改善胸部CT增强效果和成像质量的能谱CT研究

王雅雯， 王若冰， 吴宁

·影像技术学·

改善胸部CT增强效果和成像质量的能谱CT研究

王雅雯， 王若冰， 吴宁

目的：探讨能谱CT单能量图像对改善胸部CT扫描增强效果和成像质量的应用价值。方法：回顾性收集进行胸部宝石能谱CT扫描、且肺动脉增强效果不佳(70 keV单能图像肺动脉主干CT值<200 HU)的49例患者的CT图像资料，通过改变单能量图像的keV值，使图像肺动脉主干CT值达到200 HU。计算调整前(70 keV)和调整keV值后的肺动脉主干CT值、图像信噪比(SNR)、对比噪声比(CNR)；由2名放射科医师以5分法对调整前后的图像质量进行主观评分。采用配对样本t检验比较调整前后的图像肺动脉主干CT值、同层肌肉CT值、SNR和CNR，将调整前后的图像质量主观评分进行Wilcoxon秩和检验。同时将图像按调整前肺动脉主干CT值分为A、B、C、D四组，四组图像调整前后的SNR、CNR分别进行配对样本t检验；采用单因素方差分析，对A、B、C、D四组图像调整后的SNR、CNR进行两两比较。结果：调整前后图像的SNR差异无统计学意义(t=0.539，P>0.05)，而调整后图像CNR(t=-8.961，P=0.000)和主观评分(Z=-3.400，P=0.001)均较调整前有所提高。A、B、C、D四组调整前后SNR均无统计学差异(P均>0.05)，而CNR均具有统计学差异(P均≤0.05)。A组(肺动脉主干CT值<140 HU)调整后SNR均低于B组(P=0.014)、C组(P=0.009)、D组(P=0.020)；A组调整后CNR均低于B组(P=0.017)、C组(P=0.004)、D组(P=0.011)；B组、C组、D组间SNR、CNR两两比较均无统计学差异(P均> 0.05)。结论：对于胸部能谱CT扫描增强效果不佳的患者，在一定范围内降低单能量图像的KeV值能够改善增强效果，且能在一定程度上提高成像质量。

体层摄影术，X线计算机； 图像增强； 放射摄影术，胸部； 成像质量

CT扫描是临床最常用的影像学检查方法之一，其发展日新月异。近年来CT领域的新技术——能谱CT利用双能量瞬时切换扫描，能够在一次扫描中通过计算获得不同keV值的单能量图像[1，2]，这些图像在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X线穿透力低，图像上组织的对比增强，因此，利用能谱CT进行扫描及图像后处理时，适当降低keV值，可使含对比剂的血管CT值明显升高，从而提高纵隔及肺门血管与软组织的对比度。本文研究对象为胸部CT增强效果欠佳的患者，拟探讨能谱CT改善其增强效果和图像质量的可行性。

材料与方法

1.临床资料

回顾性连续选取本院2014年2-6月间采用宝石能谱CT进行胸部CT扫描的272例患者，并筛选出其中肺动脉增强效果不佳(70 keV单能图像肺动脉主干CT值<200 HU)的49例患者作为研究对象。49例患者中，男38例，女11例；年龄20～76岁，平均(53±13)岁；肺动脉主干CT值为92.03～188.01 HU，平均(157.27±23.84) HU。

2.仪器与方法

采用GE Discovery CT 750 HD 宝石CT。扫描参数：GSI扫描模式，球管转速0.5 s/r，层厚5 mm。扫描方向：足侧向头侧。对比剂采用碘普罗胺注射液(300 mg I/mL)，用量80～90 mL，注射流率2.5 mL/s。设置后延时间为30 s，扫描范围包括整个胸廓。

3.图像后处理

将原始数据在AW 4.6工作站通过GSI Viewer软件进行后处理，重建出70 keV的单能量图像(重建层厚1.25 mm)，设置直径为10 mm的圆形ROI，测量肺动脉主干CT值；调整图像keV值(44～68 keV)，获得调整后的单能量图像，并测量相应的肺动脉主干CT值。

4.图像分析

客观评价：分别测量肺动脉干层面上方、左侧、右侧3处空气密度标准差(standard deviation，SD)取三者平均值作为背景噪声。测量调整前后图像的肺动脉主干、同层肌肉的CT值。根据公式(1)、(2)分别计算图像的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)及对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)。

(1)

(2)

主观评价：由2名影像诊断主治医师采用Schueller-Weidekamm等[3]制订的5分法对所有图像进行质量评分，意见分歧时，经商议达成一致意见。评分标准为：5分，背景噪声小，纵隔、肺门解剖结构显示清晰，增强效果好，能区分血管与软组织；4分，背景噪声较小，纵隔、肺门解剖结构显示较清晰，增强效果较好，可区分血管与软组织；3分，存在一定的背景噪声，纵隔、肺门解剖结构显示可满足诊断要求，增强效果欠佳，但尚可区分血管与软组织；2分，背景噪声较大，纵隔、肺门解剖结构显示欠清，难以满足诊断要求，增强效果较差，难以区分血管与软组织；1分，背景噪声大，纵隔、肺门解剖结构显示不清，增强效果差，无法区分血管与软组织。

5.图像分组

将图像按调整前肺动脉主干CT值分为A、B、C、D四组：A组，CT值<140 HU；B组，CT值140～160 HU；C组，CT值160～180 HU；D组，CT值180～200 HU。分别记录每组调整前后的SNR、CNR。

6.统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件包进行统计学分析。调整前、后图像的肺动脉主干CT值、肌肉CT值、SD、SNR、CNR采用配对样本的t检验；调整前、后主观评分采用Wilcoxon秩和检验；A、B、C、D四组图像调整前后的SNR、CNR分别进行配对样本t检验；采用单因素方差分析，对A、B、C、D四组图像调整后的SNR、CNR进行两两比较。P≤0.05认为差异具有统计学意义。

结 果

1.图像质量总体评价

本组图像调整后总体图像质量有所提高(图1)，但其中3例患者调整后图像质量主观评分降为2分，影响图像诊断(图2)。

2.图像质量客观评价

经配对样本t检验，keV值调整前、后的肺动脉主干CT值(P=0.000)、同层肌肉CT值(P=0.000)、SD(P=0.000)、CNR(P=0.000)值差异均具有统计学意义，其中，调整后图像CNR较调整前约提高14.3%；keV值调整前、后的SNR(P=0.592)无统计学差异(表1)。

表1 keV值调整前后图像质量客观指标比较

3.图像质量主观评价

经Wilcoxon秩和检验，调整后的图像质量主观评分较调整前约提高8.8%，两者差异具有统计学意义(Z=-3.400，P=0.001，表2)。

表2 keV值调整前后图像质量主观评分比较

4.图像质量分组分析

采用配对样本t检验分别对A、B、C、D四组调整前后SNR、CNR进行比较，结果显示所有组别的SNR在调整前、后均无统计学差异(P均>0.05)；而所有组别调整前、后的CNR差异均具有统计学意义(P均≤0.05，表3)。

图1 患者，女，32岁。a) 70 keV的单能量图像。肺动脉干初始CT值149.24 HU，肌肉初始CT值65.40 HU，SD值6.52 HU，SNR 17.00，CNR 9.55，主观评分3分，图像增强效果较差； b) 调整为63 keV的单能量图像。肺动脉干CT值206.34 HU，肌肉CT值69.99 HU，SD值10.65 HU，SNR 18.70，CNR 12.77，主观评分4分，肺动脉增强效果改善，且SD值在可接受范围内，不影响诊断，图像质量得以提高。 图2 患者，男，68岁。a) 70 keV的单能量图像。肺动脉干初始CT值120.03 HU，肌肉初始CT值57.93 HU，SD值11.11 HU，SNR 16.08，CNR 8.32，主观评分3分，图像增强效果差； b) 调整为57 keV的单能量图像。肺动脉干CT值206.77 HU，肌肉CT值59.56 HU，SD值15.84 HU，SNR 15.39，CNR 11.08，主观评分2分，虽然肺动脉增强效果得以改善，但图像SD值较大，纵隔窗图像细节丢失，纵隔内淋巴结显示效果较差，影响诊断。

组别调整前SNR调整后SNRt值P值调整前CNR调整后CNRt值P值A15．77±2．5515．84±2．14-0．2770．7868．21±2．3711．1±1．75-10．1300．000B19．50±4．9319．82±4．24-1．0490．32111．38±2．7313．68±2．76-14．7350．000C19．99±4．4619．81±4．120．9000．38613．19±2．7114．05±2．73-5．3310．000D19．99±5．3019．50±4．711．8130．10013．44±3．1613．77±2．97-2．2270．050

5.图像质量组间比较

采用单因素方差分析，对A、B、C、D四组图像调整后的SNR、CNR进行两两比较。

A组调整后SNR均低于B组(P=0.014)、C组(P=0.009)、D组(P=0.020)；B组、C组、D组间两两比较均无统计学差异(P均> 0.05)。A组调整后CNR均低于B组(P=0.017)、C组(P=0.004)、D组(P=0.011)；B组、C组、D组间两两比较均无统计学差异(P均> 0.05)。

讨 论

近年来，由于能量成像技术的发展和临床需求的增加，以瞬时双kVp为核心技术的能谱CT成为研究热点[1]。能谱CT的应用研究主要基于4项技术特征，即去除硬化伪影、优化图像质量及CNR、物质定量分析和能谱综合分析[2]。单能量图像是指处于某一能量水平的X线穿过物质后产生的衰减图像，其在不同能量水平具有不同特征，其中低能量水平的X线穿透力低，图像上组织的对比增强，从而可为肺血管病变、肺内结节、纵隔病变等的诊断提供更多的信息[4-7]。能谱CT可通过单次CT增强扫描获得不同的单能量图像，多项研究证实其可通过降低keV值大幅减少血管成像时使用的对比剂剂量[8-10]；然而，降低keV值后，虽然血管的增强效果会大幅改善，但图像的SD也会提高，导致图像粗糙、丢失细节。林晓珠等[11]的研究表明，腹部能谱CT通过调整keV值可改善单能量图像增强效果，即使降低50%的对比剂剂量亦可满足诊断需求。目前关于能谱CT能否在改善增强效果和满足诊断需求之间取得平衡的研究相对较少，鉴于此，本研究拟探讨胸部能谱CT通过调整keV值改善单能量图像增强效果和图像质量的可行性。

由于70keV单能图像的CT值最接近120 kVp混合能量CT图像[1]，因此本研究根据70 keV单能图像的增强效果和图像质量作为基准进行调整和统计学分析。针对本组49例患者的总体图像质量统计学分析显示，在原扫描图像增强效果不佳时，若采用降低keV的方法将肺动脉主干CT值提高至200 HU以上，肌肉CT值亦有相应提高，调整后图像的SNR值虽略有提高，但差异无统计学意义；而调整后CNR值提高约14.3%、主观评分提高约8.8%(P均≤0.05)，表明调整后的总体图像质量有所提高。

本研究中，按调整前肺动脉主干CT值的不同将所有图像分为A、B、C、D组四组，统计结果显示，A、B、C、D组调整后的CNR较调整前分别提高约35.2%、20.2%、6.5%、2.5%(P均≤0.05)。A、B、C、D组调整后SNR、CNR两两比较结果显示，A组(肺动脉主干CT值<140 HU)调整后的SNR、CNR均低于B、C、D组(P均<0.05)，提示A组调整后的图像质量仍相对较差；同时，A组中有3例患者调整后图像质量主观评分降为2分，难以满足诊断需求，故笔者推断，采用能谱CT降低keV值的方法提高增强效果时，若原始图像的增强效果太差(肺动脉主干CT值<140 HU)，调整后将导致SD过强，软组织细节显示欠佳，图像质量下降，难以满足诊断需求。因此，调整keV值应当在适度范围内进行，具体范围仍需进一步探索。

本研究的局限性，仅针对纵隔、肺门局部对比度和噪声以及大血管的强化程度进行观察，未将调整前后肺内病灶的改变进行比较，故仍有待深入研究。

日常临床工作中，由于个体差异，对比剂注射有时很难达到理想条件，如经多次化疗后血管条件较差的患者，其注射流率必然受限；而相同体重和注射流率的患者，也会因心率和体型的差异导致部分患者增强效果欠佳。本研究结论表明，采用能谱CT进行胸部扫描时，如遇增强效果不佳的病例，可通过降低keV值的方法获得较好的增强效果，从而改善图像质量，增强诊断信心。

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A Study on spectral CT:the improvement of enhancement effect and image quality of chest CT

WANG Ya-wen，WANG Ruo-bing，WU Ning.

Department of Imaging Diagnosis, Cancer Hospital Chinese Academy of Medical Science,Beijing100021，China

Objective：To study the value of single-source dual-energy spectral CT (sDECT) improving the enhancement effect and image quality in chest.Methods:49 patients who underwent chest sDECT (Discovery CT 750 HD,GE Healthcare) and the main pulmonary artery were poorly enhanced (CT number <200HU at 70keV) were involved in the study.The recommended keV (44～68keV) was calculated (main pulmonary artery CT number>200HU).Enhancement effect included CT number of main pulmonary artery and muscle;image quality included SNR,CNR and score with a five-point scale.The data were compared between 70keV and recommended keV by paired-samples t test and Wilcoxon rank sum test.Subjects were devided into 4 groups by main pulmonary artery CT number.SNR,CNR between 70keV and recommended keV and between groups for recommended keV were compared.Results:There was no significant difference between the SNR in 70keV and recommended keV (t=0.539,P>0.05),but the CNR (t=-8.961，P=0.000) and subjective score (Z=-3.400,P=0.001) in recommended keV was significantly higher than that in 70keV.For the 3 groups with a CT number of main pulmonary artery higher than 140HU in 70keV,the SNR (P=0.014,0.009,0.020 respectively) and CNR (P=0.017,0.004,0.011 respectively) was observed significantly higher in recommended keV.Conclusion:When pulmonary artery is poorly enhanced in chest CT scanning,the enhancement effect and image quality can be improved by changing keV value within certain range.

Tomography,X-ray computed; Image enhancement; Radiography,thoracic; Image quality

100021 北京，国家癌症中心/中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院影像诊断科

王雅雯(1983-)，女，北京人，博士，主治医师，主要从事胸部影像学诊断工作。

吴宁，E-mail: cjr.wuning@vip.163.com

R814.42

A

1000-0313(2017)02-0179-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.018

2016-04-20

2016-07-15)