肝脏实性病变虚拟单能级最佳成像参数

刘爽　陈志晔

摘要：目的 探讨肝脏实性病变虚拟单能级成像的最佳成像参数。方法 回顾性分析60例行腹部光谱CT增强检查的病例，对其肝动脉期图像行碘浓度值测量及对不同单能级图像进行CT值测量，采用相关系数及变异系数进行分析。结果 相关系数分析显示动脉晚期肝脏实性病变在40、45、50、55、60、65、70 keV 能级CT值与碘浓度值间的平均相关系数分别为0.996、0.995、0.993、0.989、0.978、0.970、0.961。相关性比较证实40（P=0.007）、45（P=0.022）、50 keV（P=0.035） 能级的相关系数均显著高于55 keV能级的相关系数，40（P=0.134）、45 keV（P=0.368） 能级的相关系数与50 keV能级的相关系数比较，差异均无统计学意义 。病灶CT值在40、45、50 keV能级条件下的变异系数分别为0.146、0.154、0.163。结论 40 keV 是虚拟单能级CT成像肝脏实性病变动脉晚期的最佳单能级，有助于肝脏疾病的检出。

关键词：双层探测器能谱 CT；单能级；碘浓度；相关系数；变异系数

中图分类号： R445.3文献标志码： A文章编号：1000-503X（2023）02-0280-05

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15065

Optimal Parameters for Virtual Mono-Energetic Imaging of Liver Solid Lesions

LIU Shuang，CHEN Zhiye

ABSTRACT：Objective To explore the optimal parameters for virtual mono-energetic imaging of liver solid lesions.Methods A retrospective analysis was performed on 60 patients undergoing contrast-enhanced spectral CT of the abdomen.The iodine concentration values of hepatic arterial phase images and the CT values of different mono-energetic images were measured.The correlation coefficient and coefficient of variation were calculated.Results The average correlation coefficients between iodine concentrations and CT values of hepatic solid lesion images at 40，45，50，55，60，65，and 70 keV were 0.996，0.995，0.993，0.989，0.978，0.970，and 0.961，respectively.The correlation coefficients at 40（P=0.007），45（P=0.022），50 keV （P=0.035）were higher than that at 55 keV，and the correlation coefficients at 40 keV（P=0.134） and 45 keV（P=0.368） had no significant differences from that at 50 keV.The coefficients of variation of the CT values at 40，45，and 50 keV were 0.146，0.154，and 0.163，respectively.Conclusion The energy of 40 keV is optimal for virtual mono-energetic imaging of liver solid lesions in the late arterial phase，which is helpful for the diagnosis of liver diseases.

Key words：dual-layer detector spectral CT；mono-energy；iodine concentration；correlation coefficient；coefficient of variation

Acta Acad Med Sin，2023，45（2）：280-284

光譜CT是目前临床比较常用的一种综合影像学检查及诊断工具，具有多种用途。其中，光谱CT的虚拟单能量成像技术有助于改善软组织对比度，并减少光束硬化和散射伪影［1-2］。光谱CT目前在临床诊断中已经得到广泛应用，如定量评估胃癌分化程度［3］、CT血管造影术中的自动去骨、乳房植入物渗漏的硅胶检测［4］、肾结石的分类、胆固醇胆石检测、突出肾和肾上腺病变的特征以及肿瘤反应监测［5-6］、通过使用双能量CT获得的虚拟单能量图像对主动脉的对比增强进行优化评估［7］、肺小栓塞的检测［8］等；另外，还被进一步用于定量脂肪肝［9-10］和铁超载评估［11-12］，具有高准确性。与常规/混合能量成像不同的是，使用单能量成像在低千伏（keV）时具有更好的图像质量，并且可以减少对比剂的用量［1-2，13］。光谱CT扫描后生成的无水碘图可用于快速定量检测和直接测量碘浓度值，且稳定性高、可重复性好、准确性高。

传统CT增强技术属于混合能量成像，对病灶细节信息表现欠清，而单能量成像技术可以更清晰显示病灶的对比增强信息［15］，从而增加病变部位的对比剂噪声比以及信噪比。新一代双层探测器光谱CT的一个主要优点是无需预先选择需要双能量CT的患者，在不改变临床工作流程的情况下，所有扫描的患者都可以获得光谱数据，允许对偶然发现的结果进行评估并减少伪影［14］。对于虚拟单能级成像，随着能级的减低，对比剂光电效应增强，图像强化程度提高，但临床实践中对于肝脏增强CT的最佳单能级，目前尚不明确。因此，本研究旨在以无水碘图中的碘浓度值为重要参照对象，对肝脏实性病变CT增强扫描动脉晚期不同单能级图像进行相关系数及变异系数评估，同时，结合肝脏实性病灶相对于正常肝脏背景的对比噪声比分析，据此确定最佳单能级。

资料和方法

资料来源 回顾性分析2019年8月至2022年1月在中国人民解放军总医院海南医院放射科行腹部CT增强检查的60例患者（男49例、女11例）。纳入标准：（1）肝内至少有1个明确的实性病灶，并无伪影影响；（2）对碘剂无过敏；（3）均行腹部光谱CT增强检查。排除标准：（1）肾功能异常者（包括肾炎等）；（2）对肝肾疾病无介入治疗史或外科手术史等。本研究获得中国人民解放军总医院海南医院伦理委员会的批准（伦理审查批号：301HNFY伦审第32号）。

CT检查 检查前患者空腹6～8 h，饮水总量800～1000 ml，患者取仰卧位，并应用腹部光谱CT技术进行腹部增强扫描。技术参数：管电压设定为120 kVp，管电流采用智能mAs调控技术，调控指数为22，螺距为0.984，转速为0.75 s/r，采用128排双层探测器进行连续采集数据。扫描区域包括膈顶与髂嵴之间的水平。先按常规扫描方法进行平扫，然后再分别根据患者体重按照1.2 ml/kg体重经肘静脉注射非离子型对比剂（碘佛醇320 mgI/ml）和生理盐水，速度控制在3.0～3.5 ml/s，对比剂注射结束后立即以相同速率再注射20 ml的生理盐水。对比剂注射开始后启动监测，感兴趣区置于肝门层面腹主动脉，阈值为100 HU，阈值触发后延迟10 s扫描，获得图像即为动脉晚期。图像确认标准为肝动脉显影达到峰值，门静脉已有显影，但肝静脉无显影。扫描结束后，获得常规图像及能谱图像，重建时通常选用混合迭代重建的方法获得能谱基础图像，重建层厚及层间距通常为1 mm；同时在能谱基础图像中获得无水碘图及各单能级图像（40～70 keV）。

图像分析 所有CT扫描图像数据均需将其传输至飞利浦星云能谱工作站系统（Intelli Space Portal V10.1）数据库内，该软件支持光谱CT后处理。所有测量均由1名具有5年相关工作年限的技师来完成。测量图像的具体方法为：（1）先将肝脏动脉晚期能谱的基础图像数据分别导入Spectral CT View软件；（2）在有多个病灶的患者中，选择最大的实性病变中均匀强化的区域、相同层面正常肝脏背景区域以及相同层面体外空气区域，分别放置大致相同大小的感兴趣区（20～25 mm2），相同层面切换成无水碘图，记录其碘浓度值（mg/ml）；（3）继续保持被测量对象的图像层面及感兴趣区位置大小不变，切换模式至单能级模式，依次获得40～70 keV （间隔5 keV）单能级图像，并记录病变区域及正常肝脏背景的CT值（HU）和同层面体外空气区域CT值的标准差；（4）每个病灶重复测量3次，取其算术平均值即为其最终测量值。

统计学处理 采用Kolmogorov-Smirnov检验方法对数据进行正态性检验，非正态分布数据用中位数（最小值，最大值）表示。再采用IBM SPSS （v.26.0）统计学软件进行相关系数及变异系数分析，并结合肝脏实性病灶相对于正常肝脏背景的对比噪声比（contrast noise ratio，CNR）进行比较分析。噪声定义为同层面体外空气CT值的标准差，CNR=（肝内病灶CT值-同层肝脏背景CT值）/噪声，变异系数（coefficient of variance，CV）=標准差/均值。相关系数之间的显著性检验采用MedCalc （v.19.0.4）软件中的独立样本相关系数差异检验，P<0.05为差异有统计学意义。

结果

动脉期肝脏实性病变碘浓度值与不同单能级CT值间的相关性及变异系数 入选的60例患者平均年龄（57.6±6.5）岁。不同单能级CT值测量结果显示，随着能级的减低，病变的CT值逐渐增高；相关性分析结果显示随着能级的减低，病变CT值与碘浓度值之间的相关性增强，其中40（Z=2.710，P=0.007）、45（Z=2.278，P=0.022）、50 keV（Z=2.112，P=0.035）能级的相关系数均显著大于55 keV能级的相关系数，而40（P=0.134）、45 keV（P=0.368）能级的相关系数与50 keV能级的相关系数比较，差异均无统计学意义。变异系数分析显示40 keV能级变异系数最小（表1）。

不同单能级肝脏实性病变相对于正常肝脏背景的对比噪声比 40、45、50、55、60、65、70 keV单能级的CNR分别为2.505（-3.969，22.049）、2.155（-3.875，20.206）、1.953（-3.771，18.717）、1.824（-3.689，17.248）、1.495（-3.574，15.815）、1.156（-3.434，14.408）、0.945（-3.321，12.934），CNR分析结果显示，40、45、50 keV 单能级的CNR差异无统计学意义（P=1.000）。通过对肝脏实性病变动脉晚期单能级图像进行相关系数及变异系数分析，同时结合CNR结果分析，40 keV 是单源双层探测器光谱CT肝脏实性病变动脉晚期的最佳单能级。

讨论

肝脏疾病的早期发现和快速准确鉴别诊断对于优化临床诊疗方案和改善患者生存预后较为重要。光谱CT技术作为现代新型医学成像检查技术，已经率先在早期肝脏肿瘤的影像学鉴别诊断和远期疗效评估中广泛应用。光谱CT成像在一次检查后可以同时获取混合能量成像和单能级图像，以此对肝脏病变作出定量和定性判断，尤其对肝脏病变的血供评估具有一定优势，有利于病变的早期检出、鉴别诊断和预后判断。

光谱CT的单能级能谱图像涵盖了40～200 keV。本研究主要对40～70 keV能级进行研究。在较高的能量水平（高于70 keV）时，通常用于减少图像伪影［16］。在较低的能量水平（40～60 keV）时，常用于改善血管CNR。而对于70 keV能级，通常相当于混合能量CT图像，有研究显示70 keV 水平有利于临床发现大部分肝内的病灶，可更清晰地显示肝病灶内外情况［17］。但是文献［17］并没有与肝脏病变的碘浓度值进行相关性分析，因此，尚不清楚70 keV能级水平的CT值是否可以反映病变的真实血供。因此，本研究选择40～70 keV能级作为研究对象。

本研究將病变的碘浓度值作为参考，分别将不同能级的CT值与其做相关性分析，结果显示随着能级的减低，病变CT值与碘浓度值之间的相关性增强。碘浓度值代表病变内真实的碘含量，一定程度上反映病变的血管成分多少，并可以最大限度地减少个体差异的影响，如对比剂剂量、注射速度和循环中的个体差异。目前已经广泛用于多种疾病的辅助诊断，并具有较高的准确性，如在急性肠缺血诊断中的应用［18］、碘浓度对肝癌病灶肝动脉化疗栓塞术的治疗反应评估［19］、鉴别良恶性病变、评估肿瘤、淋巴结转移分期和确定肿瘤治疗效果等方面的应用［20-25］。

CT值反映射线在病变内的衰减程度。病变CT值与碘浓度值之间的相关性越强，说明此能级下测量的CT值能更真实反映病变的血供程度。其中40、45及50 keV能级水平两者间存在较大的相关性。因此，从相关性角度分析，40、45及50 keV能级均可用来评估肝脏动脉晚期强化病变。

变异系数，又称离散系数，是概率分布离散程度的一个归一化量度，其定义为标准差与平均值之比，反映变量之间的相对离散程度。变异系数越小说明离散程度越小，可信度相对越高［15］。本研究当能级为40 keV时，其CT值变异系数相对较低。因此，从变异系数角度分析，用40 keV能级评估肝脏强化病变的可信度相对较高。

另外，考虑到肝脏增强扫描除了病变本身的强化程度外，还有肝实质背景的强化程度。所以本研究结合肝脏实性病变相对于正常肝脏背景的对比噪声比分析，以提高肝内实性病灶的检出率。本研究CNR分析结果显示，40、45、50 keV能级的CNR差异无统计学意义，因此在一定能量水平范围内，肝实质背景的强化程度对动脉晚期肝内实性病变的检出影响不大。

综上，从与碘含量关系以及对CT值变异系数的研究视角考虑，并结合肝脏实性病变相对于正常肝脏背景的对比噪声比分析，40 keV是单源双层探测器光谱CT肝脏实性病变动脉晚期的最佳单能级，有助于肝脏病变的检出。这一点修正了70 keV 水平有利于发现大部分肝内病灶、可清晰显示病灶内外情况、有良好的临床使用价值［17］的观点。

本研究的局限性：（1）样本量偏小，且病变没有进行病理学诊断，未来研究中可以基于病理学标准进行相关性研究；（2）仅选取动脉期进行研究，没有对门脉期及延迟期进行分析；（3）仅选取碘浓度值进行相关性分析，未来可以对光谱CT的多种参数进行多模态分析。

参 考 文 献

［1］Schneider D，Apfaltrer P，Sudarski S，et al.Optimization of kiloelectron volt settings in cerebral and cervical dual-energy CT angiography determined with virtual monoenergetic imaging[J].Acad Radiol，2014，21（4）：431-436.DOI：10.1016/j.acra.2013.12.006.

［2］Apfaltrer P，Sudarski S，Schneider D，et al.Value of monoenergetic low-kV dual energy CT datasets for improved image quality of CT pulmonary angiography[J].Eur J Radiol，2014，83（2）：322-328.DOI：10.1016/j.ejrad.2013.11.005.

［3］Li R，Li J，Wang X，et al.Detection of gastric cancer and its histological type based on iodine concentration in spectral CT[J].Cancer Imaging，2018，18（1）：42.DOI：10.1186/s40644-018-0176-2.

［4］McCollough CH，Leng S，Yu L，et al.Dual-and multi-energy CT：principles，technical approaches，and clinical applications[J].Radiology，2015，276（3）：637-653.DOI：10.1148/radiol.2015142631.

［5］Im AL，Lee YH，Bang DH，et al.Dual energy CT in patients with acute abdomen；is it possible for virtual non-enhanced images to replace true non-enhanced images[J].Emerg Radiol，2013，20（6）：475-483.DOI：10.1007/s10140-013-1141-9.

［6］Silva AC，Morse BG，Hara AK，et al.Dual-energy （spectral） CT：applications in abdominal imaging[J].Radiographics，2011，31（4）：1031-1050.DOI：10.1148/rg.314105159.

［7］Chalian H，Kalisz K，Rassouli N，et al.Utility of virtual monoenergetic images derived from a dual-layer detector-based spectral CT in the assessment of aortic anatomy and pathology：a retrospective case control study[J].Clin Imaging，2018，52：292-301.DOI：10.1016/j.clinimag.2018.08.007.

［8］Rajiah P，Abbara S，Halliburton SS.Spectral detector CT for cardiovascular applications[J].Diagn Interv Radiol，2017，23（3）：187-193.DOI：10.5152/dir.2016.16255.

［9］Patel BN，Kumbla RA，Berland LL，et al.Material density hepatic steatosis quantification on intravenous contrast-enhanced rapid kilovolt （peak）-switching single-source dual-energy computed tomography[J].J Comput Assist Tomogr，2013，37（6）：904-910.DOI：10.1097/RCT.0000000000000027.

［10］Zheng X，Ren Y，Phillips WT，et al.Assessment of hepatic fatty infiltration using spectral computed tomography imaging：a pilot study[J].J Comput Assist Tomogr，2013，37（2）：134-141.DOI：10.1097/RCT.0b013e31827ddad3.

［11］Joe E，Kim SH，Lee KB，et al.雙源双能量CT行无创测定肝脏铁沉积的可行性和准确性研究[J].国际医学放射学杂志，2012，35（2）：167.DOI：10.3784/j.issn.1674-1897.2012.02.r0108.

［12］Joe E，Kim SH，Lee KB，et al.Feasibility and accuracy of dual-source dual-energy CT for noninvasive determination of hepatic iron accumulation[J].Radiology，2012，262（1）：126-135.DOI：10.1148/radiol.11110060.

［13］Albrecht MH，Scholtz JE，Hüsers K，et al.Advanced image-based virtual monoenergetic dual-energy CT angiography of the abdomen：optimization of kiloelectron volt settings to improve image contrast[J].Eur Radiol，2016，26（6）：1863-1870.DOI：10.1007/s00330-015-3970-2.

［14］Rassouli N，Etesami M，Dhanantwari A，et al.Detector-based spectral CT with a novel dual-layer technology：principles and applications[J].Insights Imaging，2017，8（6）：589-598.DOI：10.1007/s13244-017-0571-4.

［15］孟庆林，宗林雄，刘梦琦，等.基于碘浓度值评估肾脏光谱CT增强皮质期不同单能级图像[J].中国医学科学院学报，2020，42（6）：776-780.DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.11915.

［16］Secchi F，De Cecco CN，Spearman JV，et al.Monoenergetic extrapolation of cardiac dual energy CT for artifact reduction[J].Acta Radiol，2015，56（4）：413-418.DOI：10.1177/0284185114527867.

［17］莫泳康，黄锦粧，马树华，等.肝脏动脉期CT能谱成像的影像优选[J].国际医学放射学杂志，2014，37（1）：1-5.DOI：10.3874/j.issn.1674-1897.2014.01.L0101.

［18］Lourenco PDM，Rawski R，Mohammed MF，et al.Dual-energy CT iodine mapping and 40 keV monoenergetic applications in the diagnosis of acute bowel ischemia[J].AJR Am J Roentgenol，2018，211（3）：564-570.DOI：10.2214/AJR.18.19554.

［19］Thaiss WM，Haberland U，Kaufmann S，et al.Dose optimization of perfusion-derived response assessment in hepatocellular carcinoma treated with transarterial chemoembolization：comparison of volume perfusion CT and iodine concentration[J].Acad Radiol，2019，26（9）：1154-1163.DOI：10.1016/j.acra.2018.09.026.

［20］Meng X，Ni C，Shen Y，et al.Differentiating malignant from benign gastric mucosal lesions with quantitative analysis in dual energy spectral computed tomography：initial experience[J].Medicine （Baltimore），2017，96（2）：e5878.DOI：10.1097/MD.0000000000005878.

［21］Pan Z，Pang L，Ding B，et al.Gastric cancer staging with dual energy spectral CT imaging[J].PLoS One，2013，8（2）：e53651.DOI：10.1371/journal.pone.0053651.

［22］Li C，Shi C，Zhang H，et al.Computer-aided diagnosis for preoperative invasion depth of gastric cancer with dual-energy spectral CT imaging[J].Acad Radiol，2015，22（2）：149-157.DOI：10.1016/j.acra.2014.08.006.

［23］Li C，Zhang S，Zhang H，et al.Using the K-nearest neighbor algorithm for the classification of lymph node metastasis in gastric cancer[J].Comput Math Methods Med，2012，2012：876545.DOI：10.1155/2012/876545.

［24］Tang L，Li ZY，Li ZW，et al.Evaluating the response of gastric carcinomas to neoadjuvant chemotherapy using iodine concentration on spectral CT：a comparison with pathological regression[J].Clin Radiol，2015，70（11）：1198-1204.DOI：10.1016/j.crad.2015.06.083.

［25］Li J，Fang M，Wang R，et al.Diagnostic accuracy of dual-energy CT-based nomograms to predict lymph node metastasis in gastric cancer[J].Eur Radiol，2018，28（12）：5241-5249.DOI：10.1007/s00330-018-5483-2.

（收稿日期：2022-04-21）