王明亮 ,林曉珠 ,繆 飛 ,陳克敏 ,鄭向鵬 ,滑炎卿 ,李劍穎 ,高 娜 ,沈 云

目前公認(rèn)的CT診斷依據(jù)是CT值,但是由于成像的X射線能量具有一定的能譜范圍,不可避免地會(huì)導(dǎo)致CT值的不準(zhǔn)確,進(jìn)而影響各種定量診斷。CT能量成像是近來發(fā)展迅速的CT成像技術(shù),CT能量成像的數(shù)據(jù)采集方式可以是分次掃描采集、雙球管同時(shí)掃描、單球管高低能量快速切換掃描等模式[1]。寶石能譜CT技術(shù)采用球管瞬時(shí)進(jìn)行高低能量切換成像模式,進(jìn)行能量成像,可以獲得單能譜能成像,使CT檢查實(shí)現(xiàn)定量成像成為了可能。但是關(guān)于寶石CT能譜成像(gemstone spectral imaging,GSI)結(jié)果的可靠性和可信度尚缺乏相關(guān)的研究或者文獻(xiàn)可以參考。本研究通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)利用體模進(jìn)行物質(zhì)密度的定量化研究,旨在探討CT能譜成像分析方法對物質(zhì)內(nèi)的特定成分含量測定的可信度和準(zhǔn)確性。

方 法

1.實(shí)驗(yàn)材料

將對比劑碘海醇溶液(碘含量300mg/ml)用蒸餾水稀釋成18種不同的濃度(mg/ml),裝于50m l硬塑料管體模中,依次標(biāo)記為1～18號,濃度(mg/ml)依次為 0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、2.0 、5.0 、10.0 、20.0 、30.0 、50.0 、100.00。

2.掃描方法

使用GE公司寶石CT(Discovery CT 750 HD)進(jìn)行掃描,選擇FOV=25cm,層厚=0.625mm,采用GSI掃描模式,按球管旋轉(zhuǎn)速度分為三組:0.6s/轉(zhuǎn)組,0.8s/轉(zhuǎn)組,1.0s/轉(zhuǎn)組,毫安固定設(shè)置為600mA。

3.圖像處理

GSI圖像利用GSI Viewer瀏覽器處理,以間距為10keV在40～140keV間進(jìn)行11種不同能量的單光子能量圖像重建,基于碘/水對,選定相同層面,選取相同大小的感興趣區(qū)測量溶液中的碘含量。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)分析軟件,Pearson相關(guān)分析和配對 t檢驗(yàn)方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,分析GSI圖像碘含量測量值與碘含量真實(shí)值之間是否具有相關(guān)性,分析各組碘含量測量值與真實(shí)值之間有無差異以及各組測量值之間有無差異,以 P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

18個(gè)體模管中,17個(gè)體模管順利完成所有檢查,無側(cè)翻及溶液外溢;6號管(濃度0.5m g/ml)發(fā)生溶液外溢,少量氣體進(jìn)入,故舍去該組數(shù)據(jù)。

17種不同的濃度的樣品測量結(jié)果:GSI掃描模式在三種不同的球管轉(zhuǎn)速下,得到的混合能量圖像上,隨著碘溶液濃度的增高,體模的圖像均逐漸由黑變白(圖1);GSI基于碘水對分析,可見三種轉(zhuǎn)速下,體模中不同濃度溶液的的碘含量測量值與真實(shí)值想吻合;隨著碘溶液濃度的增高,碘濃度測量值與真實(shí)值之間越接近,測量誤差越小;當(dāng)?shù)馊芤簼舛容^低時(shí),碘濃度測量值與真實(shí)值之間的偏差較大,碘溶液濃度在2.0m g/ml以下時(shí),測量值均大于真實(shí)值(圖2,3)。GSI掃描模式0.6s/轉(zhuǎn)組、0.8s/轉(zhuǎn)組、1.0s/轉(zhuǎn)組三組碘濃度測量值與碘含量真實(shí)值之間均具有明顯相關(guān)性 (r均為0.999,P均為0.000)(表1,圖4);GSI掃描模式0.6s/轉(zhuǎn)組,0.8s/轉(zhuǎn)組,1.0s/轉(zhuǎn)組三組測量值與碘含量真實(shí)值之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05);GSI掃描模式0.6s/轉(zhuǎn)組與 0.8s/轉(zhuǎn)組,0.6s/轉(zhuǎn)組與 1.0s/轉(zhuǎn)組碘濃度測量值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05),0.8s/轉(zhuǎn)組與1.0s/轉(zhuǎn)組碘濃度測量值之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異 (P＞0.05)(表2)。

圖1 GSI掃描得到的混合能量圖像,隨著碘溶液濃度的增高,體模的圖像逐漸由黑變白(從右上到左下,體模的碘含量依次增高)。圖2 GSI基于碘水對分析,不同濃度的碘溶液測量值與真實(shí)值相吻合。

表1 三組碘濃度測量值與碘含量真實(shí)值之間的相關(guān)性

圖3 三組碘濃度測量值與碘含量真實(shí)值相吻合。

圖4 三組碘濃度測量值與碘含量真實(shí)值均具有明顯相關(guān)性。

表2 三組碘濃度測量值與真實(shí)值兩兩差異統(tǒng)計(jì)分析

討 論

以往CT診斷的依據(jù)是CT值,但是由于成像的X射線能量具有一定的能譜范圍,不可避免地會(huì)導(dǎo)致CT值的不準(zhǔn)確,進(jìn)而影響各種定量診斷。CT能量成像是近來發(fā)展迅速的CT成像技術(shù),CT能量成像的數(shù)據(jù)采集方式可以是分次掃描采集、雙球管同時(shí)掃描、單球管高低能量快速切換掃描等模式[1]。CT能譜成像把傳統(tǒng)CT成像的原理和細(xì)節(jié)進(jìn)行解析和放大,使CT成像由原來的單參數(shù)成像變?yōu)槎鄥?shù)成像,由原來的混合能量成像變?yōu)槎嗄芰康淖V成像。但是關(guān)于寶石CT的能譜分析結(jié)果的可靠性和可信度并沒有相關(guān)研究可以參考。

通過本研究可以證實(shí),利用寶石能譜CT的能譜成像(GSI),在0.6s/轉(zhuǎn)、0.8s/轉(zhuǎn)和1.0s/轉(zhuǎn)三種臨床常用的不同球管旋轉(zhuǎn)速度下,均可以得到比較準(zhǔn)確的碘濃度;碘濃度測量值與碘含量真實(shí)值之間均具有非常顯著的相關(guān)性,同時(shí)碘含量的測量值與真實(shí)值之間在統(tǒng)計(jì)學(xué)上并無差異,說明寶石CT具有能譜成像能力,能準(zhǔn)確地反映不同濃度溶液的碘含量,可以用于定量診斷,對物質(zhì)成分的評估優(yōu)于常規(guī)單純的CT值測量。

同時(shí)我們發(fā)現(xiàn),隨著碘溶液濃度的增高,碘濃度測量值與真實(shí)值之間越接近,測量誤差越小;當(dāng)?shù)馊芤簼舛容^低時(shí),碘濃度測量值與真實(shí)值之間的偏差較大,分析其原因可能有兩種,一種可能的原因是GSI測量物質(zhì)的濃度可能存在一個(gè)最小閾值限制,超過最小閾值限制時(shí),測量值與真實(shí)值之間的偏差增大;另一種可能的原因是實(shí)驗(yàn)中的體模采用的是硬塑料管,硬塑料管本身可以引起X射線的衰減,當(dāng)?shù)馊芤簼舛容^低時(shí),硬塑料管本身引起X射線的衰減相對增大,導(dǎo)致測量值偏大,這也可以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果中碘溶液濃度在2.0mg/ml以下時(shí),測量值均大于真實(shí)值,這時(shí)硬塑料管本身引起X射線的衰減便轉(zhuǎn)換成碘溶液引起X射線的衰減,從而使碘濃度測量值大于真實(shí)值。

寶石能譜CT能夠進(jìn)行CT能譜成像的主要技術(shù)在于它能夠在50cmFOV的范圍內(nèi)使用常規(guī)的CT成像模式,比如軸位和螺旋掃描模式進(jìn)行高低兩種能量的成像。這樣的成像技術(shù)得益于下列各項(xiàng)技術(shù):①瞬時(shí)變能高壓發(fā)生器 ,能夠在 0.5m s內(nèi)實(shí)現(xiàn) 80～140kVp高速的切換;②寶石探測器:業(yè)內(nèi)最快的初始速度,比常規(guī)CT快100倍,確保兩次高速采樣之間的數(shù)據(jù)處理沒有影響;③寶石探測器的采樣率增加了2.5倍,使得空間分辨率可以大幅度的提高。同時(shí),寶石CT能譜成像中還利用了很多其他先進(jìn)的技術(shù),比如有效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、閃爍體速度 (最快的初始速度,最低的余暉效應(yīng))、穩(wěn)定的球管X線焦點(diǎn)大小、高級重建引擎(adap tive statistical iterative reconstruction,ASiR)[2]和獨(dú)有的GSI瀏覽器(能譜圖像的分析觀察與工作流程優(yōu)化)。

寶石能譜CT能夠瞬時(shí)進(jìn)行高能量與低能量的數(shù)據(jù)采集,球管在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩種能量的瞬時(shí)切換,兩組數(shù)據(jù)瞬時(shí)同時(shí)采樣,采用原始數(shù)據(jù)投影的模式進(jìn)行能量減影,用于能譜成像的重建/后處理引擎與GSI瀏覽器,能夠生成新的物質(zhì)密度圖像和單光子能量圖像,為CT成像開辟了全新的成像模式。在臨床應(yīng)用中,根據(jù)要觀察的部位和病變要求,選擇合適的單光子能量圖像,能夠發(fā)現(xiàn)常規(guī)CT不能發(fā)現(xiàn)的病灶[3],并能夠?qū)Σ≡钸M(jìn)行定性與定量分析,用于組織定性和鈣化定量、結(jié)石成分分析、器官重金屬元素如肝臟內(nèi)鐵的定量測定、腫瘤中的腫瘤分類與鑒別、血管斑塊的定性等研究方面,有望成為一種可靠的物質(zhì)成分的分析和疾病鑒別診斷的方法[4-6]。

本次聯(lián)合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)認(rèn)證了寶石能譜CT能譜成像的優(yōu)越性,顯示了寶石能譜CT無限廣闊的臨床應(yīng)用和臨床科研的前景,對于我們下一步利用GSI標(biāo)準(zhǔn)體模進(jìn)行CT值定量化的基礎(chǔ)研究具有非常重要的意義。

1.Yeh BM,Shepherd JA,Wang ZJ,et al.Dual-energy and lowk Vp CT in the abdomen.AJR,2009,193:47-54

2.Marin D,Nelson RC,Schindera ST,et al.Low-tube-voltage,high-tube-current multidetector abdominal CT:improved image quality and decreased radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction algorithm--initial clinical experience.Radiology,2010,254:145-153

3.林曉珠,李衛(wèi)俠,朱延波,等.寶石能譜CT在腫瘤診斷中的初步應(yīng)用.診斷學(xué)理論與實(shí)踐,2010,9:155-160

4.Graser A,Johnson TR,Bader M,et al.Dual energy CT characterization of urinary calculi:initial in vitro and clinical experience.Invest Radiol,2008,43:112-119

5.Hidas G,Eliahou R,Duvdevani M,et al.Determination of renal stone composition with dual-energy CT:in vivo analysis and comparison with x-ray diffraction.Radiology,2010,257:394-401

6.Brown CL,Hartman RP,Dzyubak OP,et al.Dual-energy CT iodine overlay technique for characterization of renal masses as cyst or solid:a phantom feasibility study.Eur Radiol,2009,19:1289-1295