徐康潔,郭小超,劉建新,王霄英
·LI-RADS臨床應用研究專題·
雙能量CT虛擬單能量重建技術顯示肝癌TACE術后碘油沉積的價值
徐康潔,郭小超,劉建新,王霄英
目的:探討雙能量CT虛擬單能量重建技術對肝癌經(jīng)導管動脈化療栓塞(TACE)術后碘油沉積的臨床診斷價值。方法:對11例肝癌TACE術后患者進行雙能量腹部CT平掃。在100 kVp、140 kVp、線性融合圖像(M=0.5)和以9組虛擬單能量(40、60、80、100、120、140、160、180和190 keV)圖像上,在碘油沉積最顯著的層面,測量偽影區(qū)及正常肝實質區(qū)的CT值,計算圖像噪聲(SD)和偽影指數(shù)(AI)。對偽影大小、圖像噪聲、碘油形態(tài)及綜合圖像質量分別進行主觀評分。結果:客觀評估:80 keV圖像的AI值最小;線性融合圖像、80 keV圖像的噪聲最小。主觀評估:在140 kVp、100~190 keV圖像上偽影較少;線性融合圖像和80 keV圖像的噪聲評分最小;碘油形態(tài)以140 kVp、線性融合圖像、80及100 keV圖像上顯示較為清晰。整體綜合評分以線性融合圖像和80 keV圖像最高。結論:雙能量CT虛擬單能量重建技術在肝癌TACE術后碘油沉積的顯示中,可以改善圖像質量,以80 keV的虛擬單能量重建圖像為最佳。
雙能量CT;虛擬單能量重建;線束硬化偽影;圖像噪聲;經(jīng)導管動脈化療栓塞術
經(jīng)導管動脈化療栓塞(transcatheter arterial chemoembolization,TACE)是肝癌治療的常用方法,行TACE碘油栓塞術后,腹部CT三期增強掃描作為常規(guī)復查手段,用來判斷碘油沉積情況及是否有活動癌灶[1]。早期及時地發(fā)現(xiàn)碘油周邊的殘留及復發(fā)癌灶,對于患者的治療及預后具有非常重要的臨床意義。在常規(guī)CT圖像上,碘油沉積灶密度很高,周圍的線束硬化偽影常較重,影響對碘油形態(tài)及周圍強化情況的評價。隨著雙能量CT在臨床的廣泛應用,研究發(fā)現(xiàn)虛擬單能量重建圖像可以降低線束硬化偽影,如脊柱金屬植入物的偽影[2-3]、顱內動脈瘤夾的偽影等[4]。本研究采用第二代雙源雙能量CT對肝癌TACE術后的患者行腹部雙能量CT掃描,探討雙能量CT虛擬單能量重建技術在降低碘油沉積灶偽影方面的價值,旨在獲得顯示最佳圖像的方法。
1.一般資料
2014年06月-2014年08月經(jīng)臨床、病理和增強CT綜合診斷為肝癌、并在我院行TACE治療、術后行雙能量腹部CT掃描的患者11例。其中,男8例,女3例,年齡47~71歲,平均(57.5±10.5)歲。
2.掃描方法
使用Siemens Somatom Definition Flash第二代雙源雙能量CT掃描儀。CT平掃采用雙能量掃描模式,采用專用自動曝光控制系統(tǒng)(CareDose 4D,Siemens Medical Solutions),掃描范圍包括全肝。掃描參數(shù):100/Sn140 kVp,管電流分別為300和232 mAs, 128 i×0.6 mm,螺距0.6,層厚5.0 mm,層間距8.0 m m,矩陣512×512,0.5 s/r;重建kernel為D30F,使用FBP法重建,獲得100和140 kVp及線性融合圖像(M=0.5)圖像。
3.重建及后處理方法
將FBP重建獲得的100 kVp、140 kVp和線性融合(M=0.5)三組圖像傳輸至Siemens Syngo MMWP工作站,應用商業(yè)軟件(monoenergetic application algorithm)進行虛擬單能量重建,得到9組不同虛擬單能量(40、60、80、100、120、140、160、180及190 keV)的重建圖像(圖1)。
4.圖像質量評估
客觀評價:調取100 kVp、140 kVp、線性融合圖像(M=0.5)及各虛擬單能量重建圖像,以肝實質CT值、噪聲[肝實質CT值的標準差(SD值)]和偽影指數(shù)(artifact index,AI)作為客觀評價指標。
AI的計算方法如下:在全部12組圖像中,分別選擇碘油沉積最明顯的3個層面,在碘油周邊偽影區(qū)及同層面正常肝實質區(qū)(參考區(qū))分別勾畫相似面積的ROI,測量其CT值,盡量避開血管、膽管及病灶。獲得CT值偽影、SD值偽影及CT值參考、SD值參考,求平均值,并按照公式(1)計算AI:
主觀評價:由2位影像科醫(yī)師對偽影、肝實質噪聲及碘油顯示情況三方面分別進行評分,并給出最終的整體綜合評分。當意見有分歧時進行協(xié)商評分。偽影評分標準:0分,基本無偽影;1分,少量偽影;2分,中等量偽影;3分,多量偽影;4分,大量偽影。肝實質噪聲評分標準:0分,噪聲微小,圖像細膩;1分,噪聲很小,圖像較細膩;2分,噪聲中等,圖像有顆粒感;3分,噪聲較重,圖像顆粒感較重;4分,噪聲很大,圖像粗糙。碘油顯示情況的評分標準:0分,顯示清晰;1分,稍模糊;2分,比較模糊;3分,形態(tài)略失真;4分,無法觀察(包括碘油邊緣部分顯著被射線穿透,以及射線無法穿過稀疏碘油所致局部密度高亮、細節(jié)無法顯示兩種情況)。
綜合評分:0分,圖像質量最優(yōu);1分,圖像質量良好;2分,圖像質量中等;3分,圖像質量較差;4分,圖像質量最差。
5.統(tǒng)計學分析
使用IBM SPSS Statistics 20.0(Armonk,New York,USA)統(tǒng)計分析軟件。對客觀評價結果采用重復測量方差分析進行統(tǒng)計學分析,對主觀評分結果使用Wilcoxon秩和檢驗進行統(tǒng)計學分析。
1.客觀評價結果
各組圖像的客觀評價結果見表1和圖2。
表1 客觀評價結果(均數(shù)±標準差)
AI:各組間AI的差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。其中,80 keV時AI值最小,與線性融合圖像(M=0.5)之間的差異具有統(tǒng)計學差異(P=0.046<0.05);與140 kVp、100 keV圖像AI值之間的差異無統(tǒng)計學意義(P值分別為0.602和0.385,P>0.05)。
圖像噪聲:在所有虛擬單能量圖像中,隨著能量的升高,圖像噪聲存在先降低后升高的現(xiàn)象,最低點位于80 keV處。以線性融合圖像和80 keV圖像的噪聲最小,兩組間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.051>0.05),但這2組的數(shù)據(jù)分別與其它各組進行兩兩比較,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
肝實質CT值:在40~190 keV圖像中,隨著能量的升高,肝實質CT值呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,各組間進行兩兩比較,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
2.主觀評價結果
各組圖像的主觀評分見表2和圖3。
硬化偽影:碘油沉積灶周邊線束硬化偽影在虛擬單能量圖像中隨能級升高呈顯著降低趨勢,但到180及190 keV時又略有回升。在140 kVp、線性融合(M=0.5)和80~190keV圖像上偽影均較小,140kVp
和100~190 keV圖像的偽影與其它幾組之間的差異存在統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
表2 圖像主觀評分 (分)
圖像噪聲:在所有虛擬單能量圖像中,隨著能量的升高,圖像噪聲存在先升高隨后降低的現(xiàn)象,最低點位于80 keV處。在所有12組圖像中,圖像噪聲的主觀評分以線性融合圖像(M=0.5)和80 keV圖像為最小,這兩組間的差異無統(tǒng)計學意義(P=0.317,>0.05),但這2組與其它各組間的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
碘油形態(tài):在140 kVp、線性融合圖像、80 keV和100 keV圖像上碘油沉積灶顯示較為清晰,與其它幾組間的差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
綜合評分:線性融合圖像與80 keV的圖像質量綜合評分最優(yōu),兩組間的差異無統(tǒng)計學意義(P=1>0.05),但這2組均與其它各組間的差異有統(tǒng)計學意義。
傳統(tǒng)CT球管的管電壓為一組連續(xù)的混合電壓,產(chǎn)生的X線也是一組混合能量的射線。混合能量的
X線在經(jīng)過密度較高的物質時,低能量射線易被吸收衰減,高能量射線較易穿透物質,因此X線束的平均能量升高[5-7],線束變硬,產(chǎn)生線束硬化偽影[8,9],表現(xiàn)為在密度差異大的物質臨界區(qū)的暗區(qū)或放射性條狀明暗相間的偽影[10]。如果偽影較重,將影響對鄰近結構及病變的觀察[11]。
肝癌患者TACE術后,常規(guī)選擇腹部增強CT進行隨訪,平掃用于評估碘油沉積灶的形態(tài),對于治療效果有一定的評估及預測作用;增強用于觀察碘油沉積灶周邊是否有動脈期強化病灶,以評估是否有殘留或復發(fā)癌灶。但致密的碘油沉積灶周邊與肝實質交界區(qū)可產(chǎn)生線束硬化偽影,從而影響對碘油形態(tài)及周圍肝實質的觀察,甚至有可能提供不正確的診斷信息,延誤診斷,錯過最佳治療時機。
近年來很多研究表明,雙能量CT的虛擬單能量重建圖像可以減小線束硬化偽影[3],可明顯改善CT圖像上的術后金屬偽影,但對TACE術后碘油沉積所致線束硬化偽影的研究報道尚少。虛擬單能量重建圖像在不同能量水平具有不同的特征:低能量圖像X線穿透力低,圖像上組織的對比強,但噪聲較大;高能量圖像上硬化偽影減少,但組織的對比噪聲比降低,因此選擇合適的能量水平對發(fā)揮虛擬單能量重建圖像的最佳作用很重要。雙能量CT的廣泛研究和應用,證明根據(jù)影像觀察目標的不同,應選擇不同的圖像重建技術和參數(shù)[12-13]。本研究采用雙能量CT,以100 kVp與Sn 140 kVp的管電壓對TACE術后碘油沉積進行掃描,2套X線球管-探測器所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算,得到不同keV下的一系列虛擬單能量重建圖像。進一步比較了100 kVp、140 kVp、線性融合(M=0.5)、及40~190 keV圖像碘油沉積灶周邊的偽影大小、圖像噪聲及碘油形態(tài)的顯示,旨在探討能夠降低圖像的線束硬化偽影、同時圖像噪聲較低、碘油形態(tài)顯示清晰的最佳成像參數(shù),使臨床上能更加準確地評價TACE術后碘油沉積情況及周圍肝實質的情況。
本研究發(fā)現(xiàn),80 keV虛擬單能量重建圖像在減輕TACE術后碘油沉積灶周邊的線束硬化偽影方面是最佳的,但其主觀評分結果與客觀評分結果略有偏差??陀^評分指標中AI值是依據(jù)SD值進行計算的,而SD值指ROI內不同像素CT值的標準差,它同時包含偽影和噪聲引起的不均勻性。我們可以理解為偽影區(qū)的SD偽由兩部分構成,a代表偽影的作用,b代表噪聲的作用,根據(jù)公式(2):
當偽影減小、噪聲變大的情況下,AI值是增大的,也就是說噪聲的增大所起的作用更大。也就是說,我們要在偽影和噪聲之間尋找一個平衡點,來尋找偽影和噪聲均最小的圖像。主觀評分結果雖然顯示100~190 keV均能顯著減輕圖像偽影,但120 keV及以上的虛擬單能量圖像圖像噪聲均較高,且對碘油形態(tài)的顯示欠佳,不適于進行診斷及評估。80 keV和線性融合圖像(M=0.5)的主觀綜合評分結果為最佳,且兩者在圖像噪聲和碘油形態(tài)的評估方面也顯示出優(yōu)勢,因此其在減輕偽影方面的相對劣勢基本可以忽略。有研究表明,對腹部臟器的顯示方面,70 keV圖像與線性融合圖像(M=0.5)基本等效[14-15]。但上述研究大多基于人體模型,本研究基于臨床實際病例,結果更有實際意義。
雙能量CT使用Caredose技術,并且在高管壓的管球上添加錫濾線器,使高能譜變得更純,低能的部分被過濾掉。此外,在高電壓的管球匹配較低的電流,低電壓的管球匹配較高的電流,所以整體輻射劑量不會明顯增加。相關的研究也已經(jīng)證實,相比于單源CT,雙能量CT掃描并未增加患者所接受的輻射劑量[16]。
本研究有一定的局限性:①樣本量較小,需要進一步增加樣本量,增加研究結果的可信性和說服力;②虛擬單能量重建的級別不夠細致,將來可以在80 keV附近設置更細致的能量級別來進行重建,以取得更準確的最佳重建參數(shù);③僅對雙能量CT平掃的圖像質量進行了分析,將來在取得病理和隨訪結果后,可以將雙能量CT增強掃描的結果用于評估動脈期碘油周邊強
化灶的顯示,以期及早地發(fā)現(xiàn)活動癌灶。
綜上所述,雙能量CT虛擬單能量重建技術在肝癌TACE術后碘油沉積的顯示中可以改善圖像質量,以80 keV虛擬單能量重建為最佳。
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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,北京大學第一醫(yī)院影像科
徐康潔(1986-),女,山東泰安人,博士研究生,主要從事體部影像診斷和影像新技術研究。
王霄英,E-mail:cjr.wangxiaoying@vip.163.com