腹部动脉能谱CT混合能量与单能量图像的比较研究*

汕头大学医学院第一附属医院放射科 (广东 汕头 515041)

许伟雄 黄旭璇 林顺发 曹楚瑜 林珏慧

腹部动脉能谱CT扫描(Gemstone Spectral Imaging，GSI)可以获得混合能量(polychromatic，QC)及单能量(monochromatic，MONO)多种重建模式图像，由于重建图像较多，选择适宜的图像重建模式，可以缩短图像后处理时间和改善图像质量，提高临床工作效率。本研究利用腹部能谱CT常规增强扫描，进行腹部动脉不同模式图像的重建，通过腹部动脉混合能量模式和单能量模式重建图像的质量比较研究，筛选适宜观察腹部动脉的能谱CT图像重建模式。

1 材料与方法

1.1 一般资料 随机选择在我院宝石能谱CT进行上腹部GSI增强扫描的患者80例，男性48例，女性32例，年龄21～84岁，平均年龄53.6岁。患者没有碘对比剂过敏史。排除标准：主动脉夹层、腹部动脉介入术后、腹主动脉及分支动脉血栓或癌栓的患者。本研究经医院伦理委员会同意，患者均签署知情同意书。

1.2 图像采集与重建80例均采用GE Discovery CT 750 HD能谱CT机进行腹部常规平扫，之后使用单源双电压(80及140kVp)快速切换的能谱扫描模式进行肝脏动脉期及门脉期双期增强扫描，扫描范围自膈顶到右肾下极以下2cm平面。能谱CT扫描的X线管电流固定为600 mA，螺距为0.984，层厚及层间距为5mm。增强扫描对比剂采用优维显(300mg I/m1)，剂量为75ml，注射流率为2.5ml/s，采用双筒高压注射器。在动脉期能谱CT扫描数据的基础上重建层厚0.625mm、层距0.625mm的混合能量(140kVp)及单能量(40～140 keV)横断位图像。利用能谱分析软件(GSI viewer)重建单能量图像，以10 keV为间距在40～140keV能量范围内进行11种不同能量的单能量图像重建。

表1 QC组与各MONO组图像各项客观指标与主观指标的比较

1.3 图像评价 选取动脉期混合能量图像和各组单能量图像的腹主动脉、肝动脉进行测量和图像质量评价。图像测量及评价时采用统一的窗宽、窗位和阈值。CT值的测量由一名有经验影像医师采用盲法单独进行；CT图像的评分由有经验的一名主治医师和两名主任医师进行，三名医师评分一致时采用该评分；评分不一致时通过共同复阅讨论以达成一致评分。

通过计算腹主动脉和肝动脉的CT值、SNR(signal-to-noise ratio，SNR)和CNR(contrastto-noise ratio，CNR)进行图像质量的客观评价。SNR=SItissue/SDbackground，CNR＝(SI1－SI2)/SDbackground，SItissue为腹主动脉及肝动脉的CT值，SI1为腹主动脉及肝动脉的CT值，SI2为腰大肌和肝实质的CT值，SDbackground为周围空气的标准差。各组图像测量时采用相同的ROI值。

动脉图像质量的主观评价，通过重建血管MIP和VRT图像进行等级评分。根据血管密度、血管内和血管边缘清晰度、血管分支达到的级数、血管与邻近组织的对比度和图像噪声的不同，采用5个等级评分标准：5分为很好、4分为良好、3分为一般、2分为差9尚可用于诊断)、1分为很差(无法用于诊断)。

1.4 统计学分析 应用SPSS 19.0软件对数据进行统计学分析。混合能量图像(QC)和各组单能量图像(MONO)动脉CT值、SNR、CNR和图像质量主观评分(评分先转换为秩)的比较采用完全随机设计的单因素方差分析，组间总体差异具有统计学意义后，QC与各组MONO的两两比较采用多重配对比较的t检验法(Dunnett法)。均数记为±S，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

各组图像腹主动脉和肝动脉CT值、SNR、CNR和图像质量主观评分的组间总体差异具有统计学意义，P＜0.05。各MONO组与QC组腹主动脉和肝动脉CT值、SNR、CNR和图像质量主观评分的两两比较结果见表1。

各MONO组腹主动脉和肝动脉CT值随能量升高逐渐减低，腹主动脉和肝动脉CT值差值逐渐缩小(图1)。

通过各MONO组和QC组腹主动脉、肝动脉图像质量客观指标(CT值、SNR和CNR)和主观评分的综合比较，50～60keV组腹主动脉和肝动脉图像质量优于QC组，腹主动脉及其大分支显示更好之外，还能够显示QC组无法显示或显示不清的更多动脉小分支(图2-7)。同时研究结果显示单能量成像对腹主动脉和肝动脉图像质量的影响存在差异。低能量段(40～60keV)的单能量图像虽然能够提高肝动脉的CT值和CNR，但是SNR基本没有变化；而腹主动脉的CT值、SNR和CNR在低能量段(40～60keV)单能量图像中均得到提高。

图11 能量-密度曲线图。腹主动脉和肝动脉CT值均随能量的升高而逐渐降低，两者的混合能量图像（140kVp）与70keV单能量图像的CT值非常接近。图2-72-7140kVp、50keV、60keV的MIP及VRT图像。与140kVp图像比较，50keV及60keV图像腹主动脉、肝动脉具有更高的CT值及清晰度（相同的窗宽、窗位和阈值），箭示50keV及60keV的MIP、VRT图像显示更多的肝内动脉小分支。

3 讨 论

宝石能谱CT成像是CT能量成像的一项新技术，通过单源瞬时双kVp(80/140)同向采集技术[1]进行扫描，根据高低能量的扫描原始数据重组得到基物质对图像，最后利用相应基物质的吸收曲线计算出特定范围(40～140keV)内的101个虚拟单能量图像，同时获得常规混合能量图像(QC)。在混合能量模式下，组织CT值是恒定的，图像中不同组织间的对比相对恒定。由于同种组织在不同能量水平条件下对X线的吸收存在差异，因此组织的CT值将随着能量的改变发生相应的变化。而每种组织都有特定的X线吸收曲线，在不同能量水平条件下，图像中不同组织间的对比亦随能量的改变发生变化。另一方面能量水平的变化，也会改变图像的噪声，影响图像质量。高能量X线束能够提高光子穿透组织的能力，从而使更多的光子到达探测器，减少量子噪声；而低能量X线束也因为降低了穿透力，到达探测器的光子数减少，使得噪声增加。因此能谱CT可以通过调整适宜能量水平，改善图像质量[2-3]。

目前能谱CT成像的临床应用时间还非常短，其各种临床应用价值还处于探索阶段[4-8]。本研究利用腹部能谱CT常规增强扫描，进行腹部动脉混合能量模式和单能量模式的图像重建，在客观指标和主观指标上进行图像质量的对比评价，探讨能谱CT成像在腹部动脉的临床应用价值，同时也为临床选择合适的图像重建模式提供依据。CT值、SNR和CNR是腹部动脉图像质量评价最重要的客观指标。动脉CT值是动脉强化程度的重要指标，血管强化程度高，意味着有可能得到良好的动脉图像；良好的SNR是CT清晰显示腹部动脉解剖结构及病变的基础，而在一定SNR条件下，足够的CNR是显示腹部动脉病变的根本保证。腹部动脉图像的主观评价一般是基于动脉的MIP和VRT图像进行评估。因此评价腹部动脉的图像质量，必须结合腹部动脉成像质量的各项客观指标和主观评价进行综合考虑。

本研究采用腹主动脉和肝动脉作为腹部大、小动脉的代表，进行腹部动脉不同重建模式图像质量的对比研究，同时比较单能量成像对管径较大的腹主动脉和管径较小的肝动脉成像质量的影响是否存在不同。研究结果显示，腹主动脉和肝动脉的CT值随着能量水平的降低逐渐升高，在低能量段的图像中，腹主动脉和肝动脉强化程度都明显提高，对比增强，但噪声增加；而在高能量段图像中，腹主动脉和肝动脉强化程度均明显降低，对比减弱，但图像硬化伪影及噪声减少。在各组MONO图像与QC组图像的客观指标及主观评分对比中，70keV组单能量图像作为分水岭，其腹主动脉和肝动脉显示效果与QC组相同(P＞0.05)。80～140keV组腹主动脉和肝动脉图像质量均较QC组差(P＜0.05)，而在低于70keV组单能量图像中，虽然40keV腹主动脉的各项客观指标和肝动脉的大部分客观指标高于QC(P＜0.05)组，但是两组图像肝动脉的SNR和腹主动脉、肝动脉的主观评分没有差异(P＞0.05)，同时40keV图像的噪声明显增加，影响了腹主动脉和肝动脉MIP、VRT图像的观察，而且由于邻近组织CT值的升高，VRT图像中腹主动脉和肝动脉受邻近组织的遮挡，显示不清，因此不能说明40keV组腹主动脉、肝动脉图像质量优于QC组。50～60keV组腹主动脉各项客观指标、肝动脉的部分客观指标和图像主观评分高于QC组(P＜0.05)，虽然50～60keV组和QC组肝动脉的SNR没有差异(P＞0.05)，但前者肝动脉的CNR高于后者(P＜0.05)，能够显示后者无法显示或显示不清的更多动脉小分支，综合各项客观指标和主观评分，无论是腹主动脉或者肝动脉的显示效果，QC组腹主动脉和肝动脉的显示效果都差于50～60kev组。因此50～60keV组腹主动脉和肝动脉图像质量明显优于QC组。研究结果同时表明腹主动脉和肝动脉CT值的差值随能量水平的降低而加大，并且低能量段(40～60keV)单能量图像对腹主动脉和肝动脉成像质量的影响存在一定差异，主要体现在小动脉SNR的差别变化。低能量段单能量图像能显著提高腹主动脉的SNR，而对肝动脉的SNR几乎没什么影响。一方面主要是因为肝动脉内径较小，充盈对比剂较少，肝动脉CT值随能量降低升高的幅度远不如腹主动脉；另一方面随着能量降低图像的噪声有所增加，腹主动脉和肝动脉在相同能量水平下具有相同的噪声。因此肝动脉CT值升高部分，由于增加的噪声的抵消，肝动脉的SNR几乎没变化，而腹主动脉CT值升高幅度较大，大于噪声增加的幅度，所以低能量段单能量图像能显著提高腹主动脉的SNR。

综上所述，在腹部动脉能谱CT扫描不同重建模式图像中，50～60keV单能量模式重建图像质量优于混合能量模式重建图像，除腹主动脉及其大分支比常规混合能量图像显示更好之外，一些较细小的动脉分支也能清晰显示，推荐其作为腹部动脉CT能谱扫描的常规重建模式。如何通过能谱CT扫描技术，在不影响腹部血管图像质量和不明显增加辐射剂量的情况下，通过降低对比剂浓度、用量及注射速率，从而降低对比剂肾病的发病率，是我们下一步研究的方向。

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