能譜CT智能匹配技術(shù)優(yōu)化腹部掃描與診斷的應(yīng)用價(jià)值研究.pdf

1、近幾十年來，隨著 CT硬件和軟件技術(shù)的快速發(fā)展以及臨床需求水平的增高，能量CT又重新成為了業(yè)界研究的熱點(diǎn)。在這樣的背景下，能譜CT成像，基于獲取時(shí)一致的雙能量數(shù)據(jù)信息，通過單源高低雙球管電壓（80kVp和140kVp）的瞬時(shí)切換（能量時(shí)間分辨率＜0.5ms）可產(chǎn)生雙能數(shù)據(jù)的時(shí)空完美結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)空間的能譜解析。能譜CT在基于常規(guī)CT所具備的高空間分辨率和時(shí)間分辨率的基礎(chǔ)上，又實(shí)現(xiàn)了能量分辨率和理化性質(zhì)分辨率，從而突破常規(guī)CT的傳統(tǒng)的

2、基于CT值的診斷模式，把CT成像推向多參數(shù)成像的新診斷模式，即5維空間（x,y,z,時(shí)間和能量）的診斷模式。能譜CT在獲得傳統(tǒng)的人體形態(tài)學(xué)信息的基礎(chǔ)上，利用通過能譜成像瀏覽器產(chǎn)生的單能量圖像、基物質(zhì)密度圖像、單能量變化曲線和有效原子序數(shù)圖像等，對(duì)組織的性質(zhì)和功能狀態(tài)進(jìn)行多方位的評(píng)價(jià)。目前這項(xiàng)技術(shù)已在科研和臨床上展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值，特別是低單能量成像提高圖像對(duì)比度的優(yōu)勢(shì)，有利于降低患者對(duì)比劑的攝入量。然而單能量圖像在實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度的同時(shí)也

3、伴有高噪聲，而且能譜輻射劑量問題在業(yè)界仍然是一個(gè)不斷的被研究和探討的問題。自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)在能譜CT單能量圖像水平上的應(yīng)用有利于降低圖像噪聲。而基于患者體型及所設(shè)定的掃描參數(shù)，并基于非能譜掃描的噪聲指數(shù)的能譜CT智能匹配技術(shù)，可智能匹配選擇患者掃描所需的最佳參數(shù)，有利于優(yōu)化患者的能譜掃描輻射劑量。肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一，死亡率高，發(fā)展較快，因此對(duì)肝癌早期診斷和及時(shí)治療后的評(píng)估至關(guān)重要。能譜CT在小肝癌的檢測(cè)及肝癌的鑒別診斷等

4、方面已經(jīng)展現(xiàn)出重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，然而輻射劑量問題也制約著能譜CT成為常規(guī)影像篩查的診斷學(xué)方法。因此，本研究的目的是能譜CT智能匹配技術(shù)是否可以優(yōu)化患者的輻射劑量，在聯(lián)合迭代重建的基礎(chǔ)上提高圖像質(zhì)量，保持或進(jìn)一步提高肝癌的檢測(cè)效能。
　　第一部分能譜CT智能匹配技術(shù)掃描與常規(guī)CT掃描在相同輻射劑量條件下圖像質(zhì)量的體模研究
　　目的：
　　通過體模實(shí)驗(yàn)，探討能譜CT智能匹配技術(shù)掃描與常規(guī)80kVp、100kVp和120k

5、Vp掃描在相同輻射劑量條件下的圖像質(zhì)量。
　　材料和方法：
　　采用體模研究的方法，將含碘對(duì)比劑溶液用蒸餾水分散成8種不同的濃度（mg/ ml），依次為0，0.5，1，2.5，5，10，20，50（mg/ml），體模中央為含水試管。分別進(jìn)行80kVp（方案A）、100kVp（方案B）、120kVp（方案C）的常規(guī)CT掃描以及能譜CT智能匹配技術(shù)能譜成像掃描模式（方案D）。計(jì)算與常規(guī)掃描各亞組（方案A、B和C）CT值相當(dāng)?shù)哪茏V

6、掃描組（方案D）的單能量水平。分別采用30％、50%和70%的適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)（adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR）重建各個(gè)方案的圖像，并計(jì)算各個(gè)試管相對(duì)于中央試管的對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio,CNR）。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較常規(guī)掃描組圖像與其CT值相當(dāng)?shù)膯文芰克綀D像的圖像噪聲值和CNR的差異。
　　結(jié)果：
　　1.與方案

7、A、B和C中各試管含碘溶液CT值相當(dāng)?shù)姆桨窪的單能量范圍分別集中在40～55keV,43～62keV和48～68keV,對(duì)應(yīng)的平均能量水平分別位于49 keV,55 keV和60 keV。
　　2.方案D在30%ASIR圖像重建水平下圖像噪聲值為(12.68±2.32)HU，高于30%ASIR、50%ASIR和70%ASIR方案 A的圖像噪聲值[(8.12±1.530)HU、(7.00±1.52)HU和(6.34±1.98)HU，

8、P值分別為0.001，＜0.001和＜0.001]，增加噪聲值分別約為56%，81%和100%；在50%ASIR圖像重建水平下的圖像噪聲值為(9.73±1.49)HU,高于50%ASIR和70%ASIR方案A的圖像噪聲值[P值分別為0.005和0.004]，增加噪聲值約為39%和53%，但與30%ASIR方案A圖像噪聲值無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在70%ASIR圖像重建水平下，與方案A的圖像噪聲值均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。方案A與方案D在這三種ASIR百

9、分比重建圖像條件下的CNR值均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　3.方案 D在30%ASIR圖像重建水平下的圖像噪聲值為(9.91±3.40)HU,高于50%ASIR和70%ASIR方案B的圖像噪聲值[(6.38±1.80)HU和(5.93±2.22)HU，P值分別為0.032和0.023]，增加噪聲值分別約為55%和67%，但和30%ASIR方案B圖像噪聲值無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在50%ASIR和70%ASIR圖像重建水平下，與方案B的圖像噪

10、聲值均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。方案B與方案D在這三種ASIR百分比重建圖像條件下的CNR值均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　4.方案 D在30%ASIR圖像重建水平下的圖像噪聲值(7.95±2.80)HU，高于70%ASIR方案 C的圖像噪聲值[(5.15±1.67)HU,P值為0.042]，增加噪聲值約為54%；在50%ASIR圖像重建水平下，其圖像噪聲值與方案C的圖像噪聲值均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在70%ASIR圖像重建水平下的圖像噪聲值為(4.94±

11、1.18)HU，低于30%ASIR方案 C圖像噪聲值(P=0.021)，降低約為23%，但與50%ASIR和70%ASIR方案C圖像噪聲值無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。方案A與方案D在這三種ASIR百分比重建圖像條件下的CNR值均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
　　結(jié)論：
　　在相同的輻射劑量條件下，能譜CT智能匹配技術(shù)掃描通過設(shè)置合適的迭代重建水平可達(dá)到與常規(guī)掃描相近的圖像噪聲和對(duì)比度。
　　第二部分能譜CT智能匹配技術(shù)在腹部CT掃描中的應(yīng)

12、用價(jià)值
　　目的：
　　通過與常規(guī)120kVp掃描和能譜手動(dòng)選擇模式掃描對(duì)比，評(píng)估能譜CT智能匹配技術(shù)掃描在腹部CT成像中的圖像噪聲和輻射劑量，并探討其輻射劑量與體質(zhì)量指數(shù)的相關(guān)性。
　　材料和方法：
　　前瞻性收集2015年2月至2015年5月我院因病情需要在本院行能譜CT腹部增強(qiáng)檢查的患者共60例，掃描前記錄每個(gè)患者的體質(zhì)量指數(shù)(BMI)。平掃選用常規(guī)120kVp掃描（方案A），自動(dòng)管電流選擇技術(shù)；雙期增強(qiáng)掃

13、描采用寶石能譜成像模式（gemstone spectral imaging,GSI）掃描，管電壓為80kVp和140kVp瞬時(shí)切換，動(dòng)脈期掃描選用能譜手動(dòng)選擇模式，手動(dòng)選擇平掃自動(dòng)管電流中出現(xiàn)的最大mAs所對(duì)應(yīng)的GSI模式(方案B)；靜脈期啟用能譜CT智能匹配技術(shù)掃描模式(方案 C)。采用能譜成像瀏覽器，重建出方案 B和方案 C掃描的65keV單能量圖像用于分析。記錄三種掃描方案的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose inde

14、x，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)，并測(cè)量三組圖像膀胱和皮下脂肪的圖像噪聲。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較方案A與C及方案B與C的圖像噪聲和輻射劑量。采用Pearson相關(guān)分析BMI值與方案C的CTDIvol相關(guān)性。
　　結(jié)果：
　　方案C的CTDIvol和DLP分別為(13.81±6.18) mGy和(650.3±343.1) mGy?cm，與方案A[CTDIvol和DLP分別為(13

15、.98±5.38) mGy和(654.5±297.7) mGy?cm]和方案B[(12.98±6.97) mGy和(636.3±315.4) mGy?cm]均無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值均＞0.05）。
　　方案C的膀胱和脂肪噪聲值分別為(8.89±1.65)、(6.09±1.38)HU，低于方案A[(11.5±1.88)、(8.27±1.66)HU](P值均＜0.001)，但是與方案B[(8.95±1.35)、(6.38±1.22)H

16、U]無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P值均＞0.05）。方案C的CTDIvol與受檢者BMI值呈正相關(guān)(r=0.668，P＜0.01)。
　　結(jié)論：
　　在腹部CT掃描中，能譜CT智能匹配技術(shù)掃描的輻射劑量與常規(guī)120kVp掃描和能譜手動(dòng)選擇模式掃描相當(dāng)且與BMI呈正相關(guān)，其65keV單能量圖像噪聲低于常規(guī)120kVp掃描圖像，但與能譜手動(dòng)選擇模式掃描圖像相當(dāng)。
　　第三部分能譜CT智能匹配技術(shù)聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)在腹部低對(duì)比

17、劑量掃描中的應(yīng)用價(jià)值
　　目的：
　　探討能譜CT智能匹配技術(shù)聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)（ASIR）對(duì)上腹部低對(duì)比劑量增強(qiáng)掃描的圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響。
　　方法:
　　前瞻性收集2015年2月1日至2015年5月30日100例行上腹部CT平掃和雙期增強(qiáng)掃描的患者。采用電腦隨機(jī)數(shù)字法將研究對(duì)象隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組各50例。試驗(yàn)組采用能譜CT智能匹配技術(shù)和300mgI/kg對(duì)比劑，并分別采用濾波反投影法（

18、FBP）和ASIR技術(shù)重建能譜單能量圖像（40～60keV）獲得A組和B組圖像；對(duì)照組采用常規(guī)120kVp掃描模式和450mgI/kg對(duì)比劑，采用FBP技術(shù)進(jìn)行重建，獲得C組圖像。對(duì)三組圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)[圖像噪聲及肝臟、胰腺、腹主動(dòng)脈和門靜脈的對(duì)比噪聲比（CNR）]和主觀評(píng)分(總體圖像質(zhì)量評(píng)分)。采用單因素方差分析和Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)比較三組圖像的客觀和主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)；采用t檢驗(yàn)比較試驗(yàn)組和對(duì)照組的輻射劑量。

19、　　結(jié)果:
　　試驗(yàn)組和對(duì)照組的容積CT劑量指數(shù)均為(12±5) mGy,劑量長度乘積分別為(364±142)和(377±131) mGy.cm，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t值分別為-0.408和-0.428，P值均＞0.05）。在40keV水平下，B組雙期各部位的CNR值高于A組和C組，雙期圖像噪聲值[(29±6)、(24±6)HU]低于A組[(43±11)、(44±10)HU]但高于C組[(18±4)、(18±4)HU]，雙期總體圖

20、像質(zhì)量評(píng)分[(3.0±0.2)、(2.9±0.3)分]低于C組[(3.6±0.4)、(3.6±0.5)分]但與A組[(2.9±0.4)、(2.8±0.4)分]無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在50keV水平下，B組雙期各部位的CNR值高于A組但不低于C組，雙期圖像噪聲值[(20±5)、(20±4)HU]低于A組[(31±8)、(31±7)HU]但相當(dāng)于C組，雙期總體圖像質(zhì)量評(píng)分[(3.6±0.4)、(3.5±0.4)分]高于A組[(3.3±0.3)、(3

21、.3±0.3)分]但與C組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在60keV水平下，B組雙期圖像噪聲值[(14±4)、(14±3)HU]低于A組[(19±5)、(20±5)HU]和C組，雙期各部位的CNR值和總體圖像質(zhì)量評(píng)分[(3.9±0.4)、(3.9±0.3)分]均高于A組(3.7±0.4)、(3.7±0.3)分]和C組。B組總體圖像質(zhì)量評(píng)分除雙期40keV單能量圖像外均＞3分，均符合臨床診斷需求。
　　結(jié)論:
　　通過采用能譜CT智能匹配技術(shù)