低浓度对比剂能谱CT单能量成像对提高门静脉图像质量的研究

张龙敏， 刘爱连， 刘义军， 佟梓滨， 浦仁旺， 刘晓峰



低浓度对比剂能谱CT单能量成像对提高门静脉图像质量的研究

张龙敏， 刘爱连， 刘义军， 佟梓滨， 浦仁旺， 刘晓峰

目的：探讨宝石CT能谱成像最佳对比噪声比(CNR)单能量图像对提高低浓度对比剂门静脉成像质量的应用价值。方法：将符合纳入标准的136例患者随机分为2组，A组采用高浓度对比剂(350mg I/100mL)和常规CT扫描(1.25mm层厚)、B组采用低浓度对比剂(270mg I/100mL)和宝石CT能谱成像(GSI)。由两位放射科医师采用双盲法分别测量两组图像上门静脉左支、右支和肝实质的CT值及图像噪声，对两位观察者的测量结果采用组内一致性系数(ICC)进行分析；采用较高年资观察者的测量结果，计算门静脉的对比噪声比(CNR)，并对两组的测量结果及CNR值分别行t检验；经图像后处理，分别获得两组图像的VR和MIP重组图像并进行图像质量的主观评分，对2位医师的图像质量评分采用Kappa检验，并采用较高年资观察者的评分结果和秩和检验法对2组间的图像质量进行比较。结果：B组中门静脉最佳CNR单能量图像的能量水平集中在50KeV左右。两位观察者测量数据的一致性较好(ICC>0.75)。A组中门静脉左支、门静脉右支和肝实质的CT值及背景噪声(SD值)分别为(178.38±27.25)、(174.78±24.66)、(116.13±17.01)和(32.78±4.72)HU，B组分别为(334.01±58.74)、(328.51±55.78)、(187.89±32.23)和(39.12±10.05)HU， 这4个测量指标在两组间的差异均有统计学意义(P<0.05)。B组中门静脉左、右支与肝实质的CNR(分别为4.08±1.90和3.93±1.80)均高于A组(分别为1.92±0.68和1.80±0.59)，两组间差异有统计学意义(P均<0.01)。两位医师对重组图像的主观评价结果一致性较好(A组Kappa值为0.900，B组Kappa值为0.902)；两组的图像质量评分分别为3.26±0.50和3.23±0.43，差异无统计学意义(P=0.896)。结论：能谱CT能提供多组单能量图像，且在降低对比剂浓度的前提下，GSI最佳CNR单能量图像能显著提高门静脉与肝实质的对比噪声比，很好地显示门静脉及其分支。

门静脉； 体层摄影术，X线计算机； 能谱成像； 单能量图像； 图像质量

MSCT门静脉成像(CT portal venography，CTPV)是目前评估门静脉的主要检查方法，但随着对比剂用量的增加，成像质量提高，对比剂肾病的发生率随之升高，如何减少血管成像中对比剂用量而又不牺牲图像质量，一直是放射学工作者的努力方向。宝石CT能谱成像(gemstone spectral imaging，GSI)技术的应用提供了这种可能性。能谱CT能在0.5 ms内瞬时完成高低能量切换，在40～140 keV范围内能实现任意单能量图像重建，可获得101个单能量图像[1]；而且，利用最佳对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)曲线获得病变与周围组织最佳对比的单能量图像，进而有效显示病变的强化特点及病变与周围组织的强化差异[1-2]。目前已有将能谱CT最佳CNR单能量图像用于门静脉成像的报道[3]，初步研究结果显示单能量图像可以显著提高门静脉成像的图像质量，但这项研究中使用高浓度对比剂进行门静脉成像，本文旨在评估使用低浓度对比剂的能谱CT最佳CNR单能量成像技术在门静脉成像中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

将2013年3月-2014年1月在我院行全腹能谱CT扫描并符合纳入标准的136例患者随即分为2个组，A组为高浓度对比剂常规扫描组，共76例，男44例，女32例，年龄(60.84±11.19)岁；B组为低浓度对比剂能谱CT单能量成像组，共60例，男40例，女20例，年龄(64.34±12.00)岁。纳入标准：①无碘对比剂使用禁忌证；②既往无肝脏手术史；③呼吸状态平稳，能正常屏气；④无心脏功能障碍等影响血液循环的疾病。排除标准：①肝内占位性病灶影响门静脉血管的显示；②门静脉瘤栓形成，门静脉密度不均；③严重影响门静脉血流动力学改变的疾病，如肝硬化门静脉高压、布加综合征等。本次研究获得本院伦理委员会审批，所有患者均签署知情同意书。

2.CT扫描方法和参数

患者检查前常规空腹4～6 h，口服温开水200～300 mL以充盈胃肠道。采用GE Discovery HD750能谱CT机，常规行全腹平扫和三期增强扫描(动脉期、门静脉期、平衡期)。采用对比剂智能跟踪技术(Smart Prep)，监测点置于右肾门水平腹主动脉，注射对比剂10 s后启动监测，CT值达150 HU后自动触发开始动脉期扫描，门静脉期与动脉期时间间隔为30 s，平衡期与静脉期间隔120 s；扫描层厚5 mm，层间隔5 mm，螺距1.375，重建层厚1.25 mm，标准算法。A组：管电压120 kVp，对比剂为欧乃派克(350 mg I/100 mL)；B组：管电压140和80 kVp，能谱成像模式，对比剂为威视派克(270 mg I/100 mL。两组对比剂注射量均为100 mL，注射流率5.0 mL/s，对比剂注射完毕后以同样流率注射生理盐水20 mL。

3.图像后处理

扫描完成后将原始图像传输至GE ADW 4.5工作站，由一位有5年工作经验的放射科医师进行门静脉图像后处理，两组处理方法如下：A组选择层厚1.25 mm原始图像；B组选择层厚1.25 mm包含GSI原始数据的能谱图像，应用能谱成像分析软件包，选择GSI-view软件进入“optimal CNR”模式，于肝门水平门静脉右支主干内放置感兴趣区(region of interest，ROI)，ROI的直径约为血管直径的2/3，背景选择肝门水平肝包膜下1 cm左右的肝实质区域，尽量避开血管或肝内病变，ROI面积不超过所设置的门静脉ROI的2倍，然后软件自动计算获得门静脉与肝实质的最佳CNR单能图像并保存，用于图像重建、数据测量以及与A组图像进行比较。

图像的客观评价：由两位放射科医师(分别工作5年和7年)分别测量门静脉左支(LPV)、右支(RPV)的CT值(选取肝门水平连续3个层面进行测量，取其平均值)、肝实质(L)的CT值及标准差(SD值，代表噪声)。肝实质ROI位于肝包膜下1cm左右，面积为(100±10) mm2，选取肝门水平连续3个层面进行测量并取其平均值，同时获得肝实质的噪声值(SD)。A组和B组所选择的ROI的大小及位置应尽量相同。分别计算两组中门静脉左支、右支的CNR：

(1)

图像的主观评价：采用容积再现(volume rendering，VR)和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)技术对常规图像和最佳CNR单能图像进行门静脉血管成像。然后由2位放射科医师采用单盲法(对彼此评分结果及数据分组未知)对两组图像质量进行评价，采用5分制的评分标准，根据图像上门静脉边界的锐利程度、门静脉与周边肝实质的对比度、所显示的门静脉分支的级别进行综合评分[4]：5分，门静脉边缘锐利，与肝实质对比优，门静脉5级分支显示良好；4分，门静脉边缘较锐利，与肝实质对比良好，门静脉4级分支显示良好；3分，门静脉边缘较清楚，与肝实质对比中等，门静脉3级分支显示良好；2分，肝静脉边缘不清楚，与肝实质对比较差，门静脉2级分支显示良好；1分，肝静脉边缘模糊，与肝实质对比极差，仅肝内门脉1级分支显示良好。

图1　A组(高浓度对比剂常规扫描)门静脉图像，可显示门静脉5级属支，与肝实质对比优，主观评分为5分。a)MIP图像；b)VR图像。　图2　B组(低浓度对比剂最佳CNR单能量成像)门静脉图像，门静脉显示清晰，可显示5级属支，与肝实质对比清晰，主观评分为5分。a)MIP图像；b)VR图像。

4.统计学分析

运用SPSS 17.0统计分析软件。两位观察者对门静脉、肝实质、肝实质噪声的测量结果的比较采用组内一致性检验(intra-class correlation coefficient，ICC)，采用年资较高者的测量结果对2组图像的门静脉-肝实质CNR进行比较(两独立样本t检验)。两位医师对重组图像质量客观评价结果的一致性评估采用Kappa检验，Kappa值>0.75为一致性好；0.40～0.75为一致性一般；<0.40为一致性差。采用年资较高者对两组图像质量的评分为最终结果，并对两组评分进行秩和检验(Mann-Whitney检验)。P<0.05为差异有统计学意义。

结　果

B组门静脉-肝实质CNR曲线显示，门脉期的门静脉-肝实质最佳CNR单能图像能量水平集中在49.0～51.0 keV。两位观察者对图像质量的客观测量数据的一致性好，ICC检验结果见表1。两位观察者对A、B组图像质量的主观评分结果(图1、2)：高年资观察者分别为3.26±0.50和3.23±0.43，低年资观察者分别为3.30±0.52和3.20±0.40；两位观察者对2组图像质量主观评价的一致性好(A组Kappa值为0.900，B组Kappa值为0.902)。

表1　两位观察者各项客观测量数据的一致性分析(ICC)结果

较高年资观察者的客观评价结果见表2、3。

表2　高年资观察者对两组指标的测量值及统计分析结果　(HU)

表3　门静脉-肝实质CNR及统计分析结果

B组图像的门静脉左支、门静脉右支和肝实质CT值及背景噪声(SD值)均高于A组，差异均有统计学意义(P<0.01)。两组门静脉-肝实质(左支、右支)CNR分别为A组1.92±0.68、1.80±0.59；B组4.08±1.90、3.93±1.80(表3)，B组门静脉-肝实质CNR值(门静脉左支、右支)明显高于A组，二组间差异有统计学意义(P<0.01)。秩和检验结果显示，年资较高者对A、B组的主观评分结果间差异无统计学意义(Z=-0.131，P=0.896)。

讨　论

CTPV是目前临床评价门静脉的主要方法，可较清晰地显示门静脉及侧支血管的大小、范围、走行及引流方向等。CTPV的成像质量取决于门静脉内对比剂浓度，其受到多种因素的影响，如患者心功能情况及设备和扫描技术等，可通过采用多期动态增强扫描或者增加对比剂用量和注射流率等方法来更好地显示门静脉[5]，但这些方法会显著增加患者的辐射剂量或者增加对比剂对肾功能的影响，甚至可能导致对比剂肾病[6]。降低对比剂浓度有助于减少副反应的发生。如何能在降低对比剂浓度的情况下，又不牺牲图像质量是我们研究的重点。本次研究在保证注射流率一致的前提下，对比高浓度对比剂常规扫描及低浓度对比剂能谱CT成像的效果，旨在探究低浓度对比剂能谱CT成像对门静脉成像的影响。

能谱CT成像较常规MSCT的一个最大优势是可以生成40～140 KeV能量段的多组单能量图像，而常规CT扫描是一种混合能量成像[1,7]。X线与物体作用时在高能段以康普顿效应为主，低能段以光电效应为主，当X线束穿过人体时，会优先滤掉低能量，从而产生线束硬化伪影，同时混合能量间的平均效应也会降低不同物质间的对比度。能谱CT成像得到的单能量图像有利于消除硬化伪影，提高图像的清晰度。单能量图像是指当X线源仅发出单一能级的X线光子穿过被检物体时所产生的的衰减图像[8]。单能量图像在不同能量水平具有不同特征，高能量图像中组织对比度较小、图像硬化伪影少，低能量图像可增加组织的CT值，组织对比度较大，噪声增高；所以在低能量能谱图像上可以更好地观察组织细节，增加肿瘤、血管与周围组织的对比噪声比，能更加清晰地显示门静脉主干及其分支。能谱CT在肝门静脉的显示、肝脏肿瘤的鉴别诊断方面均已逐步展现出它的优越性[1-2]。此外，对静脉、脊髓、韧带和肌腱等结构的显示一直是传统CT成像的弱点，采用最佳CNR单能成像可以提升这些结构的对比度[9]。

本研究结果显示，门静脉的最佳能量点在50 KeV附近，与文献报道基本一致[2-3]。有研究显示，51 KeV单能量成像可以显著提高肝内、外门静脉的显示和门静脉成像的图像质量[2]。在本研究中，最佳CNR单能量图像上(B组)门静脉与肝实质CT值的差值明显高于常规图像(A组)，虽然与此同时最佳CNR单能图像的噪声较常规图像增高，但由于门静脉与肝实质对比度的增加更为显著，故B组CNR值仍明显高于A组，起到了GSI单能量成像提高血管成像质量的作用。CT对比噪声比在血管成像中是至关重要的因素，且2位医师对最佳CNR单能图像质量的主观和客观评价一致性较好，与高浓度对比剂常规CT图像无明显差异，提示最佳CNR单能图像在对比度和噪声之间已经达到了一种平衡，能够很好地显示门静脉血管；同时也说明了最佳CNR单能图像的客观性和可靠性，观察者间的偏倚较小。

能谱CT对门静脉成像扫描前，无须过分关注扫描的条件和患者的生理及病理状态，可采用常规肝脏扫描参数，通过最佳单能图像的选择来获得高质量的门静脉成像图像。且本次研究中采用低浓度对比剂GSI获得的门静脉-肝实质CNR明显高于高浓度对比剂常规扫描，提示可以在减少对比剂剂量的同时有效评估门静脉，降低发生对比剂肾病的风险。

本研究尚有一定的局限性：本次研究是前瞻性地对在我院就诊的患者随机进行分组，没有做到同体对比；对有肝脏巨大占位性病变影响门静脉显影及门脉瘤栓形成的病例未纳入研究中，对影响门静脉血流动力学改变的疾病如布-加综合征、肝硬化门脉高压等亦未纳入研究中。鉴于本次研究结果表明，低浓度对比剂GSI扫描最佳CNR单能量成像能够较好地显示门静脉及其分支，笔者认为今后可扩大样本范围进行更进一步地研究。

综上所述，本次研究结果显示采用低浓度对比剂GSI扫描最佳CNR单能量图像获得的门静脉-肝实质CNR明显高于高浓度对比剂常规扫描，能更好地显示门静脉及其分支，使临床行CTPV时减低对比剂用量成为可能，值得临床推广应用。

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Study on the effect of monochromatic images with best contrast-to-noise ratio using spectral CT for improving the imaging quality of portography using low-concentration contrast mediumZHANG Long-min,LIU Ai-lian,LIU Yi-jun,et al.

Objective：To investigate the effect of spectral CT monochromatic images with the best contrast-to-noise ratio (CNR) for improving the imaging quality of portography using low-concentration contrast medium.Methods：According to the inclusion criteria,136 patients were selected and randomly divided into two groups for portography:in group A,contrast medium with high concentration (350mg I/100mL) and conventional CT were used;and in group B,low-concentration contrast medium (270mg I/100mL) and gemstone spectral imaging (GSI) were used.CT value of liver parenchyma,left- and right-portal vein,and image noise on portography images were measured independently and blinded by two radiologists,and the results of two observers were analyzed with intra-class correlation coefficient (ICC).The CNR of the left- and right-portal vein was calculated using the data from the senior doctor,and independent t-test were used to compare the differences of the indexes mentioned above between the two groups.Then the data were post-processed using volume rendering (VR) and maximum intensity projection (MIP) methods.Image quality of portography in two groups was evaluated on a five-point scale by two radiologists.The inter-observer agreement of image quality grade was analyzed by Kapppa test.Then image quality of the two groups was compared by the Wilcoxon test using the data from the senior doctor.Results：In group B,the monochromatic images at 50KeV were found to have the best CNR.The agreements of the value of the three indexes measured by the two observers were good all (ICC>0.75).The CT value of left portal vein、right portal vein and liver parenchyma,and image noise of group A were (178.38±27.25),(174.78±24.66),(116.13±17.01) and (32.78±4.72)HU,and those of group B were (334.01±58.74),(328.51±55.78),(187.89±32.23) and (39.12±10.05)HU,there were significant differences between the two groups (P<0.05).The CNRs of left- and right portal vein to liver parenchyma of group A (1.92±0.68 and 1.80±0.59,respectively) were lower than those of group B (4.08±1.90 and 3.93±1.80) with statistic difference between the two groups (P<0.01).The agreement of the image quality grading between the two observers was good (In group A,Kappa value=0.900;in group B,Kappa value=0.902).The image quality scores of group A and B were 3.26±0.50 and 3.23±0.43 respectively,there was no significant difference between the two groups (P=0.896).Conclusion：Compared with conventional MSCT,spectral CT imaging can provide multiple sets of single-energy images and improve CNR and image quality of portography using low concentration of contrast medium.

Portal vein； Tomography，X-ray computed； Spectral imaging； Monochromatic images； Image quality

2014-08-25)

116000辽宁，大连医科大学附属第一医院放射科

张龙敏(1988-)，女，河南南阳人，硕士研究生，住院医师，主要从事腹部影像诊断工作。

刘爱连，E-mail：cjr.liuailian@vip.163.com

·腹部影像学·

R814.42； R543.6

A

1000-0313(2015)04-0360-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.04.014