低管电压多层螺旋CT评估胆道支架恶性梗阻

郭子义 GUO Ziyi李晓光 LI Xiaoguang金征宇 JIN Zhengyu

论著

低管电压多层螺旋CT评估胆道支架恶性梗阻

郭子义1,2GUO Ziyi
李晓光1LI Xiaoguang
金征宇1JIN Zhengyu

作者单位 1. 中国医学科学院，协和医学院，北京协和医院放射科 北京 100730 2.海口市人民医院放射科 海南海口 570208

目的 本研究拟寻找能够诊断恶性胆道梗阻、并降低腹部螺旋CT扫描剂量的方法，探讨低管电压（100 kVp）多层螺旋CT增强扫描显示金属胆道支架内恶性梗阻的图像质量及辐射剂量。资料与方法2012年1月－2014年3月北京协和医院收治9例因自膨式金属胆道支架植入术后高度怀疑恶性梗阻复发患者，均行高分辨率CT三期动态增强扫描，对门静脉期CT增强扫描图像行曲面重组，然后测定184个层面的支架内CT值，分析140 kVp和100 kVp两种管电压的重建图像质量，比较不同剂量对支架内软组织-肝脏对比噪声比（CNR）、平均图像噪声、图像质量因数（FOM）的差异。结果管电压由140 kVp降到100 kVp时，图像噪声由（19.88±3.62）HU增加至（24.22±4.24）HU（P＜0.001），而CNR和FOM则分别改善15%和50%。结论 采用100 kVp低管电压能够显著增加恶性肿瘤组织-肝脏的CNR，并降低辐射剂量，低管电压CT技术对显示金属支架内恶性梗阻组织具有实用价值。

胆道疾病；胆汁淤积；支架；体层摄影术，螺旋计算机；管电压；质量控制；辐射剂量

随着高功率X射线球管的应用，低管电压CT扫描的应用成为可能[1]。目前认为低管电压CT扫描尤其适合CT血管成像，能够在提高对比增强血管结构与实质结构对比度的同时，大幅度地减少对患者的辐射剂量。然而，低管电压扫描可致图像信噪比（SNR）减低，而且体部软组织CT的对比度较低，低管电压技术的应用可能受到限制[2-4]。临床上植入金属胆道支架后，对梗阻原因的评价是主要难题之一，目前尚缺乏有效的手段。本课题组前期研究结果提示可以通过三维后处理技术来分析高分辨率CT动态增强扫描图像，并可能用于发现梗阻的部位和可能的梗阻原因。以双能量CT为代表的CT硬件和图像算法的改进，在提高SNR的同时有效地降低了辐射剂量[5]。本研究拟通过比较100 kVp低管电压和140 kVp标准管电压在显示金属支架植入后恶性胆道梗阻图像质量及辐射剂量方面的差异，探讨进一步提高CT对金属胆道支架梗阻原因探查的准确性及图像质量的方法。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾2012年1月－2014年3月北京协和医院收治的9例患者，因自膨式金属胆道支架植入术后黄疸复查，经临床表现、实验室检查及影像学检查诊断为梗阻性黄疸，并行三维CT动态增强扫描。9例患者中，男7例，女2例；恶性胆道梗阻原因：胰腺癌5例，壶腹癌2例，原发性肝门区胆管细胞癌1例，肝转移癌1例。金属支架植入方式为经皮经肝途径，支架为金属裸支架，支架直径8 mm。所有患者均签署CT检查知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Somatom Definition双源螺旋CT机，患者取仰卧位，头先进。采用高压注射器经肘正中静脉注入非离子型对比剂碘海醇（350 mgI/ml）150 ml，流速4～5 ml/s。对比增强扫描图像采用自动触发技术，触发后延迟12 s后自动开启动脉期扫描，触发阈值设定为100 HU，触发位置设定为上腹部腹主动脉[6]，采集时相包括动脉期、门静脉期和延迟期，其中门静脉期和延迟期固定延迟时间设定为70 s 和180 s。上界包全膈顶，下界平脐水平，双能CT扫描时相设定在门静脉期，CT采集层厚为1 mm，螺距1.0，管电压分别为100 kVp和140 kVp，重建分辨率512×512。

1.3 图像分析 全部图像后处理在Siemens SyngoVia专用工作站完成。曲面重组等全部重建工作由同1名有重建经验的主治医师完成。每例患者100 kVp和140 kVp并排显示，窗宽300 HU，窗位40 HU。采用圆形工具选取感兴趣区（ROI），肝脏实质的吸收值分别在左、右肝叶采集3个独立部位的ROI，ROI的大小为5～10 cm2，避开肝裂、扩张的胆管、肝囊肿等部位，典型选取方法见图1。对于胆道内恶性梗阻病变，选取支架为软组织占据层面，不含金属伪影、气体等，层面选取方法见图2。计算支架内软组织与肝组织的对比噪声比（CNR），见公式（1）。

其中，ROIlesion为支架内软组织占位的平均CT值，ROIliver为肝实质CT值，SDnoise为设定于前腹壁皮下脂肪组织内的圆形ROI的标准差[7]。全部测量时2幅图像之间的ROI均采用复制粘贴的方式确保ROI选择完全一致。根据公式（2）计算有效剂量（effective dose，ED）的差异所致图像质量因数（figure of merit， FOM）的差异。FOM能够独立评估管电压变化对图像质量的影响[5,8]，而不受管电流时间和有效剂量的影响。胆道支架内部ROI由人工选取，避免空气和金属支架伪影，尽可能包括增强区域。

图1 肝脏实质ROI的选取方法。A.管电压100 kVp，管电流118 mAs；B.管电压140 kVp，管电流99 mAs，A、B为同一层面，于肝实质内选取3个ROI并记录平均CT值，同层于前腹壁脂肪区选取ROI并记录偏差值，分别记为ROIliver和SDnoise

图2 胆道内恶性梗阻病变ROI的选取方法。门静脉期三维CT增强扫描原始图像行曲面重组，并沿与金属胆道支架走行方向垂直的层面选取ROI，并测定其CT值均值，记为ROIlesion。A.肝脏三维CT经MPR处理显示胆道金属支架内部情况；B.门静脉支架内部软组织密度，并测定其CT值

1.4 统计学方法 采用SPSS 16.0软件，金属支架内软组织-肝CNR和对应的FOM比较采用配对资料t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

本组9例金属胆道支架植入后恶性复发梗阻患者，共分析184个连续层面，相应计算的CNR、FOM和图像噪声见表1。100 kVp组和140 kVp组图像CNR 和FOM均得到明显改善，分别改善了15%和50%；图像噪声约增加22%，见表2。本研究对1例胆道支架植入术后复发恶性梗阻患者于2013年7月3日－2014年1月8日进行4次动态CT检查，结果发现，在不同时间点所获结果图像的CT值及所计算的CNR均非常接近，具有很好的可重复性（图3），提示本研究中所提供的CT对比增强扫描适用于金属胆道支架植入后复发梗阻的长期随访。

表1 管电压100 kVp组与140 kVp组184个层面的CNR、FOM及图像噪声比较

表2 100 kVp组与140 kVp组CNR、FOM和图像噪声配对t检验结果

图3 女，65岁，金属胆道支架植入术后复发恶性梗阻。分别于2013年7月3日、8月23日、10月23日及2014年1月8日行三维CT增强扫描（A～D），对4次检查结果采用同样的重建方法，选取相同层面，比较4次测定结果（门静脉期100 kVp右，140 kV左），4次检查结果具有高度可重复性，100 kVp条件下的CT值分别为（111.5±9.0）HU、（69.7±10.0）HU、（70.7±9.0）HU、（69.5±9.0）HU

3 讨论

本研究结果表明，双源CT能够成功显示金属支架内恶性胆道梗阻软组织的强化程度，且随着管电压由140 kVp降到100 kVp，门静脉期CT图像的CNR增加15%，如果同时考虑有效剂量，图像质量改善接近50%。本研究结论与其他研究[9]结论一致。本研究结果提示，将低管电压技术用于恶性胆道梗阻患者的CT增强扫描能够有效降低辐射剂量，且保证了足够的CNR，鉴于临床实践中经常需要对恶性胆道梗阻患者多次进行CT增强扫描，而有效降低辐射剂量对于此类患者尤为重要。通过FOM结果分析显示，当CNR保持恒定，采用100 kVp检查与140 kVp标准检查方案相比，有效剂量减低近50%。

本研究中，管电压由140 kVp降到100 kVp时，尽管图像噪声增加了22%，但鉴于胆道支架金属密度和支架内软组织密度固有的高对比差异，在一定程度上图像噪声的增加可能不构成临床问题，此外由于局部软组织的CNR提高了15%，而CNR是客观评价图像质量的指标之一[1]，因此可以推断，采用100 kVp管电压对胆道支架内再狭窄原因进行评估是可行的。虽然管电压由140 kVp降低至100 kVp时，图像噪声增加，但是CNR改进明显，且当采用有效剂量进行标准化后，图像质量改进更为明显。

本研究的局限性在于：①未能够通过组织病理学检查证实支架梗阻狭窄的原因；②所有病例来源于无法切除的晚期肿瘤患者，因为病例选择可能带来研究结果的偏移；③由于低管电压更易降低图像质量，而如何在图像质量、CNR和辐射剂量之间找到平衡点需要进一步研究；④本研究中的评估仅限于门静脉期，是否能够在动脉期和平衡期得到同样的结论尚待证实，这也是未来研究的方向之一。

总之，动态增强CT的低管电压门静脉期成像能够有效改善金属胆道支架恶性再狭窄病灶的显示，且有助于降低患者的CT检查辐射剂量。

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（本文编辑 张春辉）

Low Tube Voltage Multi-slice Spiral CT in Evaluation of Malignant Obstruction in Metal Biliary Stents

PurposeIn order to find out a means that can both meet clinical requirements and reduce radiation dosage in the diagnosis of malignant biliary obstruction,the study aims to evaluate the image quality and the radiation dose of low tube voltage enhanced CT (100 kVp) in displaying malignant biliary obstruction in metal stents.Materials and MethodsBetween January 2012 and March 2014,9 patients with highly suspected recurrent occlusion after biliary stent procedure were admitted in Peking Union Medical College Hospital and underwent high resolution three-phase dynamic enhanced CT scan. The CT images on portal veinal phase were reconstructed through the curved planar reformation and the CT values of 184 slices were evaluated along the pathway of the biliary stent. The reconstructed image quality was analyzed when the tube voltage was 140 kVp and 100 kVp respectively,and the different tumor-to-liver contrast-to-noise ratio (CNR) for each lesion,mean image noise,and figure of merit (FOM) between the two data sets were also compared.ResultsAs the tube voltage decreased from 140 to 100 kVp,image noise increased from (19.88±3.62) HU to (24.22±4.24) HU (P＜0.001),CNR increased by 15% and FOM improved by 50%.ConclusionA low tube voltage CT technique (100 kVp) improves tumor-to-liver CNR and significantly reduces radiation dose,therefore it is valuable in the manifestation of malignant obstruction in metal stents.

Biliary tract diseases; Cholestasis; Stents; Tomography,spiral computed; Tube voltage; Quality control; Radiation dosage

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.11.001

金征宇

Department of Radiology,Peking Union Medical College Hospital and Peking Union Medical College,Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100730,China

Address Correspondence to: JIN Zhengyu E-mail: guoziyi781107@126.com

海南省自然科学基金项目（813261）；海口市重点计划项目（2012-075）。

R735.8；R730.42

2015-04-10

修回日期：2015-09-18

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷11期：801-803，807

Chinese Journal of Medical Imaging 2015 Volume 23(11): 801-803,807