02双能量CT单能谱成像技术相关因素分析

双能量CT单能谱成像技术相关因素定量分析重庆医科大学附属第一医院曾勇明以扫描技术分为DualSpinCTDualSourceCTFastkVSwitching目前双能量成像模式DualSpinCT不同管电压旋转双X线管模式快速管电压切换不同管电压旋转扫描特点宽覆盖两圈扫描：高和低KVmA可以自动调节，获得相同噪声不动床扫描双圈扫描时投影方向一致双圈扫描双能量的优缺点优点缺点KV切换延迟双圈扫描运动伪影影响只是图像空间的重建，不涉及到投影空间双圈扫描时条件可分别调节（电流和滤线准直器）不受交叉散射线的影像双源双能量的特点两条影像链多种扫描模式•双能量模式•双源模式•FLASH模式双源双能量模式的优缺点优点缺点投影相位始终相差90度交叉散射线影像小FOV（33cm）比较好的高低能量分离每个球管的扫描条件各自调节辐射剂量比双倍单源剂量低KV切换模式双能量特点•单源模式扫描•高低电压快速切换•特制球管KV切换双能量扫描优缺点优点缺点mA量固定，剂量偏高高低能量区分度低高低能量交替，无法同时能量切换时间比双圈模式快单源成本较低没有（双源双能量模式下）交叉散射线影像双能量CT技术要求目前三种能量扫描限制无法实现“三同”无法实现“三同”无法实现“三同”最新能量成像：双层探测器LowEnergyHighEnergy光谱探测器双层探测器能量的主要优势相同几何学能量成像（三同）3D电流调节投影空间光谱能量重建全定量光谱数据分析全天候光谱能量成像常规流程不受影响（即时光谱能量）双层探测器双能量扫描优缺点基于双层探测器的能量成像Raw(HE)SpectralImageProjectionspacespectralreconstructionWeightedcombinationConventionalRaw(LE)目前尚处于临床应用初期阶段？研究背景目前应用于临床的双能量CT主要是：快速管电压切换和双源CT两种成像技术双能量CT（DualEnergyComputedTomography，DECT）可获得虚拟单能谱（virtualmonochromaticspectral，VMS）图像不同能量的单能谱图像描绘了在真实的单能量X线束情况下物质的特征与常规混合能量图像相比，具有更低的噪声、更好的对比噪声比及硬化伪影修正后的更准确线性衰减系数DECT特别的临床功能主要有三类1、图像优化显示：包括虚拟单能谱图像、线性和非线性融合图像2、不同物质的区分和分离：如碘/钙的区分、结石种类的鉴别、痛风结节以及软管肌腱的显示等3、物质的定量分析：如双能量灌注成像、碘等各种元素含量的测定、以及双能病理分析•相比之下，第一类主要是基于CT值的图像灰阶的改变，而后两类常用不同色彩编码不同物质或者是物质的量虚拟单能谱图像存在的问题各个组织器官虚拟单能谱图像与常规CT图像的等效性如何？影响双能量CT虚拟单能谱成像质量的因素？各种技术类型双能量CT虚拟单能谱图像是否存在差异性？虚拟单能谱图像CT值的量化关系，能否准确的利用单能谱图像对某些疾病（如肺癌筛查）进行定量分析？不同物质的分离和物质的定量分析，虽然是利用不同色彩编码分析不同物质或者物质的量，但本质上仍然与物质吸收X线的衰减有关。双能量CT成像的稳定性（差异性）对物质定量分析是否有影响？双能量CT单能谱成像技术相关因素定量分析定量分析虚拟单能谱图像与常规CT图像的等效性定量分析两种DECT技术相同能级的虚拟单能谱图像噪声指标的异同第一部分双能量CT单能谱70keV图像与常规CT120kVp图像的CT值等效性研究研究意义：文献报道，在相同辐射剂量下70keV左右的虚拟单能谱图像质量等效于常规120kVp图像。临床上有采用虚拟单能谱图像代替常规平扫图像进行诊断的应用。本研究全面验证虚拟单能谱图像与常规图像的等效性实验对象CTTorsoPhantomCTU-41由与人体组织同等X线吸收率的等效材料制成，模拟了成人男性从头部到盆腔各部位的组织和器官体模出厂验证：常规CT120kVp扫描条件下，组织和器官CT值与相应人体组织和器官等效，可用于CT成像高：100cm重量：45kg(CTTorsoPhantomCTU-41,Kyotokagaku,Kyoto,Japan)实验设备第二代双源CT(DefinitionFlash)西门子MMWP工作站扫描参数常规CT扫描•管电压:120kV•旋转时间:0.5s•准直:128x0.6mm•螺距:1.2•管电流:96mAs•Care-Dose4Doff•CTDIvol:6.52mGy•FOV:380mm•重建算法:FBP(B30f);SAFIRE3(I30f)DECT扫描•管电压:80/140snkV•旋转时间:0.33s•准直:128x0.6mm•螺距:1.2•管电流:162mAs•Care-Dose4Doff•CTDIvol:6.52mGy•FOV:380mm•重建算法:FBP(B30f);SAFIRE3(I30f)数据处理将体模分为头、胸、腹、盆腔四个部位，于每个部位中同种组织选择3个不同层面，每个层面测量4个ROI，即于每种组织取12个ROI为保证测量数据的完整性，测量包括软组织、液性组织、脂质组织、骨骼以及空气ROI设置为正圆形，面积为0.12cm2，计算CT值及其标准差（standarddeviation，SD），将SD定义为CT图像的噪声统计学方法采用SPSS22.0统计软件包进行统计学分析,计量资料以x±s表示将70keV/FBP、120kVp/FBP、70keV/Safire(3)、120kVp/Safire(3)四组图像的同种组织的CT值和噪声行两两配对t检验多重比较采用Bonferroni校正。P0.0083为差异有统计学意义部位70keV/FBP120kVp/FBP70keV/Safire(3)120kVp/Safire(3)70keV/FBPVS120kVp/FBP70keV/Safire(3)VS120kVp/Safire(3)70keV/FBPVS70keV/Safire(3)120kVp/FBPVS120kVp/Safire(3)120kVp/FBPVS70keV/Safire(3)70keV/FBPVS120kVp/Safire(3)头部侧脑室-1.4±4.075.86±4.93-0.83±4.085.97±4.520.0000.0000.0230.5900.0000.000丘脑37.04±3.8338.51±3.5136.83±3.4638.68±2.780.1840.0560.3770.5460.1280.101小脑50.22±5.6961.53±12.4150.25±5.5461.57±11.910.0030.0020.8780.8970.0030.002下颌骨963.28±20.26862.1±23.49963.15±20.09861.78±23.440.0000.0000.4310.1490.0000.000颅骨外空气-998.32±5.29-996.37±4.96-997.81±5.15-995.41±4.90.2880.1730.0280.0300.4030.123胸部胸腺-12.76±8.45-4.75±5.15-12.45±8.2-4.48±4.440.0010.0010.2880.3630.0010.000心脏36.32±3.8240.38±3.8536.14±3.6440.69±3.370.0060.0010.4570.2000.0030.002胸椎416.38±7.69383.93±13.66416.42±7.65383.62±13.350.0000.0000.7880.2100.0000.000肺-1001.53±6.99-987.78±8.65-1001.45±7.06-987.18±8.710.0010.0000.5970.0380.0010.000腹部胆囊11.98±5.3217.25±7.0912.23±4.4617.25±6.050.0530.0340.4411.0000.0540.035肝实质71.8±7.3770.9±6.3771.88±6.5470.66±6.040.7100.5610.8870.3580.6480.634脾脏45.43±5.0847.55±9.1545.64±4.0447.42±7.940.4390.4400.5510.7580.4760.403腰椎393.58±11.44368.67±4.63393.24±10.67368.08±3.870.0000.0000.2170.0950.0000.000胃泡-976.54±5.67-954.43±6.46-976.95±5.48-954.98±60.0000.0000.2670.0410.0000.000盆腔前列腺33.85±6.9746.2±12.2234.04±6.5946.35±10.860.0220.0120.5950.8100.0210.012股骨头中央391.66±10.92365.98±8.64392.13±10.24366.3±7.920.0000.0000.2280.2600.0000.000直肠肠管-945.55±10.64-918.63±7.79-944.4±8.56-918.11±6.090.0000.0000.1070.3490.0000.000注：多重比较采用采用Bonferroni校正，红色区域P0.0083差异有统计学意义表1.1DECT70keV单能谱图像与常规120kVpCT图像CT值的比较CT值（HU）配对T检验P值部位70keV/FBP120kVp/FBP70keV/Safire(3)120kVp/Safire(3)70keV/FBPVS120kVp/FBP70keV/Safire(3)VS120kVp/Safire(3)70keV/FBPVS70keV/Safire(3)120kVp/FBPVS120kVp/Safire(3)120kVp/FBPVS70keV/Safire(3)70keV/FBPVS120kVp/Safire(3)头部侧脑室9.98±2.8310.08±1.447.13±2.57.03±1.490.9060.8610.0000.0000.0020.001丘脑9.45±2.058.46±1.756.65±1.495.43±1.120.2520.0740.0000.0000.0330.000小脑12.33±2.0214.01±2.799.39±2.139.84±2.880.0270.5610.0000.0000.0000.004下颌骨15.84±7.0617.08±7.5315.04±6.0916.32±7.060.0970.0870.0310.0260.0100.568颅骨外空气7.16±1.397.68±2.395.06±1.15.28±1.890.5680.7560.0000.0000.0080.032胸部胸腺10.36±4.19.94±3.768.21±3.677.08±3.590.6640.0880.0000.0000.0430.002心脏8.3±2.839.12±2.545.53±1.946.12±2.030.5520.5620.0000.0000.0080.098胸椎11.36±3.5411.43±3.798.53±38.3±3.780.9580.8670.0000.0000.0540.058肺6.52±1.738.08±1.934.8±1.65.8±1.780.0770.1300.0000.0000.0010.367腹部胆囊12.94±2.4118.28±4.678.9±1.8512.78±3.830.0110.0200.0000.0000.0000.916肝实质15.75±4.8517.32±7.0710.98±3.8511.83±5.730.5960.7220.0000