扫描，通过双能量后处理软件可得到单能谱图像，除图像噪声相近外，最佳CNR单能谱图像质量评分及病灶检出率均高于融合图像，有利于改善图像质量，提高肝脏疾病的检出率。

参考文献

［1］ Manglaviti G, Tresoldi S, Guerrer CS, et al. In vivo evaluation of the chemical composition of urinary stones using dualenergy CT. Am J Roentgenol, 2011, 197（1）： W76-W83.

［2］ Bacani AK, Mccollough CH, Glazebrook KN, et al. Dual energy computed tomography for quantification of tissue urate deposits in tophaceous gout： help from modern physics in the management of an ancient disease. Rheumatol Int, 2012, 32（1）：235-239.

［3］ 王怡宁, 金征宇, 孔令燕, 等. 双能量CT冠状动脉和心肌成像的优化对比噪声比研究. 中国医学影像学杂志, 2010, 18（5）： 449-453.

［4］ 王贵生, 高建华, 赵帅. 能谱CT对提高肝占位性结节检出率的应用价值. 中国医学计算机成像杂志, 2013, 19（1）： 43-46.

［5］ 董江宁, 李乃玉, 刘同柱, 等. 能谱CT最佳单能量技术优化腹部恶性肿瘤供血动脉血管成像图像质量的研究. 中华放射学杂志, 2013, 47（7）： 638-642.

［6］ Marin D, Nelson RC, Schindera ST, et al. Low-tube-voltage, high-tube-current multidetector abdominal CT： improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm--initial clinical experience. Radiology, 2010, 254（1）： 145-153.

［7］ Behrendt FF, Schmidt B, Plumhans C, et al. Image fusion in dual energy computed tomography： effect on contrast enhancement, signal-to-noise ratio and image quality in computed tomography angiography. Invest Radiol, 2009, 44（1）： 1-6.

［8］ 夏巍, 宋旭升, 尹肖睿, 等. 宝石CT能谱最佳单能量图像在下肢动脉造影中的应用. 中国医学影像学杂志, 2014, 22（11）： 842-845.

［9］ Matsumoto K, Jinzaki M, Tanami Y, et al. Virtual monochromatic spectral imaging with fast kilovoltage switching： improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT. Radiology, 2011, 259（1）： 257-262.

［10］ Yamada Y, Jinzaki M, Tanami Y, et al. Virtual monochromatic spectral imaging for the evaluation of hypovascular hepatic metastases the optimal monochromatic level with fast kilovoltage switching dual-energy computed tomography. Invest Radiol, 2012, 47（5）： 292-298.

［11］ 吕培杰. CT能谱成像在小肝癌检测中的应用价值. 放射学实践, 2011, 26（3）： 321-324.

［12］ 叶晓华, 周诚, 吴国庚, 等. CT能谱单能量成像对不同肝脏肿瘤检出影响的初步探讨. 中华放射学杂志, 2011, 45（8）：718-722.

（本文编辑冯 婕）

作者单位1. 昆明医科大学第一附属医院医学影像科云南昆明 650032 2. 西安医学院附属宝鸡医院医学影像科陕西宝鸡 721006

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.03.013

通讯作者杨亚英

中图分类号

R445.3；R575

收稿日期：2015-10-23

Impact of Dual-source CT Monoenergetic Imaging on the Image Quality of Space Occupying Hepatic Lesions

【Abstract】Purpose To explore the value of dual-source CT monoenergetic imaging in improving the image quality of space occupying hepatic lesions.Materials and Method Seventy-two patients with 90 surgery or clinically confirmed hepatic lesions wer included. All patients were scanned using dual-source CT. Portal venous phase data wer loaded into dual-energy monoenergetic software to obtain the best energy points and monoenergetic CNR images. Fused energy images were acquired from the dual-energy scanning automatic reconstruction. The contrast-to-noise ratio （CNR）, signal-to-nois ratio（SNR）, image quality and detection rates of the two image data sets were compared Results In all 90 lesions, the best average CNR was at 74 keV with statistically bette CNR, SNR and image quality score （t=-4.034, 5.071 and 3.483, P＜0.001）. There wa no significant difference in image noise （t=-1.734, P＞0.05）. Two sets of image had good agreement （Kappa=0.634）. The lesion detection rate of best CNR group and fusion group were 100.0% （90/90） and 97.8% （88/90） but this was not statistically significant （χ2=1.32 P＞0.05）.Conclusion The best monoenergetic imaging has higher CNR, SNR and imag quality score compare to fusion image. This helps improve the detection of hepatic lesions

【Key words】Liver diseases； Liver neoplasms； Tomography, X-ray computed； Imag processing, computer-assisted； Quality control