比較研究單源序列采集雙能CT結(jié)腸成像容積和螺旋掃描模式

梁 丹，阿布都克尤木江·阿布力孜，劉志飛，孔德燦，李文儒，朱冬云，戎軍艷，張 曦，Wenli Cai，羅明月△

(1.廣東省廣州市第一人民醫(yī)院放射科 510180;2.新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 844000；3.中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院放射科，廣州 510655；4.中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系，西安710032；5.哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院麻州總醫(yī)院放射科，麻州波士頓02114)

雙能CT包括單源瞬時(shí)管電壓切換型[1-3]、單源序列采集型[4-5]、單源雙光束型[6]和雙源型[7-8]，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。單源序列采集雙能CT 既有設(shè)備上容易實(shí)現(xiàn)、避免了高低能量之間的能譜重疊的優(yōu)點(diǎn)[9]，也有相對(duì)較長(zhǎng)的掃描時(shí)間及其可能導(dǎo)致的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量問題和較高的輻射劑量的缺點(diǎn)[3]。

雙能CT結(jié)腸成像很有希望成為結(jié)直腸癌的篩查新技術(shù)[10-11]，雖然單源序列采集雙能CT能夠進(jìn)行容積和螺旋2種模式掃描，但是國(guó)內(nèi)外迄今較少見這2種掃描模式雙能CT結(jié)腸成像的比較研究報(bào)道。因此，本文將針對(duì)上述3個(gè)可能的缺點(diǎn)，比較研究單源序列采集雙能CT結(jié)腸成像2種掃描模式的掃描時(shí)間、輻射劑量和運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1一般資料 納入無影響胃腸道運(yùn)動(dòng)功能病史的志愿者46例，其中男21例、女25例，年齡(57.70±11.87)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：影響胃腸道運(yùn)動(dòng)功能的病史者，肝和/或腎功能不全者，甲狀腺功能亢進(jìn)者，活動(dòng)性肺結(jié)核者，多發(fā)性骨髓瘤者，對(duì)碘過敏者，孕婦。研究方案得到本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有志愿者均知情同意本研究。

1.2結(jié)直腸內(nèi)容物標(biāo)記和注氣擴(kuò)張 CT檢查前1 d志愿者低殘?jiān)嬍常?、中、晚餐后和睡覺前分別口服4.0%泛影葡胺(湖南漢森制藥有限公司)60 mL標(biāo)記腸內(nèi)容物，餐后喝水200 mL，全天喝水2 000 mL。檢查當(dāng)天早餐后再口服4.0%泛影葡胺60 mL標(biāo)記腸內(nèi)容物，喝水200 mL。使用JS-628F灌腸機(jī)(廣州今健科技有限公司)經(jīng)導(dǎo)管部分自動(dòng)向結(jié)直腸灌注空氣，使其充分?jǐn)U張。

1.3雙能CT結(jié)腸成像掃描和圖像后處理 采用Acquilion ONE 320排CT機(jī)(Toshiba Medical System，Tochiki-ken，日本)，志愿者仰臥位，掃描時(shí)身體保持不動(dòng)且屏住呼吸。容積掃描：wide-volume，層厚0.5 mm，球管電壓135 kVp/80 kVp，球管電流自適應(yīng)球管電壓的變化(sure exposure 3D low dose)，球管旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間0.35 s，AIDR3D STD重建算法。螺旋掃描：螺距因子/螺距=0.085/6.8，層厚0.5 mm×80.0 mm，球管電壓135 kVp/80 kVp，對(duì)應(yīng)的球管電流為10 mA/60 mA，其他參數(shù)同容積掃描模式。在圖像后處理工作站(Vitrea，Toshiba Medical System，Tochiki-ken，日本)分別對(duì)2種掃描模式的135 kVp/80 kVp圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)，獲得運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的135 kVp/80 kVp圖像。再對(duì)運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前、后的135 kVp/80 kVp圖像進(jìn)行線性融合，得到運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前、后的結(jié)直腸雙能融合圖像。

1.4記錄項(xiàng)目 記錄每例志愿者2種掃描模式的掃描時(shí)間。容積CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積。輻射劑量以有效輻射劑量表示，有效輻射劑量=劑量長(zhǎng)度乘積×CF，式中CF為不同部位的有效輻射劑量轉(zhuǎn)化系數(shù)，腹部的CF為0.015[12]。

1.5評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量 結(jié)直腸按照解剖部位分為盲腸、升結(jié)腸、橫結(jié)腸、降結(jié)腸、乙狀結(jié)腸及直腸共6段。2位富有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生采用盲法分別評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量。如果2位的評(píng)價(jià)有分歧，則與另1位更富經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生討論后達(dá)成一致性意見。圖像質(zhì)量分為4個(gè)等級(jí)：1級(jí)，圖像質(zhì)量良好，無偽影，結(jié)直腸清晰；2級(jí)，圖像質(zhì)量一般，輕度偽影，腸段局限性偽影，并且偽影的總層面數(shù)目小于5個(gè)；3級(jí)，圖像質(zhì)量差，中度偽影，偽影的范圍小于或等于1/2腸段面積；4級(jí)，圖像質(zhì)量很差，重度偽影，偽影的范圍大于1/2腸段面積。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析。采用配對(duì)t檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析2種掃描模式的掃描時(shí)間、輻射劑量；采用兩標(biāo)本率比較的U檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析2種掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量；以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1掃描時(shí)間 容積和螺旋掃描模式的掃描時(shí)間分別為(12.31±2.32)、(39.55±3.08)s，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=47.912 4，P<0.01)。

2.2輻射劑量 2種掃描模式的有效輻射劑量分別為(4.14±1.51)、(4.71±0.91)mSv，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.193 0,P<0.05)。

表1 容積掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸融合圖像質(zhì)量(n)

表2 螺旋掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸融合圖像質(zhì)量(n)

A：運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前橫結(jié)腸雙能量融合圖像質(zhì)量2級(jí)，圖像質(zhì)量一般，輕度、局限性偽影；B：運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后橫結(jié)腸雙能量融合圖像質(zhì)量1級(jí)，圖像質(zhì)量良好，無偽影，結(jié)直腸清晰

圖1運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)對(duì)容積掃描模式的數(shù)據(jù)有效

A：運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)前橫結(jié)腸雙能量融合圖像；B：運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后橫結(jié)腸雙能量融合圖像。圖像質(zhì)量均為3級(jí)，質(zhì)量差，中度偽影

圖2運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)對(duì)螺旋掃描模式的數(shù)據(jù)無效

2.3運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量 2種掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量分別見表1、2。2種掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量1級(jí)分別為96.7%、62.6%，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(U=9.959 0，P<0.01)。運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)對(duì)容積掃描模式的數(shù)據(jù)有效(圖1)，對(duì)螺旋掃描模式的數(shù)據(jù)無效，見圖2。

3 討 論

單源序列采集雙能CT在具有優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，不足之處是相對(duì)較長(zhǎng)的掃描時(shí)間、可能引起的雙能融合圖像質(zhì)量容易受被檢查器官運(yùn)動(dòng)影響、較高的輻射劑量[3,9]。雙能CT結(jié)腸成像的掃描范圍大，包括整個(gè)結(jié)直腸區(qū)域，上起自膈肌頂部，下止于恥骨聯(lián)合下緣，因?yàn)榻Y(jié)直腸運(yùn)動(dòng)的影響，對(duì)掃描時(shí)間的要求更高。本文是國(guó)內(nèi)外較早比較單源序列采集雙能CT結(jié)腸成像的容積和螺旋掃描模式的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)容積掃描模式的掃描時(shí)間只有(12.31±2.32)s，有效輻射劑量為(4.14±1.51)mSv，運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量1級(jí)達(dá)96.7%。

運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)是在層(slice)配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的體(volume)配準(zhǔn)，容積掃描模式的掃描時(shí)間短、速度快，螺旋掃描模式的掃描時(shí)間長(zhǎng)、速度慢。因此運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)對(duì)容積掃描模式的數(shù)據(jù)有效,對(duì)螺旋掃描模式的數(shù)據(jù)無效。本研究容積和螺旋掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量1級(jí)分別為96.7%、62.6%，兩者比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(U=9.959 0，P<0.01)。

以常規(guī)CT為對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，利用配準(zhǔn)算法校正高低能量序列圖像數(shù)據(jù)之間潛在的運(yùn)動(dòng)影響后，Acquilion ONE單源序列采集容積掃描雙能CT檢測(cè)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎尿酸沉積的靈敏度和特異度均較高[13]；以關(guān)節(jié)吸引術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，它可能替代雙源雙能CT診斷急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎[14]；晶體性關(guān)節(jié)病的試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯窟€提示，它可以檢測(cè)并表征出現(xiàn)在軟組織中的相對(duì)低濃度晶體沉積物，但是還需要臨床病例研究進(jìn)一步驗(yàn)證其診斷晶體性關(guān)節(jié)病和監(jiān)測(cè)療效的益處，及其與雙源雙能CT比較的差異[15]。此外，它對(duì)骨髓水腫的評(píng)價(jià)較MRI不容易受金屬偽影的影響，可以改善融合椎體附近椎體骨髓水腫的顯示[16]；以1.5T的MRI為標(biāo)準(zhǔn)，它可以有效顯示骨髓水腫，檢測(cè)椎體壓縮性骨折有相當(dāng)好的靈敏度和特異度，但是圖像質(zhì)量還需要進(jìn)一步研究改善[17]。

采用Siemens Healthcare 單源序列采集雙能CT實(shí)驗(yàn)研究35枚尿路結(jié)石的結(jié)果提示，經(jīng)過運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)140 kVp/80 kVp圖像后，它能夠準(zhǔn)確表征尿路結(jié)石的成分[18]；經(jīng)過三維形變空間上配準(zhǔn)34例患者共469枚腎結(jié)石的140 kVp/80 kVp圖像后，它可以準(zhǔn)確地鑒別尿酸性與非尿酸性腎結(jié)石[19]。

本試驗(yàn)僅為比較研究，尚具有下列局限性。(1)研究標(biāo)本量較小。(2)容積掃描模式運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量1級(jí)為96.7%，沒有達(dá)到臨床應(yīng)用需要的100.0%。(3)沒有與其他廠商單源序列采集容積掃描雙能CT結(jié)腸成像進(jìn)行比較。(4)沒有與單源瞬時(shí)管電壓切換型、單源雙光束型和雙源型雙能CT結(jié)腸成像進(jìn)行比較。上述局限性需要在未來的研究工作中進(jìn)一步完善。

綜上所述，與螺旋掃描模式相比較，單源序列采集雙能CT結(jié)腸成像容積掃描模式不僅掃描時(shí)間短、輻射劑量低，而且運(yùn)動(dòng)校正算法體配準(zhǔn)后的結(jié)直腸雙能融合圖像質(zhì)量好，單源序列采集雙能CT結(jié)腸成像容積掃描模式優(yōu)于螺旋掃描模式。