Application of Split-frequency AVO Technology in the Evaluation of Middle-depth Thin Reservoirs in the Xihu Depression
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摘要:
受限于薄层地层结构、厚度及流体等因素综合影响，薄层波场特征比较复杂，导致薄层AVO分析存在较大不确定性。针对复杂薄层模拟问题，本文利用反射率法进行薄储层AVO正演模拟，发现薄层的AVO响应由于调谐效应，远偏移距存在明显“V”字型特征。通过对不同频带的薄层叠前道集对比分析，明确地震频带越宽，叠前道集AVO振幅曲线越稳定。借助高分辨率时频分析方法，对不同频带叠前道集进行分频扫描分析，优选地震频带中AVO信息稳定变化的优势信息进行重构，可进一步提高AVO分析的稳定性。通过实际叠前道集验证分析，利用叠前道集优势频带信息，可以有效提高烃类检测可靠程度，为西湖凹陷中深层烃类检测提供有力技术支撑。
Abstract:Owing to the combination of factors such as the thin layer structure, thickness, and fluid, the wave field characteristics of the thin layer are relatively complex, which results in large uncertainties in the thin layer AVO analysis. To address the complex thin layer simulation problem, this study uses the reflectivity method to conduct AVO forward simulations of thin reservoirs, and finds that the AVO response of the thin layer has an obvious “V” feature at the far offset owing to the tuning effect. Comparing and analyzing the thin layer pre-stack gather in different frequency bands clearly shows that the seismic frequency band is wider and that the AVO amplitude curve of the pre-stack gather is more stable. Using high-resolution time-frequency analysis, the AVO stability can be further improved by performing the frequency scanning analysis on the pre-stacked gather of different frequency bands and selecting the advantageous information of the AVO information that changes stably in the seismic frequency bands to be reconstructed. Through the actual pre-stack gather verification analysis, the advantageous frequency band information of the pre-stack gather can effectively improve the reliability of hydrocarbon detection and provide powerful technical support for the detection of hydrocarbons in the middle and deep layers of the Xihu Depression.
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Keywords:
- Xihu depression /
- thin interbeds /
- split-frequency AVO /
- advantageous information
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门静脉高压症（portal hypertension，PHT）是由各种原因导致肝门静脉血流受阻或血流量增加造成肝门静脉系统压力增高，进而引起脾大和脾功能亢进、食管胃底静脉曲张、呕血或黑便以及腹水等表现的一组临床综合征[1−2]。无创影像学CT门静脉成像（computed tomography portal venography，CTPV）是目前临床诊断门静脉高压的常用检测手段，不仅能多方位显示门静脉及其侧枝血管的走行和空间解剖位置，还能清楚的显示食管和胃底静脉曲张，完整显示肝硬化患者门静脉及侧支循环静脉的全貌[3]。CTPV是肝门静脉成像，注射到体内的碘对比剂经过体循环进入腹部各脏器，后经肠系膜下静脉、脾静脉和肠系膜上静脉等汇合成肝门静脉，此过程稀释了门静脉血管中的碘浓度，对存在脾静脉截留现象的门静脉高压患者，会进一步降低门静脉血管中的碘浓度，从而严重影响肝门静脉及分支的成像质量[4]。
双源CT可以进行虚拟单能量成像，相比传统CT能降低图像噪声，提高图像质量[5]。通过虚拟单能量重建技术可以获取低keV的图像，较低的keV更接近碘的K边缘，从而增强兴趣血管内碘对比度，提高血管成像质量。第3代双源CT重建时采用特定的噪声优化虚拟单能量成像（noise-optimized virtual monoenergetic imaging，VMI+）算法，可以获得相当于降低管电压的高对比度血管图像[6]。VMI+技术采用分频法，从低能级图像中提取高对比度图像信息，从最优能级重建的图像中提取低噪声图像信息，最终组合得到一系列高对比度、低噪声的图像[7]。低能级时，在保证碘衰减值的前提下，通过噪声优化技术，降低低能级所带来的噪声增加，提高图像的信噪比与对比噪声比，进而改善图像质量[8]。双源ＣＴ虚拟单能量重建技术已被证实能够提高正常肝门静脉成像的图像质量[9]，本研究主要是对比分析9组不同keV值的VMI+和M-0.6对门静脉高压患者门静脉成像质量的影响，探讨VMI+技术的最佳单能量能级。
1. 材料和方法
1.1 研究对象
随机选取2024年1月至2024年5月首都医科大学附属北京世纪坛医院55例临床诊断为门静脉高压的患者，通过纳排标准最终入组37例患者。其中男性患者25例，女性患者12例，患者年龄28 ~ 73岁，平均年龄（52.4±15.7）岁。本研究经北京世纪坛医院伦理委员会同意，回顾性数据后处理不需要患者签署知情同意书。
纳入标准：①年龄≥18周岁；②身高体重指数BMI≤25 kg/m2；③接受了双源CT门静脉双能量成像。排除标准：①肝脏内外病变累及肝脏脉管区，肝门静脉主干和门静脉左右分支任意一支闭塞或显示不清（n=3）；②经颈静脉肝内门腔静脉分流术后（n=13）；③脾切除术后（n=2）。
1.2 扫描设备与扫描方法
使用第3代双源CT（SOMATOM Force, Siemens Healthcare, Forcheim）进行腹部增强CT扫描。扫描方法：患者采用仰卧位，扫描范围从膈肌上缘至髂前上棘水平，经肘正中静脉以2.0 ~ 3.0 mL/s的速率注射非离子对比剂碘普罗胺（370 mgI/mL）总量90 mL，后以相同速率跟注30 mL生理盐水。动脉期采用常规扫描模式（智能管电压，CARE Dose 4D自动调节，管电流参考值274 mAs），扫描层厚5.0 mm，层间距5.0 mm；旋转时间0.5 s，螺距0.9，探测器准直宽度192×0.6 mm。动脉期用阈值触发技术，感兴趣区（range of interesting，ROI）设置在腹主动脉起始部，阈值120 HU，延迟12 s后进行动脉期扫描；动脉期结束后15 s进行门静脉期扫描，门静脉期用双能量扫描模式A、B球管管电压分别为80 kV和Sn150 kV（Sn锡滤波器），采用CARE Dose 4D自动调制，管电流参考值分别是188 mAs和94 mAs，探测器准直宽度2×64×0.6 mm，其他扫描参数同动脉期，门静脉期图像重建层厚0.75 mm，层间距0.75 mm。
1.3 图像后处理
门静脉期扫描完后自动生成线性融合系数为0.6的标准混合图像（M-0.6），相当于常规扫描120 kVp的图像；门静脉期的数据上传到Siemens Syngo via工作站，用VMI+技术重建出40、45、50、55、60、65、70、75和80 keV的9组单能量图像，层厚为0.75 mm；然后依次重建10组门静脉期MIP图像。
1.4 客观数据的测量
在Siemens Syngo via工作站上，由一名从事放射科工作10年以上的主管技师在门静脉期轴位图像上测量门静脉主干（main portal vein，MPV）的CT值和SD值,感兴趣区面积取30 mm2，测量远离血管的肝实质的CT值和SD值，ROI面积为100 mm2，图1是ROI绘制图例；分别计算出MPV的SNR和MPV与肝实质的CNR；在MIP图像上分别测量MPV、脾静脉（splenic vein，SPV）、门静脉左支（left branch of the portal vein，IHLPV）、门静脉右支（right branch of the portal vein，IHRPV）的直径：MPV取其中点测量，SPV取其中点测量，IHLPV与IHRPV取其距MPV 1.0 cm处测量[10]，分别记录10组图像中病变血管（食管、胃底静脉曲张，脐周静脉曲张，腹膜后交通开放）检出例数。
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图 1 感兴趣区的绘制注：ROI1是门静脉主干，ROI2是肝实质，测量中使用工作站上的复制和粘贴功能。Figure 1. Placement of the regions of interest (ROIs)1.5 图像质量的主观评价
由两名从事影像诊断工作10年以上的副主任医师采用双盲法对10组门静脉期图像进行主观评分，采用5分制的评价方法。5分：MPV、IHLPV和IHRPV与肝实质对比优，细小分支显示清楚；4分，MPV、IHLPV和IHRPV与肝实质对比良好，细小分支显示较清楚；3分，MPV、IHLPV和IHRPV与肝实质中等，细小分支显示较模糊；2分，MPV、IHLPV和IHRPV与肝实质对比较差，细小分支显示模糊；1分，门静脉主干及其左右分支与肝实质对比差，细小分支不显示，图2是主观评价得分图例。
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图 2 主观评价得分图例注：所有图像中最低得分是2分，图像是同一患者同一层面，层厚是0.75 mm，窗宽和窗位均一致的条件下。Figure 2. Subjective scoring legend1.6 统计学分析
数据的统计分析采用SPSS 24.0软件，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差
$\bar \pm s $ 表示，用方差分析统计各组数据，P<0.05差异有统计学差异；不符合正态分布的计量资料采用中位数（四分位数间距）表示，组间比较采用秩和检验，P<0.05差异有统计学差异；主观评分采用均数±标准差$\bar \pm s $ 表示，比较采用Kruskal-Wallis H检验，P<0.05差异有统计学差异；两个观察者之间的一致性用Kappa检验（0.21≤k＜0.4：一致性略差；0.4≤k＜0.6：一致性尚可；0.6≤k＜0.8：一致性良好；0.8≤k≤1：一致性极好）当两名观察者的评分不一致时协商达成共识。2. 结果
2.1 图像质量的客观评价
9组单能量图像与M-0.6组的MPV和肝实质的各数值比较（表1）。40 ~ 65 keV 6组图像MPV的CT值，SNR和CNR均比M-0.6组高，差异有统计学意义；70 keV图像上MPV的CT值，SNR，CNR与M-0.6组相近，差异无统计学意义；75 keV和80 keV两组图像上MPV的CT值，SNR，CNR均比M-0.6组低，差异有统计学意义。其中40 keV组上MPV的CT值，SNR值，CNR值分别比M-0.6组增加了2.11倍，0.45倍和1.10倍，是10组中最优的。
表 1 VMI+（40 ~ 80 keV）组与M-0.6组MPV图像的客观评价$(\bar x\pm s) $ Table 1. Objective evaluation of MPV images of VMI+ (40–80 kev) group and M-0.6 group$(\bar x\pm s) $ 重建方法 单能量组 M-0.6 统计检验 40 keV 45 keV 50 keV 55 keV 60 keV 65 keV 70 keV 75 keV 80 keV t/F P MPV CT值/HU 674±110b 562±58b 442±52b 380±32b 292±34b 241±29b 218±26 191±21b 163±22b 217±26 83.84 <0.05a SNR 11.6±1.3b 11.2±0.9b 10.8±0.8b 10.1±0.9b 9.8±1.0b 9.5±0.9b 8.5±0.8 8.0±0.7b 7.8±0.7b 8.5±0.9 22.71 <0.05a CNR 12.8±2.3b 10.8±1.4b 10.2±1.1b 9.8±1.3b 7.9±1.1b 7.5±0.9b 6.2±0.9 5.6±0.8b 4.8±0.7b 6.2±0.8 35.74 <0.05a 肝实质 CT值/HU 201±19b 188±26b 140±10b 129±18b 120±17b 119±15b 108±13 101±12b 96±10b 106±14 61.53 <0.05a SD 41.8±6.1b 35.6±3.4b 31.5±2.8b 26.7±2.1b 23.6±2.2b 20.1±1.9b 19.6±1.8 18.8±1.7b 16.2±1.8b 19.4±1.9b 45.29 <0.05a 注：事后比较：a单能量各组比较，P<0.05；b与M-0.6组比较，P<0.05。 10组图像MPV及其侧枝血管的管腔直径比较（表2），10组图像的MPV、IHLPV、IHRPV和SPV的直径一致，差异无统计学意义；10组图像门静脉高压病变血管检出情况比较（表3），10组图像上食管、胃底静脉曲张，脐周静脉曲张，腹膜后交通开放3种病变血管显示例数均一致。
表 2 MPV及其侧枝血管的直径$(\bar x\pm s) $ Table 2. Diameters of MPV and its collateral vessels$(\bar x\pm s) $ 重建方法 单能量组 M-0.6 统计检验 40 keV 45 keV 50 keV 55 keV 60 keV 65 keV 70 keV 75 keV 80 keV F P MPV直径 1.68±0.55 1.70±0.51 1.69±0.53 1.70±0.53 1.68±0.56 1.70±0.52 1.71±0.52 1.69±0.54 1.69±0.55 1.71±0.53 0.78 0.539 IHLPV 0.84±0.35 0.85±0.33 0.83±0.35 0.86±0.33 0.83±0.34 0.85±0.34 0.84±0.33 0.82±0.37 0.86±0.32 0.83±0.35 0.611 0.551 IHRPV 0.97±0.38 1.00±0.35 0.98±0.36 0.97±0.37 0.99±0.36 0.98±0.35 0.99±0.35 0.97±0.39 0.99±0.38 0.98±0.36 0.231 0.875 SPV直径 1.32±0.42 1.35±0.40 1.33±0.45 1.36±0.39 1.32±0.44 1.34±0.41 1.35±0.41 1.32±0.44 1.33±0.43 1.36±0.41 0.617 0.604 表 3 门静脉高压伴发病变血管的检出例数（例）Table 3. Number of detected cases of associated abnormal blood vessels in portal hypertension (number of cases)重建方法 40 keV 45 keV 50 keV 55 keV 60 keV 65 keV 70 keV 75 keV 80 keV M-0.6 食管、胃底静脉曲张 18 18 18 18 18 18 18 18 18 18 脐周静脉曲张 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 腹膜后交通开放 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 2.2 图像质量的主观评价
40 ~ 65 keV的6组单能量图像主观评分均比M-0.6组高，差异有统计学意义；70 keV图像的主观评分与M-0.6组相近，差异无统计学意义；75 keV和80 keV两组图像的主观评分均比M-0.6组低，差异有统计学意义（表4）。两名观察者主观评分1和主观评分2之间一致性良好。
表 4 两名副主任医师的主观评价得分 (x±s )Table 4. Subjective evaluation scores by two deputy chief physicians (x±s )重建方法 单能量组 M-0.6 统计检验 40 keV 45 keV 50 keV 55 keV 60 keV 65 keV 70 keV 75 keV 80 keV Z P 主观评分1 4.53±0.50b 4.51±0.50b 4.52±0.45b 4.23±0.56b 4.10±0.61b 4.01±0.56b 3.67±0.62 3.28±0.64b 3.05±0.45b 3.66±0.65 40.03 <0.05a 主观评分2 4.55±0.49b 4.48±0.51 4.50±0.46b 4.28±0.56b 4.12±0.62b 4.03±0.55b 3.70±0.64 3.30±0.67b 2.99±0.57b 3.57±0.68 39.41 <0.05a 注：事后比较：a单能量各组比较，P<0.05；b与M-0.6组比较，P<0.05。 通过图3中VMI+ 40 ~ 80 keV的9组轴位图像的对比可以直观看到，40 keV图像是9组VMI+图像中门静脉的亮度和对比度最高的，通过图4 VMI+40 keV组，70 keV组和对照组M-0.6图像的对比可以直观看到70 keV图像和M-0.6图像上门静脉的亮度和对比度相近，而40 keV图像明显高于两组。
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图 3 VMI+ 40 ~ 80 keV的9组轴位图像的对比注：所有图像是同一患者同一层面，层厚是0.75 mm，窗宽和窗位均一致的条件下。Figure 3. Comparison of images of VMI+ 40 ~ 80 keV groups![]()
图 4 VMI+40 keV组，70 keV组和对照组M-0.6图像的对比注：所有轴位图像是同一患者同一层面，层厚是0.75 mm，窗宽和窗位均一致的条件下；所有MIP图像是同一患者，层厚、窗宽和窗位均一 致的条件下。Figure 4. Comparison of images of VMI+ 40 keV, 70 keV, and M-0.6 control groups.3. 讨论
CTPV能清晰显示门静脉高压侧枝循环,较为准确地对肝硬化门静脉高压症患者的门静脉高压和肝功能受损程度进行评估,在其术前评估中具有一定的临床应用价值[11]。目前门静脉高压患者行门静脉CT检查时，往往通过增加碘对比剂剂量和（或）提高注射速率保证肝门静脉成像效果，这不仅会增加对比剂肾病（contrast induced nephropathy,CIN）和对比剂外渗的发生率，而且当对比剂剂量达到一定的阈值后，继续增加剂量对门静脉血管的增强效果并不是很明显[12]。有研究者试图通过降低管电压来提高血管的增强效果，降低管电压会降低Ｘ线球管发出的光能量，利用碘的ｋ边缘效应，提高碘在低能量下的对比度[13]，增加了血管内碘对比剂的CT值，但同时也因光能量的衰减而增加了图像背景噪声，从而影响对比噪声比[14]。
第3代双源CT双能量成像中VMI+技术可以在低能量水平保持图像高对比度的同时不会过高增加噪声，弥补了单能量算法低能量水平图像上噪声过高的缺点。该技术能有效提高图像质量，降低碘造影剂的摄入量，尤其是在血管及肿瘤成像方面有着突出优势[15]。
本研究的创新点在于选取了门静脉高压的患者，他们门静脉压力大，血流动力学更为复杂，肝门静脉成像更加困难。通过对该疾病患者门静脉主干的CT值、SNR、与肝实质的CNR以及主观评分做比较发现：40 ~ 65 keV的6组图像均优于M-0.6；其中70 keV的图像与M-0.6的图像相近，40 keV的图像效果最佳，这些发现与在正常肝门静脉患者的研究结果[9]一致。
门静脉高压症患者肝门静脉回流受阻明显，血流速度减慢，血管组织明显扩张，脾静脉和门静脉血流量明显增加[16]，直径会相应增宽，门静脉血管压力明显增加。相关研究表明，采用CTPV测量门静脉直径及侧支血管对于评价门静脉高压患者的肝脏受损程度和门静脉高压情况具有一定临床意义[17]。本研究首次对门静脉高压患者的VMI+图像和线性融合系数为0.6的标准混合图像上门静脉主干、门静脉左右分支以及脾静脉的直径进行对比测量，结果发现测得血管直径大小基本一致，差异无统计学意义，所以VMI+技术重建不会影响管腔测量的准确性。
当门静脉系统血流受阻和（或）血流量增加时，会导致门静脉及其属支压力升高，产生一系列的并发症，其中食管胃底静脉破裂出血是最常见也是最凶险的并发症。有研究提示门静脉高压患者CTPV对食管胃底静脉曲张及出血的诊断价值与胃镜相似,可预测食管胃底静脉曲张出血,进而为临床诊疗提供依据[18]。通过本研究的数据首次发现VMI+（40 ~ 80 keV）图像具有和M-0.6组一致的病变血管检出能力。
本研究的局限性：本研究中选取了BMI≤25 kg/m2的患者，门静脉期是采用双能量扫描，为了降低患者的辐射剂量，AB管均采用了比较低的管电流参考值分别是188 mAs和94 mAs，BMI>25 kg/m2的患者门静脉期图像效果较差，会影响结果的准确性，后期需要进一步修改参考管电流方案；门静脉高压症是一组临床综合征，本研究只选取的门静脉主干，侧枝血管的管腔直径和伴发病变血管的检出例数做了统计分析，研究指标有一定的限制性，下一步的研究的方向是门静脉高压症患者的其他指标尤其是对病变程度做全面探讨。
总之，双源CT应用噪声优化虚拟单能量技术可以提高门静脉高压患者门静脉期图像质量，采用40 keV的最佳单能量成像，有利于肝门静脉血管的显示，具有重要的临床应用价值。
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图 3 窄频带叠前道集振幅随角度变化曲线
Figure 3. Narrow bandwidth pre-stack angle gather amplitude curve
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图 5 宽频带叠前道集分频扫描结果
Figure 5. Wide bandwidth pre-stack angle gather crossover frequency scanning results
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图 6 宽频带叠前道集重构结果对比
Figure 6. Comparison of reconstruction results of wide bandwidth pre-stack angle gather
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图 7 过Y气田花港组水道叠后地震剖面
Figure 7. Post-stack seismic section of the Huagang Formation over a Y gas field
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图 8 Y气田已钻井叠前道集AVO分析（位置见图7所示）
Figure 8. AVO analysis of pre-stack angle gather in a Y gas field (location shown in Fig.7)
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图 9 叠前道集分频能量扫描分析（位置①）
Figure 9. Pre-stack angle gather crossover energy scan analysis (location shown in position ①)
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图 10 常规地震PG属性和优势信息重构PG属性剖面
Figure 10. Conventional seismic PG attributes and advantageous information reconstructed PG attribute profiles
表 1 楔状模型弹性参数信息表
Table 1 Wedge model elastic parameter information
AVO
类型泥岩围岩 砂岩 纵波速度/（m/s） 横波速度/（m/s） 密度 纵波速度 横波速度 密度 II类 4150 2220 2.63 4300 2610 2.40 
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