宝石能谱计算机自动智能辅助技术联合低剂量个性化扫描用于双期胸部CT增强检查的图像质量评价

周 悦，侯 平，查开继，王 睿，蒲 实，王明月，董军强，高剑波

郑州大学第一附属医院放射科 郑州450052

增强CT扫描在临床中已被普遍应用于各类疾病的诊断与鉴别诊断。研究[1-2]显示，宝石能谱计算机自动智能辅助技术(gemstone spectral imaging assist, GSI assist)可在参考患者体重指数(body mass index, BMI)和机器预设扫描参数的基础上，智能化地挑选适合患者体形的最佳扫描参数。本研究旨在评价GSI assist联合低剂量个体化扫描用于双期胸部CT增强扫描的图像质量，为GSI assist的临床应用提供参考。

1 对象与方法

1.1研究对象收集我院120例行双期能谱胸部CT增强扫描的患者，男66例，女54例，年龄50～76(55.4±5.8)岁。排除标准：①孕期或哺乳期女性。②未成年患者。③合并严重循环系统障碍性疾病者。④患者身体一般状况差或合并严重的多脏器功能不全。120例中肺部见可疑结节(直径0.7～24.5 mm)患者12例，肺炎患者14例，慢性支气管炎、肺气肿患者11例，其余患者均未发现明显阳性病变。患者在扫描前均已阅读并签署了相关知情同意书。

1.2能谱CT扫描120例患者根据扫描方式分为研究组和对照组，各60例。两组均根据BMI分为偏瘦(BMI<18.5 kg/m2)、正常(18.5 kg/m2≤BMI<25.0 kg/m2)和超重(BMI≥25.0 kg/m2)3个亚组。使用美国GE宝石能谱CT进行扫描。扫描前要求受检者将佩戴的金属物品去除，帮助患者进行呼吸屏气训练。扫描范围包括胸廓入口至两肺底。研究组选择80/140 kVp瞬时切换能谱CT扫描模式，应用GSI assist技术，管电流(mAs)设定为自动，螺距0.984∶1，噪声指数13 HU，扫描层厚及间距均为5 mm。GSI assist预设扫描参数依照文献[3-4]标准。采用双筒高压注射器经肘静脉注射对比剂碘海醇 (碘注射剂量为300 mg/kg)，注射流率=体重/30 s[5]。对照组采用常规120 kVp扫描模式，碘注射剂量为450 mg/kg，其余参数与研究组相同。扫描前需监测主动脉弓CT值，当CT值达到100 HU时进行触发扫描，动脉期和静脉期分别延迟30 s和60 s进行扫描。

图像后处理由具有8 a胸部CT诊断经验的医师在GE HealthCare AW 4.6工作站上应用GSI Viewer软件进行。将研究组的两期增强扫描图像重建出140 kVp混能图像和40～140 keV的单能量图像。研究者感兴趣区(region of interest, ROI)选取70～80 mm2的区域，包括主肺动脉窗层面、气管分叉层面、右肺动脉层面、左右房室层面的降主动脉[6]。研究组最终选取70 keV单能量图像上的ROI。研究组和对照组分别应用50%自适应迭代重建(ASIR)和滤波反投影(FBP)进行重建[7]。

1.3图像质量主观评价分别由两名具有CT诊断经验的医师对所有图像质量进行主观评价。评分标准[8]：细节无法分辨且噪声极其显著、细节分辨困难且噪声非常显著、细节分辨欠清且噪声明显增多、细节较清楚且噪声尚可接受、细节清楚且无噪声分别评为1、2、3、4、5分。达到3分以上即满足诊断要求。

1.4图像质量客观评价由一名具有7 a胸部CT诊断经验的医师在GSI Viewer软件上进行图像质量客观评价。主要计算各个ROI CT值的均数和标准差(SD)。依据公式计算对比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)，CNR=(CT值ROI-CT值背部肌肉)/SD值背部肌肉，SD为相应层面患者背部肌肉图像的噪声。

1.5辐射剂量记录扫描获得的图像辐射剂量信息，即剂量长度乘积(dose length product, DLP)；并计算有效射线剂量(effective dose, ED)，ED=k×DLP(k=0.014)。

1.6统计学处理采用SPSS 21.0处理数据。采用两独立样本t检验比较两组患者年龄、身高、体重、图像主观质量评分及客观评价结果(CNR)以及辐射剂量的差异；采用χ2检验比较两组患者性别分布的差异。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1两组一般资料的比较研究组和对照组患者性别、年龄、身高和体重差异均无统计学意义(表1)。

表1 两组一般资料的比较

2.2两组主观图像质量的比较所有图像均达到诊断要求。两名医师对2组(3个亚组)图像质量主观评分的Kappa值为0.78、0.80和0.82。在动脉期和静脉期，研究组图像质量主观评分与对照组相比，差异无统计学意义(图1、表2)。

2.3两组客观图像质量的比较在动脉期和静脉期，研究组ROI(主肺动脉窗、支气管分叉、右肺动脉和左右房室层面)图像的CNR均高于对照组(表3～5)。

A、B：对照组动脉期和静脉期增强扫描图像；C、D：研究组动脉期和静脉期70 keV增强扫描图像

表2 两组主观图像质量评分的比较

表3 BMI<18.5 kg/m2患者ROI图像CNR的比较

表4 18.5 kg/m2≤BMI<25.0 kg/m2患者ROI图像CNR的比较

表5 BMI≥25.0 kg/m2患者ROI图像CNR的比较

2.4两组ED的比较两组患者ED比较，差异无统计学意义(表6)。

表6 两组ED的比较

3 讨论

在CT增强扫描时，BMI较大的患者由于体脂含量高，在扫描中需要更大的辐射剂量才能得到理想的图像质量；反之，BMI较小的患者要得到理想的图像质量则不需要过大的辐射剂量[6，8-9]。如今，GSI assist有效地化解了这个难题。此技术核心在于行增强CT扫描前，GSI assist能够依据定位像给予的信息匹配出最佳的扫描参数，同时在增强CT扫描中不仅能依据患者的BMI匹配出个体化的CT扫描参数，也能实时调整扫描的管电流。本研究对两组患者按BMI分层，结果显示，BMI对研究结果并无影响，亦证实了GSI assist在CT增强扫描中的优势。

能谱CT是依据双能量成像获得的基物质-密度数据演算出的不同能级水平的单能量成像。单能量成像的优势在于有效消除硬化伪影，改善图像质量[10-12]。在常规的胸腹部增强CT扫描中，70 keV常被称为最佳单能量图像，拥有较其他单能量图像更高的CNR而被广泛应用于临床[13-14]。有学者[12]认为，降低碘对比剂注射量会影响图像的CNR和增强效果。本研究通过降低研究组患者每kg体重碘对比剂的摄入量，从而减少对比剂的总摄入，同时研究组和对照组对比剂的用量均依据患者自身的体重计算，从而减少了盲目性。本研究结果显示，研究组动脉期和静脉期低能级(70 keV)图像质量主观评分与对照组相比，差异无统计学意义，而ROI CNR均高于对照组，说明GSI assist技术联合低剂量个性化扫描在减少总对比剂用量的同时可有效降低单能量图像的噪声，增加图像的对比度，获得更优的图像质量。此外，两组ED差异无统计学意义。

当然，该研究也存在着一些缺陷，如对BMI较小患者的纳入不足，所得的结论还需扩充病例后再次求证；再者，本研究采用固定噪声指数的方案进行扫描，GSI assist能否在略微提高噪声指数后进一步降低辐射剂量且稳定图像质量是未来研究的主要方向。