CT能谱成像用于减少锁骨下对比剂伪影的临床研究
2013-11-09葛慧婷薛韵菁
葛慧婷 薛韵菁 段 青
在胸部增强CT扫描时，为使病灶达到最佳的强化效果常采用团注扫描，即由高压注射器控制流速、大剂量快速静脉注射与扫描同步进行，但由于血管同时也得到最大程度的强化，易造成对比剂积聚部位较高密度的放射状或星芒状异常强化伪影，因此不能真实地反映伪影区域病灶的真实情况，无法确切了解病灶内部的改变如出血、钙化情况，甚至漏诊。另外，对比剂伪影影响对病灶边缘、轮廓的观察，无法判断病变的生长速度及与周围正常肺组织的关系。因此注射侧肢端的腋静脉和锁骨下静脉对比剂伪影是目前临床诊断中广泛面临且亟待解决的问题。
方 法
1. 资料
此项研究获得病人的知情同意。2011年7月6日到9月26日共66名因不同指征而做肺部增强CT扫描的成人病人入组。CT扫描机为Discovery CT750 HD(GE Healthcare，Milwaukee，Wis）。入组病人包括18岁以上、有指征并且推荐肺部CT增强扫描，包括男性52名，女性14名，年龄范围18～86岁（平均年龄55.0±13.2岁）。排除颈部、胸部术后或依从性差而导致不能配合检查的病人。
2.方法
2.1 CT扫描：扫描前，患者除去被检范围内的金属物品，指导患者练习憋气。取常规仰卧位扫描，双臂上举，先扫定位片，然后在定位片上确定扫描范围，自肺尖至肺底。首先进行或不进行平扫（未注射对比剂），然后行增强扫描。本组患者均选择上肢静脉注射（左侧上肢静脉19例，右侧上肢静脉46例）。本组66例患者均采用非离子型对比剂（碘佛醇），注射量根据每千克1ml计算，浓度320mg/ml，注射速度2～2.5ml/s，左侧或者右侧手背静脉或贵要静脉穿刺。注射开始后25s开始扫描动脉期，动脉期扫描完成后60s再行平衡期扫描。GSI模式扫描，层厚0.625mm或1.250mm，管电流 640mA,旋转时间0.6s/rot，螺距1.375∶1，螺旋扫描。采集的图像用GSI viewer软件处理，得到1组140kVp混合能量图像和11组单能量图像（40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140keV）。鉴于平衡期锁骨下静脉、腋静脉内对比剂浓度明显减低，伪影明显减少，故本次研究只分析动脉期。
2.2 图像测量：针对每个病人，在距腋静脉1～3cm范围内的伪影最大层面的3个解剖部位（分别为注射对比剂侧胸骨切迹或胸锁关节层面上的胸大肌、肩胛下肌、胸小肌）画定感兴趣区（regions of internet，ROI）作为伪影区，对侧主动脉弓层面的肩胛下肌或大圆肌处画定ROI作为背景区，分别测定伪影区和背景区的CT值和SD值并取其平均值计算BHA（图1），每个ROI平均面积为80至100mm2（根据所选层面各肌肉的大小划定）。BHA=（NO2-Nb2）^1/2，NO是伪影区的噪声，Nb是以对侧肩周肌肉组织为背景的背景噪声。66名病人，每个病人总共分析12组图像（传统140kVp混合能量图像和11组单能量图像），每组图像画5个ROI,不同组的ROI位置和大小均相同。客观噪声是指被测结构CT值的标准差（standard deviation，SD）。信噪比（signal to noise ratio，SNR）的计算公式：SNR=CT1/SD2；对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）的计算公式：CNR=（CT1-CT2）/SD2，其中CT1为伪影区的CT值，CT2、SD2分别为以同层面胸背部皮下脂肪为背景的CT值和标准差。由一名放射科医生在专业高级工作站（AW4.4，GE Healthcare）进行测量。
3.统计分析
比较140kVp混合能量图像和11组单能量图像伪影区噪声、信噪比、对比噪声比、硬化伪影指数，统计分析采用SPSS17.0软件，单因素方差分析，P＜0.05为具有统计学意义。
结 果
比较各组图像之间伪影区的硬化伪影指数、SNR、CNR及噪声值，见表1。
单能量组与140kVp混合能量组相比，70～120keV均不同程度地降低了硬化伪影指数（P＜0.05），图像上伪影均减轻，其中120keV硬化伪影指数最低（P=0.000），但同时SNR、CNR明显减小，导致软组织对比度明显减低；与140kVp混合能量相比，70keV也可以减小硬化伪影指数（P=0.042），且SNR、CNR最高，优于混合能量图像和其他单能量图像，同时伪影区噪声减低，图像质量最好。临床应用时可以结合120keV与70keV图像共同进行诊断（见图2）。
图2 比较140kVp混合能量图像与单能量图像的图像噪声及锁骨下静脉对比剂硬化伪影。A.140kVp混合能量图像可见伪影明显，伪影区噪声为15.85，BHA值为57.56；B.70keV单能量图像伪影区噪声为14.97，BHA为51.17；C.120keV单能量图像伪影区噪声为14.92，BHA值为24.21。与140kVp混合能量相比，120keV硬化伪影最少，但组织对比度较低，图像噪声增加较大；而70keV也可降低硬化伪影，同时软组织的对比度增加，图像噪声降低，70keV可以作为辅助120keV诊断的能量点。
表1 12组图像伪影区噪声值、SNR、CNR和硬化伪影指数均值
讨 论
CT增强是用对比剂的方法来人工的增加组织间X线的吸收差别，从而提高CT图像对比度的方法。自从应用肺部增强CT，对比剂积聚部位较高密度的异常强化伪影备受关注。因此，要求护士接到患者的检查申请单时，须仔细阅读，了解病史和临床要求，根据病变的位置和患者的血管条件合理选择注射部位[1]。对于病灶在肺上野的患者尽可能不选用锁骨下静脉注药，特别要避开患侧上肢静脉。但当遇到双侧肺上野均有病变或申请单未注明、检查前诊断不明时 ，仍会造成困扰。
根据CT图像伪影的来源，可分为与CT成像技术及设备有关的伪影、与病人有关的伪影以及螺旋CT特有的伪影[2]。对图像质量影响最严重的有技术伪影和线束硬化伪影。混合能量的X线穿过人体后，低能量射线易被吸收，高能量射线较易穿过，在射线传播过程中，平均能量会变高，射线逐渐变硬，称为线束硬化效应[3]。硬化效应的伪影主要表现为致密物体之间的暗区或条状伪影[4]。单源双能CT通过扫描过程中管电压在80kVp及140kVp间瞬时快速切换实现能谱成像。通过GSI viewer后处理软件将单能量图像解析出来，进而可实现对物质定量分析及能谱曲线测定[5]。然而，由于单源双能CT应用于临床时间较短，CT能谱成像在临床方面的应用较少[6-13]。单源双能CT扫描原始数据提供两种重建图像，即混合能量图像及单能量图像。单能量图像是指处于某一能量水平的X线穿物质后产生的衰减图像，对于同一能量水平的单能量图像，物质的衰减系数取决于其基本密度，从而同一物质衰减系数是恒定，避免了硬化效应的产生，图像质量得到改善。单能量图像在不同能量水平具有不同特征，低能量水平的X线穿透力低，图像上组织的对比增强但噪声增高，高能量水平的X线穿透力高，图像上硬化伪影减少但组织的对比噪声比减弱，因此选择合适的能量水平对提高单能量图像质量很重要。
单能量（keV）图像与常规CT图像（kVp图像，混合能量）相比能够有效规避射线束硬化效应，从而提高图像的对比噪声比、获得稳定而精确的CT值。明显降低SD值的单能量CT图像证实这项技术不会引起任何其他明显负面效应。本研究侧重于消除伪影和改善图像质量的研究，实验设计相对简单，今后会按疾病分类进一步研究针对某种疾病如何改善病灶的显示等等。但是能谱成像已经向我们展示了消除对比剂伪影的潜力以及广阔的科研前景，对于改善常规CT混合能量增强扫描的局限性是有进步意义的。
CT能谱成像能够提供一系列单能量图像，并可以从中选择出最佳单能量水平以降低图像噪声和BHAs，增高信噪比及对比噪声比。本研究显示，在肺部增强扫描中，120keV去除硬化伪影的能力比混合能量图像及其与水平单能量图像均强，为去除硬化伪影的最佳单能量图像，但是组织对比度较差。70keV单能量图像优于140kVp混合能量图像，提供更好的信噪比和对比噪声比，更低的图像噪声，同时减少对比剂引起的硬化伪影。临床应用时可以结合120keV与70keV图像共同进行诊断。
