心電門控模式下能譜掃描和傳統掃描CT值與碘對比劑濃度相關性的比較

秦將均，覃群，陳奕男，孟思，劉明，周曉陸，萬象新，李志偉，夏黎明

·心血管影像學·

心電門控模式下能譜掃描和傳統掃描CT值與碘對比劑濃度相關性的比較

秦將均，覃群，陳奕男，孟思，劉明，周曉陸，萬象新，李志偉，夏黎明

目的：評價在心電門控模式下能譜掃描和傳統掃描CT值與碘對比劑濃度的關系。方法：使用能譜CT對不同濃度的碘對比劑（0～40 mg／m L）分別在心臟能譜模式、心臟非能譜模式、胸部能譜模式、胸部非能譜模式進行掃描，對各模式下各能級圖像（40～140 KeV，間隔10 KeV）及傳統非能譜掃描圖像（80、100、120、140 k V）CT值進行測量，分析CT值與碘對比劑濃度的關系。結果：四種掃描模式下，CT值和碘對比劑濃度均呈線性關系。對能譜模式、非能譜模式的R2值進行配對秩和檢驗（P=0.112＞0.05），二者之間沒有明顯的統計學差異。四種不同掃描模式的R2值進行非參數秩和檢驗（χ2=3.6，P=0.308＞0.05），說明四種不同掃描模式的R2值沒有明顯的統計學差異。但能譜模式的R2均值高于非能譜模式，心臟能譜模式）略高于胸部能譜模式。結論：能譜掃描模式下心臟模式和非心臟模式的CT值和碘對比劑濃度均呈高度線性相關，可以用于CT值的定量測量。

體層攝影術，X線計算機；能譜成像；對比劑

常規CT掃描中，球管發生的X射線是各種不同能量水平X射線的混合，人體組織對不同能級X線的吸收率具有差異，同時受線束硬化偽影、非線性部分容積效應的影響，CT值測量的可重復性和可復現性難以得到保證，同樣的組織在不同的掃描中可能呈現出不同的CT值。因此在常規CT掃描中，CT值的變化并不能準確地反應組織和病變的密度變化，從而影響診斷效果。能譜CT采用球管瞬時切換的模式，可以同時采集40～140 ke V水平的單能量圖像，并依此計算出不同能級水平的圖像。單能量圖像大大消除了射線硬化偽影影響的同時，在每一個能級水平都能對同一組織測量到不同的CT值，從而CT值可以在相同能級下進行比較，使得利用CT值精確分析病灶成分成為了可能［1-2］。本文就不同管電壓條件下CT值與碘對比劑濃度之間的關系進行探討。

材料與方法

1.碘對比劑調配使用300 mg I／m L碘對比劑（歐乃派克，GE Healthcare）進行調配：編號為1～8號的同質玻璃試管，每個試管長10 cm，外徑2.5 cm，內徑1.8 cm。1～7號管分別注入80 m L經蒸餾水稀釋的對比劑，濃度分別為40、20、10、5、2.5、1、0.5 mg I／m L，8號管注入等量蒸餾水作為對照，將所有試管置入均質模具（GE Healthcare）中同時掃描（圖1），模具直徑20 cm，高度13 cm，試管之間間隔45°沿模具環形排列。

圖1 a）1～7號管對比劑濃度分別為40、20、10、5、2.5、1、0.5mg I／m L，8號管及中央試管注入蒸餾水作為對照；b）心臟能譜模式70KeV橫軸面圖像；c）重建試管長軸位進行CT值測量，每個試管取3個等大的ROI，三次測量取平均值。

2.掃描參數

采用GE Discovery CT 750HD寶石能譜CT進行掃描，分別采用4種模式對1～8號試管進行掃描：心臟能譜模式（前瞻性心電門控、軸掃模式）、心臟非能譜模式（前瞻性心電門控、軸掃模式）、胸部能譜模式（無心電門控、軸掃模式）、胸部非能譜模式（無心電門控、軸掃模式）。4種掃描模式的視野、層厚、層間隔、球管轉速均保持一致：視野為320 mm×320 mm，層厚為0.625 mm，層間隔為0.625 mm，球管轉速0.35 s／r。

表1 不同掃描模式的參數和輻射劑量

3.圖像處理和統計學分析

所有原始圖像在GE AW4.6工作站進行處理，取相同的ROI進行CT值測量，測量三次取平均值，得到的數據采用SPSS 16.0統計學軟件計算回歸決定系數R2并進行配對秩和檢驗。

結 果

在胸部能譜模式、胸部非能譜模式下，CT值和碘對比劑濃度均呈線性關系（圖2），胸部能譜模式和非能譜模式的回歸決定系數R2分別為0.99687～0.99998、0.99932～0.99946。在心電門控模式下，心臟能譜成像和非能譜成像的CT值和碘對比劑濃度均高度線性相關，R2分別為0.99867～0.99997、0.99921～0.99947。對能譜模式、非能譜模式的R2值進行配對秩和檢驗，二者間差異無統計學意義（P= 0.112）。

四種不同掃描模式的R2值進行非參數秩和檢驗，χ2=3.6，P=0.308，說明四種不同掃描模式的R2值差異無統計學意義。但從箱式圖（圖3～4）分布上可以看出，能譜模式的R2均值高于非能譜模式，心臟能譜模式的R2均值高于胸部能譜模式。

表2 不同掃描模式下各能級水平對應的R2

討 論

CT值反應組織對X射線的吸收程度，病變組織和正常組織間的CT值差異是影像診斷的重要依據。但是對于常規CT掃描模式而言，球管發射的X射線具有多譜性，例如使用80 k V條件掃描時，球管所發射的X線可能包含了0～80 keV所有能量的射線。這種多譜性會導致線束硬化偽影的產生和CT值測量的漂移［3］。寶石能譜（gemstone spectral imaging，GSI）CT的出現很好的解決了以上兩個問題。GE寶石能譜CT采用單球管、瞬時（＜0.5 ms）能級切換（80 k V和140 k V）的方式，配合快速響應、低余暉的寶石分子結構的探測器，掃描一次同時得到80 k V和140 k V兩組數據，并依此計算出40～140 ke V所有能量水平的單能量圖像。單能量圖像可以用于CT值的精確測量，是CT診斷領域的一大進步［4］。

圖2 施加心電門控的情況下，能譜掃描模式（70ke V）與非能譜掃描模式（120k V）的R2曲線擬合，前者擬合度高于后者。

圖3 不同掃描模式比劑濃度和CT值回歸曲線R2分布。a）能譜模式優于非能譜模式；b）心臟能譜模式優于胸部能譜模式。

圖4 兩種掃描模式、不同能量水平下CT值與碘對比劑濃度決定系數的變化情況。

對于常規CT掃描而言，相同的管電壓條件下，CT值隨著碘對比劑濃度的增加而增大，二者呈線性相關。所以常規CT掃描能夠反映碘濃度的變化，其最高相關系數在80 k V水平。大于80 k V水平時，相關系數隨著能量的增加而減少。相同的碘對比劑濃度的CT值隨著管電壓的增加而減少。對于能譜CT掃描而言，在相同的ke V條件下，CT值隨著碘濃度的增加而增加，二者呈明顯的正向線性關系。在40～70 keV水平，相關系數隨著能量的增加而增加，心臟能譜掃描模式和非心臟能譜掃描模式均在70 keV達到峰值。在70～140 ke V水平，相關系數隨著能量的增加而減小。因此，CT值反映碘濃度的最佳水平在70 keV水平，這一點與文獻報道有差異，文獻報道［5］該峰值處于100 ke V水平，分析原因可能與掃描層厚和掃描CT機本身固有的系統誤差有關，文獻使用5 mm層厚、5 mm間隔進行掃描，本研究使用0.625 mm的層厚、0.625 mm層間隔進行掃描，應該更為準確。下一步可能需要更多的研究比較，確定每臺CT機的最佳keV水平。

本研究中對8個水平的碘濃度進行掃描，表明常規掃描模式下和能譜掃描模式下，CT值和碘對比劑濃度之間均存在相似的正向線性相關。也就是說，對于兩種掃描模式，CT值可以反映碘濃度的變化。在GSI模式下，CT值與碘對比劑濃度的相關系數更高，因此在單能量圖像上測量CT值更為準確。另外，在GSI模式下，可以調整ke V來增加病變組織和正常組織之間的對比，而常規CT僅能顯示一組CT值。

能量CT提供了一種新的、關于病變CT值的研究方法［6］。能譜掃描模式下70 keV下的X線能級與掃描目標物密度的高相關性使得臨床工作中，在相同能級和相同的掃描模式CT值具有了可比性，可能在病變的定性及隨訪上具有潛在的優勢。同時低ke V圖像會增加圖像的對比度，有利于發現微小病灶，值得注意的是圖像的噪聲也會相應增加，應當在對比度和噪聲之間尋找一個平衡。最佳的對比度噪聲比下能夠發現常規CT不能發現的微小病變［7-10］。另外，GSI掃描可以提供CT值隨著ke V變化的曲線。特定物質的表征曲線可以用于確定病灶內的組織成分，有助于確定原發病灶［11］。GSI掃描的發展提供了類似研究可能發展的方向。

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Comparison of the correlation between CT attenuation value and iodine concentration of contrast medium using spectral CT under ECG-gated mode and traditional CT

QIN Jiang-jun，QIN Qun，CHEN Yi-nan，et al.Department of Radiology，Hainan Province Nongken Sanya Hospital，Hainan 572000，China

Objective：To evaluate the relationship between the CT value and iodine concentration of contrast medium using spectral CT under ECG-gated mode and traditional CT.Methods：Contrast medium with different Iodine concentration（0～40mg／m L）were scanned using spectral CT under the following 4 modes：ECG-gated mode，non-ECG-gated mode，Spectral energy mode of chest and non-Spectral energy mode of chest.40～140ke V，interval 10ke V were used in spectral CT and 80，100，120 and 140k V was used in traditional CT separately.The CT values were measured，the relationship of the CT values and the Iodine concentration of the contrast medium were analyzed.Results：Linear correlation were found between CT value and iodine concentration for all four modes.No significant statistic difference of R2was found between spectral and non-spectral modes（P=0.112＞0.05）.For the four different scanning modes，there were no significant statistic differences（χ2=3.6，P=0.308＞0.05）.Yet，for the average value of R2of spectral mode，which was higher than that of non-spectral mode，and spectral mode with ECG-gating modewas slightly higher than that of traditional with ECG-gating mode.Conclusion：The CT values of spectral mode no matter under ECG-gating or non ECG-gating were all showed high linear correlation with the Iodine concentration in contrast medium，which could be used in the quantitative measurement of CT attenuation value.

Tomography，X-ray computed；Spectral imaging；Contrast medium

R814.42；

A

1000-0313（2016）11-1062-04

10.13609／j.cnki.1000-0313.2016.11.009

2016-03-28）

572000 海南，海南省農墾三亞醫院放射科（秦將均、覃群、孟思、劉明、周曉陸、萬象新、李志偉）；572000 海南，三亞市婦幼保健院超聲科（陳奕男）；430030 武漢，華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院放射科（夏黎明）

秦將均（1968-），男，重慶人，碩士，主任醫師，主要從事心血管和腹部影像學診斷工作。

李志偉，E-mail：1055929017＠qq.com

海南省衛生計生行業科研項目（13A210298，14A210259），三亞市醫療科技創新項目（2014YW18，2015YW36）