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低管電壓多層螺旋CT評估膽道支架惡性梗阻

2015-12-28 07:00郭子義GUOZiyi李曉光LIXiaoguang金征宇JINZhengyu
關(guān)鍵詞:金屬支架門靜脈膽道

郭子義 GUO Ziyi李曉光 LI Xiaoguang金征宇 JIN Zhengyu

論著

低管電壓多層螺旋CT評估膽道支架惡性梗阻

郭子義1,2GUO Ziyi
李曉光1LI Xiaoguang
金征宇1JIN Zhengyu

作者單位 1. 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院,協(xié)和醫(yī)學(xué)院,北京協(xié)和醫(yī)院放射科 北京 100730 2.??谑腥嗣襻t(yī)院放射科 海南海口 570208

目的 本研究擬尋找能夠診斷惡性膽道梗阻、并降低腹部螺旋CT掃描劑量的方法,探討低管電壓(100 kVp)多層螺旋CT增強(qiáng)掃描顯示金屬膽道支架內(nèi)惡性梗阻的圖像質(zhì)量及輻射劑量。資料與方法2012年1月-2014年3月北京協(xié)和醫(yī)院收治9例因自膨式金屬膽道支架植入術(shù)后高度懷疑惡性梗阻復(fù)發(fā)患者,均行高分辨率CT三期動態(tài)增強(qiáng)掃描,對門靜脈期CT增強(qiáng)掃描圖像行曲面重組,然后測定184個層面的支架內(nèi)CT值,分析140 kVp和100 kVp兩種管電壓的重建圖像質(zhì)量,比較不同劑量對支架內(nèi)軟組織-肝臟對比噪聲比(CNR)、平均圖像噪聲、圖像質(zhì)量因數(shù)(FOM)的差異。結(jié)果管電壓由140 kVp降到100 kVp時,圖像噪聲由(19.88±3.62)HU增加至(24.22±4.24)HU(P<0.001),而CNR和FOM則分別改善15%和50%。結(jié)論 采用100 kVp低管電壓能夠顯著增加惡性腫瘤組織-肝臟的CNR,并降低輻射劑量,低管電壓CT技術(shù)對顯示金屬支架內(nèi)惡性梗阻組織具有實(shí)用價值。

膽道疾病;膽汁淤積;支架;體層攝影術(shù),螺旋計(jì)算機(jī);管電壓;質(zhì)量控制;輻射劑量

隨著高功率X射線球管的應(yīng)用,低管電壓CT掃描的應(yīng)用成為可能[1]。目前認(rèn)為低管電壓CT掃描尤其適合CT血管成像,能夠在提高對比增強(qiáng)血管結(jié)構(gòu)與實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)對比度的同時,大幅度地減少對患者的輻射劑量。然而,低管電壓掃描可致圖像信噪比(SNR)減低,而且體部軟組織CT的對比度較低,低管電壓技術(shù)的應(yīng)用可能受到限制[2-4]。臨床上植入金屬膽道支架后,對梗阻原因的評價是主要難題之一,目前尚缺乏有效的手段。本課題組前期研究結(jié)果提示可以通過三維后處理技術(shù)來分析高分辨率CT動態(tài)增強(qiáng)掃描圖像,并可能用于發(fā)現(xiàn)梗阻的部位和可能的梗阻原因。以雙能量CT為代表的CT硬件和圖像算法的改進(jìn),在提高SNR的同時有效地降低了輻射劑量[5]。本研究擬通過比較100 kVp低管電壓和140 kVp標(biāo)準(zhǔn)管電壓在顯示金屬支架植入后惡性膽道梗阻圖像質(zhì)量及輻射劑量方面的差異,探討進(jìn)一步提高CT對金屬膽道支架梗阻原因探查的準(zhǔn)確性及圖像質(zhì)量的方法。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧2012年1月-2014年3月北京協(xié)和醫(yī)院收治的9例患者,因自膨式金屬膽道支架植入術(shù)后黃疸復(fù)查,經(jīng)臨床表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)室檢查及影像學(xué)檢查診斷為梗阻性黃疸,并行三維CT動態(tài)增強(qiáng)掃描。9例患者中,男7例,女2例;惡性膽道梗阻原因:胰腺癌5例,壺腹癌2例,原發(fā)性肝門區(qū)膽管細(xì)胞癌1例,肝轉(zhuǎn)移癌1例。金屬支架植入方式為經(jīng)皮經(jīng)肝途徑,支架為金屬裸支架,支架直徑8 mm。所有患者均簽署CT檢查知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Definition雙源螺旋CT機(jī),患者取仰臥位,頭先進(jìn)。采用高壓注射器經(jīng)肘正中靜脈注入非離子型對比劑碘海醇(350 mgI/ml)150 ml,流速4~5 ml/s。對比增強(qiáng)掃描圖像采用自動觸發(fā)技術(shù),觸發(fā)后延遲12 s后自動開啟動脈期掃描,觸發(fā)閾值設(shè)定為100 HU,觸發(fā)位置設(shè)定為上腹部腹主動脈[6],采集時相包括動脈期、門靜脈期和延遲期,其中門靜脈期和延遲期固定延遲時間設(shè)定為70 s 和180 s。上界包全膈頂,下界平臍水平,雙能CT掃描時相設(shè)定在門靜脈期,CT采集層厚為1 mm,螺距1.0,管電壓分別為100 kVp和140 kVp,重建分辨率512×512。

1.3 圖像分析 全部圖像后處理在Siemens SyngoVia專用工作站完成。曲面重組等全部重建工作由同1名有重建經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師完成。每例患者100 kVp和140 kVp并排顯示,窗寬300 HU,窗位40 HU。采用圓形工具選取感興趣區(qū)(ROI),肝臟實(shí)質(zhì)的吸收值分別在左、右肝葉采集3個獨(dú)立部位的ROI,ROI的大小為5~10 cm2,避開肝裂、擴(kuò)張的膽管、肝囊腫等部位,典型選取方法見圖1。對于膽道內(nèi)惡性梗阻病變,選取支架為軟組織占據(jù)層面,不含金屬偽影、氣體等,層面選取方法見圖2。計(jì)算支架內(nèi)軟組織與肝組織的對比噪聲比(CNR),見公式(1)。

其中,ROIlesion為支架內(nèi)軟組織占位的平均CT值,ROIliver為肝實(shí)質(zhì)CT值,SDnoise為設(shè)定于前腹壁皮下脂肪組織內(nèi)的圓形ROI的標(biāo)準(zhǔn)差[7]。全部測量時2幅圖像之間的ROI均采用復(fù)制粘貼的方式確保ROI選擇完全一致。根據(jù)公式(2)計(jì)算有效劑量(effective dose,ED)的差異所致圖像質(zhì)量因數(shù)(figure of merit, FOM)的差異。FOM能夠獨(dú)立評估管電壓變化對圖像質(zhì)量的影響[5,8],而不受管電流時間和有效劑量的影響。膽道支架內(nèi)部ROI由人工選取,避免空氣和金屬支架偽影,盡可能包括增強(qiáng)區(qū)域。

圖1 肝臟實(shí)質(zhì)ROI的選取方法。A.管電壓100 kVp,管電流118 mAs;B.管電壓140 kVp,管電流99 mAs,A、B為同一層面,于肝實(shí)質(zhì)內(nèi)選取3個ROI并記錄平均CT值,同層于前腹壁脂肪區(qū)選取ROI并記錄偏差值,分別記為ROIliver和SDnoise

圖2 膽道內(nèi)惡性梗阻病變ROI的選取方法。門靜脈期三維CT增強(qiáng)掃描原始圖像行曲面重組,并沿與金屬膽道支架走行方向垂直的層面選取ROI,并測定其CT值均值,記為ROIlesion。A.肝臟三維CT經(jīng)MPR處理顯示膽道金屬支架內(nèi)部情況;B.門靜脈支架內(nèi)部軟組織密度,并測定其CT值

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 16.0軟件,金屬支架內(nèi)軟組織-肝CNR和對應(yīng)的FOM比較采用配對資料t檢驗(yàn),P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本組9例金屬膽道支架植入后惡性復(fù)發(fā)梗阻患者,共分析184個連續(xù)層面,相應(yīng)計(jì)算的CNR、FOM和圖像噪聲見表1。100 kVp組和140 kVp組圖像CNR 和FOM均得到明顯改善,分別改善了15%和50%;圖像噪聲約增加22%,見表2。本研究對1例膽道支架植入術(shù)后復(fù)發(fā)惡性梗阻患者于2013年7月3日-2014年1月8日進(jìn)行4次動態(tài)CT檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不同時間點(diǎn)所獲結(jié)果圖像的CT值及所計(jì)算的CNR均非常接近,具有很好的可重復(fù)性(圖3),提示本研究中所提供的CT對比增強(qiáng)掃描適用于金屬膽道支架植入后復(fù)發(fā)梗阻的長期隨訪。

表1 管電壓100 kVp組與140 kVp組184個層面的CNR、FOM及圖像噪聲比較

表2 100 kVp組與140 kVp組CNR、FOM和圖像噪聲配對t檢驗(yàn)結(jié)果

圖3 女,65歲,金屬膽道支架植入術(shù)后復(fù)發(fā)惡性梗阻。分別于2013年7月3日、8月23日、10月23日及2014年1月8日行三維CT增強(qiáng)掃描(A~D),對4次檢查結(jié)果采用同樣的重建方法,選取相同層面,比較4次測定結(jié)果(門靜脈期100 kVp右,140 kV左),4次檢查結(jié)果具有高度可重復(fù)性,100 kVp條件下的CT值分別為(111.5±9.0)HU、(69.7±10.0)HU、(70.7±9.0)HU、(69.5±9.0)HU

3 討論

本研究結(jié)果表明,雙源CT能夠成功顯示金屬支架內(nèi)惡性膽道梗阻軟組織的強(qiáng)化程度,且隨著管電壓由140 kVp降到100 kVp,門靜脈期CT圖像的CNR增加15%,如果同時考慮有效劑量,圖像質(zhì)量改善接近50%。本研究結(jié)論與其他研究[9]結(jié)論一致。本研究結(jié)果提示,將低管電壓技術(shù)用于惡性膽道梗阻患者的CT增強(qiáng)掃描能夠有效降低輻射劑量,且保證了足夠的CNR,鑒于臨床實(shí)踐中經(jīng)常需要對惡性膽道梗阻患者多次進(jìn)行CT增強(qiáng)掃描,而有效降低輻射劑量對于此類患者尤為重要。通過FOM結(jié)果分析顯示,當(dāng)CNR保持恒定,采用100 kVp檢查與140 kVp標(biāo)準(zhǔn)檢查方案相比,有效劑量減低近50%。

本研究中,管電壓由140 kVp降到100 kVp時,盡管圖像噪聲增加了22%,但鑒于膽道支架金屬密度和支架內(nèi)軟組織密度固有的高對比差異,在一定程度上圖像噪聲的增加可能不構(gòu)成臨床問題,此外由于局部軟組織的CNR提高了15%,而CNR是客觀評價圖像質(zhì)量的指標(biāo)之一[1],因此可以推斷,采用100 kVp管電壓對膽道支架內(nèi)再狹窄原因進(jìn)行評估是可行的。雖然管電壓由140 kVp降低至100 kVp時,圖像噪聲增加,但是CNR改進(jìn)明顯,且當(dāng)采用有效劑量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后,圖像質(zhì)量改進(jìn)更為明顯。

本研究的局限性在于:①未能夠通過組織病理學(xué)檢查證實(shí)支架梗阻狹窄的原因;②所有病例來源于無法切除的晚期腫瘤患者,因?yàn)椴±x擇可能帶來研究結(jié)果的偏移;③由于低管電壓更易降低圖像質(zhì)量,而如何在圖像質(zhì)量、CNR和輻射劑量之間找到平衡點(diǎn)需要進(jìn)一步研究;④本研究中的評估僅限于門靜脈期,是否能夠在動脈期和平衡期得到同樣的結(jié)論尚待證實(shí),這也是未來研究的方向之一。

總之,動態(tài)增強(qiáng)CT的低管電壓門靜脈期成像能夠有效改善金屬膽道支架惡性再狹窄病灶的顯示,且有助于降低患者的CT檢查輻射劑量。

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(本文編輯 張春輝)

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

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(813261);??谑兄攸c(diǎn)計(jì)劃項(xiàng)目(2012-075)。

R735.8;R730.42

2015-04-10

修回日期:2015-09-18

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2015年 第23卷11期:801-803,807

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

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