双能量CT虚拟单能量重建技术显示肝癌TACE术后碘油沉积的价值

徐康洁,郭小超,刘建新,王霄英

·LI-RADS临床应用研究专题·

双能量CT虚拟单能量重建技术显示肝癌TACE术后碘油沉积的价值

徐康洁,郭小超,刘建新,王霄英

目的:探讨双能量CT虚拟单能量重建技术对肝癌经导管动脉化疗栓塞(TACE)术后碘油沉积的临床诊断价值。方法:对11例肝癌TACE术后患者进行双能量腹部CT平扫。在100 kVp、140 kVp、线性融合图像(M=0.5)和以9组虚拟单能量(40、60、80、100、120、140、160、180和190 keV)图像上,在碘油沉积最显著的层面,测量伪影区及正常肝实质区的CT值,计算图像噪声(SD)和伪影指数(AI)。对伪影大小、图像噪声、碘油形态及综合图像质量分别进行主观评分。结果:客观评估:80 keV图像的AI值最小;线性融合图像、80 keV图像的噪声最小。主观评估:在140 kVp、100～190 keV图像上伪影较少;线性融合图像和80 keV图像的噪声评分最小;碘油形态以140 kVp、线性融合图像、80及100 keV图像上显示较为清晰。整体综合评分以线性融合图像和80 keV图像最高。结论:双能量CT虚拟单能量重建技术在肝癌TACE术后碘油沉积的显示中,可以改善图像质量,以80 keV的虚拟单能量重建图像为最佳。

双能量CT;虚拟单能量重建;线束硬化伪影;图像噪声;经导管动脉化疗栓塞术

经导管动脉化疗栓塞(transcatheter arterial chemoembolization,TACE)是肝癌治疗的常用方法,行TACE碘油栓塞术后,腹部CT三期增强扫描作为常规复查手段,用来判断碘油沉积情况及是否有活动癌灶[1]。早期及时地发现碘油周边的残留及复发癌灶,对于患者的治疗及预后具有非常重要的临床意义。在常规CT图像上,碘油沉积灶密度很高,周围的线束硬化伪影常较重,影响对碘油形态及周围强化情况的评价。随着双能量CT在临床的广泛应用,研究发现虚拟单能量重建图像可以降低线束硬化伪影,如脊柱金属植入物的伪影[2-3]、颅内动脉瘤夹的伪影等[4]。本研究采用第二代双源双能量CT对肝癌TACE术后的患者行腹部双能量CT扫描,探讨双能量CT虚拟单能量重建技术在降低碘油沉积灶伪影方面的价值,旨在获得显示最佳图像的方法。

材料与方法

1.一般资料

2014年06月-2014年08月经临床、病理和增强CT综合诊断为肝癌、并在我院行TACE治疗、术后行双能量腹部CT扫描的患者11例。其中,男8例,女3例,年龄47～71岁,平均(57.5±10.5)岁。

2.扫描方法

使用Siemens Somatom Definition Flash第二代双源双能量CT扫描仪。CT平扫采用双能量扫描模式,采用专用自动曝光控制系统(CareDose 4D,Siemens Medical Solutions),扫描范围包括全肝。扫描参数:100/Sn140 kVp,管电流分别为300和232 mAs, 128 i×0.6 mm,螺距0.6,层厚5.0 mm,层间距8.0 m m,矩阵512×512,0.5 s/r;重建kernel为D30F,使用FBP法重建,获得100和140 kVp及线性融合图像(M=0.5)图像。

3.重建及后处理方法

将FBP重建获得的100 kVp、140 kVp和线性融合(M=0.5)三组图像传输至Siemens Syngo MMWP工作站,应用商业软件(monoenergetic application algorithm)进行虚拟单能量重建,得到9组不同虚拟单能量(40、60、80、100、120、140、160、180及190 keV)的重建图像(图1)。

4.图像质量评估

客观评价:调取100 kVp、140 kVp、线性融合图像(M=0.5)及各虚拟单能量重建图像,以肝实质CT值、噪声[肝实质CT值的标准差(SD值)]和伪影指数(artifact index,AI)作为客观评价指标。

AI的计算方法如下:在全部12组图像中,分别选择碘油沉积最明显的3个层面,在碘油周边伪影区及同层面正常肝实质区(参考区)分别勾画相似面积的ROI,测量其CT值,尽量避开血管、胆管及病灶。获得CT值伪影、SD值伪影及CT值参考、SD值参考,求平均值,并按照公式(1)计算AI:

主观评价:由2位影像科医师对伪影、肝实质噪声及碘油显示情况三方面分别进行评分,并给出最终的整体综合评分。当意见有分歧时进行协商评分。伪影评分标准:0分,基本无伪影;1分,少量伪影;2分,中等量伪影;3分,多量伪影;4分,大量伪影。肝实质噪声评分标准:0分,噪声微小,图像细腻;1分,噪声很小,图像较细腻;2分,噪声中等,图像有颗粒感;3分,噪声较重,图像颗粒感较重;4分,噪声很大,图像粗糙。碘油显示情况的评分标准:0分,显示清晰;1分,稍模糊;2分,比较模糊;3分,形态略失真;4分,无法观察(包括碘油边缘部分显著被射线穿透,以及射线无法穿过稀疏碘油所致局部密度高亮、细节无法显示两种情况)。

综合评分:0分,图像质量最优;1分,图像质量良好;2分,图像质量中等;3分,图像质量较差;4分,图像质量最差。

5.统计学分析

使用IBM SPSS Statistics 20.0(Armonk,New York,USA)统计分析软件。对客观评价结果采用重复测量方差分析进行统计学分析,对主观评分结果使用Wilcoxon秩和检验进行统计学分析。

结 果

1.客观评价结果

各组图像的客观评价结果见表1和图2。

表1 客观评价结果(均数±标准差)

AI:各组间AI的差异具有统计学意义(P＜0.05)。其中,80 keV时AI值最小,与线性融合图像(M=0.5)之间的差异具有统计学差异(P=0.046＜0.05);与140 kVp、100 keV图像AI值之间的差异无统计学意义(P值分别为0.602和0.385,P＞0.05)。

图像噪声:在所有虚拟单能量图像中,随着能量的升高,图像噪声存在先降低后升高的现象,最低点位于80 keV处。以线性融合图像和80 keV图像的噪声最小,两组间差异无统计学意义(P=0.051＞0.05),但这2组的数据分别与其它各组进行两两比较,差异均有统计学意义(P＜0.05)。

肝实质CT值:在40～190 keV图像中,随着能量的升高,肝实质CT值呈现逐渐升高的趋势,各组间进行两两比较,差异均有统计学意义(P＜0.05)。

2.主观评价结果

各组图像的主观评分见表2和图3。

硬化伪影:碘油沉积灶周边线束硬化伪影在虚拟单能量图像中随能级升高呈显著降低趋势,但到180及190 keV时又略有回升。在140 kVp、线性融合(M=0.5)和80～190keV图像上伪影均较小,140kVp

和100～190 keV图像的伪影与其它几组之间的差异存在统计学意义(P＜0.05)。

表2 图像主观评分 (分)

图像噪声:在所有虚拟单能量图像中,随着能量的升高,图像噪声存在先升高随后降低的现象,最低点位于80 keV处。在所有12组图像中,图像噪声的主观评分以线性融合图像(M=0.5)和80 keV图像为最小,这两组间的差异无统计学意义(P=0.317,＞0.05),但这2组与其它各组间的差异有统计学意义(P＜0.05)。

碘油形态:在140 kVp、线性融合图像、80 keV和100 keV图像上碘油沉积灶显示较为清晰,与其它几组间的差异有统计学意义(P＜0.05)。

综合评分:线性融合图像与80 keV的图像质量综合评分最优,两组间的差异无统计学意义(P=1＞0.05),但这2组均与其它各组间的差异有统计学意义。

讨 论

传统CT球管的管电压为一组连续的混合电压,产生的X线也是一组混合能量的射线。混合能量的

X线在经过密度较高的物质时,低能量射线易被吸收衰减,高能量射线较易穿透物质,因此X线束的平均能量升高[5-7],线束变硬,产生线束硬化伪影[8,9],表现为在密度差异大的物质临界区的暗区或放射性条状明暗相间的伪影[10]。如果伪影较重,将影响对邻近结构及病变的观察[11]。

肝癌患者TACE术后,常规选择腹部增强CT进行随访,平扫用于评估碘油沉积灶的形态,对于治疗效果有一定的评估及预测作用;增强用于观察碘油沉积灶周边是否有动脉期强化病灶,以评估是否有残留或复发癌灶。但致密的碘油沉积灶周边与肝实质交界区可产生线束硬化伪影,从而影响对碘油形态及周围肝实质的观察,甚至有可能提供不正确的诊断信息,延误诊断,错过最佳治疗时机。

近年来很多研究表明,双能量CT的虚拟单能量重建图像可以减小线束硬化伪影[3],可明显改善CT图像上的术后金属伪影,但对TACE术后碘油沉积所致线束硬化伪影的研究报道尚少。虚拟单能量重建图像在不同能量水平具有不同的特征:低能量图像X线穿透力低,图像上组织的对比强,但噪声较大;高能量图像上硬化伪影减少,但组织的对比噪声比降低,因此选择合适的能量水平对发挥虚拟单能量重建图像的最佳作用很重要。双能量CT的广泛研究和应用,证明根据影像观察目标的不同,应选择不同的图像重建技术和参数[12-13]。本研究采用双能量CT,以100 kVp与Sn 140 kVp的管电压对TACE术后碘油沉积进行扫描,2套X线球管-探测器所产生的数据经过计算,得到不同keV下的一系列虚拟单能量重建图像。进一步比较了100 kVp、140 kVp、线性融合(M=0.5)、及40～190 keV图像碘油沉积灶周边的伪影大小、图像噪声及碘油形态的显示,旨在探讨能够降低图像的线束硬化伪影、同时图像噪声较低、碘油形态显示清晰的最佳成像参数,使临床上能更加准确地评价TACE术后碘油沉积情况及周围肝实质的情况。

本研究发现,80 keV虚拟单能量重建图像在减轻TACE术后碘油沉积灶周边的线束硬化伪影方面是最佳的,但其主观评分结果与客观评分结果略有偏差。客观评分指标中AI值是依据SD值进行计算的,而SD值指ROI内不同像素CT值的标准差,它同时包含伪影和噪声引起的不均匀性。我们可以理解为伪影区的SD伪由两部分构成,a代表伪影的作用,b代表噪声的作用,根据公式(2):

当伪影减小、噪声变大的情况下,AI值是增大的,也就是说噪声的增大所起的作用更大。也就是说,我们要在伪影和噪声之间寻找一个平衡点,来寻找伪影和噪声均最小的图像。主观评分结果虽然显示100～190 keV均能显著减轻图像伪影,但120 keV及以上的虚拟单能量图像图像噪声均较高,且对碘油形态的显示欠佳,不适于进行诊断及评估。80 keV和线性融合图像(M=0.5)的主观综合评分结果为最佳,且两者在图像噪声和碘油形态的评估方面也显示出优势,因此其在减轻伪影方面的相对劣势基本可以忽略。有研究表明,对腹部脏器的显示方面,70 keV图像与线性融合图像(M=0.5)基本等效[14-15]。但上述研究大多基于人体模型,本研究基于临床实际病例,结果更有实际意义。

双能量CT使用Caredose技术,并且在高管压的管球上添加锡滤线器,使高能谱变得更纯,低能的部分被过滤掉。此外,在高电压的管球匹配较低的电流,低电压的管球匹配较高的电流,所以整体辐射剂量不会明显增加。相关的研究也已经证实,相比于单源CT,双能量CT扫描并未增加患者所接受的辐射剂量[16]。

本研究有一定的局限性:①样本量较小,需要进一步增加样本量,增加研究结果的可信性和说服力;②虚拟单能量重建的级别不够细致,将来可以在80 keV附近设置更细致的能量级别来进行重建,以取得更准确的最佳重建参数;③仅对双能量CT平扫的图像质量进行了分析,将来在取得病理和随访结果后,可以将双能量CT增强扫描的结果用于评估动脉期碘油周边强

化灶的显示,以期及早地发现活动癌灶。

综上所述,双能量CT虚拟单能量重建技术在肝癌TACE术后碘油沉积的显示中可以改善图像质量,以80 keV虚拟单能量重建为最佳。

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Dual-energy CT monoenergetic reconstruction technique for demonstrating lipiodol deposition after TACE in HCC patients

XU Kang-jie,GUO Xiao-chao,LIU Jian-xin,et al.Radiology Department,Peking University First Hospital,Beijing 100034, China

Objective:To explore the value of monoenergetic reconstruction technique of dual energy CT for demonstration of lipiodol deposition in HCC patients after transcatheter arterial chemoembolization(TACE).Methods:Totally 11 patients clinically diagnosed as hepatic cancer and undergone TACE were enrolled in this retrospective study.Dual-energy scan was used in the non-contrast CT examination.In each patient,twelve groups of images were acquired,including 100 and 140kVp images,linear blending images(M=0.5)and 9 groups of monoenergetic images(40,60,80,100,120,140,160, 180,and 190keV).In each group three images of the same slices with the most severe hard-beam artifact were selected,on which ROIs were draw n in normal area of liver and areas with most severe artifact and CT values were measured,and then image noise and artifact index(AI)was calculated.For subjective evaluation of image quality,hard-beam artifact,image noise,contour of lipiodol deposition and comprehensive image quality were scored by two experienced radiologists.Results: For objective analysis,AI value was the least in 80keV images,and image noise was the least in 80keV images and linear blending images.For subjective analysis,the scores of image artifact on 140kVp and 100～190keV images were lower than that of the other groups.The score of image noise was the least on linear blending image and 80keV image.The contour of lipiodol was much clear on linear blending image,140kVp,80 and 100keV images.For overall image quality,linear blending images and 80keV images were the best.Conclusion:80keV images of monoenergetic reconstruction in dual energy CT should be used to demonstrate lipiodol deposition in HCC patients after TACE procedure.

Dual-energy CT;Monoenergetic reconstruction technique;Beam-hardening artifact;Image noise;Transcatheter arterial chemoembolization

R814.42;R735.7;R816.5

A

1000-0313(2016)04-0321-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.04.009

2016-03-03

2015-03-30)

100034 北京,北京大学第一医院影像科

徐康洁(1986-),女,山东泰安人,博士研究生,主要从事体部影像诊断和影像新技术研究。

王霄英,E-mail:cjr.wangxiaoying@vip.163.com