能谱CT单能量成像结合低浓度对比剂在门静脉成像的应用价值

周泽旺，张昌政，郑瑛琪，李丹丹

广州中医药大学第一附属医院 影像科，广东 广州 510405

能谱CT单能量成像结合低浓度对比剂在门静脉成像的应用价值

周泽旺，张昌政，郑瑛琪，李丹丹

广州中医药大学第一附属医院 影像科，广东 广州 510405

目的 探讨能谱CT单能量成像结合低浓度对比剂在门静脉成像的应用价值。方法 70例欲行肝门脉CT增强患者随机分为A、B两组。A组用CT能谱成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI），270 mgI/mL碘克沙醇；B组用常规CT增强扫描，350 mgI/mL碘佛醇。计算两组门静脉图像噪声、对比噪声比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）、信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、图像主观评分及有效辐射剂量（ED），并进行相应统计学分析。结果 A组门静脉最佳CNR图像单能量水平在50 KeV左右，最佳单能图结合50%自适应统计迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Recon，ASiR）图像的SNR（7.46±1.00）、CNR（5.31±1.23）均高于B组SNR（5.03±1.00）、CNR（3.18±1.58）；噪声（16.58±7.16）和平均ED（3.27±1.57）mSv低于B组噪声（23.19±11.71）及平均ED（4.06±0.85）mSv，差异具有统计学意义。A组图像主观评分略高于B组，差异不具有统计学意义。结论 能谱CT最佳单能量成像结合低浓度对比剂，采用ASiR技术，得到的门静脉图像质量与常规CT增强相当，辐射剂量降低，值得在临床上推广。

能谱单能量；门静脉；低浓度对比剂；X线计算机；辐射剂量

引言

多层螺旋CT门静脉血管成像（CT Portal Venography，CTPV）在临床应用越来越多，目前多采用高浓度对比剂和增加剂量等方法来保证门静脉成像质量，这会增加辐射剂量及对比剂肾病的发生率[1-2]。宝石CT能谱技术能获得40～140 keV的101组单能量图，利用能谱软件获得最佳对比度噪声比（Contrast-to-Noise Ratio，CNR）单能量图像，结合自适应统计迭代重建技术（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASiR），可以实现在低浓度对比剂、低辐射剂量下保持或降低噪声，改善门静脉CT成像的质量[3-4]。本研究旨在探讨能谱CT最佳单能量结合ASiR重建技术在使用低浓度对比剂时对门静脉成像的应用价值。

1 材料与方法

1.1 临床资料

收集2014年9月～2015年12月在我院欲行肝门静脉成像患者70例，按纳入标准随机分为A、B两组。A组男20例、女15例，平均年龄（53.20±11.09）岁，身体质量指数（Body Mass Index，BMI）为（23.60±2.75）kg/m²；B组男21例、女14例，平均年龄（50.25±13.36）岁，BMI（24.78±3.25）kg/m²。纳入标准：① 年龄＞18岁，BMI＜25 kg/m²；② 无门静脉癌栓；③ 无严重心肾功能衰竭、对碘对比剂过敏。患者签署能谱CT增强扫描知情同意书。本次研究获得医院伦理委员会审批。

1.2 仪器与方法

采用GE Discovery CT 750 HD扫描、GE ADW4.6工作站。受检者仰卧位，扫描范围自膈顶到肝下极，行肝脏三期增强扫描。A组单源、双电压（80、140 kVp）能谱扫描，管电流375～550 mA，螺距1.375，对比剂碘克沙醇（270 mgI/mL），注射速率3.5 mL/s，总量按1.2 mL/kg计算；B组管电压为120 kVp，管电流为自动毫安，噪声指数设为15，最大管电流限制为640 mA，螺距1.375。对比剂碘佛醇（350 mgI/mL），注射速率3.5 mL/s，总量按1.2 mL/kg计算，动脉期开始时间为注射对比剂后25～30 s，门静脉为60 s左右，延迟期3～5 min间扫描。

1.3 图像后处理及分析

A组用能谱CT软件包重建出层厚1.25 mm、层距1.25 mm的140 keV混合能量图像，通过软件测得门静脉与肝实质的最佳CNR时的能量水平。将图像进行最佳CNR单能处理，采用ASiR权重为30%、50%、80%分别进行重建；B组采用滤波反投影重建（Filtered Back Projection，FBP），重建出层厚1.25 mm、层距1.25 mm的门静脉期图像。图像传至工作站，A组图像在门静脉主干最佳层面上，用（20±2）mm²的感兴趣区（Region of Interest，ROI）测量门静脉主干、肝实质及腹壁脂肪的平均CT值及标准差（Standard Deviation，SD）值，计算其信噪比（Signal-to-Noise-Ratio，SNR）及CNR，SNR=门静脉CT值/门静脉CT值标准差，CNR=（门静脉CT值-肝实质CT值）/腹壁脂肪CT值标准差。B组选择与A组相似层面及位置、选择相同ROI测量计算门静脉主干CNR及SNR、肝实质图像噪声。采用最大密度投影（Maximum Intensity Projection，MIP）及容积再现（Volume Rendering，VR）技术进行门静脉重建。由两名资深诊断医师采用5个等级进行主观评分[5]：5分，门静脉清晰锐利，与周围组织界限清晰，可显示第4级属支；4分，门静脉较锐利，与周围组织对比明显，显示第3级属支；3分，门静脉较清晰，与周围组织可分辨，能显示第2级属支；2分，门静脉显示较差，与周围组织对比较差，仅显示门脉第1级属支；1分，门静脉显示模糊，与周围组织分界不清。

1.4 辐射剂量评估

有效辐射剂量（Effective Dose，ED）=剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）×C，C为换算因素，参照European Guidelines[6]，C值取0.017 mSv/(mGy.cm)。CT容积剂量指数（CT Dose Index Volume，CTDIvol）、DLP由机器自动计算生成。

1.5 统计学分析

应用SPSS 17.0进行统计学分析。两组辐射剂量、噪声、SNR、CNR及主观评分结果以表示，两独立样本采用t检验，多样本采用方差分析，P＜0.05为差异有统计学意义。两名医师主观评分的一致性评估采用Kappa检验。Kappa值＞0.75为一致性较好；Kappa值＜0.40为一致性较差。

2 结果

2.1 A组门静脉最佳CNR单能图像能量水平

A组门静脉最佳CNR单能图像能量水平集中在48～51 keV（图1），其中48 keV两例，49 keV8例，50 keV17例，51 keV8例，平均为（49.9±0.9）keV。

2.2 A组最佳单能量图不同ASiR权重图像评估

随着ASiR权重增大，图像噪声逐渐降低，CNR及SNR逐渐升高。当ASiR权重为50%时，图像主观评分最高。结果见表1和图1。

2.3 A组最佳单能结合50%ASiR重建图像与B组图像比较

A组最佳单能50%ASiR重建图像SNR、CNR比B组高、噪声比B组低，两两之间差异有统计学意义；两组图像质量评分差异不具有统计学意义。见表2和图2。

2.4 两组门静脉成像图像质量等级评分

两名医师门静脉图像质量等级评分一致性良好，Kappa值评分都＞0.75，见表3。

2.5 辐射剂量比较

A组的平均CTDIvol及ED低于B组，差异有统计学意义，结果见表4。

表1 不同ASiR权重CNR、SNR、噪声及主观评分的比较

表1 不同ASiR权重CNR、SNR、噪声及主观评分的比较

SNR CNR 噪声 医师1评分 医师2评分30% 7.48±1.00 4.68±1.12 19.38±7.69 3.80±0.66 3.80±0.56 50% 7.82±1.00 5.06±1.22 16.77±6.28 4.33±0.51 4.33±0.62 80% 7.93±1.00 5.31±1.47 10.45±7.86 3.86±0.63 3.81±0.67 F 1.190 1.367 10.762 5.865 6.658 P 0.279 0.263 0.000 0.004 0.002

表2 A组最佳单能与B组SNR、CNR、噪声及主观评分的比较

表2 A组最佳单能与B组SNR、CNR、噪声及主观评分的比较

SNR CNR 噪声 医师1评分 医师2评分A组 7.46±1.00 5.31±1.23 16.58±7.16 4.32±0.60 4.32±0.65 B组 5.03±1.00 3.18±1.58 23.19±11.71 4.19±0.75 4.19±0.81 t 10.165 6.293 2.947 0.801 0.741 P 0.000 0.000 0.005 0.417 0.469

表3 门静脉图像两名医师评分一致性检验结果 (例)

表4 A组及B组之间辐射剂量比较

表4 A组及B组之间辐射剂量比较

CTDIvol (mGy） ED (mSv) A组 7.55±2.23 3.27±1.57 B组 8.98±1.76 4.06±0.85 t 2.977 2.617 P 0.005 0.008

3 讨论

CTPV是临床评价门静脉的主要检查方法，由于门静脉的强化程度受对比剂浓度、扫描设备、患者心功能等诸多因素影响，常导致门静脉成像质量不佳。随着人们对碘对比剂不良反应和CT辐射的日益关注，如何在降低对比剂浓度和辐射剂量基础上获得满足临床诊断要求的图像，一直是影像工作者思考和需要解决的问题。

图1 A组门静脉最佳CNR单能图像

图2 A组最佳单能结合50%ASiR重建图像与B组图像

常规CT增强扫描，采用的是混合能量X线，容易产生线束硬化伪影，为减少硬化伪影影响、增加门静脉与周围肝脏组织的对比度，只能通过高浓度或大剂量对比剂和提高注射速率来弥补。能谱CT能在0.5 ms内实现高低双能（80 kV和140 kV）的瞬时切换，在40～140 keV内实现101个单能量图像重建。单能量图在不同能量水平具有不同特征，高能量图像组织对比度小、图像硬化伪影少，低能量图像可增加组织CT值，组织对比度大，噪声增高。所以CTPV在低能量图可以提高血管与周围组织的对比，提高图像的密度分辨力，增强现实碘的汇聚，从而实现在使用较低浓度对比剂时，也能获得较高质量的影像图像[7-9]；另一方面，目前应用的CT重建方法是FBP重建算法，它的优势是重建速度快，缺点是噪声和辐射剂量较高。能谱CT可采用ASiR技术，是基于噪声模型的数据空间的迭代重建，可以在FBP算法的基础上有效降低图像的噪声来提高图像质量，在降低扫描条件也能获得满足诊断要求的图像，从而减少辐射剂量。宝石CT能谱扫描结合ASiR技术降低辐射剂量已经过大量临床验证[10-11]。Prakash等[12]将ASiR技术用于胸部及腹部，辐射剂量分别降低27.6%及25.1%，图像的噪声分别降低了约2/3及1/3。本研究结果显示A组CTDIvol及ED两个辐射剂量指标均低于B组，有效辐射剂量（ED）下降约15%。这说明能谱CT单能量结合ASiR技术与常规CT增强门静脉成像比较，有降低辐射剂量的优势。本研究A组结果显示门静脉最佳CNR单能图能量水平集中在50 keV左右，与文献报道[13-15]基本一致。A组最佳单能量图像根据不同的ASiR权重（30%、50%、80%）重建，结果表明随着迭代权重的增加，图像的噪声逐渐减低，而CNR、SNR值逐渐升高。虽然80%ASiR权重重建图像噪声最低，CNR及SNR值最高，但主观评分反而低于50%ASiR权重图像（评分最高），这可能是过高的ASiR重建算法本身会引起图像的“模糊”效应。赵晶等[16]也认为，并非ASiR重建比例越高则图像质量越好，设置为40%～60%ASiR权重时重建的图像质量最佳[17]。A组运用的低浓度等渗对比剂碘克沙醇（270 mgI/mL）是目前应用于临床浓度最低的对比剂之一，在保持两组对比剂总量计算方法和速率一致情况下，A组最佳单能量图联合50%ASiR重建的图像SNR及CNR值比B组高，噪声比B组低，门静脉图像质量主观评分与高浓度的常规CT增强图像质量无统计学差异。这说明利用能谱CT最佳单能量结合ASiR重建技术，可以在使用低对比剂浓度的同时也能获得满足临床诊断要求的图像，从而降低高浓度对比剂的不良反应风险，特别是对比剂肾病发生的风险。本研究的不足为样本量较少，只纳入了BMI指数正常的人群，没有做到同体对比；A组能谱扫描受技术限制，不能实现自动毫安技术，没有使用更低管电流扫描，能否进一步降低辐射剂量暂不知；对照组采用FBP重建未采用ASiR重建，实验条件稍弱，这些不足将在今后进一步研究中改进。

综上所述，能谱CT最佳单能量成像结合ASiR技术，能实现在使用低浓度对比剂时得到与常规CT增强门静脉成像质量相当的图像，从而降低碘对比剂不良反应风险，同时能减低辐射剂量，值得在临床上推广。

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本文编辑 聂孝楠

Application Value of Energy Spectrum CT Single Energy Imaging Combined with Low Concentration Contrast Agent in Portal Vein Imaging

ZHOU Ze-wang, ZHANG Chang-zheng, ZHENG Ying-qi, LI Dan-dan

Department of Radiology, the First Aff i liated Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Guangzhou Guangdong 510405, China

Objective This paper aim to explore the application value of energy spectrum CT single energy imaging combined with low concentration contrast agent in portal vein imaging. Method 70 patients were randomly divided into A, B two groups to receive liver CT enhanced scan. A group using the gem CT energy spectrum imaging (GSI), 270 mgI/mL iodixanol; B group using conventional CT enhanced scanning, 350 mgI/mL ioversol. Calculation the portal image noise, contrast to noise ratio (CNR), signal to noise ratio (SNR), image quality subjective evaluation and the effective radiation dose (ED) of the two groups, and the corresponding statistical analysis. Results The SNR (7.46±1.00) and CNR (5.31±1.23) of images in the A group were higher than those of the B group [(5.03±1.000) and (3.18±1.58)]. The noise (16.58±7.16) of image and average ED (3.27±1.57) mSv were lower than those of the B group [(23.19±11.71) and (4.06±0.85)], the difference was statistically significant. The subjective scores of images in the A group were slightly higher than those in the B group, but there was no statistical difference between the two groups. Conclusion The best single energy spectrum CT imaging combined with low concentration contrast, using adaptive statistical iterative reconstruction (ASiR) technology, it can get the same image quality as the conventional enhanced CT,reduce radiation dose, is worth to be popularized in clinic.

energy spectrum single energy; portal vein; low concentration contrast agent; X-ray computer; radiation dosage

R816.5

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.05.022

1674-1633(2017)05-0087-04

2016-09-26

2016-10-15

张昌政，主任医师，硕导，研究方向为腹部疾病影像诊断。

通讯作者 邮箱：zhunixingfu54321@163.com