能譜純化技術(shù)在降低CT引導(dǎo)下肺腫瘤微波消融術(shù)中輻射劑量的應(yīng)用研究

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院 腫瘤介入科，上海 200127

引言

近年來，微波消融術(shù)（Microwave Ablation，MWA）廣泛應(yīng)用于各種肺部腫瘤的治療，相比于其他的熱消融技術(shù)，MWA具有消融時(shí)間短、消融范圍大，受血流灌注影響小，局部復(fù)發(fā)率低等優(yōu)勢[1-2]。CT是目前肺腫瘤熱消融最常用和最準(zhǔn)確的影像引導(dǎo)手段[3-4]。然而，消融操作過程中反復(fù)多次的局部掃描會使患者受到過高的輻射暴露[5-6]。因此，降低患者肺腫瘤MWA中所受的輻射具有重要的臨床意義。

隨著CT掃描技術(shù)的革新，各種低劑量掃描技術(shù)越來越多的應(yīng)用于臨床，以減少患者在CT檢查中所受的輻射劑量[7-9]。其中，能譜純化技術(shù)已經(jīng)被證實(shí)可以大幅降低胸部CT平掃患者所受的輻射劑量以及抑制線束硬化偽影[10-12]。然而，目前尚無研究表明能譜純化技術(shù)是否可以應(yīng)用于CT引導(dǎo)下肺腫瘤MWA中，以降低患者所受的輻射劑量。因此，本研究擬通過比較能譜純化技術(shù)與常規(guī)劑量掃描下CT引導(dǎo)肺腫瘤MWA中圖像質(zhì)量，操作時(shí)間，輻射劑量等指標(biāo)，明確能譜純化技術(shù)在降低CT引導(dǎo)下肺腫瘤MWA中輻射劑量的可行性及臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2019年3月至2020年3月，連續(xù)納入我院診斷為肺部惡性腫瘤需行CT引導(dǎo)下肺腫瘤MWA的患者60名。使用隨機(jī)數(shù)表法將60名患者隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組和對照組，每組30例。記錄兩組患者的年齡、性別、體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）、腫瘤病理類型、病變特征、操作時(shí)間等信息。本研究方案已經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審查批準(zhǔn)，所有患者均簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書。

1.2 檢查方法

首先根據(jù)患者先前影像學(xué)資料選擇合適的體位并進(jìn)行病灶局部掃描，以確定最佳的體表穿刺點(diǎn)和進(jìn)針角度。在患者體表進(jìn)行穿刺點(diǎn)標(biāo)記，常規(guī)消毒鋪單及局部麻醉后，采用逐步進(jìn)針法使用微波消融針穿刺靶病灶，并通過多次病灶局部掃描，調(diào)整消融針方向及深度，直至達(dá)到滿意的消融位置并進(jìn)行消融。消融結(jié)束后，進(jìn)行全肺掃描（包括肺尖至肺底范圍），以確定有無即刻氣胸，出血等并發(fā)癥的發(fā)生。所有肺腫瘤消融患者于術(shù)后第二天行胸部平片檢查以明確有無延遲性氣胸發(fā)生。

所有掃描均使用第三代西門子雙源CT。實(shí)驗(yàn)組掃描電壓為Sn100 kV，啟用自動管電流調(diào)制技術(shù)，參考值96 mAs。對照組掃描電壓為120 kV，啟動CAREDose 4D，參考值94 mAs。其余掃描及重建參數(shù)相同：準(zhǔn)直為2 mm×96 mm×0.6 mm、螺距1.2、轉(zhuǎn)速0.5 s/圈。所有圖像原始數(shù)據(jù)重建軟組織窗（卷積和：B30f）、肺窗（卷積和：B60f）；重建層厚2 mm，間隔1.5 mm。使用ADMIRE迭代強(qiáng)度3進(jìn)行迭代重建。

1.3 圖像分析

客觀圖像質(zhì)量評價(jià)：所有患者的圖像傳輸?shù)焦ぷ髡具M(jìn)行測量，使用消融結(jié)束后全肺掃描的縱膈窗圖像進(jìn)行測量，胸主動脈層面畫圓形感興趣區(qū)（大小為2 cm2，避開明顯鈣化、軟斑塊和硬化偽影）測量血管的平均CT值。使用相同大小的感興趣區(qū)測量同一層面的圖像噪聲（胸壁外空氣的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差），并計(jì)算圖像信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR），具體計(jì)算公式為：SNR=血管的CT值/背景噪聲。

主觀圖像質(zhì)量評價(jià)：對患者信息和掃描參數(shù)進(jìn)行隱藏后，采用雙盲法評估，由2名資深介入科醫(yī)師對各組檢查獲得的肺窗和縱隔窗圖像做出主觀評價(jià)，按照肺紋理和肺內(nèi)病變顯示的清晰程度以及消融針的線束硬化偽影程度對圖像進(jìn)行4級分級打分，評分標(biāo)準(zhǔn)為：4分即雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示清晰，無線束硬化偽影存在干擾，圖像能提供充分的消融定位信息；3分即雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示較清晰，有輕度線束硬化偽影存在，圖像能提供足夠的消融定位信息；2分即雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示欠清晰，有較嚴(yán)重的線束硬化偽影存在，圖像提供的消融定位信息不足。1分即雙肺紋理及肺內(nèi)病變無法清晰顯示，線束硬化偽影重，圖像完全不能提供消融定位信息。

1.4 輻射劑量評估

將所有患者掃描結(jié)束后產(chǎn)生的每次病灶局部掃描的管電壓、管電流、容積CT劑量指數(shù)（Volumetric CT Dose Index，CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）記錄下來，按照公式算出有效劑量（Effective Radiation Dose，ED）值 ：ED=DLP×k(k=0.014 mSv/[mGy×cm])[13]，并計(jì)算出每個(gè)患者在整個(gè)消融過程中所受的總體輻射劑量及每次病灶局部掃描的輻射劑量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)評價(jià)兩組患者的年齡、BMI、輻射劑量、操作時(shí)間等指標(biāo)的差異，以及兩組圖像的CT值、圖像噪聲、信噪比的差異。采用χ2檢驗(yàn)比較兩組間性別構(gòu)成比等比例資料的差異。采用Wilcoxon signed-rank檢驗(yàn)，比較圖像質(zhì)量主觀得分。2名醫(yī)師關(guān)于圖像質(zhì)量的主觀評價(jià)的一致性使用k統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。k值小于0.20表示較差相關(guān)性；k值為0.21～0.40表示一般相關(guān)性；k值0.41～0.60表示中等的相關(guān)性；k值0.61～0.80表示較好的相關(guān)性；k值0.81～1.00顯示良好的相關(guān)性。P值小于0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 研究對象

60名患者均成功在CT引導(dǎo)下完成肺腫瘤MWA，無嚴(yán)重消融并發(fā)癥及死亡發(fā)生。60名患者的基本信息如表1所示，兩組間患者在年齡、性別、BMI、掃描體位、病理類型分布、病變基本特征等方面均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P值均大于0.05）。另外，實(shí)驗(yàn)組和對照組患者在消融操作過程中，醫(yī)生操作時(shí)間和局部病灶掃描次數(shù)亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2.2 圖像分析結(jié)果

?

兩名介入科醫(yī)生（分別有5年和10年的影像介入工作經(jīng)驗(yàn)）對圖像質(zhì)量評價(jià)的一致性良好（k=0.733）。兩患者圖像質(zhì)量的分析結(jié)果如表2所示。實(shí)驗(yàn)組的圖像噪聲顯著高于對照組，圖像的SNR低于對照組，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖1）。而兩組間圖像的CT值以及主觀評分均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

表2 兩組患者圖像質(zhì)量的分析

圖1 兩組患者客觀圖像質(zhì)量比較

2.3 輻射劑量

實(shí)驗(yàn)組實(shí)際掃描的電流值為（165.50±98.14）mAs，顯著高于對照組的（103.43±46.76）mAs（P=0.033）。兩組患者在肺腫瘤MWA中所受的輻射劑量比較如表3所示。實(shí)驗(yàn)組患者所受輻射劑量（無論是局部病灶掃描輻射劑量還是總體輻射劑量）顯著低于對照組（P值均小于0.05）。相比于對照組，實(shí)驗(yàn)組患者所受的輻射劑量下降約90%。圖2所示實(shí)驗(yàn)組患者在消融過程中的圖像質(zhì)量及輻射劑量。

圖2 實(shí)驗(yàn)組患者在消融過程中的圖像質(zhì)量及輻射劑量

3 討論

本研究首次將能譜純化技術(shù)應(yīng)用于CT引導(dǎo)下的肺腫瘤MWA中，研究結(jié)果表明與常規(guī)劑量掃描方案相比，能譜純化技術(shù)掃描方案可以降低MWA中約90%的輻射劑量，而不影響圖像質(zhì)量和增加手術(shù)操作時(shí)間。

CT是肺腫瘤MWA治療最主要的引導(dǎo)手段，具有定位精確、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥和評估療效的優(yōu)點(diǎn)[14]。CT密度分辨率高，能顯示病灶橫斷面位置，清楚顯示心臟、大血管與病灶的關(guān)系，可以避免損傷到心臟大血管、氣管、食管等重要結(jié)構(gòu)。然而，輻射劑量是CT引導(dǎo)下介入操作中亟需解決的難題[15-16]：由于肺存在自主呼吸運(yùn)動，同時(shí)肺組織血運(yùn)豐富，導(dǎo)致了肺部腫瘤MWA具有穿刺定位的困難，常需要多次對病灶局部進(jìn)行掃描，以確定微波消融針的到達(dá)滿意的消融位置以及評估術(shù)后是否有出血、氣胸等并發(fā)癥的發(fā)生。反復(fù)多次的掃描會使患者受到過高的輻射暴露。據(jù)報(bào)道，患者在肺消融過程中所受到的平均輻射劑量DLP可高達(dá)1004 mGy.cm[5]。在本研究中，對照組患者所受的輻射劑量DLP為609 mGy.cm，已經(jīng)大幅低于文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)值，而且使用能譜純化技術(shù)后，實(shí)驗(yàn)組患者所受輻射劑量進(jìn)一步下降，平均DLP僅為63.83 mGy.cm。

能譜純化技術(shù)是近年來新出現(xiàn)的一種肺部CT低劑量掃描技術(shù)，通過將一塊0.6 mm厚的錫過濾板移動到X線管前的X射線束準(zhǔn)直器中，從而過濾掉X線束中能量＜30 keV的低能射線，可將100 kV的射線的平均能量從66.4keV提高到78.7 keV，使射線具有更好的穿透性，可以在保證圖像質(zhì)量的前提下，大幅降低患者所受的輻射劑量[17]。已經(jīng)有研究表明，使用能譜純化技術(shù)進(jìn)行肺部低劑量掃描，可以將患者所受的輻射劑量降低至0.06 mSv，甚至低于一張胸片的輻射劑量[10]。因此，也有學(xué)者嘗試將能譜純化技術(shù)用于CT引導(dǎo)的肺部介入操作中，以期降低操作中患者所受的輻射劑量，并取得了理想的效果：Li等[18]將能譜純化技術(shù)應(yīng)用于CT引導(dǎo)下肺部病灶穿刺活檢術(shù)，相比于常規(guī)劑量掃描方案，能譜純化技術(shù)可以將患者受的輻射劑量由1.78 mSv降低至0.14 mSv，且保持較高的圖像質(zhì)量和活檢結(jié)果的陽性率；Liu等[19]將能譜純化技術(shù)應(yīng)用于CT引導(dǎo)下胸腔鏡術(shù)前hook-wire放置，使得能譜純化技術(shù)可以保證技術(shù)成功率的前提下，大幅降低患者所受的輻射劑量。本研究首次將能譜純化技術(shù)應(yīng)用于降低CT引導(dǎo)下肺腫瘤的MWA。另外，與常規(guī)劑量掃描方案相比，本研究的能譜純化技術(shù)掃描方案可以大幅降低患者在肺腫瘤MWA中所受的輻射劑量。而且，相比于以往的低劑量研究，手術(shù)操作時(shí)間是本研究新評估的一項(xiàng)新的重要參數(shù)。雖然實(shí)驗(yàn)組的圖像在圖像噪聲，信噪比等評估中遜于對照組，但是其主觀圖像質(zhì)量評分，手術(shù)操作時(shí)間與對照組相比無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，表明實(shí)驗(yàn)組的圖像質(zhì)量仍然可以滿足介入操作需求。

CT輻射劑量的降低通常意味著圖像噪聲的增加。為了提供滿足穿刺要求的圖像質(zhì)量，本研究中使用了ADMIRE迭代重建技術(shù)來降低圖像的噪聲。ADMIRE可以利用系統(tǒng)模型、統(tǒng)計(jì)模型和解剖模型在原始數(shù)據(jù)域與圖像域進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算，從而減少圖像的背景噪聲并提高低對比度物體的可檢測性，使圖像噪聲與劑量之間呈非線性關(guān)系[20]。本研究中實(shí)驗(yàn)組的實(shí)際掃描電流顯著高于對照組，提高管電流也可以在一定程度上補(bǔ)償?shù)洼椛鋭┝克鶐淼膱D像質(zhì)量的損失。

但是，本研究也存在一些不足之處。例如：患者的樣本量相對較小、本文沒有評價(jià)兩組患者中肺腫瘤MWA的治療效果以及術(shù)后的并發(fā)癥發(fā)生率，以及受限于能譜純化技術(shù)的原理，本文僅研究了其在CT引導(dǎo)下肺部腫瘤MWA中的應(yīng)用，對于其他部位的CT引導(dǎo)下的介入操作的可行性還有待于進(jìn)一步研究。

綜上，本研究表明能譜純化技術(shù)可以在保證圖像質(zhì)量和不增加操作時(shí)間的前提下，大幅降低CT引導(dǎo)下肺腫瘤MWA中患者所受的輻射劑量。