宽探测器多层螺旋CT靶扫描技术在胰腺癌术前评估中的应用价值

尹伟 张倩雯 许兵 周振 张雅颖 孟鸿宇 侯雨希 王敏杰 弓静

海军军医大学第一附属医院放射诊断科，上海 200433

随着外科手术技术的进步，对原来认为不可切除肿瘤的指征有了进一步的更新，同时对影像学图像质量有了更高的要求。多层螺旋CT(multidetector computed tomography, MDCT)增强扫描可获得亚毫米轴向图像以及多时相成像，是胰腺癌诊断和可切除性评估的首选影像学检查方法[1-2]。以往MDCT在胰腺肿瘤中应用的相关研究较多，从诊断方面入手重点在于胰腺肿瘤的鉴别、征象以及分期，从MDCT技术方面入手则采用双能量扫描、灌注扫描以及高级重建算法等技术[3-6]，鲜有将靶扫描技术应用于MDCT增强检查中。本研究通过体外体模扫描研究得到宽探测器靶扫描技术参数，并将该技术应用于胰腺MDCT增强扫描的动脉晚期，评估其对胰腺肿瘤与胰周组织的显示效果以及评判胰腺肿瘤与胰周血管比邻关系的价值。

资料与方法

一、一般资料

回顾性分析2019年9月至2019年10月间海军军医大学第一附属医院22例行胰腺动脉MDCT增强扫描检查且经病理确诊的胰腺癌患者的临床资料，其中男性17例，女性5例，年龄(63±7)岁。临床表现为上腹部痛15例次，腰背部疼痛4例次，皮肤、巩膜黄染5例次，2例无明显症状；体重明显减轻7例。胰腺肿瘤长径为(32.05±11.77)mm，短径为(25.5±6.96)mm。本研究通过医院伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。

二、体模实验和CT检查方法

MDCT为320排动态容积CT(Aquilion ONE；东芝医疗，东京，日本)。采用国际标准体模(CATPHAN 500，美国)进行体模实验，分别在螺旋(helical)扫描模式和容积(volume)扫描模式下进行不同辐射剂量扫描。管电压设定为120 kV，改变管电流，使辐射剂量CTDIvol值分别为5、10、15、20、25 mGy时采集数据。随后于容积扫描模式条件下在扫描视野(scan field of view，SFOV)分别为180、240、350、420、500 mm时采集数据并对比图像。

对22例胰腺癌患者行胰腺动脉MDCT增强扫描检查。管电压为120 kV，转速为0.5 r/s，滤波函数为FC07，其他主要扫描参数见表1。采用高压注射器经肘静脉依次注射对比剂碘普罗胺注射液(碘含量370 mgl/ml，德国拜耳医药保健有限公司)100 ml(流率5.0 ml/s)和0.9%氯化钠20 ml(流率5.0 ml/s)，然后分别延迟4、10、10、45 s采集动脉期、动脉晚期、门静脉期、延迟期图像。扫描延迟时间采用实时监测法，监测腹主动脉腹腔干水平，触发阈值设置为220 HU。动脉晚期为观察胰腺肿瘤与胰腺组织以及胰周血管的最佳时相，本研究对动脉晚期进行宽探测器MDCT靶扫描，其他时相均采用常规扫描。

表1 22例胰腺癌患者胰腺不同扫描时相的参数

三、图像分析

由2名影像科高年资主治医师分别阅片，诊断结果不一致时通过协商讨论达成一致意见。体模图像评价指标包括空间分辨率与密度分辨率；临床图像评估指标包括肿瘤组织与胰腺组织的评估以及胰周血管的评估。测量胰腺肿瘤与胰腺组织的衰减值(CT值)与噪声值(SD值)，计算两者的衰减差，并计算肿瘤组织的对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)，CNR=|CT胰腺癌-CT胰腺|/SD胰腺。测量胰周重要血管包括腹腔干、肾动静脉、肠系膜上动静脉、脾动静脉以及门静脉的CT值，评估不同期相(平扫期、动脉期、动脉晚期、门静脉期、延迟期)对胰周血管显示的优缺点。

四、统计学处理

结 果

一、体模图像质量客观评估

随着辐射剂量由5 mGy上升至25 mGy，螺旋扫描模式下图像密度分辨率从1%@9mm上升至1%@4mm(图1A、1B)，空间分辨率从7LP/cm上升至8LP/cm(图1C、1D)；容积扫描模式下的图像密度分辨率从1%@6mm上升至1%@2mm(图1E、1F)，空间分辨率从7 LP/cm上升至9 LP/cm(图1G、1H)。同等辐射剂量条件下，容积扫描模式的图像密度分辨率优于螺旋扫描模式(5 mGy时1%@4mm 比 1%@9mm；25 mGy时1%@2 mm 比 1%@6mm)。容积扫描模式的空间分辨率仅在辐射剂量高时优于螺旋扫描模式(25 mGy时8 LP/cm比 7 LP/cm)。容积扫描模式下，随着SFOV的缩小，图像密度分辨率从1%@5 mm上升至1%@3 mm，空间分辨率从7 LP/cm上升至8 LP/cm(图2)。

图1 螺旋扫描模式下辐射剂量为5 mGy与25 mGy条件下图像密度分辨率(1A、1B)和空间分辨率(1C、1D)；容积扫描模式下5 mGy与25 mGy条件下图像密度分辨率(1E、1F)与空间分辨率(1G、1H)

图2 容积扫描模式下分别在180、240、500 mm扫描视野条件下的图像密度分辨率(2A～2C)和空间分辨率(2D～2F)

二、胰腺癌患者图像质量客观评估

胰腺组织的强化过程为先升高后下降，而胰腺肿瘤为轻度强化过程，两者在动脉晚期衰减差别最明显；胰腺组织与胰腺肿瘤的衰减差及CNR也是呈先增加后减少的过程，在动脉晚期达到最大值。平扫期、动脉期、动脉晚期、门静脉期、延迟期图像胰腺肿瘤与胰腺组织的衰减差与CNR差异均有统计学意义(F值分别为47.20、19.80，P值均<0.05，表2、图3)。

表2 22例胰腺癌患者不同扫描时相胰腺肿瘤与胰腺组织的强化对比

图3 胰腺肿瘤与胰腺组织各时相扫描的衰减差

三、胰腺癌患者图像胰周血管评估

肠系膜上动脉、腹腔干及脾动脉CT值变化依次为动脉期>动脉晚期>门静脉期>延迟期；肠系膜上静脉CT值变化依次为门静脉期>延迟期≈动脉期>动脉晚期；脾静脉CT值变化依次为动脉晚期>门静脉期>动脉期>延迟期；门静脉CT值变化依次为门静脉期>动脉晚期>延迟期>动脉期(图4、表3)。在动脉晚期靶扫描图像上可以得到较好的动脉期图像，同时兼顾脾静脉、肠系膜静脉及门静脉的显示(图5)。

图5 胰腺靶扫描的平扫期(5A)、动脉期(5B)、动脉晚期(5C)、门静脉期(5D)、延迟期(5E)图像

表3 22例胰腺癌患者胰周重要血管不同扫描时相的CT值

图4 不同扫描时相胰周血管的CT值比较

讨 论

客观、准确、全面的影像检查对胰腺癌术前诊断、分期预测、治疗决策选择都至关重要。胰腺MDCT增强扫描目前是胰腺癌患者术前影像学评估的首选检查，要求对肿瘤的位置、大小、有无血管侵犯、淋巴结转移以及其他脏器转移或累及等因素做出细致准确的评估，而CT扫描技术及图像质量是准确评估的前提。靶扫描这一概念最早是由李惠民等[7]提出并应用于肺部的一种高分辨率扫描技术，它采用缩小SFOV、减小像素、减薄层厚来提高细节分辨率，可以进一步提高组织结构的空间分辨率和密度分辨率，被广泛应用于肺结节的高分辨率显示上。如何将靶扫描技术应用于胰腺，目前国内外少有报道。本研究通过MDCT体模实验及临床胰腺癌患者胰腺增强MDCT扫描，从空间分辨率、密度分辨率、肿瘤对比度及瘤周血管等关键指标入手，对靶扫描MDCT技术在胰腺癌术前评估中的应用进行了探讨。

常规CT扫描模式分为容积扫描与螺旋扫描。容积扫描模式发展较早，它在X线曝光时不移动扫描床，每一层轴位数据进行重建时均为独立的信息，不进行插值计算，单层图像质量好，但早期CT设备探测器覆盖范围一般为19.2～40.0mm，在此范围内无法实现在扫描床不移动的情况下进行单脏器扫描[8]。随着CT设备各项技术的飞速发展，探测器层数和宽度快速增加，现已经可以单圈扫描实现单脏器的全覆盖。本研究使用的是320排动态容积CT，设备探测器宽度为160 mm，可以在短时间内不移动扫描床的条件下实现160 mm的全胰腺容积CT数据采集。而螺旋扫描模式利用滑环技术在X线曝光时保持扫描床匀速移动，这种扫描模式大幅度提高了CT成像速度，使CT大范围扫描成为可能，但由于每一层轴位数据必须通过相邻层的数据插值来获得足够多的重建信息，因此为了获得边缘层面数据，就要求扫描边缘层面外的额外数据，即X线的过扫描效应(over-ranging)[9]，这将导致在相同扫描参数条件下，螺旋扫描的辐射剂量大于容积扫描辐射剂量，而在相同辐射剂量水平上，容积扫描CT图像质量将优于螺旋扫描模式。本研究采用国际标准体模CATPHON 500进行实验，结果也证实容积扫描模式的图像密度分辨率在任何扫描剂量时都优于螺旋扫描模式。

影响CT图像质量的因素除了扫描模式、辐射剂量外，还有焦点、探测器宽度、层厚、像素、重建算法等因素，而评估CT图像质量最重要的两个参数是空间分辨率与密度分辨率。空间分辨率为图像对物体空间大小的分辨能力，可辨直径越小，即空间分辨率越高，而密度分辨率为图像对组织密度差别的分辨能力，可辨组织密度差异越小，即密度分辨率越高[10]。本研究主要探讨SFOV对图像质量的影响，通过改变像素的大小从而改变空间分辨率，相同的矩阵，视野越小，像素尺寸就越小，空间分辨率就越高。为了保证图像获得优越的密度分辨率，本研究采用小SFOV容积扫描的同时还联合高管电流模式，在整体辐射剂量不增加的情况下，增加像素的光子量，降低了图像噪声。除此之外，采用小SFOV可以减少锥形束伪影，SFOV越小，锥体开口越小，相关伪影就越少[11]。本研究最终采用小SFOV靶扫描技术使得图像的空间分辨与密度分辨均得以提高。

胰腺增强CT扫描是胰腺肿瘤评估的首选成像工具[12]。CT图像增强效果直接影响胰腺肿瘤的显示效果，其主要影响因素有对比剂浓度、对比剂用量、对比剂流速以及扫描延迟时间[13]。Schueller等[14]采用碘含量为300 mgI/ml的对比剂，通过提高对比剂流速(4 ml/s至8 ml/s)的方法以及个性化设置延迟时间来提高胰腺肿瘤与胰腺组织的对比度。结果表明在对比剂到达腹主动脉30 s后可获得最佳肿瘤与胰腺组织的对比度，胰腺肿瘤与胰腺组织衰减差值为(81.1±13.3)HU。本研究采用的对比剂流速为5.0 ml/s，较上述研究偏低，主要考虑因素是患者血管的耐受性，避免对比剂流速过高导致对比剂外渗。本研究通过使用碘含量为370 mgI/s的对比剂来降低对比剂流速对图像的影响，同时通过实时监测法个性化延迟扫描时间，于动脉期扫描后10 s采集动脉晚期数据，最终使胰腺肿瘤与胰腺组织的衰减差异达到(91.96±29.29)HU，进一步提高了胰腺肿瘤与胰腺组织的对比度。

除了提高胰腺肿瘤与胰腺组织的对比度，更清晰的胰周血管可视化对肿瘤T分期以及血管侵犯有重要意义。在之前的研究中[15]，主要通过对胰周重要动静脉分开评估来评价肿瘤的可切除性，未对其他重要血管如肝总动脉、胃十二指肠动脉、肠系膜第一空肠分支、变异的肝右动脉做评价，导致部分肿瘤可切除患者漏评或假阳性率增高。本研究中动脉晚期于动脉期结束10 s后扫描，肿瘤边界在正常组织衬托下清晰可辨，除了胰周重要动脉，脾静脉、肠系膜静脉以及门静脉也可清晰显示，且瘤周所有动脉CT值能维持在350 HU以上、所有静脉CT值可达150 HU以上，胰腺肿瘤与正常胰腺组织的平均差值为91.96 HU，优于动脉期(47.42 HU)、门静脉期(52.55 HU)、延迟期(28.33 HU)，可在同一时相上完成肿瘤的位置、大小、边界、瘤周侵犯、血管侵犯的评价，为胰腺癌的T分期及可切除性评价提供足够的信息。

综上所述，对于胰腺癌术前评估患者，通过宽探测器MDCT靶扫描技术在动脉晚期获得的数据优于常规胰腺扫描。在各种客观和主观的评价指标中，图像质量更优，能为临床提供更丰富的肿瘤分期及可切除性评价信息，值得大力推广。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突