学龄儿童能谱CT腹部血管成像中最佳单能量图像的选择

闫淯淳， 杨洋， 袁新宇， 孙海林， 辛海燕， 曹志会， 沈云



·儿科影像学·

学龄儿童能谱CT腹部血管成像中最佳单能量图像的选择

闫淯淳， 杨洋， 袁新宇， 孙海林， 辛海燕， 曹志会， 沈云

目的：探讨CT能谱成像(GSI)技术在学龄儿童腹部血管成像中的最佳单能量图像。方法：选取我科腹部增强CT扫描的学龄期儿童30例，男19例，女11例，平均年龄(9.4±2.8)岁，以GSI模式进行增强CT扫描。重建获得40～80 KeV单能量图像41组及140 KvP混合能量图像。分别测量腹主动脉、门静脉、下腔静脉、竖脊肌CT值。分析图像CT值与能量变化关系，测量图像CNR及噪声，对最高CNR与最低噪声单能量图像以及混合能量图像进行主观评分。对数据进行统计学分析。结果：CNR变化曲线总体呈双峰下降趋势，峰值分别位于40 keV与60～65 keV。门静脉、腹主动脉、下腔静脉的最佳CNR分别位于(62.0±2.1)，(61.4±1.9)和(60.7±2.0) keV。噪声最低的单能量图像为68 keV。60～62 keV单能量图像主观评分(10.2±0.6；10.2±0.8；10.2±0.8)高于混合能量图像(9.1±0.6)，其差异具有统计学意义(P<0.001)。结论：学龄儿童腹部血管成像，观察腹主动脉、门静脉、下腔静脉的最佳单能量图像为60～62 KeV。

儿童； 体层摄影术，X线计算机； 血管造影术

能谱CT成像技术(gemstone spectral imaging，GSI)在成人中已广泛应用，基于GSI扫描，以选择组织结构对比最强的单能量图像为目的，在成人中进行血管成像的最佳单能量图像选择已多有研究。但目前，有关儿童GSI血管成像的研究尚未广泛展开。本研究旨在探讨如何选择学龄期儿童GSI扫描腹部血管成像的最佳单能量图像。

材料与方法

1.研究对象

2015年2月1日-6月25日于我科进行GSI腹部增强扫描的学龄期儿童30例，其中年龄6.0～14.0岁，平均(9.4±2.8)岁。所有患儿男19例，女11例。就诊原因包括门脉高压症10例，肾积水8例，胆总管囊肿5例，腹部肿瘤3例，白血病2例，腹痛待查2例。本研究经我院伦理委员会批准进行。

2.仪器与方法

采用GE Discovery CT750 HD宝石CT扫描仪，

图1 门静脉、下腔静脉、腹主动脉CT值随能量变化曲线。 图2 门静脉、下腔静脉、腹主动脉 CNR及噪声随能量变化曲线。

以GSI模式进行扫描，选用自动管电流，螺距0.984，管球旋转速度0.5 s/r，层厚5 mm，CDTI剂量6.48 mGy。增强扫描按1.5 mL/kg注射对比剂碘海醇(350 mg I/L)，注药后60 s进行扫描。

3.图像处理与分析

用标准重建模式GSI处理/重建平台重建图像，获得41组单能量图像(从40～80 keV，间距为1 keV)及140 kvP混合能量图像。

第一步，客观指标评价。包括对CT值、比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR)及噪声(Noise)。测量腹主动脉(Aorta)、门静脉(Portal vein)及下腔静脉(inferior vena cava，IVC)的CT值及标准差。腹主动脉测量点为腹腔干层面、双侧肾动脉层面、髂动脉分支等3个层面。门静脉测量点为门静脉左支主干、脾静脉汇合门脉主干、肠系膜上静脉主干等3个层面。腔静脉测量点为肝门层面、右肾静脉层面、髂静脉分支等3个层面。测量ROI均为20 mm2。同时测量肝门层面量测竖脊肌CT值及标准差，并计算其均值。根据计算公式得到以下指标CNR=(测量点CT值-竖脊肌平均CT值)/竖脊肌CT至标准差；噪声为竖脊肌CT值的标准差。

第二步，主观指标评价[1]。选用腹主动脉、门静脉以及下腔静脉最高CNR单能量图像，最低噪声单能量图像以及混合能量图像进行图像质量评分。由两名高年资儿科放射医师进行盲评，意见不同时经讨论达成一致。

主观评指标评价内容包括：①血管壁显示情况。1分，不能评价；2分，无法辨别血管壁；3分，血管壁显示模糊；4分，血管壁显示清晰锐利。②肌肉脂肪间隙显示情况。1分，无法观察；2分，肌肉脂肪间隙显示模糊；3分，肌肉脂肪间隙显示基本清晰；4分，肌肉脂肪间隙显示清晰锐利。③图像噪声。1分，噪声大，颗粒感强；2分，噪声中等，颗粒感较强；3分，噪声较小，颗粒感较轻；4分，噪声小，图像细腻。在相同窗位窗宽(400/40 HU)条件下进行图像判读，以上述3指标之和作为图像最终质量得分，满分为12分。

4.统计学处理

结 果

1.客观评价指标

41组单能量图像的腹主动脉、下腔静脉、门静脉的CT值和CNR以及噪声随能量变化曲线(图1、2)。

腹主动脉、下腔静脉及门静脉的CT值在40 keV时为峰值，后随能量增加逐渐下降(图1)。门静脉CT均值最高，IVC最低，主动脉CT值均值居中。

腹主动脉、下腔静脉及门静脉的CNR在40 keV时出现第一峰值，后逐渐下降，在55 keV出现拐点，在60～65 keV出现第二峰，后再次下降。CNR总体变化呈下降趋势。从CNR绝对值看，门静脉最高，下腔静脉最低，腹主动脉居中(图2)。

门静脉最佳CNR为(62.0±2.1) keV，腹主动脉最佳CNR为(61.4±1.9) keV，下腔静脉最佳CNR为(60.7±2.0) keV。

噪声在40 keV时出现最高值，后逐渐下降，在54 keV时下降幅度增大，在68 keV时达到最低值，后缓步上升，但其总体变化呈下降趋势(图2)。

2.主观评价指标 (图3)

分别选取CNR第一、二峰值所在单能量图像与混合能量图像进行比较。

腹主动脉、门静脉、下腔静脉的CNR在不同组别中的差异均具有统计学意义(P<0.05，表1)。60 keV、61 keV、62 keV以及混合能量图像的组间主观评分差异具有统计学意义(F=27.85，P<0.001)。60～62 keV单能量图像的主观评分分别为10.2±0.6，10.2±0.8，10.2±0.8。

讨 论

在腹部肿瘤术前术后评估、血管畸形诊断等方面，学龄儿童腹部CT血管造影十分常见且重要。儿童CT血管造影(CT angiography,CTA)检查具有诸多困难。成人CTA检查可大剂量团注对比剂以获得更高的对比峰值，但学龄儿童不适用。由于血管较细、留置针管径小等因素，导致注药流速不能过高。笔者所在医院的经验是注药速度最高不超过2.5 mL/s(24G留置针)。近年提倡CT双低检查(低辐射剂量，低剂量对比剂)在儿科中更应提倡与普及。如何在有限对比剂总量及注药速度的制约下得到更完美的图像是对儿科影像医师的挑战。

图3 男，10岁，左肾积水。a) 40keV单能量图，无法观察血管(箭)，肌肉脂肪间隙尚清，图像噪声大，颗粒感强； b) 60keV单能量图，腹主动脉(箭)、脾门静脉汇合处、下腔静脉边界锐利，显示清晰。肌肉脂肪间隙显影以及噪声方面差异不大； c) 混合能量图，噪声低，图像柔和，肌肉脂肪间隙边界显示良好。腹主动脉、脾门静脉汇合处、下腔静脉显示清晰，但肝内血管边界显示模糊(箭)； d) 冠状面MIP重建，门脉系统及腹主动脉系统显示清晰(箭)。

表1 单能量图像与混合图像的CNR及主观评分

有关能谱CT扫描辐射剂量的问题是目前关注重点之一，甚至该问题大大限制了该项技术在儿科中的应用。我们的科研团队针对此问题进行了研究，所得数据为儿童期能谱CT扫描CTDI为(6.95±3.46) mGy，传统CT扫描的CTDI为6.48 mGy，二者之间差异无统计学意义。说明学龄儿能谱扫描未显著增加辐射剂量。有关辐射剂量的相关问题，我们会在单独的文章中加以详述。本文的重点在于寻找最佳单能量图像。

能谱CT利用双kVp瞬时切换作为核心技术，在得到两组吸收投影数据后，通过后处理可以得到单能量图像[2]。这种技术通过小的辐射剂量得到更多的图像信息[2-4]。利用不同能量的组织对比度不同这一特性，可在血管造影成像方面运用广泛。本研究通过能谱CT选择最佳腹部CTA单能量图像，为学龄儿童双低CTA检查提供数据支持。

通过测量腹主动脉、门静脉、下腔静脉的CT值以及背部肌肉噪声，我们得到CT值、CNR与噪声随能量变化的曲线(图1、2)。三套血管系统的CT值变化曲线相同，自40 keV开始，逐渐下降。在能量越小的单能量图像中，CT值均值越高，图像血管显示越亮。三套血管CNR变化曲线大致相同，均表现为双峰曲线，即40 keV出现第一高峰，后逐渐下降，在55 keV时达到谷底并逐渐上升，在60～65 keV区域达到第二高峰，后逐渐下降。CNS的第一波峰与第二波峰基本一致。噪声曲线40 keV时最高，后逐渐下降，在54 keV时陡然下降，在68 keV达到谷底，后逐渐上升，但其整体变化呈下降趋势。

三套血管系统的CNR门静脉最高，下腔静脉最低，腹主动脉居中。这种分布与我们扫描时间是吻合的。由于注药速度的限制，多数患儿在25～30 s内全部注入对比剂，本研究开始注药60 s时扫描，因此扫描时相处于门静脉后期。由于门静脉与腹主动脉的曲线更为靠近，即60 s扫描时，门静脉与腹主动脉的CNR相近，可以同时得到清晰的动脉与门脉系统的图像(图3d)。因此我们是否可以考虑在腹部肿瘤或需要观察腹部动脉的患儿，增强CT检查无需进行动脉期扫描，这样可显著减少患儿的辐射剂量。这也是我们下一步的研究重点。CNR变化曲线，下腔静脉均明显低于其他两套血管系统。这说明对于需要显示静脉系统的病例，在保持上述注药方案的同时，扫描时间应再延长，以获得最佳的静脉血管图像。在本研究中虽然下腔静脉的CNR不高，但完全能满足诊断需要。

40 keV时CNR达到峰值，但同时40 keV单能量图像也是噪声的最高峰。噪声曲线在55 keV陡然下降，因此我们综合考虑CNR与噪声变化曲线，得到以下最佳单能量图像。门静脉最佳CNR为(62.0±2.1) keV，腹主动脉最佳CNR为(61.4±1.9) keV，下腔静脉最佳CNR为(60.7±2.0) keV。

结合图像主观评分，60 keV，61 keV，62 keV单能量图像评分差异无统计学意义。与混合能量图像主观评分相比，两者差异存在统计学意义(P<0.001)。因此，需要观察腹部动脉、静脉、门脉系统时，单能量图像质量优于混合能量图像。笔者建议在60～62 keV单能量图像中进行观察。此时无论对于大血管显影，还是脏器内血管显影均显示优异(图3)。这与成人研究结果不同。国外学者推荐70 keV为最佳观察图像[5]，国内有学者进行体外实验推荐55 keV单能量图像作为最佳图像[6]。国内人体研究推荐51 keV作为观察门静脉的最佳单能量图像[7]。出现上述差异可能与儿童腹部脂肪总量较成人少，对比剂注入总量亦明显低于成人有关。

在儿科研究领域，国内有学者通过一项15例学龄儿资料研究，推荐儿童腹部血管的最佳单能量图像为42 keV[8]，这也与我们的研究结果不同。从CNR随能量变化曲线可知，CNR变化曲线呈双峰，第一峰出现在40 keV，这与作者的结论一致，但此时噪声曲线也位于最高峰值。笔者从40 keV单能量图像看(图3)，大血管难以辨别且图像噪声明显，对比锐利，不能满足临床诊断需要。随能量增加，CNR在60～65 keV会出现第二高峰，在此区间内图像主管评分均较高，可满足诊断需要。出现这样的结果可能与该作者只选取40 kev、50 keV、70 keV 3个单能量图像进行比较有关[8]。

本研究的不足之处有二，一是病例数较少，30例患儿能否精确反映CNR的变化规律有待证实。二是增强扫描注药流率、对比剂药量、浓度以及扫描时间不同，均可能导致结果有所变化，因此在与其他研究进行横向对比时缺乏足够的说服力。

总之，依据我们的研究，结合客观指标与主观评分，在学龄儿童能谱CT腹部血管造影检查中，我们推荐60～62 keV作为最佳单能量图像。

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Optimal monochromatic image for abdominal vasculargraphy CT in school-aged children:a gemstone spectral imaging study

YAN Yu-chun,YNAG Yang,YUAN Xin-yu,et al.

Children's Hospital Affiliated to Capital Insititute of Pediatrics,Beijing 100020,China

Objective：To investigate the optimal monochromatic image for vasculargraphy CT in school-aged children using gemstone spectral imaging (GSI) technique.Methods:30 school-aged children (mean age 9.4±2.8 years old) with clinical suspected abdominal disease underwent enhanced GSI CT examination.All the data were transferred to GSI viewer to generate 41 sets of monochromatic images (40～80keV) and 140kVp mixed energy image.The CT value of abdominal aorta,portal vein,inferior vena cava (IVC) and erector spinae muscle were measured respectively.Optimal contrast-to-noise ratio (CNR) of portal vein,abdominal aorta,inferior vena cava were calculated respectively.The image noises of left erector spinae at the level of ensisternum were measured respectively.The correlations between CT value and energy were analyzed.The CNR and the noise of the image were calculated respectively and subjective scoring was taken on the image of maximum CNR,minimum monochromatic and mixed energy.All data were statistically analyzed.Results:The general trend of CNR with the monochromatic level was declined,and had two peaks at 40keV and around 60keV to 65keV.The best CNR in portal vein,abdominal aorta and IVC were at (62.0±2.1)keV，(61.4±1.9)keV，(60.7±2.0)keV respectively.The lowest noise was at 68keV.The mean score of 60keV to 62 keV were 10.2±0.6；10.2±0.8；10.2±0.8 respectively.The score of mixed energy image was 9.1±0.6.The difference had statistical significance (P<0.001).Conclusion:The recommended optimal monochromatic image in school-aged children for portal vein,aorta and IVC was 60～62keV in enhanced vasculargraphy CT.

Child； Tomography,X-ray computed； Angiography

100020 北京，首都儿科研究所附属儿童医院放射科(闫淯淳、杨洋、袁新宇、孙海林、辛海燕)；100176 北京，GE中国CT影像研究中心(曹志会、沈云)

闫淯淳(1981-)，男，北京人，硕士，副主任医师，主要从事儿科影像诊断工作。

袁新宇，E-mail：xinyu_y@hotmail.com

R05； R814.42； R816.2

A

1000-0313(2016)10-0984-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.10.018

2015-11-23

2016-03-25)