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        CT單能量成像在肝圖像質(zhì)量和診斷中的價(jià)值

        2013-01-11 06:07:54沈慧娟曾憲智劉義軍劉愛(ài)連
        關(guān)鍵詞:能譜分辨率肝臟

        沈慧娟 曾憲智 劉義軍 葛 瑩 劉愛(ài)連

        CT是目前臨床上發(fā)現(xiàn)、診斷肝臟病變最常用的一種影像學(xué)檢查方法,CT對(duì)肝臟病變的檢出率主要取決于病灶的大小、病灶與肝實(shí)質(zhì)之間的密度差別,因此CT圖像質(zhì)量對(duì)于肝臟病變的檢出非常重要。傳統(tǒng)CT設(shè)備采用混合能量成像,無(wú)法根除X線硬化效應(yīng),影響圖像質(zhì)量并降低病變檢出。能譜CT采用瞬時(shí)雙kVp技術(shù)并在投影數(shù)據(jù)空間進(jìn)行雙能量解析,從而準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng),獲得具有準(zhǔn)確CT值的單能量圖像,改善圖像質(zhì)量并提高病變檢出。能譜成像從原理上可以生成任一能量點(diǎn)下的單能圖像,但為了保證較好的密度分辨率,以及能夠用于診斷的CT圖像,目前臨床上常規(guī)使用的是40~140keV的單能量圖像。本研究對(duì)一組肝臟病變患者采用能譜成像模式掃描,比較同一患者常規(guī)混合能量成像,50keV和70keV單能量成像兩種不同成像模式的圖像質(zhì)量,旨在探討能譜CT單能量成像對(duì)肝臟圖像質(zhì)量和診斷價(jià)值的影響。

        方 法

        1.臨床資料

        隨機(jī)選擇2012年1月~2012年7月行CT檢查發(fā)現(xiàn)肝臟病變的患者80例,其中男41例,女39例,年齡28~75歲,平均56.8歲。80例患者中肝癌24例,肝轉(zhuǎn)移瘤25例,肝血管瘤27例,肝局灶結(jié)節(jié)增生2例,肝孤立性壞死結(jié)節(jié)2例。多數(shù)患者肝臟病灶為單發(fā),少數(shù)為多發(fā),對(duì)于多發(fā)病灶者選擇最大病灶進(jìn)行分析,列入研究范圍的所有肝臟病灶直徑均超過(guò)1cm。

        2.檢查方法

        采用GE 能譜CT Discovery CT 750HD(HDCT)掃描機(jī)。所有患者均采用能譜成像掃描模式,分別行平掃、動(dòng)脈期、門脈期和靜脈期增強(qiáng)掃描。掃描范圍自膈頂部至雙腎下極水平。掃描條件:80kVp和140kVp的瞬時(shí)切換,自動(dòng)毫安技術(shù),0.8s/r,螺距0.984,重建層厚和間隔均為5mm。增強(qiáng)掃描所用對(duì)比劑為非離子型碘對(duì)比劑(300mgI/ml),注射流量80~100ml,注射流率3~3.5ml/s,于注藥后25~30s、60s及120s分別進(jìn)行動(dòng)脈期、門脈期和靜脈期的掃描,部分病例進(jìn)行300~360s延遲期掃描。

        所有患者均獲得動(dòng)脈期、門脈期和靜脈期的混合能量圖像,對(duì)所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行單能處理,獲得動(dòng)脈期、門脈期和靜脈期的50keV和70keV水平的單能量圖像。

        之所以選擇50keV和70keV兩組圖像數(shù)據(jù)是基于36cm水模研究的結(jié)果。通過(guò)水模研究,120kVp的常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在70keV附近,而80kVp的常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在50keV附近。在研究設(shè)計(jì)中也就相應(yīng)選擇了50keV和70keV兩組圖像數(shù)據(jù)。

        3.分析方法

        每例患者選取病變顯示最好的增強(qiáng)期相(動(dòng)脈期或門脈期或靜脈期)的混合能量圖像和70keV和50keV單能量圖像,選擇肝臟病灶橫截面積最大的層面。

        主觀評(píng)分:所有圖像均由兩名高年資影像醫(yī)師單獨(dú)閱讀,對(duì)肝臟圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分,作為評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的主觀標(biāo)準(zhǔn)。采用的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為4分法(4分好,1分差),在合適的窗寬、窗位下,分別觀察兩種圖像上肝臟病灶-肝實(shí)質(zhì)的對(duì)比度、病灶邊緣的清晰度、肝實(shí)質(zhì)的噪聲和圖像偽影,取以上各項(xiàng)的平均分值作為圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分?;趫D像的診斷可靠性也采用4分法(4分好,1分差),主要考慮病灶的顯示、檢出率等。

        客觀評(píng)價(jià):在兩種圖像上分別于肝臟病灶、肝實(shí)質(zhì)內(nèi)放置兩個(gè)橢圓形的感興趣區(qū)(region of interest,ROI),測(cè)量CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(兩種圖像上同一組織的ROI的大小、形態(tài)和位置要求盡量保持一致)并取其平均值??陀^評(píng)價(jià)指標(biāo)包括:①圖像噪聲(noise):將肝實(shí)質(zhì)ROI標(biāo)準(zhǔn)差的平均值定義為圖像噪聲;②肝臟病灶的對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio, CNR):CNR=|Mean1- Mean2︱/ Noise,其中Mean1為肝臟病灶ROI的平均CT值,Mean2為同層面肝實(shí)質(zhì)ROI的平均CT值,Noise為圖像噪聲(圖1~3)。

        4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件,首先對(duì)混合能量圖像和70keV單能量圖像的主觀評(píng)分進(jìn)行Wilcoxon秩和檢驗(yàn),其次對(duì)兩種圖像上肝臟病灶的對(duì)比噪聲比、圖像噪聲等客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)分別進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用加權(quán)Cohen's Kappa系數(shù)評(píng)價(jià)觀察者間可信度和觀察者內(nèi)可重復(fù)性。

        結(jié) 果

        1.兩種成像模式肝臟圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分和診斷可靠性

        結(jié)果見(jiàn)表1。

        由表1可知,70keV單能量圖像的主觀評(píng)分高于混合能量圖像和50keV的圖像,表明圖像噪聲和偽影等指標(biāo)明顯改善,即前者的肝臟圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于后者,主觀評(píng)分的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖1~3)。但50keV組盡管圖像質(zhì)量評(píng)分略低,但診斷可靠性明顯提高,意味著病變和周圍組織的對(duì)比明顯增加,更有助于醫(yī)生對(duì)是否有病變做出診斷。

        2.兩種成像模式肝臟圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

        結(jié)果見(jiàn)表2。

        由表2可知,70keV單能量圖像上肝臟病灶的對(duì)比噪聲較混合能量圖像增高,且圖像噪聲降低,即70keV單能量圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于混合能量圖像,兩項(xiàng)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖1~3)。50keV組的圖像噪聲的客觀指標(biāo)增加,反應(yīng)出其主觀評(píng)分值較低的原因,但CNR值明顯增加,隨著能量的改變,病變更容易被凸顯出來(lái)。

        表1 混合能量和50keV及70keV單能量肝臟圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分和診斷可靠性對(duì)比

        圖1 CT增強(qiáng)掃描門脈期。A為常規(guī)混合能量圖像,B為70keV單能量圖像。在B圖上病灶顯示更加清晰,與肝實(shí)質(zhì)對(duì)比度增高,肝實(shí)質(zhì)噪聲減低。A、B圖的噪聲分別為8.61和7.59。

        圖2 CT增強(qiáng)掃描動(dòng)脈期。A為常規(guī)混合能量圖像,B為50keV單能量圖像,C為70keV單能量圖像。A、B、C圖的CNR分別為4.66,12.17和6.89,在50keV圖像中病灶與鄰近肝實(shí)質(zhì)對(duì)比良好,對(duì)肝臟病灶的顯示佳,有助于明確診斷。

        圖3 CT增強(qiáng)掃描動(dòng)脈期。A為常規(guī)混合能量圖像,B為50keV單能量圖像,C為70keV單能量圖像。70keV單能量圖像的空間分辨率和密度分辨率均有一定的提高,部分病灶在混合能量圖像上顯示欠清,提示70keV單能量圖像質(zhì)量改善。50keV圖像中病灶與鄰近肝實(shí)質(zhì)對(duì)比良好,對(duì)肝臟病灶的顯示最佳。

        表2 混合能量和70keV單能量肝臟圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

        討 論

        醫(yī)學(xué)圖像在現(xiàn)代疾病診斷中占有相當(dāng)重要的地位,多層螺旋CT具有空間分辨率高、采集層厚薄、數(shù)據(jù)各向同性以及強(qiáng)大的圖像后處理功能等優(yōu)點(diǎn),是目前臨床上發(fā)現(xiàn)、診斷肝臟病變最常用的一種影像學(xué)檢查方法[1-3]。CT對(duì)肝臟病變的檢出率主要取決于病灶的大小、病灶與肝實(shí)質(zhì)之間的密度差別,因此CT圖像質(zhì)量對(duì)于肝臟病變的檢出非常重要。

        CT圖像質(zhì)量的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括空間分辨率、密度分辨率和偽影??臻g分辨率的主要影響因素包括探測(cè)器的幾何尺寸、探測(cè)器之間的間隙、原始數(shù)據(jù)量和重建算法,與被測(cè)物體間的密度差別也有關(guān)。密度分辨率的主要影響因素包括噪聲和信噪比,還受到被測(cè)物體的大小的影響。偽影可由病人因素(自主或不自主的運(yùn)動(dòng)、體內(nèi)高密度結(jié)構(gòu)和異物等)或CT設(shè)備因素(CT設(shè)備性能、設(shè)備故障或失于調(diào)整等)導(dǎo)致。

        本研究對(duì)一組肝臟病變患者采用能譜成像模式掃描,比較同一患者混合能量圖像和單能量圖像的圖像質(zhì)量,兩種不同成像模式的圖像在同一設(shè)備、同一次掃描中完成,排除了CT設(shè)備、掃描參數(shù)及患者等因素的差異,具有更好的可比性。對(duì)于同一患者,兩種圖像上肝臟病灶的大小一致,病灶的檢出率更多地取決于病灶與肝實(shí)質(zhì)之間的密度差別,因此本研究將密度分辨率作為評(píng)價(jià)CT圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo),包括噪聲和對(duì)比噪聲比。在主觀評(píng)分中,將病灶-肝實(shí)質(zhì)的對(duì)比度、病灶邊緣的清晰度、肝實(shí)質(zhì)的噪聲和圖像偽影均作為評(píng)價(jià)指標(biāo),更全面地反映圖像質(zhì)量。

        噪聲是CT圖像質(zhì)量中重要的特征參數(shù),其數(shù)值可用給定區(qū)域CT 值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示,噪聲越大,密度分辨率越差[4-6]。噪聲的影響因素很多,主要包括曝光條件、層厚、矩陣和重建算法等,曝光條件越大,穿透人體的X線光子數(shù)量越多,圖像信噪比增大,圖像質(zhì)量得到提高,但患者接收的輻射劑量也相應(yīng)增加,不僅不利于患者的防護(hù),也增加CT設(shè)備的負(fù)荷[7-9]。增大層厚、減小矩陣和改變重建算法,可在一定程度上降低噪聲,但空間分辨率也同時(shí)下降[10-13]。傳統(tǒng)CT設(shè)備中,在曝光條件不變的條件下,同時(shí)提高空間分辨率和密度分辨率是很難實(shí)現(xiàn)的。如何能在不增加輻射劑量、不降低空間分辨率的條件下降低噪聲改善圖像質(zhì)量,一直是影像界多年來(lái)難以解決的問(wèn)題。

        能譜CT的成像模式有別于傳統(tǒng)CT設(shè)備,它采用瞬時(shí)雙kVp技術(shù)進(jìn)行能譜成像,高、低能量的瞬時(shí)切換實(shí)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)的瞬時(shí)同時(shí)采樣,在0.5ms的能量時(shí)間分辨率下兩組數(shù)據(jù)采集的位置高度一致,保證能譜成像的準(zhǔn)確性,雙能量解析過(guò)程在投影數(shù)據(jù)空間完成,準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng),獲得真實(shí)的圖像數(shù)據(jù),保證能譜成像的精確性,大大降低圖像偽影,改善圖像質(zhì)量[14]。CT能譜成像一次掃描可同時(shí)獲得混合能量圖像、40~140keV的101個(gè)不同keV單能量圖像以及物質(zhì)分離圖像,其中低keV單能量圖像中碘對(duì)比劑密度增加,從而增加實(shí)質(zhì)臟器與病灶的對(duì)比,提高實(shí)質(zhì)臟器中病灶的檢出率。

        考慮到120kVp常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在70keV附近,而80kVp常規(guī)混合能量的平均能量水平基本在50keV附近,我們選擇50keV和70keV單能量圖像與混合能量圖像進(jìn)行比較,結(jié)果顯示70keV單能量圖像的主觀評(píng)分和客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)均優(yōu)于混合能量圖像。在主觀評(píng)分時(shí)發(fā)現(xiàn),70keV單能量圖像的空間分辨率和密度分辨率均有一定的提高,部分病灶在混合能量圖像上顯示欠清,在70keV單能量圖像中卻得以清楚顯示,提示70keV單能量圖像質(zhì)量改善,這與以往雙球管能量CT的報(bào)道一致[14],筆者認(rèn)為這與能譜CT準(zhǔn)確校正硬化效應(yīng)等因素有關(guān)。50keV組盡管主觀評(píng)分中受到圖像噪聲等的影響,導(dǎo)致評(píng)分不如70keV組,但病灶的對(duì)比度進(jìn)一步增加,病灶的檢出率明顯提高,診斷可靠性比70keV組更佳。在客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)中,70keV單能量圖像上肝臟病灶的對(duì)比噪聲比提高且圖像噪聲減低,50keV組噪聲有所增加。在以往雙球管能量CT的報(bào)道中,80kVp系列影像肝臟病灶的對(duì)比噪聲比雖然提高,但圖像噪聲也同時(shí)增加[15],從這個(gè)角度說(shuō)明在能量CT成像中多keV成像可以有效克服該問(wèn)題,通過(guò)較高keV組提供低噪聲的圖像,同時(shí)用低keV增加病灶檢出率,但結(jié)果還有待于更多臨床應(yīng)用來(lái)證實(shí)。

        綜上所述,能譜CT70keV單能量圖像在提高肝臟病灶對(duì)比噪聲比的同時(shí)降低圖像噪聲,顯著改善肝臟圖像質(zhì)量,同時(shí)聯(lián)合50keV低能量組的應(yīng)用,有利于肝臟病灶的檢出。

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