能谱CT 平扫单能量成像不同能量值对肝脏图像质量影响的初步研究

王利，邱晓晖，吴志军，邱明涛

随着CT 技术的不断进步，CT 检查已越来越广泛地应用于肝脏疾病的诊断与筛查之中［1］，宝石能谱CT 具有多参数成像以及多种定量分析方法的优势，近年来也逐渐应用于临床［2-3］。但目前国内外研究多集中于能谱CT 增强和血管方面［4-5］，对于能谱CT 平扫的应用及图像质量控制却少有涉及。本研究旨在研究能谱CT 平扫单能量成像不同能量值对肝脏图像质量的影响，以选择最佳能量值满足最佳图像要求。

能谱CT 平扫单能量成像不同能量值对肝脏图像质量影响的初步研究

图1 能谱CT平扫40 KeV肝脏及病灶图像 图2 能谱CT平扫60 KeV肝脏及病灶图像 图3 能谱CT平扫80 KeV肝脏及病灶图像图4 能谱CT平扫100 KeV肝脏及病灶图像 图5 能谱CT平扫120 KeV肝脏及病灶图像 图6 能谱CT平扫140 KeV肝脏及病灶图像

1 资料与方法

1.1 一般资料收集亳州市人民医院2018 年1 月至2019年5月期间临床发现有肝脏病变后，行腹部CT平扫和三期增强检查的病人36例（男26例，女10例），年龄（65.00±12.76）岁。其中转移瘤16例，血管瘤4 例，胆管细胞癌2 例，肝细胞癌3 例，肝囊肿7例，肝脓肿2 例，2 例性质待定。病人或其近亲属知情同意，本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求。

1.2 仪器和方法采用GE Revolution 宝石能谱CT进行平扫及增强扫描，平扫采用GSI能谱扫描，管电压 80/140 kVp 瞬切，GSI Profile 选择 GE Body 80 mm All，管电流 365 mA，Scan Type 选择Helical，ASIR-V设为30%，三期增强采用常规模式扫描。扫描范围从膈顶至双侧髂棘连线水平。扫描层厚5.0 mm，层间距5.0 mm。造影剂为碘佛醇320 mgI/mL，注射剂量为1.00～1.25 mL/kg，注射速率为3.0～3.5 mL/s。

1.3 图像数据采集将受检查者平扫能谱图像及三期增强图像重建（层厚为1.25 mm）后，上传至GE AW4.7 工作站，在AW4.7 工作站中使用GSI General打开CT平扫能谱图像，由两名高年资医师分别测量在不同能量值（40、50…140 KeV，共11组）下肝脏内病灶和正常肝实质的CT值和SD值，分别采用CT病、SD病、CT肝、SD肝表示，SD作为图像噪声，SD肝作为图像背景噪声。感兴趣区范围不低于100 mm2，尽量避开病灶坏死、钙化、肝脏血管及伪影较大区域。取两名医生所测量的平均值，分别计算出11组图像中病灶的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）、对比噪声比（Contrast-to-noise ratio，CNR）及肝脏的信噪比，分别用 SNR病、CNR病、SNR肝表示。计算公式：①SNR病=CT病/SD病；②CNR病=｜CT病-CT肝｜/SD肝；③SNR肝=CT肝/SD肝［6］。

1.4 主观图像质量评价由两名高年资医师对11组图像进行评分。根据肝实质及病灶图像噪声、硬化伪影大小、病灶细节显示、对比分辨率及主观印象将图像质量分为5 个等级［7］。图像噪声、硬化伪影大，对比分辨率差，病灶显示不清为1 分；图像噪声、硬化伪影较大，对比分辨率较差，病灶能粗略显示为2 分；图像噪声、硬化伪影中等，对比分辨率尚可，病灶细节能初步显示为3 分；图像噪声、硬化伪影较小，对比分辨率较好，病灶细节显示良好为4分；图像噪声、硬化伪影小，对比分辨率高，病灶细节显示清晰为5分。

1.5 统计学方法采用SPSS 17.0统计软件进行统计分析，计量资料采用±s表示。各组间定量或等级资料（如CT 值、SD 值、SNR、CNR、图像主观质量评分）采用Spearman秩相关分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在11组能谱图像中，能量值高低与CT病、CT肝、SD病、SD肝之间呈负相关（rs＝-0.275，rs＝-0.770，rs＝-0.634，rs＝-0.773），与 SNR病、SNR肝、CNR病之间呈正相关（rs＝0.458，rs＝0.595，rs＝0.463）（见表 1），即随着能量值的逐渐升高，CT病、CT肝、SD病、SD肝逐渐降低，而SNR病、SNR肝、CNR病逐渐升高（见图1～6）。

表1 能谱CT单能量成像不同能量值下所测得参数/±s

表1 能谱CT单能量成像不同能量值下所测得参数/±s

注：肝脏内病灶和正常肝实质的CT值和SD值，分别采用CT 病、SD 病、CT 肝、SD 肝表示，CT为CT值，SD为图像噪声值，SNR为信噪比，CNR为对比噪声比。

分组CT 病SD 病SNR 病CNR 病CT 肝SD 肝SNR 肝40 KeV 39.56±26.27 43.69±12.15 1.07±0.62 1.08±0.97 78.50±9.44 41.96±11.89 2.06±0.83 50 KeV 35.06±19.98 31.60±8.78 1.26±0.73 1.29±1.07 68.45±7.60 30.37±8.55 2.49±1.00 60 KeV 32.19±16.32 24.11±6.71 1.47±0.87 1.52±1.20 62.15±6.99 23.18±6.53 2.97±1.20 70 KeV 30.43±14.30 19.58±5.43 1.68±1.02 1.75±1.32 58.31±6.90 18.82±5.27 3.44±1.39 80 KeV 29.32±13.13 16.69±4.59 1.89±1.11 1.96±1.45 55.86±6.97 16.01±4.49 3.88±1.60 90 KeV 28.55±12.40 14.81±4.04 2.08±1.18 2.13±1.51 54.19±7.04 14.22±3.94 4.22±1.70 100 KeV 28.04±11.97 13.50±3.66 2.25±1.25 2.28±1.59 53.06±7.14 12.95±3.57 4.54±1.82 110 KeV 27.68±11.67 12.57±3.40 2.38±1.31 2.42±1.70 52.27±7.22 12.05±3.36 4.83±2.00 120 KeV 27.44±11.49 11.99±3.23 2.47±1.34 2.50±1.73 51.76±7.26 11.51±3.17 4.99±2.03 130 KeV 27.23±11.34 11.47±3.08 2.56±1.38 2.59±1.78 51.27±7.32 10.99±3.03 5.18±2.12 140 KeV 27.07±11.23 11.09±2.96 2.64±1.41 2.65±1.84 50.94±7.36 10.62±2.93 5.32±2.18 rs值-0.275-0.770 0.458 0.651-0.634-0.773 0.595 P值0.000 0.000 0.000 0.000 0.000

表2 两位医师对不同能量值能谱CT图像的主观质量评分/（分，±s）

表2 两位医师对不同能量值能谱CT图像的主观质量评分/（分，±s）

分组医师A医师B 40 KeV 2.58±0.77 2.56±0.73 50 KeV 2.64±0.76 2.72±0.78 60 KeV 2.86±0.64 3.03±0.74 70 KeV 3.25±0.84 3.22±0.76 80 KeV 3.34±0.77 3.42±0.77 90 KeV 3.53±0.81 3.61±0.84 100 KeV 3.72±0.81 3.86±0.76 110 KeV 3.97±0.74 4.00±0.86 120 KeV 4.14±0.72 4.22±0.64 130 KeV 4.33±0.68 4.33±0.68 140 KeV 4.42±0.65 4.50±0.61 rs值0.647 0.651 P值0.000 0.000

两位高年资医师对11组图像主观质量评分见表2。能量值与图像主观质量评分之间呈正相关（rs＝0.647，rs＝0.651），即随着能量值逐渐升高，图像主观质量评分也随之升高。两位医师均认为140 KeV组图像主观质量最高（4.42±0.65）、（4.50±0.61）分，明显高于40 KeV组（2.58±0.77）、（2.56±0.73）分。

3 讨论

CT对肝脏病灶检出率的高低取决于病灶大小、病灶与背景肝脏之间的密度差、图像噪声等［8］，提高病灶与正常肝实质间的对比，降低图像噪声，能有效提高肝脏病变的检出。常规CT 球管产生的射线束为混合能量，当X线穿过人体时，低能量X线会被吸收，从而产生射束硬化伪影，另外混合能量间存在平均效应，会降低不同组织间的对比度［3，9］，从而影响对病灶的检出。能谱CT 采用单源瞬时管电压切换技术，可以在不到0.5 ms时间内在高、低管电压（140 kVp、80 kVp）之间进行瞬时切换，实现对两组数据的准同时采样，得出40～140 KeV 单能量图像［10］。能谱CT 成像产生的为单能量图像，能有效去除射束硬化伪影，从而提高图像质量［11］，有利于病灶的检出。能谱CT 单能量图像在低能段X 线穿透力弱，以光电效应为主，同一物质的衰减系数较高，不同物质间衰减系数差值较大，导致不同组织间对比度增强，但同时噪声也增高；高能段X线穿透力强，以康普顿效应为主，图像射束硬化伪影减少，噪声降低，但图像组织间对比度也相应减低［3］。本研究中，肝脏内病灶、正常肝脏CT 值以及两者之间的CT 差值随着能量值增加而逐渐降低，与此同时，图像噪声也相应减低，与霍丙胜等［3］观点相一致。

在能谱CT单能量成像中，高组织对比度与低噪声之间是相矛盾的存在，提高组织对比度必然会增加图像噪声，反之，降低图像噪声必然会降低组织对比度。因此，选择合适的能量值（即最佳能量值），在组织对比度与图像噪声间寻找最佳平衡点，得出最佳CNR 图像，对提高图像质量、提高病灶的检出率尤为重要［12］。本研究中，SNR病、CNR病及SNR肝随着能量值增加而逐渐升高，140 KeV 时SNR病、CNR病及 SNR肝达到最高。其原因为：虽然高能量值时 CT病、CT肝、病灶与肝脏间 CT 差值有所减低，但同时图像噪声（SD病、SD肝）也相应减低，而且其降低程度明显高于前者，从而导致140KeV 时SNR病、CNR病及 SNR肝最高。既往有研究将能谱CT应用于腹部增强和血管成像中，其研究显示其最佳单能量图像（即最佳对比噪声比）多集中于低能段（40～75 KeV）［13-15］，与本研究结果不一致。其可能原因为①前者为增强扫描，病灶或血管与对比组织之间CT差值明显增大，本研究为CT平扫，病灶与正常肝脏之间CT 差值较小；②前者研究采用的能谱CT均为GE Discovery CT750 HD，重建算法为自适应统计迭代重建算法（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASiR），其降低噪声效果较差，本研究采用的能谱CT为GE Revolution，其采用的迭代重建算法为ASiR-V，ASiR-V 作为第二代迭代重建算法，能较ASiR 更大程度地降低图像噪声。而CNR 的大小由CT差值与图像背景噪声比值共同决定，从而导致两者结果会有所不同。

随着能量值的提高，组织对比度虽然有一定程度的减低，但图像射束硬化伪影、图像噪声降低更加明显，正常肝实质及病灶细节显示更加清晰。两位医师对11 组图像的主观质量评分与SNR病、CNR病及SNR肝一致，均与能量值呈正相关，两位医师均认为140 KeV 时图像质量最高，明显高于40 KeV组。

另外，能谱CT所特有的多参数成像对病灶的定性诊断有很大的参考价值。如能谱CT平扫时，其能谱曲线可用于不同病灶间的同源性分析［16-17］，物质分离技术可用于阴性结石的检测及病灶内出血、钙化的鉴别［18-19］等。

本研究不足之处：主要集中于不同能量值之间图像质量的对比研究，而常规CT扫描与能谱扫描之间图像质量有无差别未纳入本研究，有待日后进一步完善。

总之，在采用能谱CT 平扫行腹部检查时，选择合适的能量值能有效提高图像质量，在140 KeV 时图像质量最高。与此同时，能谱数据可进行多参数成像，能为临床医生对疾病的诊断提供更多的信息。

（本文图1～6见封三）