双层探测器光谱CT 增强扫描中70 keV 单能量图像与常规图像的质量对比

黄 劲，王晓璇

（1 中山大学肿瘤防治中心影像科 广东 广州 510000）

（2 广州市第八人民医院放射科 广东 广州 510000）

CT 是临床常用的影像学检查手段，得益于此近年来CT 软硬件得到了飞速的发展，其中能谱CT 也成为研究热点。2008 年出现的双源CT 由90°垂直的两组X 线球管和两组探测器系统构成，两套系统相互独立也可以协同使用，其可以产生一致的管电压管电流，分开重建时可获得更高的时间分辨率，也可以整合重建以获得更高质量图像；也可以产生不同的管电压管电流，来获得双能量信息，产生多种能谱定量数据[1]。2009 年推出的宝石能谱CT 使用单一球管和单一探测器，其X 线球管高压部分能瞬时完成切换（0.5 ms 内）80 kVp 与140 kVp 的高低能量从而获得时间和空间上近乎完全匹配的双能量数据，可同时重建出混合能量常规图像、40 ～140 keV共101 个虚拟单能级图像和其他能谱定量数据[2]。而2018 年正式应用于临床的双层探测器光谱CT 其探测器上层吸收低能X 线，下层吸收高能X 线，从探测器角度实现高低能量分离[3]，实现了“同时、同源、同向”的能谱成像，双层探测器采集的高、低能数据在投影数据域内时间和空间上完全匹配的前提下进行解析，在降低图像噪声，改善图像质量等方面更具有优势[4]。本文通过比较双层探测器光谱CT 70 keV 单能量与常规图像的成像质量，初步探讨70 keV 单能量的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性整理2021 年10 月—2022 年1 月在中山大学肿瘤防治中心双层探测器光谱CT 上完成胸腹部增强扫描的病例35 例，其中男19 例，女16 例，年龄27 ～90 岁，平均（56.89±14.74）岁。纳入标准：需含有完整胸腹部增强图像。排除标准：①憋气配合欠佳者；②有运动或异物伪影，伪影较多影响图像质量评估。

1.2 方法

采用飞利浦双层探测器光谱CT（Philips IQon Spectral CT）进行胸腹部平扫、动脉期和静脉期扫描。患者取仰卧位，双臂上举过头顶，脚先进，扫描范围胸廓入口至肝下缘，扫描时嘱深吸气后屏气一次屏气完成一期扫描。扫描参数：管电压120 kVp，采用自动管电流调制技术，准直宽度64×0.625，螺距1，球管转速2 r/s，矩阵512×512。对比剂注射方案：应用双筒高压注射器注射对比剂碘比乐370 mgI/mL，剂量1.2 mL/kg，流速4.0 mL/s，并以相同流速注射40 mL 0.9%氯化钠溶液。使用对比剂团注追踪法，设定气管隆突水平作为监测层面，触发点为降主动脉，触发阈值100 HU，阈值触发后6 s、38 s、155 s 行动脉期、静脉期、延迟期扫描。检查结束后将胸腹部动脉期原始数据进行光谱重建（Spectral B、level 4），获得光谱基数据（SBI），用软组织算法（Standard B）重建，重建层厚1 mm，层间距0.8 mm。

1.3 图像分析

将数据传到飞利浦星云工作站（Philips IntelliSpace Portal）上进行后处理，用动脉期的SBI 数据重建出常规图像（CI）为CI 组及70 keV 虚拟单能量（VMI）图像为VMI 组。分别于CI 组及VMI 组图像气管隆突水平层面测量降主动脉、肺组织、竖脊肌、脂肪、空气的平均CT 值及标准差（SD），保证同一患者在两组图像中的感兴趣区（ROI）位置及面积一致，ROI 面积大小约为50 mm²，不同组织的ROI 应用工作站中的复制粘贴功能，保证各个ROI 面积一致。测量血管ROI 时避开血管壁、粥样斑块等，测量脂肪时避开皮肤、肌肉等，测量肌肉及肺组织时避开脂肪、血管及病灶等。每种组织在左右两侧各取一个ROI，计算平均值记录，计算各ROI 的SNR、CNR，计算公式：各个ROI 的SNR=CT同一ROI/噪声同一ROI；CNR 肺组织=（CT 肺组织-CT 脂肪）/噪声脂肪；CNR 降主动脉=（CT 降主动脉-CT 脂肪）/噪声脂肪；CNR 竖脊肌=（CT 竖脊肌-CT 脂肪）/噪声脂肪；CNR 空气=（CT 空气-CT 脂肪）/噪声脂肪；CNR 脂肪=（CT 脂肪-CT 竖脊肌）/噪声脂肪。

1.4 统计学方法

应用SPSS 24.0 统计软件进行数据分析。使用Shapiro-Wilk 检验对计量资料进行正态分布检验，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（± s）表示，运用配对样本t检验对两组数据进行对比分析。偏态分布计量资料以中位数表示，采用Wilcoxon 符号秩检验进行统计学分析。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

VMI 组降主动脉CT 值显著高于CI 组（P＜0.05）；VMI 组肺组织、竖脊肌、脂肪CT 值显著低于CI 组（P＜0.05）；VMI 组与CI 组空气CT 值无显著差异（P=0.567＞0.05）；VMI 组SD 除空气外都比CI 组低，差异具有统计学意义（P＜0.05）；VMI 组空气SD 显著高于CI组（P＜0.05）；VMI 组SNR 除空气外都比CI 组高，差异具有统计学意义（P＜0.05）；VMI 组空气SNR 显著低于CI 组（P＜0.05）；70 keV VMI 组CNR 都比CI 组高，差异具有统计学意义（P＜0.05）（见图1、表1）。

表1 CI 组和70 keV VMI 组图像测量参数比较结果（± s）

表1 CI 组和70 keV VMI 组图像测量参数比较结果（± s）

?

图1 常规图像与70 keV 虚拟单能量图像对比

3 讨论

根据实现能量成像技术的不同[5]，可分为基于发射端既能量源（双源、单源kVp 瞬时切换、单源kVp 旋转切换、滤片分离技术等）和基于探测器（双层探测器）两种方式；双层探测器光谱CT 基于双层探测器，其球管与常规CT 类似，因此常规扫描中同步进行高、低能量信息的采集，不用预设能谱扫描模式，在不额外增加剂量的前提下可同时获得常规数据和能谱数据，可在检查后根据诊断需要随时进行回顾性重建多达161 个能级的单能量图像及多种能谱图像数据，这种方式大大地方便了临床的应用和推广，让各种能谱图像数据发挥积极的作用，让70 keV VMI 等能谱图像的代替传统图像应用于临床成为可能[6]。杜华阳等[7]探讨了双层探测器光谱CT 70 keV 单能量图像提高LDCT 图像质量方面的应用，结果显示平扫时70 keV VMI 肺组织、纵隔软组织的CT 值与CI 的差异不明显，而图像噪声明显降低，图像质量得到了优化。王世伟等[8]通过40 ～70 keV VMI 与CI 的对比来研究虚拟单能量优化图像质量的价值，结果显示40 keV 时其CT 值较CI 增加129%，噪声降低9%，SNR、CNR 均显著增加，而70 keV 时CT 值较CI 无统计学差异，噪声较CI 下降16%，SNR、CNR 均有提升，数据表明40 keV 更适用于显示门静脉图像而70 keV 图像近似CI 但图像质量更优。既往研究[6,9-10]比较了双层探测器光谱CT 门静脉期70 keV 与CI 的图像质量，结果显示70 keV VMI 噪声比CI 低，SNR、CNR 比CI 高。本研究以35 个病例作为研究对象，比较了双层探测器光谱CT 单能量成像在胸部动脉期70 keV VMI 和CI 图像的质量，与上述研究结果相似，VMI 组降主动脉CT 值显著高于CI 组（P＜0.005）；VMI 组肺组织、竖脊肌、脂肪CT 值显著低于CI 组（P＜0.05）；VMI 组与CI 组空气CT 值无显著差异（P=0.567 ＞0.05）；VMI 组SD除空气外都比CI 组低，差异有统计学意义（P＜0.05）；VMI 组空气SD 显著高于CI 组（P＜0.05）；VMI 组SNR 除空气外都比CI 组高，差异有统计学意义（P＜0.05）；VMI 组空气SNR 显著低于CI 组（P＜0.05）；70 keV VMI 组CNR 均显著高于CI 组（P＜0.05），其中70 keV VMI 组空气噪声较CI 组高的原因可能与直接用SBI 数据重建CI 有关，SBI 数据是投影空间光谱重建（Spectral B），而用原始数据重建一般为迭代混合重建（iDose4），迭代重建算法的不同导致实验结果有差异。本研究的不足之处：①样本量较少，需要更多样本来深入研究；②仅对动脉期胸部层面中70 keV VMI 及CI 进行了客观评价，在后续研究中应对不同部位、不同期相、不同迭代重建算法及更多能级的VMI 图像进行研究。

综上所述在双层探测器光谱CT 胸部动脉期扫描中70 keV VMI 能有效降低图像噪声SNR、CNR 均有相应提高，能为临床提供更多有效信息。