心电门控模式下能谱扫描和传统扫描CT值与碘对比剂浓度相关性的比较

秦将均，覃群，陈奕男，孟思，刘明，周晓陆，万象新，李志伟，夏黎明

·心血管影像学·

心电门控模式下能谱扫描和传统扫描CT值与碘对比剂浓度相关性的比较

秦将均，覃群，陈奕男，孟思，刘明，周晓陆，万象新，李志伟，夏黎明

目的：评价在心电门控模式下能谱扫描和传统扫描CT值与碘对比剂浓度的关系。方法：使用能谱CT对不同浓度的碘对比剂（0～40 mg／m L）分别在心脏能谱模式、心脏非能谱模式、胸部能谱模式、胸部非能谱模式进行扫描，对各模式下各能级图像（40～140 KeV，间隔10 KeV）及传统非能谱扫描图像（80、100、120、140 k V）CT值进行测量，分析CT值与碘对比剂浓度的关系。结果：四种扫描模式下，CT值和碘对比剂浓度均呈线性关系。对能谱模式、非能谱模式的R2值进行配对秩和检验（P=0.112＞0.05），二者之间没有明显的统计学差异。四种不同扫描模式的R2值进行非参数秩和检验（χ2=3.6，P=0.308＞0.05），说明四种不同扫描模式的R2值没有明显的统计学差异。但能谱模式的R2均值高于非能谱模式，心脏能谱模式）略高于胸部能谱模式。结论：能谱扫描模式下心脏模式和非心脏模式的CT值和碘对比剂浓度均呈高度线性相关，可以用于CT值的定量测量。

体层摄影术，X线计算机；能谱成像；对比剂

常规CT扫描中，球管发生的X射线是各种不同能量水平X射线的混合，人体组织对不同能级X线的吸收率具有差异，同时受线束硬化伪影、非线性部分容积效应的影响，CT值测量的可重复性和可复现性难以得到保证，同样的组织在不同的扫描中可能呈现出不同的CT值。因此在常规CT扫描中，CT值的变化并不能准确地反应组织和病变的密度变化，从而影响诊断效果。能谱CT采用球管瞬时切换的模式，可以同时采集40～140 ke V水平的单能量图像，并依此计算出不同能级水平的图像。单能量图像大大消除了射线硬化伪影影响的同时，在每一个能级水平都能对同一组织测量到不同的CT值，从而CT值可以在相同能级下进行比较，使得利用CT值精确分析病灶成分成为了可能［1-2］。本文就不同管电压条件下CT值与碘对比剂浓度之间的关系进行探讨。

材料与方法

1.碘对比剂调配使用300 mg I／m L碘对比剂（欧乃派克，GE Healthcare）进行调配：编号为1～8号的同质玻璃试管，每个试管长10 cm，外径2.5 cm，内径1.8 cm。1～7号管分别注入80 m L经蒸馏水稀释的对比剂，浓度分别为40、20、10、5、2.5、1、0.5 mg I／m L，8号管注入等量蒸馏水作为对照，将所有试管置入均质模具（GE Healthcare）中同时扫描（图1），模具直径20 cm，高度13 cm，试管之间间隔45°沿模具环形排列。

图1 a）1～7号管对比剂浓度分别为40、20、10、5、2.5、1、0.5mg I／m L，8号管及中央试管注入蒸馏水作为对照；b）心脏能谱模式70KeV横轴面图像；c）重建试管长轴位进行CT值测量，每个试管取3个等大的ROI，三次测量取平均值。

2.扫描参数

采用GE Discovery CT 750HD宝石能谱CT进行扫描，分别采用4种模式对1～8号试管进行扫描：心脏能谱模式（前瞻性心电门控、轴扫模式）、心脏非能谱模式（前瞻性心电门控、轴扫模式）、胸部能谱模式（无心电门控、轴扫模式）、胸部非能谱模式（无心电门控、轴扫模式）。4种扫描模式的视野、层厚、层间隔、球管转速均保持一致：视野为320 mm×320 mm，层厚为0.625 mm，层间隔为0.625 mm，球管转速0.35 s／r。

表1 不同扫描模式的参数和辐射剂量

3.图像处理和统计学分析

所有原始图像在GE AW4.6工作站进行处理，取相同的ROI进行CT值测量，测量三次取平均值，得到的数据采用SPSS 16.0统计学软件计算回归决定系数R2并进行配对秩和检验。

结 果

在胸部能谱模式、胸部非能谱模式下，CT值和碘对比剂浓度均呈线性关系（图2），胸部能谱模式和非能谱模式的回归决定系数R2分别为0.99687～0.99998、0.99932～0.99946。在心电门控模式下，心脏能谱成像和非能谱成像的CT值和碘对比剂浓度均高度线性相关，R2分别为0.99867～0.99997、0.99921～0.99947。对能谱模式、非能谱模式的R2值进行配对秩和检验，二者间差异无统计学意义（P= 0.112）。

四种不同扫描模式的R2值进行非参数秩和检验，χ2=3.6，P=0.308，说明四种不同扫描模式的R2值差异无统计学意义。但从箱式图（图3～4）分布上可以看出，能谱模式的R2均值高于非能谱模式，心脏能谱模式的R2均值高于胸部能谱模式。

表2 不同扫描模式下各能级水平对应的R2

讨 论

CT值反应组织对X射线的吸收程度，病变组织和正常组织间的CT值差异是影像诊断的重要依据。但是对于常规CT扫描模式而言，球管发射的X射线具有多谱性，例如使用80 k V条件扫描时，球管所发射的X线可能包含了0～80 keV所有能量的射线。这种多谱性会导致线束硬化伪影的产生和CT值测量的漂移［3］。宝石能谱（gemstone spectral imaging，GSI）CT的出现很好的解决了以上两个问题。GE宝石能谱CT采用单球管、瞬时（＜0.5 ms）能级切换（80 k V和140 k V）的方式，配合快速响应、低余晖的宝石分子结构的探测器，扫描一次同时得到80 k V和140 k V两组数据，并依此计算出40～140 ke V所有能量水平的单能量图像。单能量图像可以用于CT值的精确测量，是CT诊断领域的一大进步［4］。

图2 施加心电门控的情况下，能谱扫描模式（70ke V）与非能谱扫描模式（120k V）的R2曲线拟合，前者拟合度高于后者。

图3 不同扫描模式比剂浓度和CT值回归曲线R2分布。a）能谱模式优于非能谱模式；b）心脏能谱模式优于胸部能谱模式。

图4 两种扫描模式、不同能量水平下CT值与碘对比剂浓度决定系数的变化情况。

对于常规CT扫描而言，相同的管电压条件下，CT值随着碘对比剂浓度的增加而增大，二者呈线性相关。所以常规CT扫描能够反映碘浓度的变化，其最高相关系数在80 k V水平。大于80 k V水平时，相关系数随着能量的增加而减少。相同的碘对比剂浓度的CT值随着管电压的增加而减少。对于能谱CT扫描而言，在相同的ke V条件下，CT值随着碘浓度的增加而增加，二者呈明显的正向线性关系。在40～70 keV水平，相关系数随着能量的增加而增加，心脏能谱扫描模式和非心脏能谱扫描模式均在70 keV达到峰值。在70～140 ke V水平，相关系数随着能量的增加而减小。因此，CT值反映碘浓度的最佳水平在70 keV水平，这一点与文献报道有差异，文献报道［5］该峰值处于100 ke V水平，分析原因可能与扫描层厚和扫描CT机本身固有的系统误差有关，文献使用5 mm层厚、5 mm间隔进行扫描，本研究使用0.625 mm的层厚、0.625 mm层间隔进行扫描，应该更为准确。下一步可能需要更多的研究比较，确定每台CT机的最佳keV水平。

本研究中对8个水平的碘浓度进行扫描，表明常规扫描模式下和能谱扫描模式下，CT值和碘对比剂浓度之间均存在相似的正向线性相关。也就是说，对于两种扫描模式，CT值可以反映碘浓度的变化。在GSI模式下，CT值与碘对比剂浓度的相关系数更高，因此在单能量图像上测量CT值更为准确。另外，在GSI模式下，可以调整ke V来增加病变组织和正常组织之间的对比，而常规CT仅能显示一组CT值。

能量CT提供了一种新的、关于病变CT值的研究方法［6］。能谱扫描模式下70 keV下的X线能级与扫描目标物密度的高相关性使得临床工作中，在相同能级和相同的扫描模式CT值具有了可比性，可能在病变的定性及随访上具有潜在的优势。同时低ke V图像会增加图像的对比度，有利于发现微小病灶，值得注意的是图像的噪声也会相应增加，应当在对比度和噪声之间寻找一个平衡。最佳的对比度噪声比下能够发现常规CT不能发现的微小病变［7-10］。另外，GSI扫描可以提供CT值随着ke V变化的曲线。特定物质的表征曲线可以用于确定病灶内的组织成分，有助于确定原发病灶［11］。GSI扫描的发展提供了类似研究可能发展的方向。

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Comparison of the correlation between CT attenuation value and iodine concentration of contrast medium using spectral CT under ECG-gated mode and traditional CT

QIN Jiang-jun，QIN Qun，CHEN Yi-nan，et al.Department of Radiology，Hainan Province Nongken Sanya Hospital，Hainan 572000，China

Objective：To evaluate the relationship between the CT value and iodine concentration of contrast medium using spectral CT under ECG-gated mode and traditional CT.Methods：Contrast medium with different Iodine concentration（0～40mg／m L）were scanned using spectral CT under the following 4 modes：ECG-gated mode，non-ECG-gated mode，Spectral energy mode of chest and non-Spectral energy mode of chest.40～140ke V，interval 10ke V were used in spectral CT and 80，100，120 and 140k V was used in traditional CT separately.The CT values were measured，the relationship of the CT values and the Iodine concentration of the contrast medium were analyzed.Results：Linear correlation were found between CT value and iodine concentration for all four modes.No significant statistic difference of R2was found between spectral and non-spectral modes（P=0.112＞0.05）.For the four different scanning modes，there were no significant statistic differences（χ2=3.6，P=0.308＞0.05）.Yet，for the average value of R2of spectral mode，which was higher than that of non-spectral mode，and spectral mode with ECG-gating modewas slightly higher than that of traditional with ECG-gating mode.Conclusion：The CT values of spectral mode no matter under ECG-gating or non ECG-gating were all showed high linear correlation with the Iodine concentration in contrast medium，which could be used in the quantitative measurement of CT attenuation value.

Tomography，X-ray computed；Spectral imaging；Contrast medium

R814.42；

A

1000-0313（2016）11-1062-04

10.13609／j.cnki.1000-0313.2016.11.009

2016-03-28）

572000 海南，海南省农垦三亚医院放射科（秦将均、覃群、孟思、刘明、周晓陆、万象新、李志伟）；572000 海南，三亚市妇幼保健院超声科（陈奕男）；430030 武汉，华中科技大学同济医学院附属同济医院放射科（夏黎明）

秦将均（1968-），男，重庆人，硕士，主任医师，主要从事心血管和腹部影像学诊断工作。

李志伟，E-mail：1055929017＠qq.com

海南省卫生计生行业科研项目（13A210298，14A210259），三亚市医疗科技创新项目（2014YW18，2015YW36）