腹部双能量能谱CT成像中混合能量模式与单能量模式重建图像的比较研究

韦 炜，邓克学，赵英明，罗英姿



腹部双能量能谱CT成像中混合能量模式与单能量模式重建图像的比较研究

韦 炜，邓克学，赵英明，罗英姿

目的 通过比较双能量CT腹部能谱成像后，混合能量模式(Quality Check，140 kVp)与单能量模式(Mono，70 keV)重建图像的质量，选择适合临床应用的重建模式。方法 应用双能量能谱CT(Discovery CT750HD)，对60例受检者进行腹部平扫及双期增强扫描，分别采用混合能量模式及单能模式进行重建。测量并比较肝脏、脾脏、胰腺及腹腔脂肪的CT值，计算各组织器官的信噪比、对比噪声比，并以评分方法比较两组图像质量。结果 单能量重建组中各器官的SNR、CNR均高于混合能量组(P<0.05)，单能量重建组主观评分明显高于混合能量组(P<0.001)。结论 单能量模式重建图像显著优于常规混合能量模式重建图像，可在临床中常规运用。

腹部；体层摄影术；X线计算机；能谱CT；重建模式

CT扫描是常用的腹部检查方法。既往CT应用混合能量图像进行诊断。近年来，双能量能谱CT(DESCT)采用单源瞬时kVp切换技术，在极短时间内(<0.5 ms)完成高低能量的切换，实现能谱成像，改变了常规CT的传统诊断模式，在获得混合能量图像的同时，可以获得40～140 keV的单能量图像[1-3]。单能量图像有助于消除硬化伪影，提高图像清晰度。该研究对无上腹疾患受检者进行双能量能谱CT扫描，对比研究同一患者的常规混合能量图像与70 keV单能量图像，旨在探讨腹部混合能量重建模式与单能量重建模式对于腹部脏器及血管图像质量的影响。

1 材料与方法

1.1 病例资料 选取2013年1月～2015年4月60例均无上腹疾患的受检者行腹部增强扫描，其中男36例，女24例，年龄24～75(43.7±9.4)岁。所有研究对象在扫描前均被要求签署知情同意书。

1.2 检查方法 采用GE能谱CT Discovery CT750HD(HDCT)扫描机。患者检查前禁食6～8 h，扫描前15 min饮用清水800～1 000 ml。均行常规平扫确定扫描范围(上至膈顶，下至双肾下极水平)；增强扫描所用对比剂为非离子型碘对比剂碘海醇(300 mgI/ml)，注射总量1.5 ml/kg，注射速率3.0 ml/s，使用前未经加热；行动脉期(开始注药后30 s)、门脉期(70 s)增强扫描；均采用能谱扫描模式(GemStone spectral Imaging，GSI)；螺距：1.375 ∶1，准直宽度0.625 mm×64；管电流约为550 mA；电压为高低能量(140 kVp和80 kVp)0.5 ms瞬时切换。所有患者原始资料均分别应用单能模式(Mono，70 keV)及混合能量模式(QC，120 kVp)重建。

1.3 图像评价 应用Advanced Workstation(ADW4.5, GE Health)工作站进行CT图像的调阅、判读及测量。

1.3.1 客观评价与比较 由一名高年资影像诊断医师独立进行，在两组图像上肝、脾、胰腺实质内分别放置ROI，ROI的位置、形状及大小一致，且放置位置选择密度均匀、伪影少的区域并避开血管。测量并记录同层面两种重建模式图像的肝脏、脾脏、胰腺及腹部脂肪CT值以及背景噪声(同层面前腹壁前方空气CT值的标准差)。计算各器官的信号噪声比(signal to noise ratio，SNR)：SNR=CT/SD(CT为所测脏器的CT值，SD为对应层面背景噪声值)；计算各器官与腹部脂肪的对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR)：CNR=(CT1-CT2)/SD(CT1为所测脏器的CT值，CT2为对应层面腹部脂肪的CT值，SD为对应层面背景噪声值)。

1.3.2 主观评价与比较 采用双盲法，由两位副主任以上CT诊断医师独立对两组重建模式图像质量进行评价。主观评分法参照Hopper5级评分标准[4]，对肝脏、脾脏、胰腺、腹主动脉、门静脉主干的图像质量及噪声进行评分。评分标准如下：细小解剖结构不能辨识，噪声极明显，记为1分；细小解剖结构模糊显示，辨识困难，噪声明显，超过可接受程度，记为2分；细小解剖结构可见但边界不清，噪声明显但可接受，记为3分；细小解剖结构可见但边界尚清晰，噪声增多，图像尚清晰，记为4分；脏器内细小结构如血管显示边界锐利清晰，图像清晰细腻，无明显噪声，记为5分。1分及2分图像不能满足诊断要求。由两位医师分别记录评分结果，结果不统一时取两人讨论后结果。

1.4 统计学处理 应用SPSS 18统计软件进行分析，两种重建模式下各器官的信号噪声比、各器官与腹部脂肪的对比噪声比以及噪声的比较应用配对t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。两种重建模式图像评分采用非参数秩和检验。

2 结果

2.1 客观指标比较 60例患者均成功完成能谱模式平扫及增强扫描。两种重建模式下各器官的信号噪声比及各器官与腹部脂肪的对比噪声比差异显著，单能量模式70 keV重建图像均高于混合能量重建图像，见表1、2。

表1 单能量重建图像与混合能量重建图像各器官信噪比(SNR)

表2 单能量重建图像与混合能量重建图像各器官对比噪声比(CNR)

2.2 主观评分比较 两位副主任以上影像诊断医师采用双盲法独立阅片，比较两种重建模式下图像质量等级评分，结果一致性较好，两组评分均高于2分，且Mono重建组平均评分结果高于QC重建组(Mono组平均分4.85，QC组平均分值4.23，Z=5.514，P<0.001)。对于实质脏器的显示，单能量模式重建图像相对细腻柔和(图1A2)；对于血管的显示，单能量图像细小血管断面能显示清晰(图1B2)；在VR图像上，单能量图像血管壁光滑柔和，末梢血管显示良好(图1C2)。

3 讨论

多层螺旋CT(MSCT)因空间分辨率高、采集层厚薄、数据各向同性及图像后处理功能强大等优点而广泛应用于腹部病变的诊断及血管三维成像。但是传统的CT设备采用混合能量成像，射线硬化效应产生硬化伪影，影响图像质量及病灶的检出。DESCT采用单源瞬时kVp切换技术，在极短时间内(<0.5 ms)完成80及140 Kvp间的快速转换，实现两组数据的瞬时同时采样，经投影数据空间的双能量解析，获得不同能量水平(40～140 keV)的单能量图像。单能量图像可以获得精准的CT值并减少硬化伪影，改善图像质量并提高病灶的检出率[4]。60～80 keV能量段X线源的信号最强，图像噪声最沉没低；同时由于DESCT成像中70 keV能量对应传统腹部CT成像中X线管电压为120 kVp时的平均能量，脏器实质在这两个条件下CT值较为接近[5-6]。因此本研究采用70 keV的单能量图像来评估腹部脏器和血管的图像噪声。

图1 实质脏器及血管的显示

本研究结果显示，单能模式重建图像的SNR及CNR均高于混合能量模式重建图像；在主观评分上，单能模式70 keV重建图像质量评分明显优于混合能量模式重建图像，70 keV重建图像更加细腻柔和，VR显示血管壁光滑锐利，混合能量重建组图像噪声相对较大，且脏器内的细小血管边缘显示略模糊。提示DESCT扫描后，同一原始数据应用不同重建模式获得的图像质量存在差异。单能量70 keV重建图像明显优于混合能量重建图像。

单能量模式重建图像在主客观评价指标上均高于混合能量模式重建图像的原因主要取决于组织能谱成像的特点。在混合能量重建模式下，组织的CT值是固定的，因此图像中不同组织间的对比相对恒定。在能谱成像中，应用瞬时kVp切换技术，可以获取两组吸收投影数据，并通过两组数据的重建，计算出单能量点组织对X线的吸收，从而得到质量吸收系数随能量变化的曲线[2]。不同组织器官的曲线形态存在差异。各组织器官间的CT值差异，在低能量水平高于高能量水平，因此可以选择相对低能量水平进行图像重建，提升组织器官的对比，改善图像质量。而在混合能量模式下，由于不能单独提取组织高低能量点对X线的吸收信息，因此组织间的X线吸收差异不能通过改变重建能量而突出反映。发生于腹部实质性脏器的病变，多呈软组织密度，自然对比差，因此将Mono重建模式应用于腹部检查，无疑提高了腹部病变的检出能力及诊断能力。

综上所述，应用DESCT行腹部检查所得到的同一原始数据采用不同的重建模式获得的图像质量存在差异，单能量70 keV重建图像明显优于传统的混合能量重建图像，单能量重建图像可以较好的显示腹部实质脏器及腹部血管。DESCT为腹部病变的检出、诊断及分期提供了新的影像学检查方法。同时该研究也存在着一定的不足：首先，本研究综合考虑脏器显示的最佳keV水平及图像的噪声，选择了Mono图像中的70 keV图像与混合能量图像进行对比研究，未对其它不同keV重建图像差异分别进行研究；其次，腹部脏器病变种类繁多，本研究未对不同重建模式下病变的显示进行研究；故有待于进一步深入探讨研究，获得更加可靠的理论依据。

[1] 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[J]. Radiology, 2011, 259(1):257-62.

[2] Lv P, Lin X Z, Li J, et al. Differentiation of small hepatichemangioma from small hepatocellular carcinoma: recently introduced spectral CT method[J].Radiology,2011, 259(3):720-9.

[3] Coursey C A,Rendon C,Boll D T P, et al. Dual-energy multidetector CT: how does it work, what can it tell us, and when can we use it in abdominopelvic imaging[J]. Radiographics, 2010, 30(4):1037-55.

[4] Lin X Z, Miao F, Li J Y, et al. High-definition CT gemstone

安徽省科技厅公益性技术应用研究联动计划项目(编号：1501ld04028)；国家自然基金青年科学基金项目(编号：81501468)

安徽医科大学附属省立医院影像科，合肥 230001

韦 炜，女，副主任医师，责任作者，E-mail：weiweill@126.com

时间：2016-10-12 13:23:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20161012.1323.022.html

R 816.5

A

1000-1492(2016)11-1650-04

10.19405/j.cnki.issn1000-1492.2016.11.022

2016-06-02接收