不同扫描条件对单源双能CT水-碘浓度值稳定性的影响

王逸敏刘爱连刘静红刘博佳孙美玉刘义军浦仁旺李 烨陈安良



不同扫描条件对单源双能CT水-碘浓度值稳定性的影响

王逸敏1刘爱连1刘静红1刘博佳2孙美玉1刘义军1浦仁旺1李 烨1陈安良1

【摘要】目的：研究单源双能CT的不同扫描条件对水浓度值稳定性的影响。方法：使用单源双能CT（GE Discovery HD750）选取不同的扫描参数进行有序组合对标准水模进行扫描，扫描参数包括：管电流：260、275、360、375、550、600、630、640mA；转速：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 s/r；扫描野：腹部large和medium；重建层厚/间距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm和0.984mm。共扫描552组数据，利用GSI general MD analysis软件后处理生成水-碘图像，测量每个序列的中间层面图像中心区水浓度值（ROI=600±30mm2）。采用Matlab 7.11.0软件中的stepwise函数对测量所得数据进行分析以获得5个不同扫描参数对水-碘浓度值影响的大小。结果：转速、电流、扫描野、螺距4个因素对水-碘浓度值的变化有显著影响（P＜0.05），重建层厚对水-碘浓度值的影响无统计学意义（P=0.353）。结论：不同扫描条件对单源双能CT的水-碘浓度值有影响，其中转速、电流、扫描野、螺距对水碘浓度值的影响较为显著，重建层厚对水-碘浓度值无明显影响。

【关键词】单源双能CT；扫描条件；水-碘浓度值

在能谱CT扫描过程中，扫描条件的选择大多依靠机器预设的扫描模块或凭技术人员的经验手动选择，这种方式可能会导致所获得的能谱成像（gemstone spectral imaging ，GSI）数据存在偏差，影响诊断的准确性。本研究旨在分析单源双能CT中不同扫描条件对GSI水-碘浓度值的影响。

方 法

1.标准水膜和扫描协议

应 用GE公 司 能 谱CT机（GE Discovery HD750）对其标准水模（圆形，内径为20cm）进行扫描。供选择的扫描参数如下：管电压80140kVp瞬切；管电流（mA）：260、275、360、375、550、600、630、640；转速为：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0r/s；扫描野：腹部large和medium；重建层厚/间距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm 和0.984mm；重建函数均为STND。将不同扫描参数有序组合进行扫描，获得各个扫描参数组合的不同扫描条件协议GSI图像共552组。层厚为5mm时每组采集6层图像，层厚为1.25mm每组采集24层图像。

2.数据测量

所有原始数据传至AW4.5工作站，利用GSI general MD analysis软件进行后处理，生成水-碘基物质对图像。选择每组图像的中间层图像（层厚为5mm时选取第4层图像，层厚为1.25mm时选取第13层图像）测量并记录水-碘浓度值。在图像中心区画取与标准水模同心圆的感兴趣区（region of interest，ROI），面积为600±30mm2，记录为ROI C1（图1）。

3.数据分析

使用Matlab软件进行数据分析，采用stepwise逐步回归法，依赖函数为：stepwise （X，Y，immodel，alpha）。其中X为自变量数据（X1-转速，X2-电流，X3-扫描野，X4-螺距，X5-层厚），Y为因变量数据（水-碘浓度值），分别用N×M和N×1矩阵，inmodel为矩阵的列数指标，alpha为显著性水平。以P＜0.05界定该扫描参数对水-碘浓度值的影响性有统计学意义，回归系数的绝对值越大，则对水-碘浓度值的影响程度越大。

结 果

4个自变量（X1-转速，X2-电流，X3-扫描野，X4-螺距）对模型均有显著影响。转速、管电流、扫描野、螺距的概率P值均小于0.05，与水-碘浓度值有显著的相关性，其系数绝对值分别为1.886、1.489、1.221、0.002。重建层厚（X5）的概率值P=0.353，与水-碘浓度值相关性不显著（图2）。由各条件所对应的回归系数可看出，对水-碘浓度值的影响由大到小分别为：转速、扫描野、螺距、电流。

图1 ROI放置示意图。

图2 Matlab分析结果，其中X1为转速，X2为电流，X3为扫描野，X4为螺距，X5为重建层厚。重建层厚P=0.353＞0.05，与水-碘浓度值相关性不显著。

讨 论

单源双能CT的单源瞬时 kVp 切换技术可获取多个单能量成像，同时利用康普顿效应，以两种基物质（如水和碘）在不同能量下衰减系数为基础，评价基物质的密度及空间分布，从而实现基物质定量评估，并获得物质分离图像［1-3］。目前基物质对的临床应用价值已得到普遍认可，有学者研究表明［4］，单源双能CT在转速为0.6s/转、0.8s/转、1.0s/转时能有效准确反映不同浓度溶液的碘含量。在临床应用方面，除了有效进行良恶性病变鉴别外［5-7］，还可用于富脂与乏脂的肾上腺意外瘤的鉴别［8］以及渗出液与漏出液的鉴别［9］。CT基物质对的稳定性主要受CT机自身固有设置情况和扫描参数（如转数、管电流、扫描野、重建层厚等）的影响。本研究的目的正是通过合理调节扫描参数，保证图像质量，获得准确的数据。

X方向与Y方向的采样率受转速影响，而Z方向的采样率受螺距影响。随着螺距的增加，有效层厚增大，有效体素体积随之增大，同时探测器接收的射线量减少，图像的密度分辨率下降、噪声增加［10］。理论上，一定范围内转速升高、螺距减小，采样率体高，图像精细度增加。转速过慢、螺距过高时采样缺失，出现假象及数据缺失。

扫描野（field of view，FOV）大小由扫描直径决定。FOV的大小会影响图像空间分辨率，当矩阵不变，扫描视野缩小时，图像像素数目增多，图像显示更加细致锐利。党保华等［11］在其他扫描条件固定的情况下采用两组不同的扫描野进行体模及婴幼儿体部扫描，FOV分别选择18cm×18cm及25cm×25cm，结果表明较小直径的扫描野图像清晰度要优于较大直径的扫描野图像。与其不同的是，本实验主要研究FOV对水-碘值的影响，结果表明扫描野的变化会影响水-碘浓度值稳定性，与此前赵永为等［12］对不同FOV下蒸馏水及不同浓度碘溶液水-碘值的研究结果一致。

本研究结果表明管电流的变化对水-碘值的影响较小，分析原因可能是由于不同管电流对应的电流波动噪声差异较小，且随机效应较大所致。在管电压不变的情况下，改变管电流主要对辐射剂量和图像质量产生影响，而对相关定量值的影响较小［13-14］。

重建层厚主要影响图像的Z轴空间分辨率，当重建层厚的增大时，Z轴空间分辨率减小，部分容积效应也随之增加。Nomura等［15］人在人体中应使用不同层厚进行双源灌注CT的扫描，结果表明在2D 和3D双能灌注CT扫描时应选用较薄的层厚。但是本研究表明重建层厚不同对水-碘浓度值的测量结果没有显著影响，分析是由于本实验对模体进行扫描，Z轴方向为标准水模的长轴，层面间成分无差异所致。而人体组织结构复杂，Z轴方向上不同层面包含不同密度的组织器官，重建层厚过大会导致部分容积效应，导致信息的偏差及病变的遗漏。

由于机器本身固有扫描条件设置的限制，无法实现5个扫描条件的任意排列组合，因此不能对各扫描参数之间相互影响因素进行分析，获得最佳扫描参数组合。本研究仅为初步研究，今后将进一步对各扫描参数进行单独优化。在临床应用中，由于人体结构复杂密度不均，因此本研究所得出的参数结果仍需进一步检验。

总而言之，改变转速、扫描野、螺距、电流等扫描参数会对能谱CT水碘密度值的准确性造成一定的影响，实际工作中应尽可能优化扫描参数，提高数据准确性及诊断效力。

参 考 文 献

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中国医学计算机成像杂志，2016，22：274-277

Chin Comput Med Imag，2016，22：274-277

1 Department of Radiology， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

2 Department of Digestive System， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

Address： 222 Zhongshan Rd.， Dalian 116011， P.R.C.

Address Correspondence to LIU Jing-hong （E-mail： Liujinghong54@163. com）

中图分类号：R814.42

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-03-0274-04

收稿时间：（2015.10.29；修回时间：2015.11.24）

作者单位：1 大连医科大学附属第一医院放射科2 大连医科大学附属第一医院消化科

通信地址：辽宁省大连市西岗区中山路222号，大连 116011 Natural Science Foundation of China No. 81470078

通信作者：刘静红（电子邮箱：liujinghong54@163.com）

基金项目：国家自然科学基金 No.81470078

The Influence on the Stability of Water-iodine Concentration in Different Single-Source Dual-Energy CT Scanning Conditions

WANG Yi-min1， LIU Ai-lian1， LIU Jing-hong1， LIU Bo-jia2， SUN Mei-yu1， LIU Yi-jun1，PU Ren-wang1， LI Ye1， CHEN An-liang1

【Abstract】Purpose：To investigate the influence on the stability of water-iodine concentration in different single-source dual-energy CT scanning conditions. Methods：A GE standard water model was scanned by different scanning parameters of single-source dual-energy CT. Five hundred and twenty-two groups of data was acquired by scanning parameters orderly combined below： tube current： 260， 275， 360， 375， 550， 600， 630， 640mA）； speed：0.5， 0.6， 0.7， 0.8， 0.9， 1.0s/rot）； FOV： large and medium； thickness： 5mm， 1.25mm； pitch： 1.375mm， 0.984mm. The central water concentration of each sequence on iodine-water images， which were reconstructed by GSI general MD analysis software （ROI=600±30mm2）， was recorded. Infuence of different scan parameters on the water concentrationwas analyzed with stepwise model on Matlab 7.11.Result：Speed， tube current， FOV and pitch were all with signifcant infuence on water-iodine concentration， but thickness was with no signifcant infuence （P =0.353＜0.05）. Conclusion：Different scanning parameters of single-source dual-energy CT have influence on water-iodine concentration， especially the parameters of speed， tube current， FOV and pitch.

【Key words】Single source-dual energy CT，Scanning conditions，Water-iodine concentration