双源CT双能量虚拟平扫在上腹部不同扫描时期的应用研究*

王　凤，李邦国，刘　盼，罗显丽，王　梦，金开元

(遵义医学院附属医院 影像科，贵州 遵义　563099)



临床医学研究

双源CT双能量虚拟平扫在上腹部不同扫描时期的应用研究*

王凤，李邦国，刘盼，罗显丽，王梦，金开元

(遵义医学院附属医院 影像科，贵州 遵义563099)

目的 评价双源CT上腹部动脉期、门静脉期双能量虚拟平扫(VNC)的图像质量和辐射剂量。方法 对200例患者行上腹部CT平扫加增强扫描，常规平扫(CNC)采用单能模式，动脉期与门静脉期采用双能模式，选择Liver VNC应用程序，获得动脉期和门静脉期两期虚拟平扫图像，对比分析CNC、VNC图像质量评分、平均CT值、信噪比(SNR)、病灶检出率及辐射剂量。结果 VNC图像质量评分低于CNC，两期VNC图像质量评分无统计学差异。VNC图像中除了脾脏及腹膜后脂肪的CT值、SNR及胆囊的SNR与CNC无统计学差异，其他感兴趣区(ROI)的CT值、SNR均与CNC有统计学差异(P<0.05)；动脉期VNC肾脏CT值低于门静脉期VNC，动脉期VNC腹主动脉CT值高于门静脉期VNC，其余两组感兴趣区的CT值、SNR无统计学差异。CNC、两期VNC图像的病灶检出率差异无统计学意义(P>0.05)，门静脉期VNC对病灶检出率高于动脉期VNC。双能量增强扫描的辐射剂量低于常规平扫(P<0.05)，动脉期、门静脉期之间无差异；如减少常规平扫，受检者接受的有效辐射剂量可减少38.73%。结论 上腹部VNC不仅能够满足影像诊断的需要，同时减少了辐射剂量，门静脉期VNC的图像质量评分及病灶检出率更接近于CNC。

上腹部；体层摄影术，X线计算机；双能量；虚拟平扫；辐射剂量

CT平扫加增强是诊断上腹部病变的常用检查方法，这使得受检者接受多次X线的照射，而X线带来的辐射损伤一直是人们关注的焦点。双源CT双能量虚拟平扫为控制辐射剂量开辟了新领域。既往双源CT双能量虚拟平扫在上腹部的研究中，多期增强扫描中哪一期行双能量虚拟平扫存在争议。因此，本研究拟通过大样本对比分析上腹部动脉期、门静脉期虚拟平扫的图像质量、辐射剂量、病变的检出及诊断，探讨上腹部双源CT双能量虚拟平扫在临床应用的可行性，并比较动脉期、门静脉期虚拟平扫的差异。

1　材料与方法

1.1研究对象2014年6月至12月我院拟诊上腹部病变而行上腹部CT平扫加增强扫描患者200例，男127例，女73例，年龄15～87岁，平均(49.85±14.60)岁，体重指数为(17.31～27.76)。所有受检者无碘对比剂过敏史，无严重心、肺、肾功能不全，检查前均签署知情同意书。

1.2方法

1.2.1扫描技术与方法采用Siemens Somatom definition flash双源CT进行扫描，常规平扫(conventional non-contrast，CNC)后直接行增强双能量扫描，采用双筒高压注射器经肘静脉以3 mL/s注射碘海醇[300 mg(I)/mL]70 mL，后以相同流率跟注生理盐水20 mL。分别在开始注射对比剂后30和65 s行肝脏动脉期和门静脉期扫描。常规平扫采用单能量技术，管电压120 kV、管电流350 mAs，准直器128×0.6 mm；动脉期与门静脉期采用双能量技术，管电压100 kV和Sn140 kV，对应管电流230 mAs和178 mAs，准直器64×0.6 mm。层厚及层间距均为6 mm，实时动态曝光剂量调剂技术(CARE Dose 4D)开启。通过重建所得薄层图像及常规平扫传输至后处理工作站，选择Liver VNC应用程序，得到两期虚拟平扫(virtual non-contrast，VNC)图像，并设置窗宽、窗位与常规平扫(窗宽200，窗位40)相同后保存。

1.2.2图像分析CNC及两期VNC图像传至后处理工作站后，由一位有经验的影像科医师勾画感兴趣区(region of interest，ROI)，包括：肝门平面肝实质3个，脾门平面脾实质1个，胰腺体部1个，双肾门平面肾实质各1个，胆囊体部1个，腹腔干层面选取腹主动脉、腹膜后脂肪及竖脊肌各1个，ROI取1cm2。同时测量3组平扫图像的CT值、标准差(SD)并算信噪比(SNR)，SNRn=CTn/SDn(n为各脏器)

两位有经验的影像科医师分别对常规平扫及两期VNC图像质量进行评分，意见不一致时，共同协商决定。评分标准如下[1]：5分-解剖细节清晰，能够简单明了地评价；4分-解剖结构和细节较清楚，能够评价，但不是特别好；3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；2分-解剖结构不清楚，解剖细节不能分辨；1分-解剖结构模糊，不能诊断。以≥3分为满足临床诊断需求标准。以常规平扫结合双期增强扫描所显示的病灶为参照标准，计算出3组平扫图像的病灶检出率。

1.2.3辐射剂量评估扫描结束后机器自动生成容积CT剂量指数(CTDI)及剂量长度乘积(DLP)，记录并计算有效剂量(ED)，ED = DLP×k，腹部k值为0.015。

1.3统计学处理采用SPSS 17.0软件对上述各组数据进行统计学分析。图像质量评分行秩和检验，差异有统计学意义时行多个样本间的多重比较(Wilcoxon秩和检验)；平均CT值、SNR及辐射剂量(CTDI vol、DLP、ED)行单因素方差分析，差异有统计学意义时进一步行组间两两比较。双能量虚拟平扫与常规扫描的辐射剂量行配对t检验。以常规平扫结合双期增强图像所显示的病灶为依据，利用χ2检验对3组平扫图像的病灶检出率进行比较。以P<0. 05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1图像质量3组平扫图像质量评分分别为CNC 4.43±0.64，动脉期VNC 3.93±0.79，门静脉期VNC 4.01±0.77，动脉期、门静脉期VNC图像质量低于常规平扫，差异有统计学意义(P<0.05)，两期VNC图像之间差异无统计学意义(P>0.05)(见表1、图1)，但动脉期VNC心腔内碘剂的去除不如门静脉期VNC完全(见图2)。

表1常规平扫与动脉期、门静脉期虚拟平扫图像质量评分(n=200)

组别评分12345常规平扫001683101动脉期VNC01697753门静脉期VNC01578359

A：CNC(5分)，解剖结构清晰；B、C：动脉期VNC(4分)、门静脉期(4分)，胃周间隙欠清晰。图1　22岁男性3组平扫图像资料

A：CNC，心脏内未见高密度影；B：动脉期VNC，右心房及右心室内见碘剂残留；C：门静脉期VNC，心腔内未见碘剂残留。图2　55岁男性3组平扫图像资料

2.2平均CT值及SNRVNC与CNC中脾脏、腹膜后脂肪的CT值、SNR及胆囊的SNR差异无统计学意义，余感兴趣区均有差异，两期VNC中仅肾脏和腹主动脉的CT值、SNR差异有统计学意义(P>0.05)(见表2～3)。

表2常规平扫与动脉期、门静脉期虚拟平扫感兴趣区平均CT值(HU)

感兴趣区常规平扫动脉期VNC门静脉期VNC常规平扫VS动脉期VNC常规平扫VS门静脉期VNC动脉期VNCVS门静脉期VNCP肝脏60.23±5.7361.69±6.5262.30±6.610.0450.0050.410胆囊16.80±9.3214.12±11.7613.70±11.730.0420.0140.669胰腺47.31±5.0642.45±6.2741.16±5.960.0000.0000.055脾脏50.75±3.9652.32±4.4152.56±4.370.0630.0580.159肾脏35.36±3.7629.58±4.5231.20±4.420.0000.0000.000腹主动脉45.87±5.3242.39±7.2440.00±6.880.0000.0000.000腹膜后脂肪-102.85±11.78-101.71±8.86-103.32±10.180.9250.8380.766竖脊肌54.83±6.2653.17±5.8853.05±6.240.0080.0040.845

2.3病灶检出率常规平扫结合增强检出病灶561个，常规平扫检出488个(86.99%)，动脉期VNC检出467个(83.24%)，门静脉期VNC检出471个(85.92%)，三者之间差异无统计学意义(χ2=3.426，P>0.05)(见图3)。

2.4辐射剂量动脉期及门静脉期的CTDIvol、DLP、ED均低于常规平扫，差异有统计学意义(P<0.05)，动脉期、门静脉期的CTDIvol、DLP、ED差异无统计学意义(P>0.05)(见表4)。双能量虚拟平扫与常规扫描的总辐射剂量差异有统计学意义(t=72.56，P=0.000)。通过双能量增强扫描获得虚拟平扫图像，受检者减少一次常规平扫，受检者的辐射剂量减少了38.73%。

表3常规平扫与动脉期、门静脉期虚拟平扫感兴趣区SNR

感兴趣区常规平扫动脉期VNC门静脉期VNC常规平扫VS动脉期VNC常规平扫VS门静脉期VNC动脉期VNCVS门静脉期VNCP肝脏4.59±0.934.97±0.785.09±0.840.0000.0000.213胆囊1.38±0.841.18±1.011.16±1.030.8900.5500.820胰腺3.41±0.833.25±0.773.11±0.680.0470.0000.087脾脏3.90±0.784.24±0.834.21±0.990.2750.0900.132肾脏2.79±0.642.46±0.562.64±0.590.0000.0150.003腹主动脉3.18±0.693.24±0.762.97±0.730.0410.0060.000腹膜后脂肪6.90±1.427.12±1.127.09±1.150.2280.2380.978竖脊肌4.20±0.834.01±0.843.96±0.790.0410.0270.919

A～C：分别为CNC、动脉期VNC、门静脉期VNC，三者均可见肝左右叶交界区病变。图3　21岁女性3组平扫图像资料

表4常规平扫与动脉期、门静脉期虚拟平扫的辐射剂量比较

评估指标常规平扫动脉期VNC门静脉期VNCFPCTDI(mGy)14.54±1.4811.42±0.8611.35±0.82156.2470.000DLP(mGy×cm)351.01±64.91277.79±47.10277.59±42.52132.5000.000ED(mSv)5.27±0.934.17±0.714.16±0.64130.5030.000

3　讨论

3.1虚拟平扫的定义及基本原理双源CT拥有两套X线及探测器系统，两个球管可以独立设置管电压及管电流，因此可获得双能量数据，再利用碘对比剂和软组织不同能量X线衰减系数的差别，通过专门的数据处理软件计算分析、自动分离碘对比剂，将碘对比剂从增强影像上去除，获得类似于CT常规平扫的图像，即虚拟平扫。虚拟平扫并不是真正的平扫，它是对CT增强后的图像进行碘去除的后处理，获得类似于常规平扫的图像[2]。

3.2VNC与CNC比较VNC能否替代CNC运用于临床，主要指标有：①图像质量，图像质量的好坏直接影响病灶的检出及诊断；②病灶检出；③辐射剂量。本研究结果显示，两组VNC图像质量评分低于CNC ，病灶检出率无差异，且VNC辐射剂量显著低于常规扫描。VNC图像质量评分低于CNC，这与大多数国内外学者研究结果一致[3-6]。其原因，一方面与VNC更易受运动的影响，从而产生伪影有关；另一方面，本研究VNC采用了“D”卷积核。文献报道“D”卷积核可提高物质的特性，降低噪声，增加图像模糊度[7]；此外，本研究双能量扫描采用的是64×0.6 mm的准直器，与常规平扫的128×0.6 mm相比，降低了VNC图像噪声和空间分辨率，也是影响VNC图像质量的原因之一。范雷等[8]认为部分消耗性体质的受检者缺乏皮下脂肪或腹腔脂肪间隙的对比，当肠管周围组织聚集，肠腔充盈不明显时，肝门、胰头部的组织则不易辨识，一定程度上影响图像质量评分及诊断，本研究中类似患者有1例，图像质量评分为2分。此外VNC的CT值、SNR对图像质量也存在一定的影响。CT值可能与选取双能量扫描时间有关。文献报道[9-11]对腹部脏器的研究多选取脏器的实质期行双能量扫描。笔者在增强后30s和65s后行双能量扫描，可能导致VNC与CNC的CT值不同。同时CT值是一个相对值，当管电压不同时，也可造成同一脏器的CT值变化。SNR与管电压、管电流、层厚、重组算法、扫描时能量源数目及某些软件的应用等密切相关。De Cecco等[12]通过第二代双源CT双能量虚拟平扫对腹部研究认为VNC图像的SNR低于常规平扫，而本研究除了肝脏SNR高于CNC，胰腺、肾脏、竖脊肌和腹主动脉的SNR低于常规VNC，与其研究结果相似，这可能与本研究A球管选择了100 kV管电压，第二代双源CT采用能谱滤过技术，后处理算法中的光滑处理等使背景噪声降低有关。

尽管本研究中VNC的图像质量低于CNC，但3组平扫图像的病灶检出率无显著差异，只有部分小结石，局限性钙化灶的显示不如常规平扫，可能与碘剂去除不完全影响小结石、钙化灶的检出有关，“模糊淡化”伪影也可影响结石的检出。Kim等[13]利用VNC技术对胆囊结石进行研究，发现当结石CT值小于78Hu、直径小于1.7 mm或截面积小于9 mm2时，可能会造成结石的漏诊。

保证CT图像质量的前提下有效控制辐射剂量一直是人们关注的焦点及研究的热点。本研究常规平扫与增强双能量扫描均开启CARE Dose 4D模式，常规平扫、动脉期、门静脉期的有效辐射剂量远低于欧洲CT扫描质量标准的3.5 mSv[14]。同时，本研究中动脉期、门静脉期增强扫描的辐射剂量均小于常规平扫，而且，采用双能量虚拟平扫技术，受检者可减少一次常规平扫，使受检者接受的总有效辐射剂量较常规三期扫描平均减少了38.73%。

3.3动脉期VNC与门静脉期VNC比较本研究结果显示两期VNC的图像质量评分、病灶检出率及辐射剂量无统计学差异，尽管对病变检出无差异，但门静脉期VNC较动脉期VNC对病变检出更高，而且笔者在研究中发现由于图像伪影的影响，动脉期VNC图像2例近肝右后叶边缘的高密度病灶未能检出。此外，动脉期VNC心腔、下腔静脉内碘剂去除不完全，De Cecco等[15]研究发现含碘浓度较高的区域(如下腔静脉)以及心力衰竭的患者，可能会影响VNC图像碘剂的去除。这对心脏、下腔静脉及其周围病变的检出有一定的影响。

3.4不足之处本研究只对比VNC与CNC检出的病变数目，未对病变的种类及性质进行研究。在研究中笔者发现VNC对部分低密度病变的检出较CNC图像敏感，如细小的囊肿或坏死液化区，其原因有待增加样本量进一步的研究。

总之，上腹部VNC图像能够满足影像诊断的需要，并减少了辐射剂量，具有潜在的临床应用价值。相对于动脉期VNC图像而言，门静脉期VNC的图像质量评分及病灶检出率更接近于CNC，同时门静脉期VNC图像心腔、下腔静脉内碘剂的去除较动脉期VNC图像完全，推荐门静脉期行双能量虚拟平扫。

[1] Behrendt F F，Schmidt B，Plumhans C，et al.Image fusion in dual energy computed tomography: effect on contrast enhancement, signal to noise ratio and image quality in computed tomography angiography[J].Invest Radiol，2009，44(1)：1-6.

[2] Paul J，Kranss B，Banckwitz R，et al. Elationships of clinical protocols and reconstruction kernels with image quality and radiation dose in a 128-slice CT scanner:Study with an anthropomorphic and water phantom[J]. Eur J Radiol，2012，81(5)：699-703

[3] 彭 晋，张龙江，吴新生，等.双源CT双能量上腹部虚拟平扫临床应用价值的初步探讨[J].临床放射学杂志，2009，12(28)：1680-1684.

[4] Barrett T，Bowden D J，Shaida N，et al. Virtual unenhanced second generation dual-source CT of the liver：Is it time to discard the conventional unenhanced phase?[J].Eur J Radio，2012，81(7)：1438-1445.[5] Tian S H，Liu A L，Wang H Q，et al. Virtual non-contrast computer tomography(CT) with spectral CT as an alternative to conventional unenhanced CT in the assessment of gastric cancer[J]. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention，2015，16(6)：2521-2526.

[6] Zhang L J，Peng J，Wu S Y，et al. Liver virtual non-enhanced CT with dual-source,dual-energy CT：a preliminary study[J]. Eur Radiol，2010，20(9)：2257-2264.

[7] Numburi U D，Schoenhagen P，Flamm S D，et al. Feasibility of dual-energy CT in the arterial phase:imaging after endovascular aortic repaire[J]. AJR，2010，195(2)：486-493.

[8] 范雷，巩若箴.双源CT虚拟平扫技术在阻塞性黄疸中的应用研究[J].医学影像学杂志，2013，5(23)：719-722.

[9] Graser A，Johnson T R，Chandarana H，et al. Dual energy CT: preliminary observations and potential clinical applications in the abdomen[J]. European Radilology，2009，19(1)：13-23.

[10] Graser A，Johnson T R，Hecht E M，et al. Dual-enery CT in patients suspected of having renal masses:can virtual nonenhanced images replace ture nonenhanced images?[J].Radilology，2009，252(2)：433-440.

[11] Sommer W H，Graser A，Becker C R，et al. Image quality of virual noncontrast images derived from dual-energy CT angiography after endovascular aneurysm repair[J]. J Vasc Interv Radiol，2010，21(3)：315-321.

[12] De Cecco C N，Darnell A，Macias N，et al. Virtual unenhanced images of the abdomen with second-generation dual-source dual-energy computed tomograghy:image quality and liver lesion detection[J]. Investigative Radiology，2013，48(1)：1-9.

[13] Kim J E，Lee J M，Beak J H，et al. Initial Assessment of Dual-Energy CT in Patients With Gallstones or Bile Duct Stones: Can Virtual Nonenhanced Images Replace True Nonenhanced Images?[J].AJR，2012，198(4)：817-824.

[14] European guidelines on quality criteria for computed tomography[S]. Luxembourg: European Commission，2000：16262.

[15] De Cecco C N，Buffa V，Fedeli S，et al. Dual energy CT (DECT) of the liver:conventional versus virtual unenhanced images[J]. European Radilology，2010，20(12)：2870-2875.

[收稿2016-05-09;修回2016-06-10]

(编辑：王福军)

Application study of different periods of dual-source CT dual-energy virtual non-contrast in the upper abdomen

WangFeng，LiBangguo，LiuPan，LuoXianli，WangMeng，JinKaiyuan

(Department of Radiology ，Affiliated Hospital of Zunyi Medical University，Zunyi Guizhou 563099，China)

Objective To estimate the image quality and radiation dose of arterial and portal phase of dual-energy virtual non-contrast(VNC) in the upper abdomen.Methods Abdominal CT conventional and enhanced scans were performed in 200 patients with suspected abdominal lesions by using dual-source CT. The single energy mode was performed on the conventional non-contrast (CNC), while dual-energy mode was performed on arterial and portal phase. The liver VNC software was used to reformat the virtual non -contrast CT with at arterial and portal phase. The image quality score, mean CT value, signal to noise ratio(SNR) and radiation dose for arterial phase VNC, portal phase VNC and CNC imaging were compared resepectively.Results The image quality score of VNC was lower than that of CNC. No significant differences were observed between arterial phase VNC and portal phase VNC. There are no significant difference in CT value, SNR for spleen, fat and gallbladder SNR, while the result was significantly opposite in other regions of interest(ROI). A significant difference was also observed in CT value between arterial phase VNC and portal phase VNC and in SNR of the kidney and aorta (P<0.05). No significantly difference was observed in the lesion detection rate between VNC and CNC(P>0.05). Radiation dose was significantly lower in single enhanced scan than in CNC(P<0.05). No significantly was found in the radiation dose between arterial phase VNC and portal phase VNC. The radiation dose could reduce 38.73% without CNC.Conclusion VNC scanning can meet the needs of clinical diagnosis and reduce radiation dose. And the portal phase VNC image quality score and detection rate of lesions are closer to CNC.

upper abdomen；tomography，X-ray computed；dual-energy；virtual non-contrast；radiation dose

贵州省科技厅社会发展科技攻关计划项目(NO：黔科合SY字[2013]3038)。

李邦国，男，主任医师，硕士生导师，研究方向：胸部影像学、双源CT新技术临床应用研究，E-mail:lbg2015@163.com。

R814.42

A

1000-2715(2016)04-0392-05