双能量CT在胃癌虚拟平扫应用的初步探讨

2013-11-09潘自来刘欢欢李向亭杜联军蓓宋凌华威陈克敏严福华

中国医学计算机成像杂志 2013年1期

石磊张欢潘自来刘欢欢李向亭杜联军丁蓓宋琦凌华威陈克敏严福华

多排螺旋CT是胃癌患者术前分期应用最广泛的诊断手段之一。标准的多排螺旋CT扫描包括常规平扫（true non-enhanced ,TNE）、动脉期及门脉期扫描。在临床应用中，由于胃肿瘤的诊断需要依靠其强化的方式及程度，因此在增强扫描前需进行平扫[1-2]。

双源CT基于两个球管同时进行数据采集，而组织在高低不同管电压下对X线吸收不同[3]，这项技术可在不同管电压下对物质进行识别。它可鉴别原子序数较大的物质的衰减情况，如碘对比剂。通过重建高低管电压球管扫描得到的原始数据，可以分离出增强扫描中的碘物质，从而得到虚拟平扫(virtual nonenhanced，VNE)图像。在腹部CT扫描中，我们假设腹部增强的组织中包含以下三种基物质：软组织、脂肪和碘[3-4]。虚拟平扫图像能够避免常规平扫。这样能减少患者的辐射剂量，尤其是对于需要长期随访的肿瘤患者。

以前的研究表明虚拟平扫有望代替常规平扫。然而，大部分的研究使用的是第一代双源CT[5-10]。第一代双源CT的缺陷是扫描视野较小。近来出现的第二代双源CT扫描视野增加至33cm，使得更多的患者可以接受双能CT检查。然而，关于使用第二代双源CT来评估虚拟平扫很少有报道。据我们所知，还没有关于胃癌虚拟平扫与常规平扫对比的相关报道。

此项研究的目的是定性及定量地比较胃癌患者术前行双能量CT检查所得到的常规平扫与虚拟平扫的图像质量、噪声情况，评估省去常规平扫所减少的剂量问题。

方法

1.一般资料

从2011年4月至9月，收集的74例患者纳入研究，其中男55例，平均年龄63岁（37～85岁）；女19例，平均年龄61岁（27～85岁）。所有患者均行双源CT胃癌术前分期扫描。所有胃癌患者都经过胃镜下活检组织病理学诊断。

2.扫描方案

患者均使用第二代双源CT扫描（Siemens Somatom Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Germany）。患者检查前需空腹饮水约1000～1500ml以使胃充盈。每例患者都行三期扫描，第一期为常规平扫，扫描范围需包括整个胃，扫描参数：管电压120kV，有效电流200mAs，准直器128×0.6mm，螺距0.6。随后行增强扫描，通过患者的肘前静脉用高压注射器以3ml/s 速度经肘静脉注射非离子型对比剂(Uhravist，Germany)100ml。分别于对比剂注射后40s、70s使用双能模式行动脉期和门脉期扫描，动脉期扫描范围为整个胃部，门脉期扫描的范围从膈顶至耻骨联合下缘，管电压分别为100kV、140kV，有效管电流分别为230mAs、178mAs，准直器为32×0.6mm，螺距为0.6。所有数据采集都采用实时动态曝光剂量调节（Care DOSE 4D, Siemens Medical Solutions）。

3.图像后处理

双能扫描的原始数据卷积核值为D36f。我们可以得100kV 和140kV图像，图像的层厚层距为1.5mm。图像传送至双能量后处理工作站后(syngo MMWP,version 2008A; Siemens Medical Solutions)，利用Liver VNC软件可产生碘图和虚拟平扫图像（图1）。所重建的横断面的常规平扫和虚拟平扫图像层厚层距为5mm。重建虚拟平扫图像时，采用系统默认的标准软组织及脂肪的衰减值（图2）。

图1 双能量数据的后处理过程。A. 门脉期双能量图像。B. 碘图与虚拟120kV虚拟图像混合后所得图像。C. 将碘提取出以后的虚拟平扫图像。

4.图像分析

测量并记录胃壁、肝脏、腹膜后脂肪和腹主动脉四个区域CT值，将感兴趣区(region of interest，ROI)置于TNE和动脉期图像产生的VNE (VNE images derived from the arterial phases，VNEA)、门脉期图像产生的VNE(VNE images derived from the portal venous phases，VNEP)图像中的相应区域。除主动脉外每处分别测量三次取其平均值。在所有测量区域（除胃壁外）使用的ROI大小均接近1.5 cm2。同时记录病灶最大厚度和肿大淋巴结最大径及两者CT值。后腹膜脂肪CT值的标准差用来评估图像的噪声。

由两位经验丰富的腹部放射学专家对TNE和VNEA、VNEP图像进行评分，意见不一致时, 共同协商决定。评分按照5分的等级标准[5]。1分，图像无法评估。2分，图像质量较差。3分，图像质量较好。4分，图像质量好。5分，图像质量很好。在VNE图像中得分在3分及3分以上即可满足诊断需求，在4分及4分以上则认为可以代替常规平扫。

5.辐射剂量评估

记录三期扫描的剂量长度乘积（dose-length product，DLP, mGy· cm）。每一期有效放射剂量的计算依据欧洲CT质量标准指南。计算公式为有效剂量E=DLP×K（转换系数），腹部的转换系数K为0.015 mSv/mGy ·cm[11]。比较三期扫描(常规平扫、动脉期、门脉期)和双期扫描（动脉期、门脉期）的有效剂量来计算辐射剂量降低的百分比。

6.数据统计

应用SPSS 14.0软件进行数据分析，计量变量用平均值±标准差表示。使用双侧配对t检验对TNE和动脉期、门脉期VNE图像中所测胃癌CT值、图像噪声、患者辐射剂量、图像质量、病灶最大厚径和肿大淋巴结的最大直径进行检验，同时对VNEA和 VNEP图进行统计分析，P≤0.05表明差异具有统计学意义。

结果

1.大小、CT值和噪声

在双能量CT扫描患者中，63例发现胃癌病灶，在20例患者中发现肿大淋巴结112枚。将TNE与VNE图像及VNEA与VNEP图像进行比较后显示，胃癌病灶的最大厚度和肿大淋巴结的最大径无统计学差异（P＞0.05），但是相比TNE图像，VNE图像的噪声更低，统计表明VNEP图像的噪声最低（P＜0.01）。所有图像噪声情况见表1。

尽管TNE和VNE图像中除主动脉外其他所测组织CT值差异具有统计学意义，但是绝对差异值在10HU以内。在VNEA和VNEP图像中除主动脉外其他测量的组织CT值差异无统计学意义（P＞0.05）（图3）。平均CT值和相应P值见表1。

TNE、VNEA、VNEP三组图像质量评分分别为4.93±0.3、4.15±0.7、4.4±0.6。所有图像的评分均在3以上。结果表明所有虚拟平扫的图像均能满足临床诊断需求（表4）。虚拟平扫组的图像评分要低于常规平扫图像（P＜0.01），而VNEP图像质量要高于VNEA(P＜0.01)。经两位腹部放射医生评估VNEA图像中约62例(83.8%, 62/74)、VNEP图像中约71例(95.9%,71/74)可代替常规平扫（见表2）。

2.辐射剂量

常规平扫、双能扫描动脉期、门脉期所计算的有效剂量分别为2.54±0.79 mSv (1.61 ～ 6.40 mSv)、3.16±0.91 mSv (1.79～6.86 mSv)、6.21±1.63 mSv(3.08～8.99 mSv)。双能扫描的三期扫描总辐射平均有效剂量为11.92±2.34 mSv（7.65～18.48 mSv），两期扫描的平均有效剂量为9.37±1.89 mSv（4.90～16.53 mSv）。省略常规平扫的剂量约21.40%±4.44%（15.01～38.24%；P＜0.01）。

表1 3种图像中平均大小，CT值及噪声的测量值

表2 虚拟平扫与真实平扫的图像质量

讨论

腹部双源CT扫描比单源CT扫描有两处优势：提高增强扫描图像的质量[8]以及重建出VNE图像。由于VNE图像后处理算法采用了图像滤波平滑处理[5]，导致相比于TNE图像，VNE图像的噪声更低，不过其图像质量不如TNE图像，但能满足诊断需求。我们的结果表明在VNE、TNE图像中胃癌有着相似的密度和形态特征，VNE将有可能代替TNE。相比于三期扫描，双期扫描（动脉期和门脉期）可平均降低剂量约21.4%。两期扫描降低了患者的辐射剂量也节约了检查时间。

在第二代双源CT中较小的探测器视野直径增至33cm。另外，由于胃在腹部中间，转移的淋巴结也在腹腔中，所以较小的视野几乎对胃的术前CT扫描没有影响。

目前，双能CT技术的应用仍有不足之处。第一，有学者指出，在物质分离过程中，三种基物质（软组织、碘、脂肪）的分析中不包含钙。这对于诊断胃癌，尤其是粘液腺癌有一定影响[12-13]，不过这可以通过另一种后处理算法解决。该后处理算法可分析钙、碘和软组织[5]。第二，专用的滤波算法能够降低图像的噪声，但是一定程度影响了细小结构的显示[14]。

此项研究尚存在几项不足。首先，我们主要研究表明VNE图像的质量，未深入研究双能量CT胃癌术前分期准确性。因此，对疾病有诊断价值的图像如碘图在本实验中未做评估。双能量CT在胃癌术前分期中能否提高其检出率和诊断率尚需进一步研究。第二，胃癌肝转移是一条重要的转移途径，本研究中没有研究VNE图像中肝转移的情况。然而，以往的研究表明，在肝脏多期扫描中VNE图像的质量与TNE图像相当，可有望代替常规平扫[6,8,10]。第三，因我们的研究病例中无含钙化的肿瘤，因此通过Liver VNC后处理算法对钙化显示钙化情况也无法进行评估。