王逸敏劉愛連劉靜紅劉博佳孫美玉劉義軍浦仁旺李 燁陳安良

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不同掃描條件對(duì)單源雙能CT水-碘濃度值穩(wěn)定性的影響

王逸敏1劉愛連1劉靜紅1劉博佳2孫美玉1劉義軍1浦仁旺1李 燁1陳安良1

【摘要】目的：研究單源雙能CT的不同掃描條件對(duì)水濃度值穩(wěn)定性的影響。方法：使用單源雙能CT（GE Discovery HD750）選取不同的掃描參數(shù)進(jìn)行有序組合對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水模進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)包括：管電流：260、275、360、375、550、600、630、640mA；轉(zhuǎn)速：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0 s/r；掃描野：腹部large和medium；重建層厚/間距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm和0.984mm。共掃描552組數(shù)據(jù)，利用GSI general MD analysis軟件后處理生成水-碘圖像，測(cè)量每個(gè)序列的中間層面圖像中心區(qū)水濃度值（ROI=600±30mm2）。采用Matlab 7.11.0軟件中的stepwise函數(shù)對(duì)測(cè)量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以獲得5個(gè)不同掃描參數(shù)對(duì)水-碘濃度值影響的大小。結(jié)果：轉(zhuǎn)速、電流、掃描野、螺距4個(gè)因素對(duì)水-碘濃度值的變化有顯著影響（P＜0.05），重建層厚對(duì)水-碘濃度值的影響無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.353）。結(jié)論：不同掃描條件對(duì)單源雙能CT的水-碘濃度值有影響，其中轉(zhuǎn)速、電流、掃描野、螺距對(duì)水碘濃度值的影響較為顯著，重建層厚對(duì)水-碘濃度值無明顯影響。

【關(guān)鍵詞】單源雙能CT；掃描條件；水-碘濃度值

在能譜CT掃描過程中，掃描條件的選擇大多依靠機(jī)器預(yù)設(shè)的掃描模塊或憑技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)選擇，這種方式可能會(huì)導(dǎo)致所獲得的能譜成像（gemstone spectral imaging ，GSI）數(shù)據(jù)存在偏差，影響診斷的準(zhǔn)確性。本研究旨在分析單源雙能CT中不同掃描條件對(duì)GSI水-碘濃度值的影響。

方 法

1.標(biāo)準(zhǔn)水膜和掃描協(xié)議

應(yīng) 用GE公 司 能 譜CT機(jī)（GE Discovery HD750）對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)水模（圓形，內(nèi)徑為20cm）進(jìn)行掃描。供選擇的掃描參數(shù)如下：管電壓80140kVp瞬切；管電流（mA）：260、275、360、375、550、600、630、640；轉(zhuǎn)速為：0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0r/s；掃描野：腹部large和medium；重建層厚/間距：5mm、5mm、1.25mm、1.25mm；螺距： 1.375mm 和0.984mm；重建函數(shù)均為STND。將不同掃描參數(shù)有序組合進(jìn)行掃描，獲得各個(gè)掃描參數(shù)組合的不同掃描條件協(xié)議GSI圖像共552組。層厚為5mm時(shí)每組采集6層圖像，層厚為1.25mm每組采集24層圖像。

2.數(shù)據(jù)測(cè)量

所有原始數(shù)據(jù)傳至AW4.5工作站，利用GSI general MD analysis軟件進(jìn)行后處理，生成水-碘基物質(zhì)對(duì)圖像。選擇每組圖像的中間層圖像（層厚為5mm時(shí)選取第4層圖像，層厚為1.25mm時(shí)選取第13層圖像）測(cè)量并記錄水-碘濃度值。在圖像中心區(qū)畫取與標(biāo)準(zhǔn)水模同心圓的感興趣區(qū)（region of interest，ROI），面積為600±30mm2，記錄為ROI C1（圖1）。

3.數(shù)據(jù)分析

使用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用stepwise逐步回歸法，依賴函數(shù)為：stepwise （X，Y，immodel，alpha）。其中X為自變量數(shù)據(jù)（X1-轉(zhuǎn)速，X2-電流，X3-掃描野，X4-螺距，X5-層厚），Y為因變量數(shù)據(jù)（水-碘濃度值），分別用N×M和N×1矩陣，inmodel為矩陣的列數(shù)指標(biāo)，alpha為顯著性水平。以P＜0.05界定該掃描參數(shù)對(duì)水-碘濃度值的影響性有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，回歸系數(shù)的絕對(duì)值越大，則對(duì)水-碘濃度值的影響程度越大。

結(jié) 果

4個(gè)自變量（X1-轉(zhuǎn)速，X2-電流，X3-掃描野，X4-螺距）對(duì)模型均有顯著影響。轉(zhuǎn)速、管電流、掃描野、螺距的概率P值均小于0.05，與水-碘濃度值有顯著的相關(guān)性，其系數(shù)絕對(duì)值分別為1.886、1.489、1.221、0.002。重建層厚（X5）的概率值P=0.353，與水-碘濃度值相關(guān)性不顯著（圖2）。由各條件所對(duì)應(yīng)的回歸系數(shù)可看出，對(duì)水-碘濃度值的影響由大到小分別為：轉(zhuǎn)速、掃描野、螺距、電流。

圖1 ROI放置示意圖。

圖2 Matlab分析結(jié)果，其中X1為轉(zhuǎn)速，X2為電流，X3為掃描野，X4為螺距，X5為重建層厚。重建層厚P=0.353＞0.05，與水-碘濃度值相關(guān)性不顯著。

討 論

單源雙能CT的單源瞬時(shí) kVp 切換技術(shù)可獲取多個(gè)單能量成像，同時(shí)利用康普頓效應(yīng)，以兩種基物質(zhì)（如水和碘）在不同能量下衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)基物質(zhì)的密度及空間分布，從而實(shí)現(xiàn)基物質(zhì)定量評(píng)估，并獲得物質(zhì)分離圖像［1-3］。目前基物質(zhì)對(duì)的臨床應(yīng)用價(jià)值已得到普遍認(rèn)可，有學(xué)者研究表明［4］，單源雙能CT在轉(zhuǎn)速為0.6s/轉(zhuǎn)、0.8s/轉(zhuǎn)、1.0s/轉(zhuǎn)時(shí)能有效準(zhǔn)確反映不同濃度溶液的碘含量。在臨床應(yīng)用方面，除了有效進(jìn)行良惡性病變鑒別外［5-7］，還可用于富脂與乏脂的腎上腺意外瘤的鑒別［8］以及滲出液與漏出液的鑒別［9］。CT基物質(zhì)對(duì)的穩(wěn)定性主要受CT機(jī)自身固有設(shè)置情況和掃描參數(shù)（如轉(zhuǎn)數(shù)、管電流、掃描野、重建層厚等）的影響。本研究的目的正是通過合理調(diào)節(jié)掃描參數(shù)，保證圖像質(zhì)量，獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

X方向與Y方向的采樣率受轉(zhuǎn)速影響，而Z方向的采樣率受螺距影響。隨著螺距的增加，有效層厚增大，有效體素體積隨之增大，同時(shí)探測(cè)器接收的射線量減少，圖像的密度分辨率下降、噪聲增加［10］。理論上，一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速升高、螺距減小，采樣率體高，圖像精細(xì)度增加。轉(zhuǎn)速過慢、螺距過高時(shí)采樣缺失，出現(xiàn)假象及數(shù)據(jù)缺失。

掃描野（field of view，F(xiàn)OV）大小由掃描直徑?jīng)Q定。FOV的大小會(huì)影響圖像空間分辨率，當(dāng)矩陣不變，掃描視野縮小時(shí)，圖像像素?cái)?shù)目增多，圖像顯示更加細(xì)致銳利。黨保華等［11］在其他掃描條件固定的情況下采用兩組不同的掃描野進(jìn)行體模及嬰幼兒體部掃描，F(xiàn)OV分別選擇18cm×18cm及25cm×25cm，結(jié)果表明較小直徑的掃描野圖像清晰度要優(yōu)于較大直徑的掃描野圖像。與其不同的是，本實(shí)驗(yàn)主要研究FOV對(duì)水-碘值的影響，結(jié)果表明掃描野的變化會(huì)影響水-碘濃度值穩(wěn)定性，與此前趙永為等［12］對(duì)不同F(xiàn)OV下蒸餾水及不同濃度碘溶液水-碘值的研究結(jié)果一致。

本研究結(jié)果表明管電流的變化對(duì)水-碘值的影響較小，分析原因可能是由于不同管電流對(duì)應(yīng)的電流波動(dòng)噪聲差異較小，且隨機(jī)效應(yīng)較大所致。在管電壓不變的情況下，改變管電流主要對(duì)輻射劑量和圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，而對(duì)相關(guān)定量值的影響較?。?3-14］。

重建層厚主要影響圖像的Z軸空間分辨率，當(dāng)重建層厚的增大時(shí)，Z軸空間分辨率減小，部分容積效應(yīng)也隨之增加。Nomura等［15］人在人體中應(yīng)使用不同層厚進(jìn)行雙源灌注CT的掃描，結(jié)果表明在2D 和3D雙能灌注CT掃描時(shí)應(yīng)選用較薄的層厚。但是本研究表明重建層厚不同對(duì)水-碘濃度值的測(cè)量結(jié)果沒有顯著影響，分析是由于本實(shí)驗(yàn)對(duì)模體進(jìn)行掃描，Z軸方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)水模的長(zhǎng)軸，層面間成分無差異所致。而人體組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，Z軸方向上不同層面包含不同密度的組織器官，重建層厚過大會(huì)導(dǎo)致部分容積效應(yīng)，導(dǎo)致信息的偏差及病變的遺漏。

由于機(jī)器本身固有掃描條件設(shè)置的限制，無法實(shí)現(xiàn)5個(gè)掃描條件的任意排列組合，因此不能對(duì)各掃描參數(shù)之間相互影響因素進(jìn)行分析，獲得最佳掃描參數(shù)組合。本研究?jī)H為初步研究，今后將進(jìn)一步對(duì)各掃描參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)優(yōu)化。在臨床應(yīng)用中，由于人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜密度不均，因此本研究所得出的參數(shù)結(jié)果仍需進(jìn)一步檢驗(yàn)。

總而言之，改變轉(zhuǎn)速、掃描野、螺距、電流等掃描參數(shù)會(huì)對(duì)能譜CT水碘密度值的準(zhǔn)確性造成一定的影響，實(shí)際工作中應(yīng)盡可能優(yōu)化掃描參數(shù)，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及診斷效力。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Agrawal MD，Pinho DF，Kulkarni NM，et al. Oncologic Applications of Dual Energy CT in the Abdomen.RadioGraphics，2014，34：589-612.

［2］Anderson NG，Butler AP.Clinical applications of spectral molecular imaging： potential and challenges. Contrast Media Mol. Imaging，2014，9：3-12

［3］Alessio AM，MacDonald LR.Quantitative material characterization from multi-energy photon counting CT. Med Phys， 2013，40：031108.

［4］王明亮，林曉珠，繆飛，等. CT能譜成像對(duì)物質(zhì)內(nèi)碘含量測(cè)定的價(jià)值：體模研究.中國醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志，2011，17： 172 -175

［5］Lv P，Lin XZ，Li J，et al.Differentiation of Small Hepatic Hemangioma from Small Hepatocellular Carcinoma： Recently Introduced Spectral CT Method.Radiology，2011，259： 720.

［6］Liu X，Ouyang D，Li H，et al. Papillary Thyroid Cancer： Dual-Energy Spectral CT Quantitative Parameters for Preoperative Diagnosis of Metastasis to the Cervical Lymph Nodes. Radiology，2015，275：167-176.

［7］Li A，Liang H， Li W，et al.Spectral CT Imaging of laryngeal and hypopharyngeal squamous cell carcinoma： evaluation of image quality and status of lymph nodes. PLoS One. 2013，8：e83492

［8］Morgan DE，Weber AC，Lockhart ME，et al. Differentiation of high lipid content from low lipid content adrenal lesions using singlesource rapid kilovolt（peak）-switching dual-energy multidetector CT. J Comput Assist Tomogr，2013，37：937-943.

［9］郭仕濤，周實(shí)，黃鐘杰，等.能譜CT體外鑒別滲出性與漏出性漿膜腔積液的價(jià)值.中國CT和MRI雜志，2014，12：109-111.

［10］孫平，吳祥才，多層 CT 螺距對(duì)重組圖像空間分辨率的影響.中國醫(yī)學(xué)工程，2015，23：18-19.

［11］黨保華，曲金榮，16層螺旋CT掃描野的設(shè)置與兒童頭部圖像質(zhì)量關(guān)系的臨床研究.當(dāng)代醫(yī)學(xué)，2010，16：94-95.

［12］趙永為，郭小超，王霄英，等.掃描視野對(duì)雙能CT成像CT值及物質(zhì)分離的影響——模體研究.放射學(xué)實(shí)踐，2012，27：271-273.

［13］胡敏霞，趙心明，宋俊峰，等.64層螺旋CT腹部掃描參數(shù)優(yōu)化的初步研究.中華放射學(xué)雜志，2011，45：264-269

［14］曾憲春，張俊，韓丹，等.多層螺旋CT眼眶掃描參數(shù)優(yōu)化的離體標(biāo)本實(shí)驗(yàn)研究.中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2013，21：497-500.

［15］Nomura T， Okada M，Nakashima Y，et al. The Effect of the Section Thickness Used for 2- and 3-Dimensional Quantification of Dual-Energy Perfusion Computed Tomography. J Comput Assist Tomogr，2014，38：979-84.

中國醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志，2016，22：274-277

Chin Comput Med Imag，2016，22：274-277

1 Department of Radiology， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

2 Department of Digestive System， The First Affliated Hospital of Dalian Medical University

Address： 222 Zhongshan Rd.， Dalian 116011， P.R.C.

Address Correspondence to LIU Jing-hong （E-mail： Liujinghong54@163. com）

中圖分類號(hào)：R814.42

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-5741（2016）-03-0274-04

收稿時(shí)間：（2015.10.29；修回時(shí)間：2015.11.24）

作者單位：1 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科2 大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化科

通信地址：遼寧省大連市西崗區(qū)中山路222號(hào)，大連 116011 Natural Science Foundation of China No. 81470078

通信作者：劉靜紅（電子郵箱：liujinghong54@163.com）

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金 No.81470078

The Influence on the Stability of Water-iodine Concentration in Different Single-Source Dual-Energy CT Scanning Conditions

WANG Yi-min1， LIU Ai-lian1， LIU Jing-hong1， LIU Bo-jia2， SUN Mei-yu1， LIU Yi-jun1，PU Ren-wang1， LI Ye1， CHEN An-liang1

【Abstract】Purpose：To investigate the influence on the stability of water-iodine concentration in different single-source dual-energy CT scanning conditions. Methods：A GE standard water model was scanned by different scanning parameters of single-source dual-energy CT. Five hundred and twenty-two groups of data was acquired by scanning parameters orderly combined below： tube current： 260， 275， 360， 375， 550， 600， 630， 640mA）； speed：0.5， 0.6， 0.7， 0.8， 0.9， 1.0s/rot）； FOV： large and medium； thickness： 5mm， 1.25mm； pitch： 1.375mm， 0.984mm. The central water concentration of each sequence on iodine-water images， which were reconstructed by GSI general MD analysis software （ROI=600±30mm2）， was recorded. Infuence of different scan parameters on the water concentrationwas analyzed with stepwise model on Matlab 7.11.Result：Speed， tube current， FOV and pitch were all with signifcant infuence on water-iodine concentration， but thickness was with no signifcant infuence （P =0.353＜0.05）. Conclusion：Different scanning parameters of single-source dual-energy CT have influence on water-iodine concentration， especially the parameters of speed， tube current， FOV and pitch.

【Key words】Single source-dual energy CT，Scanning conditions，Water-iodine concentration