人體不同組織在寶石能譜CT各能量下的對比度分析

吳海珊　朱鳳婷　徐靜婷

【摘要】 目的：探究寶石能譜CT各能量下人體組織CT圖像對比度的比較。方法：選取中山大學腫瘤防治中心20例患者，使用寶石能CT（GE Discovery CT750 HD）對肺、肝臟、腎臟進行增強掃描，能譜CT掃描完成后利用GSI Viewer（能譜圖像分析軟件）處理得到各組織在不同單能量下的最佳CNR單能量圖像，分別計算各能量下不同組織的CT值，最佳單能量下的CT值圖像與其他單能量下的CT值圖像進行對比，使用能譜圖像分析軟件對圖像重組后的對比度進行比較分析。結果：肺臟與心臟最佳單能量圖像的能量值范圍在120～140 keV，肝臟與腎臟、肌肉與腎臟最佳單能量圖像的能量范圍值為40～90 keV。結論：不同人體組織在各能量下存在對比度差異，利用寶石能譜CT可對其進行定性定量分析，從而獲得最佳單能量下的圖像對比度。

【關鍵詞】 寶石能譜CT； 能譜成像； 最佳單能

Analysis of Contrast Ratio of Different Human Tissuesin Gemstone Energy Spectrum CT Imaging/WU Haishan，ZHU Fengting，XU Jingting.//Medical Innovation of China，2018，15（14）：079-083

【Abstract】 Objective：To explore the contrast ratio of human tissue CT images under different energy levels of gemstone energy spectrum CT.Method：20 patients from Cancer Center，Sun Yat-Sen University，were scanned with enhanced spectrum CT using GSI mode（GE Discovery CT750 HD） in the heart，lung，liver，kidney.All the scanned data were transferred to GSI Viewer （energy spectrum analysis software） to get the best monochromatic CNR images within different energies and different tissues.Meanwhile，this data were used to calculate the CT values of different organizations in different energies.The images of the best single energy were compared with other single energies.Energy spectrum analysis software was used to compare the contrast of the reconstructed image.Result：The energy value range of the best single energy image in the lung-heart was 120-140 keV，the energy value range of the best single energy image in liver-kidney and muscle-kidney were 40-90 keV.Conclusion：There is a contrast ratio difference between different human tissues under every energy，the qualitative and quantitative analysis of the gemstone CT can be used to obtain the image contrast under the best single energy.

【Key words】 Gemstone energy spectrum CT； Energy spectrum imaging； Optimum single energy

First-authors address：Xinhua College of Sun Yat-Sen University，Department of Biomedical Engineering，Guangzhou 510520，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.14.019

寶石能譜CT作為一款高性能CT，在早期篩查癌癥具有重要的診斷價值，與普通雙能成像CT最大不同在于寶石能譜CT擁有瞬間雙能量切換的特點，它憑借0.5 ms（時間分辨率）瞬時切換低能量（40 keV）與高能量（140 keV）[1-2]。這就形成了寶石能譜CT特有的能譜柵成像技術，因此可對物質實現能譜分析和單能量成像的功能，并且擁有高度分辨組織成分能力，能基于水、碘、鈣等不同微量元素的成像條件下，能夠完成對物質的組成成分進行分析[1]；利用能譜分析可以早期發現細小病灶，在分辨腫瘤良惡性，實現腫瘤防治組織的定性、定級分析[2-9]。本研究將探索人體不同組織器官在寶石能譜CT各單能量下的對比度分析，評估各能量下人體組織的最佳單能量，以提高臨床診斷質量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年11月-2016年4月于中山大學腫瘤防治中心行肺臟、肝臟、腎臟三期增強掃描檢查的患者20例，納入標準：患者腫瘤術后放化療結束，定期檢查人群。排除標準：心率大于65次/min、心律失常（房顫、頻發室性早搏及嚴重的傳導阻滯）、碘對比劑過敏及腎功能不全等一些具有CT掃描禁忌證的患者都不在本次數據收集實驗中。所有患者在檢查前都簽署知情同意書。該研究已經倫理學委員會批準。患者年齡35～75歲，身高158～178 cm，體重55～75 kg。

1.2 檢查方法

1.2.1 成像設備及參數 患者檢查使用GE寶石能譜CT機（GE Healthcare，Discovery CT750 HD），管電壓以0.5 ms速度瞬時切換40 keV到140 keV，管電流600 mA，層厚0.5 mm，球管旋轉速度0.35 s/r，采用GSI掃描模式。以仰臥位作為主要掃描體位，通過雙筒高壓注射器對患者的靜脈注入80～100 mL劑量的碘比樂對比劑，注射速率2.5～2.7 mL/s，隨后相同速率注入15 mL生理鹽水；采用對比劑跟蹤技術和經驗延遲方法，在患者注射對比劑30、60、180 s后分別進入門脈期、靜脈期以及延時期時進行CT增強掃描。患者在檢查前飲水200 mL，禁止劇烈運動。

1.2.2 圖像處理分析 將重建的橫斷面薄層圖像傳輸至GE AW4.5工作站對圖像實行后處理，選取患者胸腹部能譜掃描靜脈期DATA數據載入GSI專用分析軟件進行能譜軟件分析，選擇不同人體組織部位不同層面但大小相同的感興趣區域（ROI），感興趣區域大小范圍為20～100 mm2，在選取區域范圍時盡量選取密度均勻的組織，避開血管、鈣化、壞死等成分，在選取的同時應使所選感興趣區域大小和位置具有較高的一致性，同一數據分別選取10例患者，每次測量至少3次，并且所得數據取其平均值。使用GSI Viewer分析軟件得到最佳單能量分析曲線（Optimal CNR）和感興趣區域各能量下的CT值（Spectral HU Curve曲線），利用最佳單能量分析曲線（Optimal CNR）獲得最佳單能量keV值，一是將該物質與周圍背景的信號噪聲比明顯增加，二是在相同的輻射劑量下提高該物質的CT值，從而改善成像[10-13]，并重建出最佳單能量時keV值下的圖像和其他各能量下的圖像。

1.3 統計學處理 使用SPSS 17.0統計學軟件對采集的能譜CT掃描數據進行數理統計，計量資料用（x±s）表示，比較采用t檢驗，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 肺臟、心臟、肝臟、腎臟和肌肉各單能量下CT值分析 肺臟、心臟、肝臟、腎臟、肌肉都隨著單能量keV值的升高，對應的CT值逐漸降低，呈曲線下降趨勢，見表1。

2.2 肺臟與心臟能譜參數分析 肺臟與心臟在高能量下（100 keV以上）存在最好的信噪比，見表2、圖1。

2.3 肝臟與腎臟能譜參數分析 肝臟與腎臟在高能量下（100 keV以上）的CT值大小相近，信噪比低，對比度低；在低能量范圍（40～90 keV）的CT值差異明顯，信噪比高，對比度高。肝臟與腎臟在不同keV下CT值進行比較，差異均有統計學意義（P<0.05）。見圖2、表3。

2.4 肌肉與腎臟能譜參數分析 肌肉與腎臟在高能量下（100 keV以上）的CT值大小相近，信噪比低，對比度低；在低能量范圍40～90 keV的CT值差異明顯，信噪比高，對比度高。肌肉與腎臟在不同keV下CT值進行比較，差異均有統計學意義（P<0.05）。見表4、圖3。

3 討論

寶石能譜CT在探索低劑量應用方面具有廣闊的前景，以寶石作為探測器的能譜CT，其性能遠超常規CT。寶石能譜CT利用單一球管低高雙能峰的電壓（40～140 keV）瞬時切換，發射出一致性良好且含有兩種能量混合的X線。透過人體組織X線被寶石探測器接收形成雙能量數據，然后使用圖像分析軟件對能夠滿足臨床需求的指定的數據進行圖像重建，最終得到具有單能量的能譜圖像，單能量圖像可以減少硬化偽影，再憑借臨床診斷的要求改變keV數值便可篩選出信噪比好、高對比度的圖像，最后計算單能量點X線吸收衰減系數便可計算出兩種組織分別對應的CT值，由此繪制出能譜曲線[14-17]。因此寶石能譜CT能掃描出傳統CT設備檢查不了微小病灶，采集到高清晰、高分辨率的優質圖像，使其更能滿足臨床診斷的需要。

本研究通過對肺臟、心臟、腎臟、肝臟、肌肉在各單能量下不同keV值下，對應CT值獲得的最佳信噪比進行分析，說明實質性人體組織器官在高能量下的對比度是比較相近的，選用低能量keV值X射線對于滿足診斷和降低人體所受輻射劑量有很大的優勢。而相對于肺來講，由于受到胸骨的影響，宜采用高千伏X射線，提高對比度。65 keV值下的圖像與120 keV值的圖像相比，65 keV值下的圖像噪聲降低，血管對比劑顯影效果強，對比度增強。

由于人體不同組織的厚度與密度不盡相同，其對X線的衰減系數也相應發生改變，因而不同物質都具有各自的能譜曲線。能量低的X射線波長較長，其穿透力較弱，因此易被含碘豐富或骨骼等物質所吸收。低能量下的X線穿透物質能力相對高能量X線弱，會致使其穿透物質后產生大量二次射線而使圖像信噪比降低，從而大大降低圖像清晰度，導致圖像質量大大下降。X射線能量的改變直接影響物質的X線衰減系數，采集的圖像信噪比以及圖像對比度的高低直接與X射線能量大小相關。低能量水平組織對比度增強，但噪聲高；高能量水平，硬化偽影少，但組織對比度減弱[18-19]。為此在降低X線能量時，同時要考慮圖像信號噪聲比在不斷下降。因此，最佳單能量的探索正是解決信噪比與低能量矛盾關系的途徑。本研究結果顯示不同組織在各單能量下的千伏值存在最佳信噪比，說明寶石能譜成像能解決低能量和高信噪比的矛盾關系，不同的keV值組織平均CT值的變化規律，能顯示不同單能量范圍被檢組織的CT值，根據物質衰減曲線的不同將其區分。

綜上所述，利用最佳對比噪聲技術選擇理想單能量keV值圖像，寶石能譜CT不僅極大降低了患者所受的輻射劑量，同時能夠為臨床微小病灶的診斷提供具有高對比度的圖像。

參考文獻

[1]蔣娜，陳志民，方天舒.寶石能譜CT臨床應用進展[J].中國老年學雜志，2016，36（24）：6319-6320.

[2]賈永軍，賀太平.寶石能譜CT臨床應用及研究進展[J].實用放射學雜志，2016，32（5）：799-801.

[3]高井海，高凌云.能譜CT掃描51例冠狀動脈斑塊成分分析初探[J].世界最新醫學信息文摘，2013，13（27）：163-165.

[4]張喜榮，賀太平，楊創勃.寶石能譜CT在鑒別良惡性胸腔積液中的應用價值[J].中國中西醫結合影像學雜志，2017，15（6）：647-650.

[5]周靜宜.寶石能譜CT在肺癌診斷及分型中的應用價值[J].海南醫學，2017，28（9）：1478-1480.

[6]趙改萍，吳俊，劉春節，等.超聲造影和寶石能譜CT對胃腸道腫瘤診斷臨床價值分析[J].醫學影像學雜志，2017，27（5）：873-877.

[7]高強，王劍，張鳴.寶石能譜CT在早期塵肺診斷中的應用價值[J].實用醫學影像雜志，2017，18（6）：502-503.

[8]王靖雅，師毅冰，張培影.冠狀動脈支架的寶石能譜CT評價價值[J].醫學影像學雜志，2017，27（1）：162-164.

[9]李樹功.寶石能譜CT與核磁診斷原發性小肝癌價值比較[J].影像研究與醫學應用，2017，1（12）：78-79.

[10]何霖，萬正國，尹喜王.低濃度低劑量對比劑寶石能譜CT肺動脈成像的初步研究[J].放射學實踐，2016，31（1）：59-63.

[11]宋娟，王成偉.冠狀動脈寶石能譜CT最佳單能量成像的應用研究[J].中國現代醫學雜志，2015，25（21）：83-87.

[12]姬妮娜，高劍波，田英娜.能譜成像最佳對比噪聲比技術隊胃周動脈成像質量的影響[J].放射學實踐，2013，28（1）：51-54.

[13]何翠雯.寶石能譜CT腦灌注與腦血管成像應用研究[J].中國社區醫師，2017， 33（29）：113-115.

[14]于曉坤，孫浩然，張立仁，等.能譜CT結腸成像探測結腸小息肉體模研究[J].中國臨床醫學影像雜志，2012，23（1）：13-16.

[15]趙娜，程琦.CT能譜成像在鑒別腎血管平滑肌脂肪瘤和腎癌的應用價值[J].臨床放射學雜志，2015，34（6）：945-950.

[16]焦志靈，王連渠，閆擁軍，等.寶石能譜CT在腎臟損傷診療中的應用[J].中國CT和MRI雜志，2016，14（7）：74-76.

[17]楊創勃，王軍，段海峰.寶石能譜CT定量評估小肝癌微血管侵犯的臨床研究[J].實用放射學雜志，2016，32（6）：879-883.

[18]趙麗琴，賀文，李劍穎.能譜CT對門靜脈成像質量影響的研究[J].CT理論與應用研究，2011，20（3）：383-390.

[19] He J，Ma X，Wang Q.Spectral CT demonstration of the superiormesenteric artery：comparison of monochromatic and poly-chromatic imaging[J].Acad Radiol，2014，21（3）：364-368.

（收稿日期：2018-01-26） （本文編輯：張爽）