单源双能CT不同扫描野对标准体模GSI数据的影响

刘晓冬，刘义军，刘爱连，孙美玉，刘静红，田士峰，李　烨，韩　铮，王逸敏，郭维亚，刘泽群，赵　莹

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连　116011）

单源双能CT不同扫描野对标准体模GSI数据的影响

刘晓冬，刘义军，刘爱连，孙美玉，刘静红，田士峰，李烨，韩铮，王逸敏，郭维亚，刘泽群，赵莹

（大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连116011）

目的：探讨单源双能CT不同扫描野对标准体模CT能谱成像的CT值及水（碘）浓度值的影响。材料与方法：应用GE公司单源双能CT（Discovery HD750）对标准水模进行GSI模式扫描，依据扫描协议，按扫描野分为两组：Large扫描野组（L组）和Medium扫描野组（M组），其余扫描条件一致，具体参数如下：管电压为140 kVp和80 kVp瞬时切换，螺距为1.375，层厚为5mm，管球电流及旋转时间在180～225mAs范围进行调制，共扫描6层，扫描完成后以1.25mm层厚进行无间隔标准算法重建。重建图像包括70 keV单能量图像及水（碘）基物质图像。由两名观察者独立进行数据分析测量，图像分析与测量均在AW4.5工作站进行，测量时以水模图像中心为原点，将面积为3 000mm2的圆形感兴趣区（ROI）分别放置于水模正中、前、后、左、右5个位置，ROI距体模切缘约9mm，在单能量及水基图像上分别测量每组6个层面不同位置的CT值及其SD值、水浓度值及其SD值，使用组内相关系数（ICC）检验两观察者测量值的一致性，选择标准差小的数据进行分析。使用配对样本t检验比较两组数据是否存在差异，以P＜0.05为差异有统计学意义；以标准水模CT值为0HU、水浓度值为1 000mg/cm3作为金标准，分别将两组不同位置的CT值、水（碘）浓度值与金标准对照。结果：两观察者测量计算一致性良好，ICC值均＞0.75。①两组CT值比较，两组间CT值及其SD值比较差异均有统计学意义（P＜0.05），M组及L组CT值的均值分别为（3.07±1.49）HU、（2.11±2.47）HU，CT值M组均小于L组，M组更接近金标准，SD值M组大于L组。②两组水（碘）浓度值比较，两组间水（碘）浓度值及SD值比较差异均有统计学意义（P＜0.05），M组平均水浓度值为（1 001.86±1.99）mg/cm3，其平均SD值为4.70±0.50，L组平均水浓度值为（1 002.24±1.88）mg/cm3，其平均SD值为4.31±1.42，CT值M组均小于L组，M组与金标准更接近，SD值M组大于L组。③两组中两种方法的SD差异比较，每组中水（碘）浓度值的SD值均小于CT值的SD值，差异有统计学意义（P=0.000）。结论：扫描视野的改变可影响能谱成像CT值及水（碘）浓度值的测定，Medium扫描野优于Large扫描野，两组相比于传统CT，能谱成像受扫描野改变的影响更小，可更准确地用于定量分析。

体层摄影术，螺旋计算机

CT值是目前常规CT的半定量指标，传统CT一直使用混合能量（kVp）成像技术进行成像[1]，既往大量研究表明，传统的CT值受射线剂量、硬化效应及图像信噪比、像素大小等多种因素的影响。CT值的不稳定会影响对组织密度判定的准确性，从而影响对疾病的诊断。能谱CT的问世改变了常规成像模式，在获得混合能量的同时亦可以获得单能量（keV）图像，其能谱成像（Gemstonespectralimaging，GSI）的基物质浓度测量使CT实现了精确定量，使CT检查向精准医学迈进成为可能。本研究通过标准水模实验，探讨单源双能CT不同扫描野对标准体模CT能谱成像的CT值及水（碘）浓度值的影响。

1　材料与方法

1.1材料与扫描参数

应用单源双能CT（DiscoveryCT750HD，GE Healthcare，Milwaukee，USA）对标准水模行GSI扫描。依据扫描协议，按扫描野大小不同分为两组：Large扫描野组（L组）和Medium扫描野组（M组）。其余扫描条件一致，具体参数如下：管电压为140kVp 和80kVp瞬时切换，螺距为1.375，层厚为5mm，将管球电流及旋转时间控制在180～225mAs范围进行调制 （机器内置符合条件的共计12个序列，M组－GSI1～6序列、L组－GSI7～12序列），每个序列扫描6层。扫描完成后所有图像均以1.25mm层厚进行无间隔重建，重建图像包括70keV单能量图像（Matsumoto等[2]等研究显示，特定射线剂量下，能谱扫描所得70keV图像与传统120kVp图像相比具有相对低的图像噪声和相对高的CNR）及水（碘）基物质图像。

1.2图像处理

由两名观察者独立进行数据分析测量，图像分析与测量均在AW4.5工作站进行，测量时以水模图像中心为原点，将面积为3000mm2的圆形感兴趣区（ROI）分别放置于水模正中、前、后、左、右五个位置（图1），保证每一ROI边缘相切（ROI边缘距体模切缘约9mm），在70keV单能量图像上分别测量每组6个层面不同位置ROI的CT值及其SD值，在水基图像上（图2）测量相应的水浓度值及其SD值，记录相应数据以进行后续的统计学分析。

1.3统计分析

应用SPSS17.0统计软件进行统计学处理。统计结果中不同扫描野下其ROI的CT值及其SD值、水（碘）浓度值及其SD值采用±s来表示，使用组内相关系数 （ICC）检验两观察者测量值的一致性（ICC值≥0.75为一致性很好，ICC在0.5～＜0.75为一致性良好，＜0.5为一致性很差），选择标准差小的数据进行统计分析；使用配对样本t检验比较两组数据是否存在差异，以P＜0.05为差异有统计学意义；以标准水模CT值为0HU、水（碘）浓度值为1000mg/cm3作为金标准，分别将两组的CT值、水（碘）浓度值与金标准对照。

2　结果

2.1单能量（70keV）图像的CT值

2.1.1单能量图像CT值的一致性检验

两观察者在70keV单能量图像上所测量的M组其CT值的ICC值为0.999，L组其CT值的ICC值为0.998，一致性均很好。使用两观察者测量数据中标准差较小的数据进行以下比较。

表1　两组扫描野CT值及水（碘）浓度值差异统计分析

2.1.2两组单能量CT值比较

M组70keV单能量CT值的均值为 （3.07± 1.49）HU，L组单能量CT值的均值为（2.11±2.47）HU，两组CT值比较结果见表1，两组间比较差异均有统计学意义（P＜0.05），CT值M组均小于L组，M组更接近金标准。

2.2水（碘）基物质图像的水（碘）浓度值

2.2.1水（碘）基物质图像水（碘）浓度值的一致性检验

两观察者在水（碘）基图像上所测量的M组水浓度值的ICC值为0.989，L组其水浓度值的ICC值为1，一致性均很好。使用标准差较小的数据进行以下比较。

2.2.2两组水（碘）浓度值比较

M组平均水（碘）浓度值为（1001.86±1.99）mg/cm3，L组平均水（碘）浓度值为（1002.24±1.88）mg/cm3，两组水（碘）浓度值比较结果见表1，两组间比较差异均有统计学意义（P＜0.05），水（碘）浓度值M组均小于L组，M组与金标准更接近。

2.3CT值的SD值与水（碘）浓度值的SD值比较

2.3.1SD值的一致性检验

两观察者在单能量图像上所测量的M组CT值的SD值，其ICC值为0.973，L组其CT值的SD值的ICC值为1，两观察者在水（碘）基图像上所测量的M组水浓度值的SD值的ICC值为0.999，L组水（碘）浓度值的SD值的ICC值为1，一致性均很好。使用标准差较小的数据进行以下比较。

2.3.2分别比较两组中两种方法的SD差异

70 keV单能量图像下，M组CT值的SD值均值为6.86±0.67，L组CT值的SD值均值为5.62±1.16，在水（碘）基图像上，M组平均水（碘）浓度值的SD值为4.71±0.50，L组平均水（碘）浓度值的SD值为4.31±1.42，两组扫描野CT值的SD值、水（碘）浓度值的SD值比较结果见表1，两组间单能量CT值的SD值、平均水（碘）浓度值的SD值比较均有统计学差异（P＜0.05），L组的SD值均小于M组。同时，相同扫描野下，单能量CT值的SD值与水（碘）浓度值的SD值比较P＜0.05，均有统计学差异，水（碘）基图像的SD值均小于单能量图像的SD值。

图170 keV单能量图像测量图。以水模图像中心为原点，将面积为3 000mm2的圆形ROI分别放置于水模正中、前、后、左、右5个位置，ROI距体模切缘约9mm。图2水（碘）基物质图像。

Figure 1.Illusion of measurement in monochromatic (70 keV)images.Take the center of water phantom image as the original point and the ROIwhich is about 3000mm2are placed in the middle,front,back,left and right of the water phantom respectively.The margin of water phantom is about 9mm away from those of RIOs.Figure 2.Water(iodine)basal material image.

3　讨论

CT自诞生以来，学者们一直在致力研究CT成像中的一个关键参数——CT值，CT值是CT图像分析、疾病鉴别诊断的重要依据之一。CT图像是物质对X线吸收的反映。当X射线穿过人体后可获得输出X射线频谱，其射线硬化效应使得物质对X射线的吸收系数不再是一个固定值，导致X线能量的平均，从而使信息丢失、产生硬化伪影，造成CT值测量的不准确[3]，因此，传统混合能量CT难以做到精确定量。能谱CT成像是近来发展迅速的CT成像技术，能谱CT的问世实现了由混合能量向单能量能谱成像的转变，使CT对物质性质的分析及物质成分的定量测定成为可能[4]，能谱CT通过选择衰减高低不同的物质组成基物质对，根据其吸收函数随能量变化的关系，单源双能CT以瞬时双kVp为核心技术，通过高低电压的瞬时快速切换获取两组吸收投影数据，因两组数据具有很好的一致性，因而可有效抑制硬化伪影及其他因素干扰，使精准定量成为可能[5]。

根据本团队及既往研究表明，传统的CT值受射线剂量、硬化效应及图像信噪比、像素大小等多种因素的影响，扫描野也是影响CT值准确性的因素之一，赵永为等[6]学者的研究表明中视野较大视野测得的CT值高，产生差异的原因可能为当使用相同矩阵的情况下，小视野与大视野相比每个像素的体积减小，增大了该像素的X线衰减系数，从而使CT值增加。但扫描野的改变是否会影响基物质浓度测量却没有太多的研究及文献可以参考。

本研究采用标准体模进行测量，能够有效减小体模材料引起的X射线衰减等对实验结果准确性的影响，使实验条件更加优化，结果更加可靠。本实验扫描条件选用180～225mAs范围进行调制，能有效平衡管球电流及旋转时间的因素的干扰。我们根据前期的预实验，保证放置每一ROI外缘相切，ROI切缘距体模边缘＜9mm，避免了模具干扰，保证结果的准确及可靠。本研究选用多组GSI序列，旨在综合位置偏差因素的影响，同时，本研究选用两名观察者的测量数据，使用组内相关系数进行一致性检验，可有效避免测量误差的影响，使数据稳定可靠。

通过本研究可以证实，M扫描野的70 keV单能量CT值及水（碘）浓度值较L扫描野始终更接近于金标准，M视野的测量结果更加准确。L组的SD值较M组的SD值离散度小，波动性小，同时，水（碘）基图像的SD值始终小于单能量图像的SD值。因此，能谱CT较传统混合能量CT受扫描野改变的影响更小。

本研究仍存在一定局限性，本实验ROI的选择未考虑位置因素对其实验结果的影响，后续的研究仍需进一步优化。同时，实验中只改变了扫描视野一个参数，对于其它GSI扫描参数，如机架转速、探测器宽度等因素足否会对物质定量分析产生影响还有待进一步研究。

综上所述，能谱成像突破了常规CT仅依靠CT值单一参数成像的模式，实现了定量CT诊断，是向精准医学迈进的一大飞跃。扫描视野的改变会影响能谱数据的测量，能谱CT成像较传统CT成像能获够得更加稳定准确的测量值，更加体现了单源双能CT物质定量的优越性。

[1]王乐，刘斌，余永强，等.能谱成像测量单能量下CT值与碘含量的相关性分析[J].实用放射学杂志，2012，28（5）：784-787.

[2]Matsumoto K,Jinzak M,Tanami Y,et al.Virtual monochro-matic spectral imaging with fast kilovoltage switching:improved image quality as compared with that obtained with conventional 120-kVp CT[J].Radiology,2011,259(1):257-262.

[3]兰永树，黄文龙，朱德强，等.影响CT值测量的因素及对策的探讨[J].实用放射学杂志，2006，22（3）：352-355.

[4]叶伦，叶亦兰，冉艮龙，等.宝石能谱CT成像原理及临床应用[J].中华临床医师杂志：电子版，2013，7（19）：8919-8921.

[5]Rosenkrantz BA,Mendiratta-Lala M,Bartholmai JB,et al.Clinical utility of quantitative imaging[J].Ann R Coll Surg Engl Acad Radiol,2015,22(1):33-49.

[6]赵永为，郭小超，王霄英，等.扫描视野对双能CT成像CT值及物质分离的影响—模体研究[J].放射学实践杂志，2012，27（3）：271-273.

Effect of different scan field of view on CT value and water(iodine)concentration from standard phantom in single-source dual-energy CT

LIU Xiao-dong,LIU Yi-jun,LIU Ai-lian,SUN Mei-yu,LIU Jing-hong,TIAN Shi-feng, LI Ye,HAN Zheng,WANG Yi-min,GUO Wei-ya,LIU Ze-qun,ZHAO Ying
(Department of Radiology,Dalian Medical University 1st Affiliated Hospital,Dalian Liaoning 116011,China)

Objective:To investigate the effect of different scan field of views(FOVs)on CT value,water－iodine concentration and SD value of standard water phantom by single－source dual－energy CT.M ethods:A standard water phantom(GE,USA)was scanned by a single－source dual－energy CT scanner(GE Discovery 750HD,USA)with large and medium FOV,respectively(group L:large FOV;group M:medium FOV).The other parameters were as follows:tube voltage switched instantaneously between 140 kVp and 80 kVp.Current modulation changed from 165 to 262.5mAs.Thickness was 5mm and pitch was 1.375.Each protocol collected 6 images and reconstructed into images with 1.25mm－thickness.Circular ROI with area of around 3 000mm2was put in the middle,front,back,left and right of the water phantom,respectively on AW4.5 workstation.CT value and SD value of two groups were measured on the 70 keV monochromatic image.And water－iodine concentration and SD value were measured on the water－iodine concentration image.Independent－samples t test was used for statistical analysis.Results:There were statistical differences of CT value and SD value between group M and L(P＜0.05).CT value of group M((3.07±1.49)HU)was less than that of group L((2.11±2.47)HU),closer to the gold standard.SD value of group M was bigger than group L.There was a significant difference of water－iodine concentration between group M and L(P＜0.05).The SD value of water－iodine concentration was significantly lower than that of CT value between group M and L(P＜0.001).Conclusion:The CT value and water－iodine concentration can be affected by scanning field of view.And medium scanning field isbetterthanlargescanningfield.ComparedwithconventionalCT,thechangeofscanningfieldhaslesseffectonspectralCT whichcanbemoreaccurateforquantitativeanalysis.

Tomography,spiralcomputed

R814.42

A

1008－1062（2016）07－0512－04

2015－09－28

刘晓冬（1990－），女，辽宁营口人，在读硕士研究生。E－mail：liuxd26364＠163.com

刘义军，大连医科大学附属第一医院放射科，116011。E－mail：yijunliu1965＠126.com

国家自然科学基金（项目批准号：81470078）。