基于碘浓度值评估肾脏光谱CT增强皮质期不同单能级图像

孟庆林，宗林雄，刘梦琦，王平怀，陈志晔

中国人民解放军总医院海南医院放射科，海南三亚572013

能谱CT较常规CT可获取更优质的图像及更多的定量信息[1-3]，在临床中已经得到广泛应用，如泌尿系结石诊断[4]、痛风石评估[5]、去金属伪影[6]等。目前临床常用的能谱CT包括单源单探测器能谱CT、双源双探测器双能CT及单源双层探测器光谱CT[7]，不同厂家的能谱图像成像方式不同，但均可行单能谱CT成像。常规CT增强技术属于混合能量成像，对于病变的细节显示欠清楚，单能谱成像可以清晰显示病变的对比剂强化信息，提高病变的对比噪声比[3，8-9]。单能谱CT成像是能谱CT最常用的手段之一，在临床上已初步开始应用，如去金属伪影[6]、医学图像3D打印[10]、腹部疾病的诊断[11]、减少碘对比剂使用量[12]或改善碘对比剂用量不足引起图像质量问题[13]等。新一代光谱CT基于探测器能谱成像，无需特殊扫描即可对每一位患者进行回顾性分析能谱数据，实现能谱常规化[14]。光谱CT增强图像随着光谱能级的减低，单能级图像可更加凸显图像的增强程度，但同时也会增加对病变强化程度过度评估的风险[15-16]。本研究以无水碘图的碘浓度值为参照对象，对肾脏皮质期光谱CT增强不同单能级图像进行评估以确定最佳能级。

对象和方法

对象回顾性分析2019年2至7月在中国人民解放军总医院海南医院放射科行腹部增强CT检查的患者50例 （男性35例、女性15例），平均年龄 （55.46±13.03）岁。患者入组标准：（1）肾功能正常；（2）无器质性或功能性肾脏疾病；（3）腹部无外伤史或手术史；（4）无过敏史；（5）均行腹部光谱CT增强检查。

CT检查所有受试者行腹部光谱CT增强检查，扫描方法：空腹，饮水800～1000 ml，平卧于扫描床上，采用光谱CT（Philips IQon Spectral CT）扫描，扫描范围包括膈顶至髂嵴。扫描参数：管电压为120 kVp，管电流采用智能mAs调控技术，调控指数为22，螺距0.984，转速0.75 s/r，128排双层探测器采集数据。先常规平扫，然后取肝门层面主动脉为靶血管用智能追踪技术监测CT值升至120 HU后6 s触发扫描，行动态增强扫描。根据患者体重按照1.2 ml/kg一次性注射非离子型对比剂 （碘佛醇320 mgI/ml），速度3.0 ml/s，对比剂注射完成后立即以相同的速率注射20 ml生理盐水。动脉期开始扫描的时间大约在对比剂开始注射后28 s左右 （对应肾脏CT增强皮质期）。扫描完成后，获得常规图像和能谱图像。常规图像重建选用混合迭代重建方法，重建层厚1 mm，层间距1 mm；能谱图像重建为能谱基础图像，从能谱基础图像中可获得各单能级图像 （40～100 keV）及无水碘图；能谱图像与常规图像使用相同的层厚和层间距。

图像分析所有CT数据均传输至飞利浦星云能谱工作站 （Intelli Space Portal V6.5），并均由1名具有3年工作年限的技师进行测量。测量步骤如下：（1）将肾脏皮质期能谱基础图像数据导入Spectral CT View软件，分别生成无水碘图及40～100 keV单能级CT图像；（2）在无水碘图肾门水平选取肾皮质均匀强化的层面，放置相同大小的感兴趣区 （20～25 mm2）于双侧肾皮质上，测量碘浓度值 （mg/ml）； （3） 保持测量图像层面及感兴趣位置不变，切换至单能级模式，分别测量40～100 keV（间隔10 keV） 能级图像的CT值 （HU）；（4）每侧肾脏测量3次，取平均值为最终测量值。

图像评估最佳光谱CT增强单能级图像标准如下：（1）其CT值与碘浓度值具有最大的相关性；（2）具有较低的变异系数。

统计学处理采用IBM SPSS（v23.0）软件及Medcalc（v.19.0.4）软件进行统计。相关性分析采用皮尔逊法进行计算，相关系数比较采用Z检验[17]，变异系数 （coefficient of variance，CV）=标准差/均值。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

皮质期肾皮质碘浓度值与不同能级CT值的相关性皮质期肾皮质碘浓度值为 （4.95±1.11）mg/ml，40～100 keV（间隔为10 keV）单能级CT值分别为 （451.47±93.05） HU、 （302.44±60.39） HU、 （214.81 ±41.24） HU、（162.05±29.62）HU、（129.21±22.84）HU、（107.71±18.38） HU及 （93.12±15.33） HU。 相关性分析显示肾皮质在40、50、60、70、80、90及100 keV能级CT值与碘浓度值相关系数分别为0.994、0.994、0.993、0.987、 0.976、 0.960及0.938 （P均 ＜0.001）。 相关系数比较显示 40、50 keV能级 （Z=2.705，P=0.007）及60 keV能级 （Z=2.166，P=0.030） 相关系数均显著大于70 keV能级相关系数，40、50 keV能级与60 keV能级相关系数之间差异无统计学意义 （P=0.590）。

皮质期肾皮质不同能级CT值变异系数皮质期肾皮质在40、50、60、70、80、90及100 keV能级CT值的变异系数分别为0.21、0.20、0.19、0.18、0.18、0.17及0.16。

图像评估相关性显示40、50 keV能级及60 keV能级与碘浓度值具有较高的相关系数 （分别为0.994、0.994及0.993），变异系数分析显示60 keV具有较低的系数 （0.19），因此，肾脏光谱CT增强皮质期图像最佳单能级为60 keV。

讨 论

能谱CT作为影像医学领域的一项新技术，代表着目前CT的发展方向。IQon光谱CT是唯一基于探测器的全新能谱技术，独特的双层探测器设计能对单一千伏高、低能量进行分离和解析；无需额外扫描，可同时获得常规图像和能谱图像，实现了同时、同源、同向、同步的数据采集，有效减少了患者所接受的辐射剂量；其能谱图像包含了40～200 keV的单能级图像和光谱碘密度值、有效原子序数等定量信息[14，18]。光谱CT增强的临床应用为疾病的诊断与治疗提供了较大的帮助，具有广阔的研究与应用前景。

光谱单能级成像中低能级水平 （＜100 keV）可以改善软组织对比度，增加不同组织对比，提高对比剂对比度[3，12]，其中40 keV的单能级图像可以提高病变的检出及利用静脉扫描图像分析动脉，40～50 keV单能级图像可以减少对比剂使用及挽救对比剂扫描失败病例，50～60 keV单能级图像可以优化图像质量[19]；高能级 （＞100 keV）可以减少噪声和伪影，抑制金属伪影等[18，20]。因此，本研究仅对40～100 keV单能级图像进行研究。对于单能级图像，随着能级降低接近碘的“k边缘”33 keV时光电效应增强，碘的CT值随着能级减低呈显著增加趋势[21]。因此，增强检查低能级图像可以提高CT成像的对比度，进而减少碘对比剂用量[12]。但过低的能级将面临噪声及伪影增多的风险[22]，并且可导致目标脏器的强化程度过度评估[15-16]。所以可以根据组织的X射线衰减特性，选择最佳的单能级图像评估目标脏器或病变[23]。

对于能谱图像质量的评估，文献报道主要采用信噪比、对比噪声比以及主观图像质量评分 （Likert 5分法） 等图像质量指标进行评估[8，16，24-25]。 然而， 注入碘对比剂后的低能级图像CT值的增加更多因碘对比剂的光电效应引起，既往的信噪比、对比噪声比等客观评价指标并不能规避光电效应的影响，因此，需要探索新评价指标评估光谱CT增强图像。碘浓度作为能谱CT的研究热点之一，对于病情的诊断、治疗后评估具有极大的意义，临床上碘浓度值也已经用于多种疾病辅助诊断[26-29]。碘浓度值定量分析在图像上基本排除了脏器本底对CT增强的影响，真实反映了组织的血管密度和血容积[30]。多项研究表明碘浓度值的测量具有很高的准确性[1-3]，不同能级光谱CT增强图像的CT值不尽相同，但对应的碘浓度值一致，所以碘浓度值可以作为参照标准评估不同能级的图像。因此，本研究尝试从不同能级图像的CT值与碘浓度值的相关性分析评估图像，同时结合图像的变异系数筛选最佳单能级图像。

本研究结果提示随着能级减低，皮质期肾皮质CT值与碘浓度值的相关性呈增加趋势，其中40、50及60 keV能级具有较高的相关性，能更好地反映碘浓度值水平。对于40及50 keV能级图像具有相同的相关系数，由此提示当能级降低到一定程度 （本研究为40及50 keV）时，尽管CT值有所增加，但对碘浓度值的评估是一致的。因此，从与碘浓度值相关性的角度考虑，40～60 keV的能级图像均可反映相对真实的碘浓度值。

CV是反映数据变异或离散程度的一个评价指标。一般来说，变异系数越小其离散程度越小，可信度越高[31]。本研究提示随着能级的降低，皮质期肾皮质的CV增大，表明能级越低，其CT值测量的变异程度越大。因此，在确定低能级图像时需要考虑CV的变化对目标图像质量的影响。

本研究随着能级的增高，肾皮质的CT值呈减低趋势，变异系数呈降低趋势，当能级为60 keV时两者能谱曲线与CV变化曲线相交，因此60 keV能级图像可能具有较好的CT值及合适可靠性。结合之前相关性分析可知40～60 keV能级图像CT值与碘浓度值均具有较高的相关性。因此，认为60 keV可以看做是评价皮质期肾皮质碘对比剂强化程度较好的能级。

综上，本研究结果表明随着能级的降低，图像的密度 （CT值）衰减与碘浓度相关性增高，进一步说明低能级图像可以真实凸显组织的病理生理学特征[19]，但随着能级的减低，图像质量的变异性增高，即可信度减低[31]。而60 keV能级在优化图像质量的同时可保证图像较高的可信度，这修正了传统推荐的50 keV作为临床常规图像分析的观点[19]。本研究存在一定的局限性：（1）样本较小，研究范围局限于正常人肾脏皮质期，缺乏多脏器、多期像及多病种的研究； （2）仅研究设备为单源双层探测器光谱CT，缺少与单源单探测器及双源双探测器能谱CT的比较。