上腹部双能量CT虚拟平扫代替传统平扫的可行性研究

王玉凤，石凤祥，杨学东，史珊，马云瑶

中国中医科学院广安门医院 放射科，北京 100053

引言

双源CT通过对两个近似相互垂直（94°）的球管设置不同的管电压值提供两种不同的能量，从而产生不同的X线衰减信息，利用不同的衰减可用后处理软件将碘剂从增强的图像中提取出来，从而产生虚拟平扫（Virtual Noncontrast-Enhanced，VNC）的图像，多项研究表明VNC图像有较高的图像质量，若VNC能替代真实平扫（True Noncontrast-Enhanced，TNC）则可省去一期平扫，将大大降低病人受辐射剂量[1-3]。本研究通过比较上腹部VNC与TNC图像质量及辐射剂量的差异探讨虚拟平扫代替常规平扫的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析我院2020年10月至2021年1月需行腹部增强扫描患者37例。所有患者无碘对比剂过敏史，无严重心、肝肾功能不全，排除孕妇及儿童，经医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。其中男20例，女17例，年龄36～86岁，平均（60.27±13.24）岁，体质量指数为18.22～27.02 kg/m2，平均（23.06±2.26）kg/m2。

1.2 检查方法与参数

所有患者均在Siemens Somatom definition flash 双源CT上扫描。患者于检查前空腹6～8 h，检查前喝水500 mL，仰卧在检查床上，双臂上举，脚先进，检查前叮嘱患者配合吸气憋气，并保持呼吸幅度一致。描范围为膈顶至肚脐，先行TNC，再应用双能行增强扫描，采用双筒高压注射器（德国UIrich missouri），经肘正中静脉以3 mL/s的速度注入碘海醇[300 mg(I)/mL]，注射量1.5 mL/kg，药注完后以3 mL/s的速度注射生理盐水20 mL，应用触发模式扫描，触发点在主动脉裂孔水平，监测阈值100 HU，注药10 s后开始监测，达到阈值后7 s开始扫描，描完动脉期后延迟30 s行静脉期扫描。真实平扫参数：管电压：120 kV；参考管电流210 mAs；准直器宽度：128×0.6 mm；螺距0.6；卷积核B30f。双能扫描参数：A、B球管管电压分别为80、Sn 140 kV，参考管电流为460 mAs、178 mAs。准直器宽度：32×0.6 mm；螺距0.6；卷积核D30f。各个期相均开启实时动态曝光剂量调节（Combined Application Reduce Exposure；CARE）Dose 4D。

1.3 图像重建及分析

应用Liver VNC软件，将碘对比剂的融合比率调整到0%，CT的融合比率调整到100%，得到VNC图像和碘图。将TNC、VNCA、VNCV三期图像调入MMWP VE36A后处理工作站，于腹腔干起始层面在肝脏、脾实质、竖脊肌、皮下脂肪并在胰腺的胰头、胰体、胰尾找三个不同的感兴趣区（Region of Interest，ROI），ROI≈0.8 cm2，利用复制粘贴，尽量保证ROI的大小和位置在三幅图像上保持一致，记录CT值及标准差（Standard Deviation，SD），取平均值，并计算信噪比SNR，SNR=平均CT值/SD脂肪。由两位影像科工作5年以上的医师对三期图像评分，意见不一致时经协商达成一致。评分标准如下[4]：①1分，解剖结构模糊，不能诊断；②2分，解剖结构不清楚，细节不能被发现；③3分，大部分解剖结构可以满足诊断，但少数图像不能进行评价；④4分，解剖结构和细节较清楚，能够评价但不是非常好；⑤5分，解剖细节清晰，可以简单明了的评价。3～5分即能满足临床诊断需求。

1.4 统计分析

采用SPSS 17.0软件对上述数据分析，计数资料用均值±标准差（±s）表示，分别对肝、脾脏、胰腺、竖脊肌的CT、SNR、SD及剂量值进行比较，对其行单因素方差分析，有差异时进行两两比较；图像评分为非正态分布的计数资料采用秩和检验；三组间病灶检出率比较采用卡方检验。P<0.05为差异有统计学意义。

1.5 辐射剂量

记录每个患者各期图像的CT剂量指数（CT Dose Index，CTDI）和剂量长度乘积（Doselength Product，DLP），计算有效剂量（Effective Dose，ED）[5]：ED(mSv)=k×DLP；在成人腹部中k=0.015mSv/(mGy.cm)。

双能扫描模式由于省掉一期平扫剂量，其总有效剂量ED两期= EDVNCA+EDVNCV，本研究中三期总有效剂量为：ED三期=EDTNC+EDVNCA+EDVNCV

2 结果

2.1 图像客观评价比较

TNC中肝、脾、胰腺、竖脊肌的CT、SNR、噪声与VNCA、VNCV之间，差异有统计学意义（P<0.05）；而VNCA、VNCV之间CT值（肝P=0.151；脾P=0.644；胰腺P=0.399；竖脊肌P=0.558）、SNR（肝P=0.568；脾P=0.922；胰腺P=0.628；竖脊肌P=0.745）、噪声（肝P=0.856；脾P=0.983；胰腺P=0.515；竖脊肌P=0.745），差异无统计学意义；肝、脾、胰腺、竖脊肌的SNR值在VNC图像上显著高于TNC（表1）。

表1 TNC、VNCA、VNCV三期图像质量比较（±s）

表1 TNC、VNCA、VNCV三期图像质量比较（±s）

项目 内容 TNC VNCA VNCV F值 P值肝 CT 57.62±5.60 65.98±6.43 68.11±6.92 28.264<0.001 SNR 3.74±1.02 5.58±1.23 5.75±1.51 28.644<0.001噪声 17.99±3.30 13.63±1.71 13.53±1.57 44.185<0.001脾 CT 46.64±3.16 60.53±5.08 61.01±5.05 120.494<0.001 SNR 3.01±0.72 5.12±1.07 5.14±1.28 50.162<0.001噪声 17.93±2.86 13.12±1.79 13.14±1.74 59.137<0.001胰腺CT 44.27±2.94 47.32±4.24 46.47±5.4 4.932 0.009 SNR 2.87±0.72 4.01±0.90 3.91±0.98 19.197<0.001噪声 19.76±3.32 14.78±2.53 14.37±2.21 44.828<0.001 CT 50.47±4.81 54.10±6.52 54.90±6.08 6.002 0.003 SNR 3.25±0.79 4.54±0.87 4.61±1.17 23.717<0.001噪声 18.78±3.33 14.17±1.95 13.94±1.63 47.316<0.001竖脊肌

2.2 辐射剂量比较

TNC的有效辐射剂量与VNCA、VNCV差异无统计学意义（P=0.286）（ 表2），ED三期、ED两期分别为12.21±2.27、7.98±1.53，两者比较，差异有统计学意义（F=88.166，P<0.001），VNC较TNC扫描减少约34.6%的辐射剂量。

表2 TNC、VNCA、VNCV三期图像辐射剂量比较（±s）

表2 TNC、VNCA、VNCV三期图像辐射剂量比较（±s）

组别 CTDI vol/mGy DLP/mGy·cm ED/mSv TNC 10.04±1.17 282.24±50.53 4.23±0.76 VNCA 9.46±1.22 266.00±51.11 3.99±0.77 VNCV 9.45±1.22 265.10±51.32 3.99±0.77 F值 2.921 1.324 1.266 P值 0.058 0.270 0.286

2.3 图像主观评价

TNC、VNCA、VNCV三期图像评分均≥3分，差异无统计学意义（χ2=0.710，P=0.701）。经两名放射科医生共同协商发现常规平扫结合两期增强扫描共检出病变146个，TNC、VNCA、VNCV分别检出病变120、119、118个，其中3位病人肝上有钙化点，两位病人钙化点在三期图像上都显示，另一位病人在TNC显示在VNCA、VNCV未显示；7位病人有胆囊结石其中3位病人三期均清楚显示，另外4位病人结石均能显示，但在VNCA、VNCV上密度降低，体积减小（图1）；还有一位病人肝S7段病变在TNC、VNCA显示，在VNCV未显示（图2）。χ2检验结果显示，三期图像病变检出率分别为82.2%、81.5%、80.8%，差异无统计学意义（Chi-square=0.091，P=0.956）。

图1 直肠癌术后AFP升高影像图片

图2 B超提示肝实质内圆形混合回声团块

3 讨论

诊断用X线与物质相互作用主要发生光电效应和康普顿散射效应，光电效应的强度与物质的原子序数及光子的能量有关，高原子序数的物质（如碘、钙等）的CT值更容易受X线光子能量变化影响，从而可以用不同能量的X线穿过不同组织产生不同CT值，得到组织特性图像[5]，而低原子序数的物质（如软组织）随光子能量的变化，其产生的CT值变化较小，利用这一特点可以将碘剂与软组织区分出来，得到虚拟平扫图像；而钙原子在不同能级下衰减系数变化较碘原子小[6]，依据此特性可以将钙和碘区分开来。

本研究中VNC图像中各个器官的CT值要高于常规平扫，与王慧慧等[7]研究结果一致，这可能与双源CT去除碘剂不完全有关，Borriello等[8]研究指出，碘浓度较高的区域有可能影响碘对比剂的去除，本研究中也存在这样的问题（如VNCA图像上心包内碘造影剂残留更为明显），这可能是导致VNC图像上各个器官CT值要高于TNC图像的原因之一；另外本研究双能扫描采用80 kV/Sn140 kV按照0.5的融合比率融合而成，CT值为一个相对值[9]，即使同一器官也会随管电压的变化而变化。VNC图像上SNR值要明显高于TNC图像，与袁元等[10]研究结果一致，而SD值要比TNC图像低，可能是由于双能扫描图像重建采用D卷积核，有学者指出“D”卷积核能够提高物质特性，同时降低噪声，相应的会使图像的模糊度增加[11]；另外二代双源采用能谱滤波技术[12]，在高能球管上添加了锡滤过板[13]，能使低能普成分从高能谱射线中去除，从而使高能普射线得到纯化，提高区分碘的能力；此外其后处理算法采用光滑处理，能够降低背景噪声。

本研究中三期图像评分均≥3分，均能满足诊断要求，而且三期图像评分及病灶检出率差异无统计学意义，但发现部分肝脏钙化灶和胆囊结石在VNC图像中密度降低和体积减小，还有一例病人肝脏钙化灶在VNC中未检出，这可能与VNC技术还存在一定缺陷有关[14]，主要是对软组织、碘和脂肪三种物质分离，未包含钙，所以有可能将钙去掉；也有可能是高低能谱重叠，降低了其区分碘和钙的能力[15]。王新辉等[16]对纵隔淋巴结的钙化研究显示，VNCv的钙化检出率为67.1%；杨诚等[17]发现VNC图像对≥3 mm结石的检出率为100%，而对1～2 mm的结石检出率为84.21%，因此VNC对<3 mm的结石有一定的局限性；另有学者指出VNC更适合应用于腹部较大脏器的研究，对较小脏器如肾上腺等有局限性[18]。笔者认为虽然VNC在小结石和小的脏器的检出上有一定局限，但对于随访病人有前期传统扫描做比照不会对诊断结果产生太大影响。

应用VNC可以省掉常规平扫的剂量，所以受检者接受的总辐射剂量为VNCA的辐射剂量+VNCV的辐射剂量，而传统腹部增强的辐射剂量为常规平扫+动脉期+静脉期三者之和，TNC与VNC有效剂量差异无统计学意义，常规增强的总有效剂量约等于ED三期，因此常规腹部增强的总剂量要远远高于应用双能虚拟平扫的剂量。本研究中省掉TNC大约能省掉34.6%的辐射剂量，与杨琰昭等[19]研究一致。而VNC图像有较高的图像质量，并且与TNC有相似的病灶检出率，因此对腹部增强应用虚拟平扫具有很大的临床意义，特别是对一些需要长期随访的病人，如一些肿瘤患者，在做腹部增强时常常需要做平扫期、动脉期、门脉期还需要做延迟期，应用VNC直接减少一期平扫剂量，显著降低患者的辐射剂量，又缩短了检查时间，提高了检查效率。

本研究也存在一些局限性：① 样本量太少，下一步可以加大样本量验证；② 未对病变做详细分类，只是统计了病变个数，未对结石大小分类；③ 本研究的双能扫描采用0.5的融合比率，未对不同融合比率做研究。

综上所述，VNC具有较高的图像质量，又降低了受检者的辐射剂量，虽然在显示结石和钙化方面存在一定局限性，但可以把这种扫描方式推广到随访病人的检查中。