胸部能谱成像与常规CT扫描辐射剂量与图像质量对比研究

徐秋贞,朱海雪,吕燕,邵海磊,陈晓晖,居胜红

(东南大学附属中大医院 影像科，江苏 南京 210009)

·论著·

胸部能谱成像与常规CT扫描辐射剂量与图像质量对比研究

徐秋贞,朱海雪,吕燕,邵海磊,陈晓晖,居胜红

(东南大学附属中大医院 影像科，江苏 南京 210009)

目的探究胸部能谱成像与常规胸部CT扫描的辐射剂量及图像质量有无差异。方法前瞻性对33例因临床诊断及疑诊肺癌的成年患者行胸部CT平扫与增强，增强时用能谱成像扫描，平扫及增强均通过胸部不同平面的脂肪组织、肌肉组织进行客观评价图像噪声、主观评分，并记录辐射剂量。采用独立样本T检验比较二者扫描方式的辐射剂量、不同平面70 kev单能量图像与常规扫描混合能量客观指标及主观评分。结果能谱扫描和常规扫描的CT剂量指数、有效剂量差异无统计意义(P>0.05)。能谱扫描70 kev单能量的三个不同平面水平的脂肪组织、肌肉组织噪声及图像质量的主观评分对应常规混合能量扫描差异均无统计学意义(P>0.05)。结论胸部CT能谱扫描与常规扫描的射线剂量相当；70 keV单能量图像的噪声低于常规扫描的FBP重建图像，可在临床中常规开展应用。

能谱成像； 常规CT； 辐射剂量； 图像质量。

随着CT技术的不断发展，能谱成像以其独特的多参数成像模式及基物质图像技术等巨大功能性成像优势跃居为目前CT技术研究的最新发展方向。而要将能谱成像广泛应用于临床，首先需得对能谱成像和常规CT的辐射剂量及图像质量进行对比性的研究，即能谱大信息量的剂量代价是否可以平衡于其带来的成像优势。而目前，针对于胸部领域(尤其是临床研究应用)的辐射剂量及图像质量研究文献不多。

本研究前瞻性的对能谱成像和常规CT进行图像质量及辐射剂量的对比研究，探究能谱成像与常规扫描在辐射剂量及图像质量上是否存在差异，从而评估能谱成像在胸部领域的临床普及性应用的可能性。

1 材料与方法

1.1 患者资料

前瞻性研究33例于2015年2月至9月期间因临床诊断及疑诊肺癌的成年患者进行胸部CT平扫与增强(所有受试患者均对本研究知情同意)，扫描范围从下颈部至膈底，男16例、女17例；年龄26～85岁，中位年龄65岁，体质指数(body mass index，BMI)19.1～29.4 kg·m-2，平均为(23.6±2.8)kg·m-2。

1.2 仪器及方法

应用能谱CT(GE Discovery CT750HD)对患者进行按预先设置的胸部平扫、能谱增强序列扫描，扫描范围及FOV均一致，平扫使用常规的螺旋扫描，机架旋转速度为0.4 s/周，螺距0.984∶1管电压120 kVp，层厚、层距均为5 mm，NI(噪声指数)值固定为12.15，50～600 mA自动毫安调节。能谱成像采用管电流压80、140 KVP瞬时切换，管电流默认值600 mA, 转速0.8 s/周。增强扫描采用碘海醇(300 mg I·ml-1)，用量1.5～2.0 ml·kg-1，注射速率2.0～2.5 ml·s-1，造影剂注射后30 s扫描，能谱CT图像重建70 keV的层厚、层距均为5 mm单能量图像用于分析，图像重建算法均采取标准算法。

1.3 图像分析

1.1.1 辐射剂量 记录常规胸部CT平扫及能谱增强的辐射剂量，容积CT剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)及有效剂量长度乘积(dose length product，DLP)，并计算有效辐射剂量(effective dose,ED)。

1.1.2 客观评价指标 通过后处理工作站GSI2.0AW461进行图像处理及分析，通过compared工具将常规CT平扫与能谱成像的70 keV的单能量图像的三个不同平面即肱盂关节水平、主动脉弓水平、肋膈角水平的脂肪组织、肌肉组织进行评价，兴趣区面积为102.1 mm-2，并对之进行对应CT值及标准SD的测量(图像噪声)，每例重复测三次，取平均值作最终测量值。

1.1.3 主观评价 由两名工作8年以上放射科医师采用双盲法对各部位图像进行评分，并检验一致性，将结果取均值作为最终主观评分值，比较二者的图像质量。具体评分方法采用5级制评分，标准为：5分：优秀，对比鲜明，细微解剖结构清晰，图像锐利。4分：良好，对比度、图像锐利度略差，细微解剖结构比较清晰；3分：可以诊断，基本解剖结构正常，噪声略大，但仍在可接受范围内；2分：影响诊断，结构难以辨认；1分：无法诊断，图像噪声及伪影严重。3分以上者均满足诊断要求。

1.4 统计学处理

运用SPSS19.0软件进行统计学分析，采用独立样本T检验比较二者扫描放射的辐射剂量，独立样本t检验比较各部位70 kev单能量图像与常规扫描混合能量客观指标，采用秩和检验比较二者不同部位的主观评分，并检验一致性，然后取均值进行统计学分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 辐射剂量对比结果

常规胸部CT平扫与能谱成像模式中的动脉期剂量指数分别为(11.1±3.9)和(10.3±0.0) mGy，有效剂量分别为(5.3±1.90)和(5.0±0.68) msv，差异均无统计学意义(t值分别为1.14和0.92，P>0.05) (表1)。

表1常规CT平扫与能谱成像的剂量指数及有效剂量

比较序列剂量指数CTDIvol(mGy)有效剂量ED(msv)常规CT平扫11.07±3.95.3±1.90能谱70kev成像10.3±0.05.0±0.68P值0.2630.365T值1.140.92

结果显示，在常规CT平扫与能谱成像中，二者的辐射剂量及图像噪声指数差异均无统计学意义，即两者之间的辐射剂量及图像质量相当。

2.2 图像质量对比

在常规CT平扫与能谱成像动脉期的图像质量参数的对比中，所取得三个平面对应的9个兴趣区所得SD值差异均无统计学意义(P>0.05)；(表2)。

比较序列肱盂关节水平主动脉弓水平肋膈角水平A1A2B1B2C1C2常规CT平扫噪声(SD)14.4±3.710.5±2.011.1±4.310.1±1.614.9±7.410.9±2.6能谱70kev成像噪声(SD)13.4±3.010.7±1.610.2±3.79.7±2.413.5±6.69.6±2.9P值0.2310.6350.3830.0690.4150.062

注：表中A1- 2分别代表平肱盂关节水平的脂肪组织、肌肉组织噪声，B1- 2分别代表平主动脉弓水平的脂肪组织、肌肉组织区噪声， C1- 2分别代表平肋膈角水平的脂肪组织、肌肉组织区噪声

2.3 主观评分结果

肱盂关节水平、主动脉弓水平及肋膈角水平平扫主观评分分别为4.93±0.26 、5.0±0.0、 4.86±0.35，能谱扫描相对应的平面评分分别为4.80±0.41、4.4±0.51、4.93±0.26, 2 名医师的一致性评估采用 Kappa检验。Kappa值为0.76 ，P=0.59>0.05。

3 讨 论

单源瞬时高低kVp瞬间切换为核心的能谱CT成像技术目前已逐渐应用于全身各个系统[1]。而且对于肺部疾病的诊断有广泛的应用前景[2]，胸部的能谱CT成像定量研究相较于常规CT成像可以提供更多的图像信息[3- 4]因而如果能够将能谱CT广泛应用于胸部检查，那么无论是对疾病的诊断与鉴别诊断，还是对临床治疗的相关指导，都将会产生十分重大的突破[5]。虽然较早期的有关研究显示能谱CT较常规CT的辐射剂量相对略高[6]，但随着CT成像技术的不断革新，特别是高效能的降噪算法的出现和不断完善，使得能谱CT在不增加辐射剂量的同时获取更高的图像质量及更多的图像信息变得更为现实[7]，已有研究显示，在腹部相关领域，能谱CT的辐射剂量与常规CT并未存在明显统计学差异[8- 9]。然而胸部能谱CT临床辐射剂量与图像质量研究不多，因而，要想将能谱CT的成像技术广泛推广应用于胸部检查，能谱在胸部应用中的图像质量及图像质量的临床对比研究是十分必要的。

本研究果显示：在辐射剂量的对比研究中，通过自身对比更好的说明了能谱成像与常规平扫相当甚至更低的辐射剂量。而在图像质量的对比中，不同平面各组的图像质量数据分析结果显示，常规平扫与能谱成像中选取不同层面所得的图像噪声比常规平扫低，即70 kev单能量有更好的图像质量，与熊祖坤等[10]研究一致，二者的图像主观评分、图像噪声与常规CT平扫之间无明显统计学差异，本研究的结果证实了能谱成像的多信息成像模式并不会带来辐射剂量的增加，而且通过选取70 kev单能量图像，可以达到图像质量与辐射剂量的双向平衡，为能谱成像在胸部领域的推广应用提供理论依据。

本研究局限性：样本量较小，此外，本研究由于两次扫描为不同时相，质量评价参数受到限制，未进行CNR进行评估，且未对肺内病变的显示做出评价。

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Comparativestudyonradiationdoseandimagequalitybetweenspectralimaging&conventionalCTplaininthorax

XUQiu-zhen,ZHUHai-xue,LVYan,SHAOHai-lei,CHENXiao-hui,JUSheng-hong

(DepartmentofRadiology，ZhongdaHospitalAffiliatedtoSoutheastUniversity,Nanjing210009，China)

Objective: To explore the difference between the radiation dose and image quality of chest spectral CT imaging and conventional chest CT scan.Methods33 adult patients diagnosed or suspected with primary bronchogenic carcinoma prospectively underwent non- enhanced CT scan and post- contrast CT scan with spectral imaging scanner. Both types of the scan evaluated the noise objectively, then scored them subjectively through adipose tissue as well as musculature on various levels of the chest. The radiation doses were recorded at the same time. The radiation doses of both types of scans were compared by independent samples T- test, which was also used to compare the objective measures and subjective scores between the 70 kev- monochromatic energy image and mix- energy routine scan.ResultsThere was no significant difference in the CT dose index and the effective dose between the spectral scanning and conventional scanning (P>0.05). There was also no significant difference of image of noise and image quality for the adipose tissue and musculature among the three groups with different levels of 70 kev- monochromatic energy image and mix- energy routine scan (P>0.05).ConclusionFirstly, radiation doses of spectral chest CT is correspondent to routine CT. Secondly, the noise of 70 keV monochromatic energy imaging is lower than that of routine scanning FBP reconstructed images, which means it can be routinely conducted in clinic.

spectral imaging; routine CT; radiation dose; image quality

2016- 00- 00

2017- 00- 00

徐秋贞(1968-)，女，湖北浠水人，医学硕士， 副教授，副主任医师，研究方向：胸、腹部影像诊断， E- mail: xuqiuzhen831@sina.com.

徐秋贞,朱海雪,吕燕,等.胸部能谱成像与常规CT扫描辐射剂量与图像质量对比研究.东南大学学报：医学版，2017,36(5)：837- 840.

R814.2

1671- 6264(2017)05- 0837- 04

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.031

(本文编辑：孙茂民)