單源雙能CT掃描技術(shù)在改善胰腺圖像質(zhì)量中的應(yīng)用價(jià)值

尹偉 王鐵功 賈紫珺 趙冰輝 胡信心 邵成偉 邊云 王敏杰

海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射診斷科，上海 200433

多排螺旋CT(multidetector computed tomo-graphy，MDCT)掃描具有高空間分辨率與高密度分辨率，是胰腺疾病的首選影像學(xué)檢查方法[1-2]。但胰腺疾病較為復(fù)雜，特別是早期腫瘤，因?yàn)槠潴w積因素或者增強(qiáng)期特征不典型，易出現(xiàn)漏診或誤診[3]，如何通過CT技術(shù)手段提高圖像的質(zhì)量是目前研究的熱點(diǎn)。以往研究對混合能量CT(poly-energetic computed tomography，PECT)靶掃描技術(shù)[4]、灌注掃描技術(shù)[5]、高對比劑注射速率以及雙能CT掃描(dual energy computed tomography，DECT)技術(shù)[6]等進(jìn)行了嘗試，其中DECT技術(shù)具有多參數(shù)成像的特點(diǎn)，可以獲得混合能量圖像(poly-energetic images，PI)、虛擬單能量圖像(virtual monoenergetic images，VMI)、有效原子序數(shù)圖、電子密度圖、碘濃度圖以及多種基物質(zhì)分離圖，為疾病的定位及定性提供了更多指標(biāo)，是胰腺CT掃描技術(shù)中最具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N技術(shù)。本研究通過對正常胰腺以及胰腺病灶進(jìn)行DECT掃描獲得顯示胰腺組織的最佳圖像，旨在評(píng)估單源雙能CT技術(shù)在改善胰腺圖像質(zhì)量中的應(yīng)用價(jià)值。

資料與方法

一、一般資料

收集2021年7月至2021年8月間海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院行胰腺M(fèi)DCT增強(qiáng)檢查的21例正常胰腺和36例胰腺相關(guān)疾病患者的臨床資料。正常胰腺者中男性11例，女性10例，年齡(51±13)歲，體重指數(shù)(23.91±3.86)kg/m2。胰腺相關(guān)疾病患者中男性20例，女性16例，年齡(57±14)歲，體重指數(shù)(22.01±3.59)kg/m2。胰腺導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀黏液瘤3例，胰腺癌15例，實(shí)性假乳頭狀瘤1例，胰腺炎10例，囊腺瘤2例，其他部位腫瘤累及胰腺5例。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

二、CT掃描和重建方法

采用320排動(dòng)態(tài)容積MDCT機(jī)(uCT960+，上海聯(lián)影醫(yī)療)對所有受檢者行胰腺M(fèi)DCT檢查，成像范圍自膈頂掃描至兩側(cè)髂前上棘連線。先行MDCT平掃，再行動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MDCT掃描。增強(qiáng)掃描延遲時(shí)間采用實(shí)時(shí)監(jiān)測法，監(jiān)測層面為腹主動(dòng)脈腹腔干水平，觸發(fā)閾值設(shè)置為180HU，達(dá)到閾值后延遲6、30、75 s時(shí)分別掃描獲得動(dòng)脈期、胰腺實(shí)質(zhì)期、延遲期圖像。在延遲期進(jìn)行單源DECT掃描，其他期相均采用常規(guī)MDCT參數(shù)掃描。各期相掃描參數(shù)見表1。

表1 CT掃描參數(shù)

三、圖像分析

將所有數(shù)據(jù)傳至uWS后處理工作站(上海聯(lián)影醫(yī)療)，首先對21例正常胰腺延遲期圖像進(jìn)行DECT多參數(shù)后處理，獲得9組圖像：VMI40keV、VMI50keV、VMI60keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keV、VMI100keV、VMI最佳CNR、碘(水)基圖，對9組圖像進(jìn)行客觀指標(biāo)比較，獲得VMI最佳CNR、碘(水)基圖2組最佳圖像。再對36例胰腺疾病病灶延遲期圖像進(jìn)行DECT多參數(shù)后處理，獲得4組圖像：PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖，對4組圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀指標(biāo)與主觀指標(biāo)的評(píng)估，獲得顯示胰腺病灶最佳的2組圖像。由2位高年資影像科醫(yī)師盲法閱片分別進(jìn)行評(píng)估。

四、正常胰腺圖像客觀指標(biāo)的評(píng)估

勾畫各組圖像腹壁脂肪、正常胰腺、腹主動(dòng)脈的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI直徑大小為3～10 mm。腹壁脂肪ROI避開肌肉組織，測量并記錄標(biāo)準(zhǔn)差(SD)；胰腺實(shí)質(zhì)ROI避開血管與膽管，測量并記錄CT值；腹主動(dòng)脈ROI避開血管壁，測量并記錄CT值。其中腹壁脂肪的SD為圖像背景噪聲，計(jì)算胰腺信噪比(signal noise ratio，SNR)與對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)。SNR胰腺=CT值胰腺/SD，CNR胰腺=(CT值腹主動(dòng)脈-CT值胰腺)/SD 。

五、胰腺病灶圖像客觀指標(biāo)與主觀指標(biāo)的評(píng)估

對PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖進(jìn)行同一ROI測量，計(jì)算胰腺病灶的SNR值與CNR值。SNR病灶=CT值病灶/SD，CNR病灶=(CT值病灶-CT值胰腺)/SD 。

采用五點(diǎn)量表對兩項(xiàng)定性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。病灶顯著性評(píng)分(即病灶是否容易從正常胰腺實(shí)質(zhì)中識(shí)別)：1分為勉強(qiáng)顯示；2分為顯示不佳；3分為一定程度顯示；4分為顯示良好；5分為容易顯示。病灶邊緣清晰度評(píng)分(即病灶與胰腺實(shí)質(zhì)的邊界是否清晰)：1分為病灶邊緣模糊，清晰度非常差；2分為超過2/3病灶邊緣模糊，清晰度差；3分為超過1/3病灶邊緣清晰，清晰度一般；4分為超過2/3病灶邊緣清晰，清晰度好；5分為病灶邊緣清晰，清晰度非常好。

六、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

一、正常胰腺圖像客觀指標(biāo)的評(píng)估

正常胰腺SNR值與CNR值在不同能量VMI與碘(水)基圖變化見表2、圖1。其中，SNR值最高的2組圖像為VMI最佳CNR與碘(水)基圖，不同能量VMI與碘(水)基圖間SNR值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=26.623，P<0.05)；CNR值最高的2組圖像為VMI60keV與碘(水)基圖，不同能量VMI與碘(水)基圖間CNR值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=47.022，P<0.05)，而VMI60keV與VMI最佳CNR間CNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1.000)。

表2 21例正常胰腺在不同能量VMI與碘(水)基圖的客觀指標(biāo)比較

二、胰腺病灶圖像客觀指標(biāo)和主觀指標(biāo)的評(píng)估

單因素方差分析顯示，4組胰腺病灶圖像的SNR值與CNR值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F值分別為25.945、13.062，P值均<0.05，表3、圖2)。其中碘(水)基圖的SNR值與CNR值最大，與其他組比較差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。VMI最佳CNR的SNR值與CNR值高于PI80kVp組與PI140kVp組，與PI140kVp組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。

表3 36例胰腺病灶PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR與碘(水)基圖客觀指標(biāo)比較

兩位閱片醫(yī)師對36例胰腺病灶顯著性評(píng)分以及病灶邊緣清晰度評(píng)分一致性較好(表4)，故采用醫(yī)師1的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示，4組圖像質(zhì)量的病灶顯著性評(píng)分和病灶邊緣清晰度評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2值分別為59.333、62.178，P值均為0.000)，其中碘(水)基圖在病灶顯著性和病灶邊緣清晰度的評(píng)分中最高，優(yōu)于其他組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。VMI最佳CNR圖像在病灶顯著性評(píng)分和病灶邊緣清晰度的評(píng)分與PI80kVp圖像相當(dāng)，兩兩比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但優(yōu)于PI140kVp圖像，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05，表5、圖3、圖4)。

圖3 胰尾胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(↑)VMI最佳CNR(3A)、PI80kVp(3B)、PI140kVp(3A)與碘(水)基圖(3D)。在碘(水)基圖可見胰尾部一枚小圓形高密度強(qiáng)化影，顯示最清楚，VMI最佳CNR、PI80kVp較碘(水)基圖顯示欠佳，PI140kVp顯示較差，幾乎看不清楚；胰尾病灶顯著性評(píng)分分別為3、3、2、5分；病灶邊緣清晰度評(píng)分為4、4、1、5分

圖4 胰頭鉤突部胰腺癌(↑)VMI最佳CNR (4A)、PI80kVp(4B)、PI140kVp(4C)與碘(水)基圖(4D)。在VMI最佳CNR、PI80kVp和碘(水)基圖上病灶均清晰可見，但在PI140kVp顯示欠佳；胰頭病灶顯著性評(píng)分分別為5、5、4、5分；病灶邊緣清晰度評(píng)分為4、4、3、5分

表4 36例胰腺病灶VMI最佳CNR、碘(水)基圖圖像主觀評(píng)分結(jié)果比較[M(P25,P75)]

表5 36例胰腺病灶PI80kVp、PI140kVp、VMI最佳CNR、碘(水)基圖主觀指標(biāo)評(píng)分比較

注：VMI為虛擬單能量圖像；SNR為信噪比；CNR為對比噪聲比

注：VMI為虛擬單能量圖像；SNR為信噪比；CNR為對比噪聲比

三、單因素回歸分析

正常胰腺圖像的單因素回歸分析結(jié)果見表6。正常胰腺VMI40～100KeV圖像的SNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(guān)，VMI40keV、VMI50keV、VMI80keV、VMI90keV的SNR值與VMI最佳CNR呈顯著正相關(guān)；正常胰腺VMI40～70KeV圖像的CNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(guān)，VMI40keV、VMI50keV、VMI70keV、VMI80keV、VMI90keVCNR值與VMI最佳CNR呈顯著正相關(guān)(P值均<0.05)。其余SNR值、CNR值與碘(水)基圖和VMI最佳CNR均無顯著相關(guān)性(P值均>0.05)。

表6 正常胰腺的SNR值和CNR值與不同VMI能量之間的單因素回歸分析

胰腺病灶圖像的單因素回歸分析結(jié)果見表7。胰腺病灶PI80keV、PI140keV、VMI最佳CNR圖像的SNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(guān)(P值均<0.05)；PI140keV、VMI最佳CNR圖像的CNR值與碘(水)基圖呈顯著正相關(guān)(P值均<0.05)，PI140keV的SNR值和CNR值均與VMI最佳CNR呈顯著正相關(guān)(P值均<0.05)。

表7 胰腺病灶的SNR值和CNR值與不同PI能量之間的單因素回歸分析

討 論

動(dòng)態(tài)增強(qiáng)薄層CT(<1 mm)是胰腺疾病診斷及分期的首選檢查，可為臨床提供全面、清晰、直觀的影像學(xué)依據(jù)[7]。DECT采用雙能量數(shù)據(jù)采集的方法在獲得常規(guī)高、低PI外，還可以通過后處理獲得不同能量VMI、有效原子序數(shù)圖、電子密度圖以及基物質(zhì)分離圖。DECT不同能量VMI模擬不同穿透能力的X射線，隨著能量的降低，胰腺以及腹主動(dòng)脈的CT值有所提高，兩者的SNR值和CNR值也有相應(yīng)的提高。而碘(水)基圖通過碘、水基物質(zhì)對分離獲得，計(jì)算的是組織的碘攝取量，正常胰腺組織與病變組織的碘攝取量明顯不同，在碘(水)基圖上就會(huì)產(chǎn)生明顯的對比度差異。由于DECT成像的方式不同，以及后處理平臺(tái)不同，會(huì)得到不同的影像效果。目前可實(shí)現(xiàn)DECT掃描技術(shù)的有6種CT系統(tǒng)[8-9]，包括光子CT技術(shù)(目前在臨床研究階段)、雙層探測器技術(shù)(如Philips IQon)、單源kVp旋轉(zhuǎn)切換技術(shù)(如Cannon Aquilion ONE)、單源kVp瞬時(shí)切換技術(shù)(如GE CT750 HD)、射束過濾技術(shù)(如Siemens Edge)、雙源技術(shù)(如Siemens force)。本研究采用的DECT掃描技術(shù)結(jié)合了單源kVp旋轉(zhuǎn)切換技術(shù)與單源kVp瞬時(shí)切換技術(shù)，采用小螺距(0.24)對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行高低kVp掃描，先采用140kVp采集240°數(shù)據(jù)，再快速切換成80kVp采集240°數(shù)據(jù)，在kVp切換時(shí)，依據(jù)140kVp條件下的管電流參數(shù)自動(dòng)調(diào)整80kVp條件下的管電流，最終保證DECT的圖像質(zhì)量。

DECT可以后處理得到40keV至190keV的VMI以及多種基物質(zhì)分離圖，本研究對8組VMI和碘(水)基圖進(jìn)行客觀指標(biāo)(SNR、CNR)評(píng)估，均在碘(水)基圖上獲得最高SNR值與CNR值，VMI最佳CNR圖像的SNR值(11.02±3.41)與CNR值(8.05±2.66)均較高，平均能級(jí)為(63.92±2.41)keV，VMI最佳CNR的CNR值略低于VMI60keV的CNR值(8.50±3.98)，這與以往的研究結(jié)果相似。張靜等[10]研究表明VMI最佳CNR和碘(水)基圖觀察胰島素瘤時(shí)優(yōu)于VMI70keV圖像。Patel等[11]研究表明將VMI的能級(jí)降到50keV時(shí)可獲得最佳CNR圖像。Noda等[12]的研究表明VMI在40keV下可獲得最高的SNR值和CNR值。本研究VMI最佳CNR的能級(jí)高于以上的研究結(jié)果，這可能與DECT成像原理、重建層厚以及迭代算法有關(guān)。

以往的研究采用1～5 mm不等的重建層厚，采用厚層圖像可降低圖像的噪聲并提高圖像的SNR值與CNR值，可以在更低能量VMI圖像上獲得高CNR。但隨著層厚的增加，部分容積效應(yīng)將更加明顯，影響小病灶的顯示以及胰周組織與血管的評(píng)估。低能量VMI的病灶與胰腺組織的CT差值高于高能量VMI，但噪聲也高，采用高級(jí)迭代算法可降低圖像噪聲，從而提高圖像SNR值與CNR值，筆者推測迭代算法越高級(jí)，降噪能力越強(qiáng)，越有利于低能量VMI的病灶顯示。VMI最佳CNR是通過最佳CNR單能量曲線獲得的單能量圖像，使用該方法，可以兼顧噪聲與對比度，使圖像獲得一個(gè)平衡，能更清晰地顯示病灶，提高診斷效能。綜合以上原因，本研究均采用1 mm層厚進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在VMI最佳CNR圖像上獲得了較高的SNR值與CNR值。

目前，DECT在胰腺方面的研究熱點(diǎn)在于低能級(jí)VMI結(jié)合碘(水)基圖在不同胰腺疾病檢出率、胰腺腫瘤的分級(jí)、分期、優(yōu)化治療計(jì)劃以及療效評(píng)估方面的作用[12-18]。已有的研究[6]表明，當(dāng)能量水平在40～55keV之間時(shí)，病變的顯著性最高，結(jié)合碘(水)基圖可以更好地評(píng)估腫瘤的大小和治療后效果。但關(guān)于DECT掃描時(shí)相的選擇，目前還沒有明確的共識(shí)，究竟對哪一期相進(jìn)行DECT掃描可以收益更多，有待進(jìn)一步研究。謝環(huán)環(huán)等[3]采用雙期DECT掃描，發(fā)現(xiàn)胰腺癌在延遲65s后單能量CT值均高于動(dòng)脈晚期單能量CT值，但在動(dòng)脈晚期胰腺癌與正常胰腺組織有更大的CNR值，更適合觀察病灶，兩期掃描的胰腺癌CT值在各能級(jí)碘差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但歸一化單能量CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而根據(jù)Guo等[19]的研究，在對比劑注射后55～60 s后進(jìn)行DECT掃描，神經(jīng)內(nèi)分泌癌總體上比胰腺癌具有更高的均勻性(同質(zhì)性參數(shù))和更低的熵(異質(zhì)性參數(shù))；而在動(dòng)脈期，神經(jīng)內(nèi)分泌癌和胰腺癌的均勻性和熵值沒有顯著差異。較低級(jí)別的腫瘤在組織病理學(xué)上顯示出較高的腫瘤內(nèi)微血管密度，這導(dǎo)致它們在增強(qiáng)時(shí)有中度至重度的強(qiáng)化，而相對于較低的微血管密度和較高級(jí)別腫瘤時(shí)，CT增強(qiáng)呈現(xiàn)輕度或等強(qiáng)化的特點(diǎn)[20-21]，這意味著延遲期腫瘤的強(qiáng)化情況對于腫瘤的分級(jí)有一定意義。本研究對延遲期DECT數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤在常規(guī)PI上顯示不佳，但在低能量VMI與碘(水)基圖上顯示清晰，而對胰腺癌的評(píng)估中，腫瘤邊界在延遲期碘(水)基圖上較動(dòng)脈期上顯示稍清晰。

本研究尚存在一定的局限性。首先，在正常胰腺DECT多參數(shù)對比中，不同掃描參數(shù)(如管電流、轉(zhuǎn)速、準(zhǔn)直寬度以及螺距等)及輻射劑量對圖像的影響尚未比較；其次，不同重建參數(shù)(層厚、迭代重建不同等級(jí)、濾波函數(shù))對圖像的影響尚未評(píng)估；最后，胰腺相關(guān)疾病病例較少，DECT多參數(shù)圖像對更多細(xì)分病種的評(píng)估有待進(jìn)一步的研究，包括各期相強(qiáng)化特征，胰周組織與血管的侵犯情況的評(píng)估等。

綜上所述，單源DECT技術(shù)中VMI最佳CNR與碘(水)基圖在胰腺增強(qiáng)延遲期評(píng)估中效果最好，可獲得較好的SNR與CNR，在胰腺相關(guān)病灶的可視化評(píng)估中，VMI最佳CNR與碘(水)基圖可提供最佳的病灶顯著性與邊緣清晰度，值得臨床推廣。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突