多層螺旋CT低劑量掃描在CT引導下氬氦刀治療肺癌時的應用價值

李勝鰲 李 琦 曹春婕 董洪瑜 李 杰 張秋奐 王京源 華海琴 王志群

(北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院放射科，北京 100078)

氬氦靶向腫瘤治療術(shù)(簡稱氬氦刀)自1998年首次用于惡性腫瘤治療至今，其通過超低溫冷凍，可以準確滅活細胞，延長生存期，提高患者生存質(zhì)量[1]。在CT引導下氬氦刀手術(shù)過程中，由于需要多次對手術(shù)區(qū)域進行重復性掃描以進行定位，術(shù)中、術(shù)后治療效果評估，因此CT掃描輻射劑量大幅上升。本次研究基于此問題選用低劑量掃描方案，以期降低治療中的輻射劑量，進而探討低劑量CT在肺癌氬氦刀治療術(shù)中應用的可行性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院2014年1月至2017年4月期間進行肺癌氬氦刀手術(shù)患者52名，采用數(shù)字表法隨機選取22名患者采用胸部低劑量掃描方案(A組，男性10例，女性12例，年齡41～77歲，中位年齡61.5歲)；采用數(shù)字表法隨機選取30名患者采用常規(guī)劑量掃描方案(B組，男性14例，女性16例，年齡34～78歲，中位年齡61歲)。其中A組鱗癌12例、腺癌10例，B組鱗癌17例、腺癌13例，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 材料與儀器

1.2.1 采用GE Discovery CT750 HD成像系統(tǒng)

A組采用低劑量掃描，參數(shù)：管電壓120 kV、應用自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(automatic tube current modulation，ATCM)范圍 15～60 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，層厚5 mm，層間隔5 mm，重建肺窗、縱隔窗。B組采用常規(guī)劑量掃描，參數(shù)：管電壓120 kV、ATCM管電流范圍50～600 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，層厚5 mm，層間隔5 mm，重建肺窗、縱隔窗。

1.2.2 氬氦靶向腫瘤治療系統(tǒng)

采用美國Endocare公司制造的Endocare-Ⅱ型4刀氬氦刀系統(tǒng)。冷媒為北京東方醫(yī)用氣體有限公司生產(chǎn)高壓氬、高純氦，高壓氬壓力：(35±0.5)MPa (20 ℃)，高純氦：壓力(15±0.5)MPa 純度≥99．999%。氬氦刀規(guī)格1.7 mm、2.4 mm、3.0 mm。

1.2.3 術(shù)前及定位

患者健側(cè)臥位，囑患者平靜呼吸，給予心電監(jiān)護，開放靜脈通路，血氧、血壓監(jiān)測?；颊唧w表放置定位標記格柵，CT掃描定位手術(shù)區(qū)域，選擇最優(yōu)手術(shù)層面，計算進針角度、深度，根據(jù)腫塊體積、質(zhì)地、與相鄰器官的位置關(guān)系，選擇進針的位置、順序。行局部麻醉，經(jīng)數(shù)次CT引導，穿刺定位，定位完成后，將氬氦刀植入靶向位置，調(diào)整、固定。

1.2.4 冷凍治療

開啟氬氦靶向腫瘤治療系統(tǒng)，對病灶實施冷凍。冷凍過程中進行CT掃描，根據(jù)腫瘤CT值變化，評估瘤體冷凍范圍及冷凍程度，根據(jù)評估結(jié)果調(diào)整冷凍周期。達到預期效果后，手術(shù)結(jié)束，患者患側(cè)臥位行胸部平掃，上至肺尖下至膈角，層厚5 mm，觀察有無氣胸、出血、血氣胸等合并癥發(fā)生。

1.3 圖像分析評價內(nèi)容

1.3.1 肺窗

CT機自動重建肺窗(窗寬1 600/窗位-650)，重建縱隔窗(窗寬350/窗位35)，層厚5 mm，層間隔5 mm。

1.3.2 輻射劑量

掃描完成后可記錄掃描參數(shù)kV、mA、ms，查看劑量報告，輻射劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)，單位mGy、劑量長度乘積(dose length product，DLP)單位mGy·cm，由計算機自動生成。

1.3.3 腫瘤CT值測定

在重建圖像上選取腫瘤直徑最大層面密度均勻區(qū)域100 mm2圓形感興趣區(qū)，分別測量冷凍前、冷凍后CT值。

1.3.4 圖像質(zhì)量客觀評價

在兩組重建圖像上選取均勻組織進行測量。取雙側(cè)肌肉組織，感興趣區(qū)范圍100 mm2圓形區(qū)域，測量左右兩側(cè)的CT值和標準方差作為掃描圖像的噪聲指標。

1.3.5 圖像質(zhì)量評分(image quality scores，IQS)

隱藏兩組患者圖像掃描信息，隨機排列圖像順序，由兩名影像科醫(yī)師采用雙盲法進行獨立閱片，分析肺窗、縱隔窗圖像，并對所有圖像進行評分，以兩名醫(yī)師評分的均值作為最終圖像評分。采用橫斷面圖像評價方法[2]：肺窗圖像采用觀察支氣管、肺血管、肺裂及肺內(nèi)病灶邊緣銳利度5項評價，所得總分除以5獲得每幅圖像最后得分；縱隔窗圖像采用觀察心臟、肺門大血管、主動脈、胸壁骨和肌肉邊緣的銳利程度及縱隔內(nèi)結(jié)構(gòu)(血管、氣管、食道等)與鄰近組織的對比程度4項進行評價，所得分數(shù)除以4為每幅圖像得分。上述評分標準分為0～5分，5分：邊緣清晰，無偽影；4分：邊緣略模糊，無偽影；3分：邊緣略模糊，少量偽影；2分：邊緣模糊，中等量偽影；1分：大量偽影，縱隔結(jié)構(gòu)無法顯示。質(zhì)量評分標準分為5級，5級優(yōu)秀(4.50～5.00)，4級良好(3.50～4.49)，3級中等(2.50～3.49)，2級較差(1.50～2.49)，1級差(0.00～1.49)。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件。兩組患者掃描輻射劑量指數(shù)CTDIvol、氬氦刀冷凍前后病灶CT值、圖像噪聲間的差異采用重復測量方差分析，圖像質(zhì)量評分采用非參數(shù)多個獨立樣本Kruskal-WallisH檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量指數(shù)

輻射劑量兩組患者術(shù)中平均重復掃描6次，輻射劑量指數(shù)CTDIvol組間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，A組較B組的輻射劑量指數(shù)下降80.90%(表1)。

2.2 腫瘤CT圖像噪聲比較

氬氦刀治療前A組、B組腫瘤CT值間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),治療后兩組CT值的差異以及圖像噪聲值間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表2)。

表1 掃描CTDIvol間的差異Tab.1 Differences between CTDIvol

表2 腫瘤CT值、圖像噪聲兩組間的差異Tab.3 Difference of tumor CT value and image noise between two groups

2.3 圖像評價

A組、B組肺紋理圖像評分間差異有統(tǒng)計學意義(P=0.020)，B組評分優(yōu)于A組，其余各項圖像質(zhì)量評分間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05，表3，圖1)。

表3 A組與B組圖像評分間的差異Tab. 3 Differences of image scores between two groups

3 討論

1998年10月，美國Endocare公司研發(fā)成功一種利用超低溫介入冷-熱消融靶向腫瘤治療設(shè)備，簡稱美國氬氦刀(Endocare Cryocare TM Surgical System)經(jīng)中國藥監(jiān)局批準于1999年10月引進中國。其工作原理為：依靠高壓氬氣在刀尖內(nèi)急速釋放、快速膨脹時吸收周圍熱量，十幾秒內(nèi)使周圍組織溫度下降至-120～-140 ℃低溫，因組織溫度的急速下降，冰晶在組織細胞、微動脈、微靜脈內(nèi)外快速形成，從而達到快速冷凍效果，之后高壓氦氣工作，快速升溫致熱。迅速冷-熱交替過程中，會導致細胞膜破壞，細胞核破裂，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)變性，線粒體消失等，最終致細胞死亡。CT影像上，經(jīng)氬氦刀冷凍的腫瘤組織表現(xiàn)為組織密度減低，CT值下降，CT圖像上被冷凍的密度減低區(qū)稱為冰球，與未冷凍腫瘤組織相比較，冰球的范圍、直徑、邊界清晰可見?，F(xiàn)在，微創(chuàng)治療技術(shù)在惡性腫瘤的治療中已成為熱點，作為一種先進的腫瘤微創(chuàng)治療技術(shù)，氬氦刀具有適應證廣、靶向性強、消融效果明顯、不良反應小等優(yōu)點，氬氦靶向消融技術(shù)在腫瘤治療中應用廣泛。

CT具有密度分辨率高，檢查便利，成像速度快等優(yōu)勢[3]，在臨床得到廣泛應用。肺部病變的檢查手段中，因CT所具有的高度敏感性，使其能夠提供更多的診斷信息[4]。隨著多層CT的普及，輻射劑量給人體帶來的傷害也引起人們的重視，低劑量掃描技術(shù)逐漸被關(guān)注[5]。CT引導下氬氦刀治療術(shù)是治療惡性腫瘤的重要手段[6-7]，術(shù)中對病變的診斷已經(jīng)不是主要內(nèi)容，準確的定位穿刺，清晰顯示氬氦刀工作產(chǎn)生的冰球范圍是觀察的重點，因此，在保證圖像質(zhì)量能夠順利完成手術(shù)的前提下，采用低劑量掃描方案，合理降低輻射劑量成為可能。

圖1 肺紋理圖像評價Fig.1 Pulmonary texture image evaluation

降低輻射劑量有很多方法，其中包括降低管電壓、降低管電流、減少掃描時間、增大掃描螺距[7]、應用自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(automatic tube current modulation，ATCM)，達到個體優(yōu)化等，每種方法都可以有效降低輻射劑量，且每種方法也有各自的不足。管電壓下降會使輻射劑量下降，使X線穿透力降低，信噪比(signal-noise ratio，SNR)相應降低，組織對X線的吸收量增加；增大螺距(掃描床速與掃描層厚之間的比值)，使曝光量減少，降低輻射劑量，但Z軸分辨力也隨之下降，氬氦刀治療術(shù)穿刺定位過程中，觀察針尖所處的位置十分重要，Z軸分辨力下降，會影響對針尖位置的觀察，如果針尖超出預定位置，會使其對周圍組織器官造成傷害的危險系數(shù)增加，如果針尖未達到預定位置，氬氦刀植入后，冰球冷凍范圍不能覆蓋腫瘤邊緣，有可能殘留腫瘤細胞，成為復發(fā)來源[8]，將直接影響手術(shù)效果；降低管電流可降低輻射劑量，也會降低圖像信噪比，但在胸部，由于肺內(nèi)含氣量豐富，天然對比優(yōu)良，CT掃描圖像質(zhì)量不會受到顯著影響,被研究者[9-11]作為低劑量掃描應用的首選。

本研究選用降低管電流的方法，且選擇ATCM 15～60 mA范圍，通過降低管電流，完成個體優(yōu)化，來達到降低輻射劑量的目的。CT引導下氬氦刀治療術(shù)中，CT掃描需要完成穿刺定位、術(shù)中及術(shù)后對腫瘤冷凍效果評估兩項主要內(nèi)容。因此，在選擇低劑量掃描條件時，需要兼顧肺窗和縱隔窗的圖像質(zhì)量。有文獻[12]報道隨著mA值降低，輻射劑量也隨之降低，輻射劑量與mA量呈正比關(guān)系，管電流降至10 mA，在進行胸部活檢穿刺時，肺窗圖像依然能夠清晰顯示穿刺針的穿刺路徑及與相鄰重要組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以保證穿刺順利完成，但縱隔窗觀察價值下降。低劑量掃描條件就常規(guī)劑量而言，圖像顯示特點表現(xiàn)：所得圖像顆粒度粗、對比度降低、圖像噪聲增大、縱隔窗肺尖、肺底可出現(xiàn)條形偽影，在氬氦刀治療術(shù)中，管電流選取范圍過低，會導致縱隔窗圖像質(zhì)量的下降，不利于在縱隔窗上觀察腫瘤的邊界及形態(tài)，不利于觀察冰球在瘤體中的覆蓋范圍，直接影響術(shù)中術(shù)后氬氦刀對腫瘤冷凍效果的評估。研究[11]顯示，胸部低劑量CT掃描管電流選取范圍為20～40 mA為理想條件，所獲得的圖像質(zhì)量不會影響診斷的準確性，與常規(guī)劑量圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學意義[13],考慮到穿刺針、氬氦刀在掃描過程中所產(chǎn)生的偽影對圖像的影響，本研究將管電流設(shè)定為ATCM 15～60 mA范圍，以滿足不同觀察窗的圖像質(zhì)量要求。本方法中圖像評分結(jié)果為肺紋理評分B組優(yōu)于A組，其余各項圖像質(zhì)量評分間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。分析原因，由于mA值的降低使圖像噪聲增加，肺窗顯示顆粒感稍重。綜合考慮在縱隔、腫塊、冰球及偽影方面，兩組圖像差異均無統(tǒng)計學意義，因此，低劑量掃描圖像不影響手術(shù)進行。

腫瘤組織在冷凍后，細胞皺縮、脫水[14]，CT影像上CT值會發(fā)生改變，瘤體內(nèi)CT值降低區(qū)域即為冰球形成覆蓋的區(qū)域，手術(shù)過程中要根據(jù)冰球的大小來調(diào)整冷凍的時間和功率，有研究[15]顯示，冰球邊界內(nèi) 8 mm球形范圍內(nèi)細胞可達到100%死亡，如果冰球覆蓋不足，瘤灶邊緣腫瘤細胞未能滅活，有可能出現(xiàn)原位復發(fā)和轉(zhuǎn)移。因此，清晰顯示冰球邊界是評估手術(shù)效果的重要因素。在本方法中，腫瘤CT值兩組結(jié)果顯示分別為：A組治療前(48.12±16.47)Hu，治療后(-16.42±13.95)Hu；B組治療前(46.74±10.79)Hu，治療后(-14.22±7.83)Hu，治療前后兩組腫瘤CT值比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，且A、B兩組治療前后CT值降低幅度相當，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，不影響冷凍效果評估。

通過本方法掃描結(jié)果顯示，單次掃描輻射劑量加權(quán)指數(shù)CTDIvol降低至(3.63±0.54)mGy，與常規(guī)劑量所得(18.99±5.20)mGy相比較，下降幅度為80.90%。

綜上所述，本研究采用的低劑量掃描方案在肺腫瘤氬氦刀治療術(shù)中，能夠大幅度降低受檢者輻射劑量，掃描圖像質(zhì)量能夠完全滿足臨床診斷要求，穿刺路徑顯示清晰，冷凍效果顯示準確，在胸部肺腫瘤氬氦刀治療術(shù)中顯示出了較好的應用價值。

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