放射诊断专题
单源双能CT扫描技术在改善胰腺图像质量中的应用价值
Application value of single source dual-energy CT technique in improving pancreatic image quality
尹伟 王铁功 贾紫珺 赵冰辉 胡信心 邵成伟 边云 王敏杰
海军军医大学第一附属医院放射诊断科
通信作者：王敏杰，Email：cjr.wangminjie@vip163.com
【摘要】 目的 探讨单源双能CT扫描（DECT）技术在改善胰腺图像质量中的应用价值。方法 收集2021年7月至2021年8月间海军军医大学第一附属医院21例正常胰腺和36例胰腺相关疾病患者的影像学资料。所有受检者先行多排螺旋CT(MDCT)平扫，再行动态增强MDCT扫描，延迟期行DECT扫描，获得正常胰腺虚拟单能量图像（VMI，40～100keV）和胰腺病灶混合能量图像（PI，80、140kVp）。勾画各组图像腹壁脂肪、正常胰腺、腹主动脉的感兴趣区（ROI），测量并记录各ROI的CT值和标准差(SD)，计算各组能量图像的胰腺信噪比（SNR）和对比噪声比（CNR）。将不同能量的VMI（40～100keV）和PI（80、140kVp）与碘（水）基图和VMI最佳CNR进行客观指标和主观评分的组间比较，采用单因素回归分析不同能量的VMI（40～100keV）和PI（80、140kVp）与碘（水）基图和VMI最佳CNR的相关性。结果 正常胰腺40～100keV的VMI图像中，SNR值最高的为VMI最佳CNR、碘（水）基图，CNR值最高为VMI60keV、碘（水）基图，不同能量VMI与碘（水）基图间SNR值、CNR值差异均有统计学意义（P值均<0.05）。4组胰腺病灶图像PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘（水）基图中，碘（水）基图的SNR值与CNR值最大，VMI最佳CNR的SNR值、CNR值均高于PI140kVp，差异均有统计学意义（P值均<0.05）；碘（水）基图的病灶显著性和病灶边缘清晰度评分最高，优于其他组，VMI最佳CNR的病灶显著性和病灶边缘清晰度评分优于PI140kVp，差异均有统计学意义（P值均<0.05）。单因素回归分析结果显示，胰腺病灶PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR图像的SNR值与碘（水）基图呈显著正相关（P值均<0.05）；PI140kVp、VMI最佳CNR图像的CNR值与碘（水）基图呈显著正相关（P值均<0.05），PI140kVp的SNR值和CNR值均与VMI最佳CNR呈显著正相关（P值均<0.05）。结论 对胰腺相关疾病进行单源DECT增强扫描后可获得不同能量的VMI与碘（水）基图，其中VMI最佳CNR在所有VMI中最优，而碘（水）基图在所有图像中的SNR值和CNR值最高，VMI最佳CNR和碘（水）基图可以改善胰腺相关疾病病灶的图像质量。
全文刊载于
《中华胰腺病杂志》
2021年 第21卷 第6期 433-440页
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多排螺旋CT（multidetector computed tomo-graphy，MDCT）扫描具有高空间分辨率与高密度分辨率，是胰腺疾病的首选影像学检查方法。但胰腺疾病较为复杂，特别是早期肿瘤，因为其体积因素或者增强期特征不典型，易出现漏诊或误诊，如何通过CT技术手段提高图像的质量是目前研究的热点。以往研究对混合能量CT（poly-energetic computed tomography，PECT）靶扫描技术、灌注扫描技术、高对比剂注射速率以及双能CT扫描（dual energy computed tomography，DECT）技术等进行了尝试，其中DECT技术具有多参数成像的特点，可以获得混合能量图像（poly-energetic images，PI）、虚拟单能量图像（virtual monoenergetic images，VMI）、有效原子序数图、电子密度图、碘浓度图以及多种基物质分离图，为疾病的定位及定性提供了更多指标，是胰腺CT扫描技术中最具发展潜力的一种技术。本研究通过对正常胰腺以及胰腺病灶进行DECT扫描获得显示胰腺组织的最佳图像，旨在评估单源双能CT技术在改善胰腺图像质量中的应用价值。
资料与方法
一、一般资料
收集2021年7月至2021年8月间海军军医大学第一附属医院行胰腺MDCT增强检查的21例正常胰腺和36例胰腺相关疾病患者的临床资料。正常胰腺者中男性11例，女性10例，年龄（51±13）岁，体重指数（23.91±3.86）kg/m2。胰腺相关疾病患者中男性20例，女性16例，年龄（57±14）岁，体重指数（22.01±3.59）kg/m2。胰腺导管内乳头状黏液瘤3例，胰腺癌15例，实性假乳头状瘤1例，胰腺炎10例，囊腺瘤2例，其他部位肿瘤累及胰腺5例。本研究通过医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。
二、CT扫描和重建方法
采用320排动态容积MDCT机（uCT960+，上海联影医疗）对所有受检者行胰腺MDCT检查，成像范围自膈顶扫描至两侧髂前上棘连线。先行MDCT平扫，再行动态增强MDCT扫描。增强扫描延迟时间采用实时监测法，监测层面为腹主动脉腹腔干水平，触发阈值设置为180HU，达到阈值后延迟6、30、75 s时分别扫描获得动脉期、胰腺实质期、延迟期图像。在延迟期进行单源DECT扫描，其他期相均采用常规MDCT参数扫描。各期相扫描参数见表1。
三、图像分析
将所有数据传至uWS后处理工作站（上海联影医疗），首先对21例正常胰腺延迟期图像进行DECT多参数后处理，获得9组图像：VMI40keV、VMI50keV、VMI60keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keV、VMI100keV、VMI最佳CNR、碘（水）基图，对9组图像进行客观指标比较，获得VMI最佳CNR、碘（水）基图2组最佳图像。再对36例胰腺疾病病灶延迟期图像进行DECT多参数后处理，获得4组图像：PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘（水）基图，对4组图像质量进行客观指标与主观指标的评估，获得显示胰腺病灶最佳的2组图像。由2位高年资影像科医师盲法阅片分别进行评估。
四、正常胰腺图像客观指标的评估
勾画各组图像腹壁脂肪、正常胰腺、腹主动脉的感兴趣区（region of interest，ROI），ROI直径大小为3～10 mm。腹壁脂肪ROI避开肌肉组织，测量并记录标准差(SD)；胰腺实质ROI避开血管与胆管，测量并记录CT值；腹主动脉ROI避开血管壁，测量并记录CT值。其中腹壁脂肪的SD为图像背景噪声，计算胰腺信噪比（signal noise ratio，SNR）与对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）。SNR胰腺=CT值胰腺/SD，CNR胰腺=（CT值腹主动脉－CT值胰腺）/SD 。
五、胰腺病灶图像客观指标与主观指标的评估
对PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘（水）基图进行同一ROI测量，计算胰腺病灶的SNR值与CNR值。SNR病灶=CT值病灶/SD，CNR病灶=（CT值病灶－CT值胰腺）/SD 。
采用五点量表对两项定性指标进行评定。病灶显著性评分(即病灶是否容易从正常胰腺实质中识别)：1分为勉强显示；2分为显示不佳；3分为一定程度显示；4分为显示良好；5分为容易显示。病灶边缘清晰度评分（即病灶与胰腺实质的边界是否清晰）：1分为病灶边缘模糊，清晰度非常差；2分为超过2/3病灶边缘模糊，清晰度差；3分为超过1/3病灶边缘清晰，清晰度一般；4分为超过2/3病灶边缘清晰，清晰度好；5分为病灶边缘清晰，清晰度非常好。
六、统计学处理
使用SPSS19.0软件和R软件（3.3.3版本）进行统计学分析。对所有连续性变量行Kolmogorov smirnov正态检验。符合正态分布的计量资料以x±s表示，偏态分布及等级资料以M(P25，P75)表示。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评估两位阅片医师主观评分的一致性，当ICC＞0.75，认为一致性良好。采用单因素方差分析对图像主观指标进行比较，组间两两比较采用Bonferroni检验，图像质量客观指标评分比较采用Friedman检验。VMI（40～100 keV）、PI（80、140 kVp）分别与碘（水）基图和VMI最佳CNR的组间比较采用配对t检验。将暴露变量SNR值和CNR值分别与不同能量VMI分组和碘（水）基图进行单因素回归分析以揭示图像质量与成像条件的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。
结 果
一、正常胰腺图像客观指标的评估
正常胰腺SNR值与CNR值在不同能量VMI与碘（水）基图变化见表2、图1。其中，SNR值最高的2组图像为VMI最佳CNR与碘（水）基图，不同能量VMI与碘（水）基图间SNR值差异有统计学意义（F=26.623，P<0.05）；CNR值最高的2组图像为VMI60keV与碘（水）基图，不同能量VMI与碘（水）基图间CNR值差异有统计学意义（F=47.022，P<0.05），而VMI60keV与VMI最佳CNR间CNR值差异无统计学意义（P=1.000）。
二、胰腺病灶图像客观指标和主观指标的评估
单因素方差分析显示，4组胰腺病灶图像的SNR值与CNR值差异均有统计学意义（F值分别为25.945、13.062，P值均<0.05，表3、图2）。其中碘（水）基图的SNR值与CNR值最大，与其他组比较差异均具有统计学意义（P值均<0.05）。VMI最佳CNR的SNR值与CNR值高于PI80kVp组与PI140kVp组，与PI140kVp组间差异均有统计学意义（P值均<0.05）。
两位阅片医师对36例胰腺病灶显著性评分以及病灶边缘清晰度评分一致性较好（表4），故采用医师1的数据进行评估。结果显示，4组图像质量的病灶显著性评分和病灶边缘清晰度评分差异均有统计学意义（χ2 值分别为59.333、62.178，P值均为0.000），其中碘（水）基图在病灶显著性和病灶边缘清晰度的评分中最高，优于其他组，差异有统计学意义（P值均<0.05）。VMI最佳CNR图像在病灶显著性评分和病灶边缘清晰度的评分与PI80kVp图像相当，两两比较差异均无统计学意义，但优于PI140kVp图像，差异均有统计学意义（P值均<0.05，表5、图3、图4）。
三、单因素回归分析
正常胰腺图像的单因素回归分析结果见表6。正常胰腺VMI40～100KeV图像的SNR值与碘（水）基图呈显著正相关，VMI40keV、VMI50keV、VMI80keV、VMI90keV的SNR值与VMI最佳CNR呈显著正相关；正常胰腺VMI40～70KeV图像的CNR值与碘（水）基图呈显著正相关，VMI40keV、VMI50keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keVCNR值与VMI最佳CNR呈显著正相关（P值均<0.05）。其余SNR值、CNR值与碘（水）基图和VMI最佳CNR均无显著相关性（P值均＞0.05）。
胰腺病灶图像的单因素回归分析结果见表7。胰腺病灶PI80keV、PI140keV、VMI最佳CNR图像的SNR值与碘（水）基图呈显著正相关（P值均<0.05）；PI140keV、VMI最佳CNR图像的CNR值与碘（水）基图呈显著正相关（P值均<0.05），PI140keV的SNR值和CNR值均与VMI最佳CNR呈显著正相关（P值均<0.05）。
讨 论
动态增强薄层CT（<1 mm）是胰腺疾病诊断及分期的首选检查，可为临床提供全面、清晰、直观的影像学依据。DECT采用双能量数据采集的方法在获得常规高、低PI外，还可以通过后处理获得不同能量VMI、有效原子序数图、电子密度图以及基物质分离图。DECT不同能量VMI模拟不同穿透能力的X射线，随着能量的降低，胰腺以及腹主动脉的CT值有所提高，两者的SNR值和CNR值也有相应的提高。而碘（水）基图通过碘、水基物质对分离获得，计算的是组织的碘摄取量，正常胰腺组织与病变组织的碘摄取量明显不同，在碘（水）基图上就会产生明显的对比度差异。由于DECT成像的方式不同，以及后处理平台不同，会得到不同的影像效果。目前可实现DECT扫描技术的有6种CT系统，包括光子CT技术（目前在临床研究阶段）、双层探测器技术（如Philips IQon）、单源kVp旋转切换技术（如Cannon Aquilion ONE）、单源kVp瞬时切换技术（如GE CT750 HD）、射束过滤技术（如Siemens Edge）、双源技术（如Siemens force）。本研究采用的DECT扫描技术结合了单源kVp旋转切换技术与单源kVp瞬时切换技术，采用小螺距（0.24）对目标区域进行高低kVp扫描，先采用140kVp采集240°数据，再快速切换成80kVp采集240°数据，在kVp切换时，依据140kVp条件下的管电流参数自动调整80kVp条件下的管电流，最终保证DECT的图像质量。
DECT可以后处理得到40keV至190keV的VMI以及多种基物质分离图，本研究对8组VMI和碘（水）基图进行客观指标（SNR、CNR）评估，均在碘（水）基图上获得最高SNR值与CNR值，VMI最佳CNR图像的SNR值（11.02±3.41）与CNR值（8.05±2.66）均较高，平均能级为（63.92±2.41）keV，VMI最佳CNR的CNR值略低于VMI60keV的CNR值（8.50±3.98），这与以往的研究结果相似。张静等研究表明VMI最佳CNR和碘（水）基图观察胰岛素瘤时优于VMI70keV图像。Patel等研究表明将VMI的能级降到50keV时可获得最佳CNR图像。Noda等的研究表明VMI在40keV下可获得最高的SNR值和CNR值。本研究VMI最佳CNR的能级高于以上的研究结果，这可能与DECT成像原理、重建层厚以及迭代算法有关。
以往的研究采用1～5 mm不等的重建层厚，采用厚层图像可降低图像的噪声并提高图像的SNR值与CNR值，可以在更低能量VMI图像上获得高CNR。但随着层厚的增加，部分容积效应将更加明显，影响小病灶的显示以及胰周组织与血管的评估。低能量VMI的病灶与胰腺组织的CT差值高于高能量VMI，但噪声也高，采用高级迭代算法可降低图像噪声，从而提高图像SNR值与CNR值，笔者推测迭代算法越高级，降噪能力越强，越有利于低能量VMI的病灶显示。VMI最佳CNR是通过最佳CNR单能量曲线获得的单能量图像，使用该方法，可以兼顾噪声与对比度，使图像获得一个平衡，能更清晰地显示病灶，提高诊断效能。综合以上原因，本研究均采用1 mm层厚进行数据分析，并在VMI最佳CNR图像上获得了较高的SNR值与CNR值。
目前，DECT在胰腺方面的研究热点在于低能级VMI结合碘（水）基图在不同胰腺疾病检出率、胰腺肿瘤的分级、分期、优化治疗计划以及疗效评估方面的作用。已有的研究表明，当能量水平在40～55keV之间时，病变的显著性最高，结合碘（水）基图可以更好地评估肿瘤的大小和治疗后效果。但关于DECT扫描时相的选择，目前还没有明确的共识，究竟对哪一期相进行DECT扫描可以收益更多，有待进一步研究。谢环环等采用双期DECT扫描，发现胰腺癌在延迟65s后单能量CT值均高于动脉晚期单能量CT值，但在动脉晚期胰腺癌与正常胰腺组织有更大的CNR值，更适合观察病灶，两期扫描的胰腺癌CT值在各能级碘差异均有统计学意义，但归一化单能量CT值差异均无统计学意义。而根据Guo等的研究，在对比剂注射后55～60 s后进行DECT扫描，神经内分泌癌总体上比胰腺癌具有更高的均匀性(同质性参数)和更低的熵(异质性参数)；而在动脉期，神经内分泌癌和胰腺癌的均匀性和熵值没有显著差异。较低级别的肿瘤在组织病理学上显示出较高的肿瘤内微血管密度，这导致它们在增强时有中度至重度的强化，而相对于较低的微血管密度和较高级别肿瘤时，CT增强呈现轻度或等强化的特点，这意味着延迟期肿瘤的强化情况对于肿瘤的分级有一定意义。本研究对延迟期DECT数据进行了分析，发现神经内分泌肿瘤在常规PI上显示不佳，但在低能量VMI与碘（水）基图上显示清晰，而对胰腺癌的评估中，肿瘤边界在延迟期碘（水）基图上较动脉期上显示稍清晰。
本研究尚存在一定的局限性。首先，在正常胰腺DECT多参数对比中，不同扫描参数（如管电流、转速、准直宽度以及螺距等）及辐射剂量对图像的影响尚未比较；其次，不同重建参数（层厚、迭代重建不同等级、滤波函数）对图像的影响尚未评估；最后，胰腺相关疾病病例较少，DECT多参数图像对更多细分病种的评估有待进一步的研究，包括各期相强化特征，胰周组织与血管的侵犯情况的评估等。
综上所述，单源DECT技术中VMI最佳CNR与碘（水）基图在胰腺增强延迟期评估中效果最好，可获得较好的SNR与CNR，在胰腺相关病灶的可视化评估中，VMI最佳CNR与碘（水）基图可提供最佳的病灶显著性与边缘清晰度，值得临床推广。
微信号：CJP-2001
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