雙能量CT聯(lián)合金屬偽影削減算法顯示微彈簧圈定位肺結(jié)節(jié)

劉 卓，馬 婧，洪 楠，陳 雷，陳 塵，胡立寶，郅 新

(北京大學(xué)人民醫(yī)院放射科，北京 100044)

近年來，電視胸腔鏡手術(shù)(video-assisted thoracoscopy surgery, VATS)逐漸取代傳統(tǒng)開胸手術(shù)，成為治療肺內(nèi)結(jié)節(jié)病變的重要手段。但是，VATS術(shù)中，約有54%的肺內(nèi)小結(jié)節(jié)無法通過觀察或觸診而準確定位，只能轉(zhuǎn)行開胸肺葉切除術(shù)[1]；且對于直徑<10 mm且距胸膜>5 mm的小結(jié)節(jié)，開胸手術(shù)有時亦難以準確定位[2]。CT引導(dǎo)微彈簧圈定位是肺結(jié)節(jié)的常用定位技術(shù)[3]，但微彈簧圈的材質(zhì)多以鉑金等金屬為主，在CT圖像中通常存在金屬偽影[4]，使如何有效抑制金屬偽影成為改善定位效果的關(guān)鍵。本研究旨在探討采用雙能量能譜CT(dual-energy spectral CT, DESCT)掃描獲得的虛擬單色譜(virtual monochromatic spectral, VMS)圖像，結(jié)合金屬偽影削減(metal artifact reduction, MAR)算法評價微彈簧圈定位肺結(jié)節(jié)的價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2017年5月—10月我院80例接受CT引導(dǎo)微彈簧圈定位肺結(jié)節(jié)的患者資料，其中男34例，女46例，年齡40～75歲，平均(55.5±9.3)歲。

1.2 儀器與方法

1.2.1 彈簧圈置入 定位金屬標記物采用鉑金塔形微彈簧圈(Cook公司)。經(jīng)皮穿刺后，經(jīng)穿刺針于結(jié)節(jié)鄰近肺組織內(nèi)釋放微彈簧圈，將其尾部留置于病灶鄰近的臟層胸膜表面。定位過程中進行單能量CT掃描以引導(dǎo)穿刺；置入彈簧圈后行DESCT掃描，以評價定位效果。

1.2.2 CT掃描 采用GE Revolution單球管、單層探測器雙能量CT掃描儀。單能量掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，自動調(diào)節(jié)管電流，噪聲指數(shù)30 HU，球管轉(zhuǎn)速0.28 s/r，準直寬度80 mm，螺距1.531∶1。DESCT掃描參數(shù)：管電壓在80 kVp與140 kVp間反復(fù)切換，管電流200 mA，球管轉(zhuǎn)速0.5 s/r，準直寬度80 mm，螺距1.531∶1。

1.3 圖像分析

1.3.1 圖像重建 采用GE AW4.7后處理工作站。于120 kVp圖像中測量肺結(jié)節(jié)CT值，采用GSI Viewer軟件繪制肺結(jié)節(jié)能譜曲線，記錄該曲線中最接近120 kVp圖像中肺結(jié)節(jié)CT值的點所對應(yīng)的keV數(shù)值，為最佳光子能量水平的keV值。重建最佳光子能量水平keV值、50、90、110、140 keV的VMS圖像(VMS組)和經(jīng)MAR算法處理的VMS圖像(VMS+MAR組)，重建類型均選擇標準類型，應(yīng)用自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction veo， ASIR-V)，混合迭代權(quán)重均選擇50%；重建層厚1.25 mm。

1.3.2 圖像評價 由2名具有5年以上工作經(jīng)驗的醫(yī)師以盲法對圖像質(zhì)量進行評分。圖像質(zhì)量評分標準：1分，優(yōu)，無明顯金屬偽影，微彈簧圈與肺結(jié)節(jié)、胸膜等解剖細節(jié)顯示清晰；2分，良，金屬偽影不明顯，不影響微彈簧圈及鄰近結(jié)構(gòu)顯示，微彈簧圈與肺結(jié)節(jié)、胸膜等解剖細節(jié)顯示較清晰；3分，差，金屬偽影嚴重影響微彈簧圈及鄰近結(jié)構(gòu)顯示，微彈簧圈與肺結(jié)節(jié)、胸膜等解剖細節(jié)顯示不清晰。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。以配對設(shè)計的Wilcoxon秩和檢驗比較圖像主觀評分；以Kappa值評價2名觀察者間的一致性，Kappa值<0.40為一致性較差，0.40≤Kappa值<0.75為一致性一般，Kappa值≥0.75為一致性較好。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

術(shù)后病理顯示，本組腺癌60例，低度惡性神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤1例，不典型增生8例，淋巴結(jié)增生3例，炎性假瘤2例，硬化性肺泡細胞瘤1例，纖維組織增生2例，碳末沉著3例。共定位80枚肺內(nèi)結(jié)節(jié)，結(jié)節(jié)直徑3～25 mm，定位后彈簧圈未發(fā)生移位或脫落。定位過程中25例發(fā)生并發(fā)癥，包括少量氣胸、肺泡出血等，均對手術(shù)操作和病理取材無影響。

光子能量水平范圍為60～83 keV，平均(74.00±5.75)keV。74 keV VMS圖像中肺結(jié)節(jié)CT值最接近120 kVp圖像，選擇74 keV為最佳能量水平(圖1)。50、74、90、110、140 keV VMS+MAR圖像主觀評分見表1，50 keV水平VMS+MAR圖像評分高于74、90、110及140 keV圖像(P均<0.05)；74、90、110及140 keV水平間VMS+MAR圖像質(zhì)量評分差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。見圖2。

表1 不同keV水平VMS+MAR圖像主觀評分(例，n=80)

2名觀察者對圖像質(zhì)量的主觀評分一致性較好(Kappa值=0.78)。74 keV VMS圖像質(zhì)量評分高于74 keV VMS+MAR圖像(Z=-7.75，P<0.05，表2)。 14例74 keV VMS圖像中的金屬偽影明顯，影響對肺結(jié)節(jié)、胸膜或肋骨等結(jié)構(gòu)的顯示，評分為3分，而在VMS+MAR圖像中，金屬偽影明顯減少，不影響周圍結(jié)構(gòu)的顯示，評分為1分或2分(圖3～5)。

表2 74 keV VMS圖像和VMS+MAR圖像主觀評分(例，n=80)

圖1 最佳光子能量水平選擇方法 A.120 kVp圖像，肺結(jié)節(jié)CT值為-544.6 HU； B.肺結(jié)節(jié)能譜曲線，隨著keV升高，肺結(jié)節(jié)CT值下降； C.74 keV水平VMS圖像，肺結(jié)節(jié)CT值為-544.5 HU

圖2 50(A)、74(B)、90(C)、110(D)、140(E)keV水平VMS+MAR圖像

圖3 微彈簧圈尾部金屬偽影 A.VMS圖像，金屬偽影嚴重，微彈簧圈頭端、尾端顯示不清，評分為3分； B.VMS+MAR圖像，金屬偽影小，微彈簧圈頭端、尾端顯示清晰，評分為1分 圖4 金屬偽影對顯示出血的影響 A.VMS圖像金屬偽影嚴重，影響對出血的觀察，評分為3分； B.VMS+MAR金屬偽影不明顯，出血顯示清晰，評分為1分

3 討論

VATS的優(yōu)勢是創(chuàng)傷小、切除肺葉體積小，圍術(shù)期并發(fā)癥少，患者住院時間短。CT引導(dǎo)置入金屬標記物，如微彈簧圈，是安全、有效的肺結(jié)節(jié)定位手段之一[5-7]。VATS術(shù)中，可通過手指觸診、透視及直接觀察留置于臟層胸膜表面的彈簧圈尾部而準確定位肺內(nèi)結(jié)節(jié)位置，指導(dǎo)切除病灶；切除后，可根據(jù)彈簧圈的位置在離體標本中尋找肺內(nèi)小結(jié)節(jié)。將微彈簧圈置于病灶鄰近肺組織內(nèi)，既可提高定位準確性，又能避免腫瘤沿針道播散。如何清晰顯示微彈簧圈與肺結(jié)節(jié)、胸膜的位置關(guān)系是成功手術(shù)及活檢的關(guān)鍵。

DESCT掃描獲得的VMS圖像所模擬的是以單一能量光子掃描物體獲得的圖像[8-9]。單一能量射線中光子能量相同，穿過物體后無射線硬化效應(yīng)，可減少硬化偽影[10]；MAR算法可糾正X線穿過金屬后產(chǎn)生的光子饑餓現(xiàn)象導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。因此，經(jīng)過MAR算法處理的VMS圖像可有效抑制彈簧圈的金屬偽影[11-14]。

在VMS成像中，隨著光子能量水平升高，圖像中的金屬偽影逐漸減輕[15]，但同時肺結(jié)節(jié)的CT值逐漸減小，可能影響結(jié)節(jié)檢出，提示應(yīng)選擇適當?shù)哪芰克剑栽谇逦@示結(jié)節(jié)的前提下盡量抑制金屬偽影。本研究選擇最佳能量水平的標準是VMS圖像中肺結(jié)節(jié)CT值與120 kVp圖像中結(jié)節(jié)CT值最接近，且金屬偽影不影響診斷，以此標準選擇74 keV為最佳能量水平。

圖5 金屬偽影對顯示胸膜的影響 A.VMS圖像，金屬偽影掩蓋結(jié)節(jié)(箭)、胸膜，無法判斷微彈簧圈頭部是否置于結(jié)節(jié)附近的臟層胸膜表面，評分為3分； B.VMS+MAR圖像，結(jié)節(jié)(箭)、胸膜、肋骨顯示較清晰，評分為1分

本研究結(jié)果顯示，74 keV水平的VMS+MAR圖像質(zhì)量優(yōu)于VMS圖像，前者中微彈簧圈的金屬偽影受到有效抑制，鄰近肺組織、胸膜及結(jié)節(jié)等結(jié)構(gòu)顯示清晰。由于彈簧圈頭部與肺結(jié)節(jié)距離過近，本組VMS圖像中肺結(jié)節(jié)被金屬偽影“掩蓋”，而在VMS+MAR圖像中肺結(jié)節(jié)顯示清晰；VMS圖像中，微彈簧圈尾部造成的金屬偽影嚴重影響胸膜的顯示，而在VMS+MAR圖像中，金屬偽影較少，可準確判斷微彈簧圈尾部是否置于臟層胸膜表面。

總之，74 keV VMS+MAR圖像中，金屬偽影受到有效抑制，且不影響肺結(jié)節(jié)的顯示，可有效評價微彈簧圈定位肺結(jié)節(jié)的效果。

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