胸部能譜成像與常規CT掃描輻射劑量與圖像質量對比研究

徐秋貞,朱海雪,呂燕,邵海磊,陳曉暉,居勝紅

(東南大學附屬中大醫院 影像科，江蘇 南京 210009)

·論著·

胸部能譜成像與常規CT掃描輻射劑量與圖像質量對比研究

徐秋貞,朱海雪,呂燕,邵海磊,陳曉暉,居勝紅

(東南大學附屬中大醫院 影像科，江蘇 南京 210009)

目的探究胸部能譜成像與常規胸部CT掃描的輻射劑量及圖像質量有無差異。方法前瞻性對33例因臨床診斷及疑診肺癌的成年患者行胸部CT平掃與增強，增強時用能譜成像掃描，平掃及增強均通過胸部不同平面的脂肪組織、肌肉組織進行客觀評價圖像噪聲、主觀評分，并記錄輻射劑量。采用獨立樣本T檢驗比較二者掃描方式的輻射劑量、不同平面70 kev單能量圖像與常規掃描混合能量客觀指標及主觀評分。結果能譜掃描和常規掃描的CT劑量指數、有效劑量差異無統計意義(P>0.05)。能譜掃描70 kev單能量的三個不同平面水平的脂肪組織、肌肉組織噪聲及圖像質量的主觀評分對應常規混合能量掃描差異均無統計學意義(P>0.05)。結論胸部CT能譜掃描與常規掃描的射線劑量相當；70 keV單能量圖像的噪聲低于常規掃描的FBP重建圖像，可在臨床中常規開展應用。

能譜成像； 常規CT； 輻射劑量； 圖像質量。

隨著CT技術的不斷發展，能譜成像以其獨特的多參數成像模式及基物質圖像技術等巨大功能性成像優勢躍居為目前CT技術研究的最新發展方向。而要將能譜成像廣泛應用于臨床，首先需得對能譜成像和常規CT的輻射劑量及圖像質量進行對比性的研究，即能譜大信息量的劑量代價是否可以平衡于其帶來的成像優勢。而目前，針對于胸部領域(尤其是臨床研究應用)的輻射劑量及圖像質量研究文獻不多。

本研究前瞻性的對能譜成像和常規CT進行圖像質量及輻射劑量的對比研究，探究能譜成像與常規掃描在輻射劑量及圖像質量上是否存在差異，從而評估能譜成像在胸部領域的臨床普及性應用的可能性。

1 材料與方法

1.1 患者資料

前瞻性研究33例于2015年2月至9月期間因臨床診斷及疑診肺癌的成年患者進行胸部CT平掃與增強(所有受試患者均對本研究知情同意)，掃描范圍從下頸部至膈底，男16例、女17例；年齡26～85歲，中位年齡65歲，體質指數(body mass index，BMI)19.1～29.4 kg·m-2，平均為(23.6±2.8)kg·m-2。

1.2 儀器及方法

應用能譜CT(GE Discovery CT750HD)對患者進行按預先設置的胸部平掃、能譜增強序列掃描，掃描范圍及FOV均一致，平掃使用常規的螺旋掃描，機架旋轉速度為0.4 s/周，螺距0.984∶1管電壓120 kVp，層厚、層距均為5 mm，NI(噪聲指數)值固定為12.15，50～600 mA自動毫安調節。能譜成像采用管電流壓80、140 KVP瞬時切換，管電流默認值600 mA, 轉速0.8 s/周。增強掃描采用碘海醇(300 mg I·ml-1)，用量1.5～2.0 ml·kg-1，注射速率2.0～2.5 ml·s-1，造影劑注射后30 s掃描，能譜CT圖像重建70 keV的層厚、層距均為5 mm單能量圖像用于分析，圖像重建算法均采取標準算法。

1.3 圖像分析

1.1.1 輻射劑量 記錄常規胸部CT平掃及能譜增強的輻射劑量，容積CT劑量指數(CT dose index volume，CTDIvol)及有效劑量長度乘積(dose length product，DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose,ED)。

1.1.2 客觀評價指標 通過后處理工作站GSI2.0AW461進行圖像處理及分析，通過compared工具將常規CT平掃與能譜成像的70 keV的單能量圖像的三個不同平面即肱盂關節水平、主動脈弓水平、肋膈角水平的脂肪組織、肌肉組織進行評價，興趣區面積為102.1 mm-2，并對之進行對應CT值及標準SD的測量(圖像噪聲)，每例重復測三次，取平均值作最終測量值。

1.1.3 主觀評價 由兩名工作8年以上放射科醫師采用雙盲法對各部位圖像進行評分，并檢驗一致性，將結果取均值作為最終主觀評分值，比較二者的圖像質量。具體評分方法采用5級制評分，標準為：5分：優秀，對比鮮明，細微解剖結構清晰，圖像銳利。4分：良好，對比度、圖像銳利度略差，細微解剖結構比較清晰；3分：可以診斷，基本解剖結構正常，噪聲略大，但仍在可接受范圍內；2分：影響診斷，結構難以辨認；1分：無法診斷，圖像噪聲及偽影嚴重。3分以上者均滿足診斷要求。

1.4 統計學處理

運用SPSS19.0軟件進行統計學分析，采用獨立樣本T檢驗比較二者掃描放射的輻射劑量，獨立樣本t檢驗比較各部位70 kev單能量圖像與常規掃描混合能量客觀指標，采用秩和檢驗比較二者不同部位的主觀評分，并檢驗一致性，然后取均值進行統計學分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 輻射劑量對比結果

常規胸部CT平掃與能譜成像模式中的動脈期劑量指數分別為(11.1±3.9)和(10.3±0.0) mGy，有效劑量分別為(5.3±1.90)和(5.0±0.68) msv，差異均無統計學意義(t值分別為1.14和0.92，P>0.05) (表1)。

表1常規CT平掃與能譜成像的劑量指數及有效劑量

比較序列劑量指數CTDIvol(mGy)有效劑量ED(msv)常規CT平掃11.07±3.95.3±1.90能譜70kev成像10.3±0.05.0±0.68P值0.2630.365T值1.140.92

結果顯示，在常規CT平掃與能譜成像中，二者的輻射劑量及圖像噪聲指數差異均無統計學意義，即兩者之間的輻射劑量及圖像質量相當。

2.2 圖像質量對比

在常規CT平掃與能譜成像動脈期的圖像質量參數的對比中，所取得三個平面對應的9個興趣區所得SD值差異均無統計學意義(P>0.05)；(表2)。

比較序列肱盂關節水平主動脈弓水平肋膈角水平A1A2B1B2C1C2常規CT平掃噪聲(SD)14.4±3.710.5±2.011.1±4.310.1±1.614.9±7.410.9±2.6能譜70kev成像噪聲(SD)13.4±3.010.7±1.610.2±3.79.7±2.413.5±6.69.6±2.9P值0.2310.6350.3830.0690.4150.062

注：表中A1- 2分別代表平肱盂關節水平的脂肪組織、肌肉組織噪聲，B1- 2分別代表平主動脈弓水平的脂肪組織、肌肉組織區噪聲， C1- 2分別代表平肋膈角水平的脂肪組織、肌肉組織區噪聲

2.3 主觀評分結果

肱盂關節水平、主動脈弓水平及肋膈角水平平掃主觀評分分別為4.93±0.26 、5.0±0.0、 4.86±0.35，能譜掃描相對應的平面評分分別為4.80±0.41、4.4±0.51、4.93±0.26, 2 名醫師的一致性評估采用 Kappa檢驗。Kappa值為0.76 ，P=0.59>0.05。

3 討 論

單源瞬時高低kVp瞬間切換為核心的能譜CT成像技術目前已逐漸應用于全身各個系統[1]。而且對于肺部疾病的診斷有廣泛的應用前景[2]，胸部的能譜CT成像定量研究相較于常規CT成像可以提供更多的圖像信息[3- 4]因而如果能夠將能譜CT廣泛應用于胸部檢查，那么無論是對疾病的診斷與鑒別診斷，還是對臨床治療的相關指導，都將會產生十分重大的突破[5]。雖然較早期的有關研究顯示能譜CT較常規CT的輻射劑量相對略高[6]，但隨著CT成像技術的不斷革新，特別是高效能的降噪算法的出現和不斷完善，使得能譜CT在不增加輻射劑量的同時獲取更高的圖像質量及更多的圖像信息變得更為現實[7]，已有研究顯示，在腹部相關領域，能譜CT的輻射劑量與常規CT并未存在明顯統計學差異[8- 9]。然而胸部能譜CT臨床輻射劑量與圖像質量研究不多，因而，要想將能譜CT的成像技術廣泛推廣應用于胸部檢查，能譜在胸部應用中的圖像質量及圖像質量的臨床對比研究是十分必要的。

本研究果顯示：在輻射劑量的對比研究中，通過自身對比更好的說明了能譜成像與常規平掃相當甚至更低的輻射劑量。而在圖像質量的對比中，不同平面各組的圖像質量數據分析結果顯示，常規平掃與能譜成像中選取不同層面所得的圖像噪聲比常規平掃低，即70 kev單能量有更好的圖像質量，與熊祖坤等[10]研究一致，二者的圖像主觀評分、圖像噪聲與常規CT平掃之間無明顯統計學差異，本研究的結果證實了能譜成像的多信息成像模式并不會帶來輻射劑量的增加，而且通過選取70 kev單能量圖像，可以達到圖像質量與輻射劑量的雙向平衡，為能譜成像在胸部領域的推廣應用提供理論依據。

本研究局限性：樣本量較小，此外，本研究由于兩次掃描為不同時相，質量評價參數受到限制，未進行CNR進行評估，且未對肺內病變的顯示做出評價。

[1] MCCOLLOUGH C H,LENG S,YU L,et al.Dual- and multi- energy CT:principles,technical approaches,and clinical applications [J].Radiology,2015,276(3):637- 653.

[2] 呂燕,朱海雪,徐秋貞.能譜CT在肺部疾病診斷中的研究現狀及展望[J].中華放射學雜志，2016，50(8):639- 640.

[3] LEI L C，CHEN J Y.Spectral CT:clinical application and research progress[J].Chin J Med Imaging Technol,2013,29(1):146- 148.

[4] MATSUMOTO K,JINZAKI M,TANAMI Y,et a1.Virtual monochromatic 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.

[5] SUN Y S,ZHANG X Y,CUI Y ,et a1.Spectral CT imaging as a new quantitative tool? Assessment of perfusion defects of pulmonary parenchyma in patients with lung cancer[J].Chin J Cancer Res,2013,25(6):722- 728.

[6] LI B，YSDAVA G，HSIEH J，et a1.Quantification of head and body CTDIvol of dual- energy X- ray CT with fast- kVp switching[J].Med Pbys，2011，38(5)：2595- 2601.

[7] LENG S，YU L，WANG J，et a1.Noise reduction in spectral CT：reducing dose and breaking the trade- off between image noise and energy bin selection[J].Med Phys，2011，38(9)：4946- 4957.

[8] 林曉珠,田中功,福并利佳，等.腹部CT能譜掃描與常規掃描射線劑量和圖像噪聲的對比研究[J].中華放射學雜志,2013,47(2):116- 120.

[9] 朱華勇,潘璟琍,朱衛萍,等.自適應統計迭代重建算法對肝臟低劑量CT能譜成像質量的影響[J].中華放射醫學與防護雜志,2015,35(12):948- 952.

[10] 熊祖坤,付曉偉,呂律,等.能譜CT技術去除胸部增強CT掃描患者腋靜脈和鎖骨下靜脈對比劑偽影[J].中華放射學雜志,2016，50(11):825- 828.

Comparativestudyonradiationdoseandimagequalitybetweenspectralimaging&conventionalCTplaininthorax

XUQiu-zhen,ZHUHai-xue,LVYan,SHAOHai-lei,CHENXiao-hui,JUSheng-hong

(DepartmentofRadiology，ZhongdaHospitalAffiliatedtoSoutheastUniversity,Nanjing210009，China)

Objective: To explore the difference between the radiation dose and image quality of chest spectral CT imaging and conventional chest CT scan.Methods33 adult patients diagnosed or suspected with primary bronchogenic carcinoma prospectively underwent non- enhanced CT scan and post- contrast CT scan with spectral imaging scanner. Both types of the scan evaluated the noise objectively, then scored them subjectively through adipose tissue as well as musculature on various levels of the chest. The radiation doses were recorded at the same time. The radiation doses of both types of scans were compared by independent samples T- test, which was also used to compare the objective measures and subjective scores between the 70 kev- monochromatic energy image and mix- energy routine scan.ResultsThere was no significant difference in the CT dose index and the effective dose between the spectral scanning and conventional scanning (P>0.05). There was also no significant difference of image of noise and image quality for the adipose tissue and musculature among the three groups with different levels of 70 kev- monochromatic energy image and mix- energy routine scan (P>0.05).ConclusionFirstly, radiation doses of spectral chest CT is correspondent to routine CT. Secondly, the noise of 70 keV monochromatic energy imaging is lower than that of routine scanning FBP reconstructed images, which means it can be routinely conducted in clinic.

spectral imaging; routine CT; radiation dose; image quality

2016- 00- 00

2017- 00- 00

徐秋貞(1968-)，女，湖北浠水人，醫學碩士， 副教授，副主任醫師，研究方向：胸、腹部影像診斷， E- mail: xuqiuzhen831@sina.com.

徐秋貞,朱海雪,呂燕,等.胸部能譜成像與常規CT掃描輻射劑量與圖像質量對比研究.東南大學學報：醫學版，2017,36(5)：837- 840.

R814.2

1671- 6264(2017)05- 0837- 04

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.031

(本文編輯：孫茂民)