从单层CT到多排螺旋CT再到能量CT，发展至今，能谱CT以其特有的物质分离、单能量成像、能谱曲线以及有效原子序数等多工具分析平台^[1-3]使其对肺动脉栓塞的诊断^[4]、肺部结节或肿块的定性诊断^[5-6]、肺组织的血流灌注状态^[7]以及尘肺的诊断^[8]等肺部疾病的诊断具有越来越多的价值。本研究通过仿真胸部体模，对不同管电流能谱成像模式与常规胸部扫描的辐射剂量及图像质量进行对比研究，以获得最佳合理扫描方式参数，从而为能谱CT应用于临床胸部领域提供理论依据。

1.研究对象：由美国GE公司提供的仿真人体胸部体模，该体模是一个标准的人体躯干大小的模型，长、宽、高分别为43、40和48 cm。胸壁的厚度是根据临床数据的测量。软组织替代材料以及合成骨的X射线吸收率与人体组织相似。该体模由胸壁、心脏、纵隔气管、左右肺血管及隔膜等部件构成，利用组织等有效材料制成。

2.扫描方法：对仿真胸部体模分别进行常规胸部CT扫描以及3种不同扫描方式的能谱CT成像。3种能谱模式为宝石能谱CT(GSI)智能模式(方案A)、管电流平均值时的GSI模式(方案B)及管电流最大值时的GSI模式(方案C)。运用GE Discovery CT HD750宝石能谱CT对仿真人体胸部体模分别进行80~140 kVp瞬间切换能谱成像模式和常规非能谱螺旋扫描，非能谱CT扫描参数为：噪声指数(NI)分别设置为9和11，机架旋转速度0.4 s/周，螺距0.984 :1；管电压120 kVp、自动毫安调节(变化范围10~800 mA)，重建层厚5 mm，层距5 mm，重建时使用40%自适应迭代算法(ASiR)。能谱扫描参数在不同噪声指数下分别采用GSI Assist模式(根据定位像的信息和NI自动调节能谱扫描参数)及手动调节模式(根据定位像的信息和NI时的mA表), NI=9时，GSI Assist模式能谱成像参数为0.5 s×630 mA。经计算设置管电流平均值能谱成像参数(mA表的最大值和最小值的平均值)为0.5 s×375 mA，手动设置管电流最大值的能谱成像参数(mA表的最大值)为0.6 s×640 mA。同样，NI=11时，GSI Assist模式所获得的能谱成像参数为0.7 s×275 mA, 管电流平均值时为0.6 s×275 mA, 管电流最大值时为0.6 s×375 mA；所有能谱扫描序列经自适应迭代ASiR40%重建获得层厚5 mm，层距5 mm，70 keV单能量图像，与常规非能谱扫描标准重建图像相同层面进行对比分析。

3.图像分析：图像分析及测量均在后处理工作站AW461(GE Healthcare)上使用GSI 2.0 viewer软件进行，通过体模自动测定以上扫描参数生成的辐射剂量，获得常规胸部CT扫描及不同能谱扫描序列的辐射剂量指数(CT dose index，CTDI_vol)及有效剂量长度乘积(dose length product，DLP)，通过公式计算E=k×DLP(成人胸部的权重因子k=0.014)获得有效剂量E值并以此参数作为评价不同序列辐射剂量的对比参数。常规CT扫描及不同能谱扫描序列图像质量用Compare工具进行同步同层面对比，选取扫描后胸部图像的肱盂关节水平、主动脉弓水平、气管分叉水平、下肺静脉水平及肋膈角水平5个不同平面，在每一平面的对比时，依次选取两个感兴趣区(脂肪组织及肌肉组织，并固定选取面积为102.1 mm²)，并对之进行CT值(AV值)及图像噪声(SD)值的测量，每种组织取3个点测量，计算平均CT值及差值，并计算对比噪声比(CNR)＝(CT_肌肉-CT_脂肪)/SD_脂肪, 以SD值及CNR作为评估常规CT平扫及不同能谱扫描序列的图像质量的参数。

4.主观评价：两位资深放射医师双盲法对图像不同扫描方式5个不同层面的肺窗肺纹理及分支5分制评分。1分(差)，边缘显示不清，不能显示正常结构，完全不能满足诊断要求；2分(较差)，边缘模糊，肺纹理及分支模糊，不能满足诊断要求；3分(一般)，边缘模糊，肺纹理及分支尚可，基本可以满足诊断要求；4分(较好)，边缘略模糊，肺纹理及分支清晰，满足诊断要求；5分(好)，边缘清晰，肺纹理及分支清晰，完全满足诊断要求^[9]。

5.统计学处理：图像的辐射剂量直接进行比较，采用SPSS 22.0软件进行分析，相同NI不同扫描模式采用方差分析，相同扫描模式不同NI采用独立样本t检验，分别对SD值及CNR进行统计学分析；相同NI不同扫描模式主观评分的差异采用Kruskcal-Wallis秩和检验，相同扫描模式不同NI主观评分的差异采用Wilcoxon秩和检验；采用Kappa检验评价两名资深放射医师间图像诊断的一致性。P＜0.05为差异具有统计学意义。

1.辐射剂量：NI=9和11时，常规CT扫描与能谱成像GSI Assist模式、手动平均管电流调节模式及手动最大管电流调节模式有效剂量(E)分别为(8.0、8.5、6.2、10.4)mSv和(5.3、5.1、4.3、6.2)mSv。结果显示，NI＝9、11时，手动最大管电流设置时辐射剂量最高，较常规CT扫描分别增加约30%、17%，手动平均管电流调节模式辐射剂量最小，较常规CT扫描分别减少23%、19%，能谱成像GSI Assist模式较常规CT扫描区别不大。随着噪声指数的增加，辐射剂量相应下降，NI=11比NI=9的辐射剂量下降幅度达31%~40%。

2.图像噪声值(SD值)与对比噪声比：CT扫描与能谱成像GSI Assist模式、手动平均管电流调节模式及手动最大管电流调节模式的图像噪声，在同一NI下，NI=9时，常规胸部CT扫描与方案A、C的SD值差异有统计学意义(F=4.496, P＜0.05)，表明能谱CT智能模式及最大管电流模式图像质量优于常规平扫。NI＝11时，能谱成像模式与常规胸部CT扫描的SD值差异均有统计学意义(F=8.425，P＜0.05)。常规胸部CT平扫中，不同NI的SD值差异有统计学意义(t＝-2.570，P＜0.05)，余同一能谱扫描模式中，不同NI的SD值差异均无统计学意义(P＞0.05)。NI相同扫描模式不同及扫描模式相同NI不同时，CNR差异均无统计学意义(P＞0.05), 见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 仿真胸部体模不同噪声指数时常规CT扫描与不同能谱CT成像模式的噪声值和对比噪声比(x±s) Table 1 The SD value and CNR in conventional scan mode and different spectral modes in different NI with anthropomorphic chest phantom(x±s) 成像模式 噪声值 对比噪声比 NI=9 NI=11 t值 P值 NI=9 NI=11 t值 P值 常规扫描 5.99±0.92 6.97±0.78 －2.570 0.019 4.20±1.85 3.64±1.18 0.568 0.585 方案A 4.72±1.13 5.24±1.17 －1.010 0.326 5.39±2.08 4.26±1.57 0.969 0.361 方案B 4.93±0.85 5.52±0.82 －1.577 0.132 4.90±1.11 4.62±1.33 0.359 0.729 方案C 4.44±1.11 4.97±1.06 －1.093 0.289 5.69±1.83 4.46±1.49 1.164 0.278 F值 4.496 8.425 0.691 0.473 P值 0.009 0.000 0.571 0.705     注：方案A.石能谱CT(GSI)Assist模式；方案B.管电流平均值时的GSI模式；方案C.管电流最大值时的GSI模式；NI.噪声指数

表 1 仿真胸部体模不同噪声指数时常规CT扫描与不同能谱CT成像模式的噪声值和对比噪声比(x±s) Table 1 The SD value and CNR in conventional scan mode and different spectral modes in different NI with anthropomorphic chest phantom(x±s)

3.主观评分：由两名资深放射医师主观评分的一致性检验，得出Kappa值为0.871，P＜0.05，认为两观察者评分一致性较好。NI相同扫描模式不同及扫描模式相同NI不同时，主观评分的差异均无统计学意义(P＞0.05)。不同扫描方案均能较好地显示肺纹理及分支，达到诊断要求，见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 仿真胸部体模不同噪声指数时常规CT扫描与不同能谱CT成像模式的主观评分(x±s) Table 2 The subjective score in conventional scan mode and different spectral modes in different NI with anthropomorphic chest phantom(x±s) 成像模式 NI＝9 NI＝11 u值 P值 常规扫描 4.30±1.06 4.30±1.06 105 1.000 方案A 4.30±0.82 4.40±0.84 101 0.737 方案B 4.40±0.84 4.40±0.84 105 1.000 方案C 4.40±0.84 4.40±0.84 105 1.000 H值 0.159 0.011 P值 0.984 1.000     注：方案A.石能谱CT(GSI)Assist模式；方案B.管电流平均值时的GSI模式；方案C.管电流最大值时的GSI模式；NI.噪声指数

表 2 仿真胸部体模不同噪声指数时常规CT扫描与不同能谱CT成像模式的主观评分(x±s) Table 2 The subjective score in conventional scan mode and different spectral modes in different NI with anthropomorphic chest phantom(x±s)

随着CT影像技术的不断发展革新，能谱CT的出现为影像诊断提供了更多的功能学信息，并且能谱CT可以有效去除硬化伪影、优化低对比结构^[10-11]，若能谱CT能常规应用于临床工作，那么将为影像诊断医师的工作带来福音。但能谱CT成像模式在提供更多信息的同时有可能导致辐射剂量的增加。因此，是否可以通过设置适合的能谱CT扫描参数从而获得比常规CT扫描更好的图像质量而不显著增加辐射剂量，是否能够达到图像质量与辐射剂量的双向平衡值得探究。本研究旨在获得最佳能谱CT扫描参数为能谱CT常规应用于胸部检查提供理论依据。

CT扫描所带来的辐射剂量问题以及其所带来的危害已成为当今影像学及患者所关注的重点话题。为了实现CT质量控制的标准化，本研究采用胸部人体仿真模型，不仅避免了重复扫描给患者带来的放射性损伤，还确保了研究的可重复性及可比性。此外，该仿真体模组织材料的X射线吸收率与人体组织相似，保证了实验数据的可信度，可以用于指导选择胸部能谱CT扫描的合理参数。

Matsumoto等^[12]研究表明，在辐射剂量相同时，70 keV的图像较120 kVp图像可以得到更低的噪声及更高的CNR，并认为70 keV单能量图像有潜力作为最佳单能量代替常规120 kVp图像；此外能谱CT可以像常规CT一样进行迭代重建(ASiR)，杨尚文等^[13]研究表明在进行胸部CT扫描时，ASiR设置为40%和60%的图像质量最高，更有利于实现图像质量与辐射剂量的双向平衡。参照既往研究结果，选择ASiR40%、70 keV单能量图像作为能谱不同扫描模式的重建图像，对其图像质量及对比噪声比进行组间比较，并且与常规120 kVp图像进行比较。本研究结果表明，NI分别为9和11时，能谱不同扫描模式的图像质量均显著优于常规CT扫描。尤其能谱成像GSI Assist模式、手动平均管电流调节模式中部分模式辐射剂量小于常规CT扫描，这表明如果合适设定能谱CT扫描参数，能谱CT扫描不会造成明显高于常规CT扫描的辐射危害，是一项安全的检查技术，同时图像质量更优，提供的信息更多，可以考虑常规用于临床扫描。本实验中，同一NI不同扫描模式的CNR差异虽没有统计学意义，但能谱模式下扫描的CNR均高于常规CT平扫，表明能谱CT的对比度更高，与王贵生等^[14]研究结果相符合。通过体模研究表明，不论客观评价或主观评价，合适的能谱扫描模式可以获得较好的图像质量，更多的诊断信息及更好的对比度，并且不会增加辐射剂量。

通过对比同一扫描模式下不同NI的辐射剂量、图像噪声及对比噪声比结果显示，随着NI值的增大，图像噪声值增大，而辐射剂量及对比噪声比降低，与陆锐等^[15]的研究相符。因此，选择合适的噪声指数在保证图像质量的同时可以明显降低辐射剂量。

本研究仍存在局限性，人体仿真胸部体模未考虑到体重指数对辐射剂量及图像质量的影响，与人体仍存在差异，所以体模实验数据仍需经临床研究进一步验证；此外，噪声指数分组较少，图像质量及对比噪声比随着NI的增加具体的变化趋势，还有待进一步实验验证。对于图像质量主观评价由两位资深放射医师独立完成，消除了一定的主观偏倚性。

综上所述，合理的能谱扫描模式与常规扫描的辐射剂量没有明显差异，但能谱扫描模式可以获得较高的图像质量和更多的诊断信息。此外，选择合适的噪声指数在图像质量相仿的同时可以明显降低辐射剂量。综合辐射剂量及图像质量，能谱CT Assist模式可以达到辐射剂量及图像质量的双向平衡。