能譜CT金屬偽影抑制算法在胸部穿刺活檢中的應(yīng)用價(jià)值＊

何 亮 唐彩銀,2,* 張 繼 田為中 朱鵬飛

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬泰州人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (江蘇 泰州 225300)

2.江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院泰州臨床學(xué)院 (江蘇 泰州 225300)

CT引導(dǎo)下的穿刺活檢能夠在獲取組織學(xué)樣本前直接進(jìn)行準(zhǔn)確的腫瘤定位、穿刺中的監(jiān)測以及穿刺針尖位置和穿刺路徑的確認(rèn)。很多肺部占位患者在進(jìn)一步治療之前都需要行胸部穿刺活檢來明確病變的性質(zhì)，CT引導(dǎo)下的胸部穿刺由于其創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)，成了胸部穿刺活檢的常用方法[1]。在CT引導(dǎo)下的活檢過程中，當(dāng)穿刺針接近病變即將到達(dá)感興趣區(qū)時(shí)，其引起的金屬偽影會導(dǎo)致肺部占位的可見程度降低。當(dāng)病灶中有液化壞死區(qū)域時(shí)，與可見程度良好的病灶相比，金屬偽影導(dǎo)致的可見程度不足造成了假陰性結(jié)果的比例上升[2]。

能譜CT金屬偽影抑制(metal artifacts reduction，MAR)算法是在能譜掃描后，通過能譜掃描的高kV和低kV數(shù)據(jù)，對X射線透過金屬植入物后產(chǎn)生的光子饑餓效應(yīng)所導(dǎo)致的低信號區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，重新計(jì)算受金屬影響的圖像數(shù)據(jù)，為金屬植入物及周邊組織提供正確的投射數(shù)據(jù)，從而起到降低金屬偽影的作用[3]。目前，能譜金屬偽影抑制算法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種類型的金屬植入物偽影的抑制，如髖關(guān)節(jié)假體、齒科植入物、顱內(nèi)動脈瘤彈簧圈以及脊柱內(nèi)固定等[4-7]，但在CT引導(dǎo)下的胸部穿刺中應(yīng)用該算法的相關(guān)研究較少，能譜CT金屬偽影抑制算法在實(shí)際穿刺中對穿刺針偽影的抑制效果未得到證實(shí)。本研究通過對CT引導(dǎo)下胸部穿刺的相關(guān)圖像進(jìn)行回顧性分析，探討能譜CT金屬偽影抑制算法削減穿刺針金屬偽影的效果。

1 資料與方法

1.1 一般資料回顧性分析2021年5月至2022年8月在我院進(jìn)行CT引導(dǎo)下胸部穿刺活檢患者的圖像，并根據(jù)穿刺定位時(shí)CT掃描方式的不同，分為能譜掃描組和常規(guī)掃描組。

納入標(biāo)準(zhǔn)：肺部占位大小≥1cm；穿刺針均為相同型號大??；能譜掃描組的數(shù)據(jù)中包含使用金屬偽影抑制(MAR)算法和不使用金屬偽影抑制算法重建的圖像。排除標(biāo)準(zhǔn)：肺部占位層面圖像存在除穿刺針偽影之外的其他偽影；穿刺針未置入病灶中；掃描原始數(shù)據(jù)缺失，無法重建。共納入符合條件的患者66例，其中接受能譜掃描的病人32例，常規(guī)掃描的病人34例，肺部占位大小為52.7±25.97mm，平均年齡為69.5±11.3歲。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者在穿刺前均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 掃描方法 使用美國GE公司的Revolution CT進(jìn)行掃描，常規(guī)掃描參數(shù)：管電壓為120kV，管電流采用Smart-Dose自動毫安技術(shù)調(diào)節(jié)，管電流范圍為140-200mA，噪聲指數(shù)NI設(shè)定為15，掃描層厚為5mm，層間距5mm，準(zhǔn)直寬度為80mm，螺距為0.992：1，球管旋轉(zhuǎn)速度為0.5s/r。能譜掃描參數(shù)：采用GSI能譜掃描模式，管電壓在0.25ms周期內(nèi)進(jìn)行80kV與140kV之間的瞬時(shí)切換，管電流采用GSI Assist技術(shù)調(diào)節(jié)，默認(rèn)管電流為200mA，噪聲指數(shù)NI設(shè)定為15，掃描層厚為5mm，層間距5mm，準(zhǔn)直寬度為80mm，螺距為0.992：1，球管旋轉(zhuǎn)速度為0.5s/r。

1.2.2 圖像重建 由于穿刺針較細(xì)，常規(guī)厚層圖像的部分容積效應(yīng)較大，故在掃描時(shí)利用原始數(shù)據(jù)進(jìn)行薄層重建，常規(guī)掃描重建參數(shù)：層厚1.25mm，層間距1.25mm，迭代指數(shù)Asir-V為50%，Recon Type為Standard，定義為常規(guī)掃描組；考慮到常規(guī)掃描的管電壓為120kV，為防止不同管電壓對圖像CT值的影響，在對能譜掃描原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建時(shí)選擇120kVp混合能量重建，并在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行使用金屬偽影抑制算法和不使用金屬偽影抑制算法的圖像重建，重建參數(shù)：層厚1.25mm，層間距1.25mm，迭代指數(shù)Asir-V為50%，Recon Type為Standard，使用金屬偽影抑制算法重建的圖像定義為能譜MAR組，不使用金屬偽影抑制算法重建的圖像定義為能譜非MAR組。

1.2.3 數(shù)據(jù)測量及圖像質(zhì)量評價(jià) 分別記錄常規(guī)掃描和能譜掃描后生成的Dose Report中的CT劑量指數(shù)(CT dose index，CTDI)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)，并根據(jù)相應(yīng)組織權(quán)重因子計(jì)算出有效劑量(effective dose，ED)。

數(shù)據(jù)的測量在GE ADW4.7工作站上進(jìn)行。(1)選擇穿刺針金屬偽影完全消失的層面，在肺部占位中心避開液化壞死處選取ROI，面積為100-150mm2，分別測量常規(guī)掃描組、能譜MAR組及能譜非MAR組ROI的CT值及SD值，并計(jì)算出SNR值；(2)選取穿刺針尖層面，分別在與穿刺針尖接壤的肺占位處以及同層面無偽影的主動脈中心處選取ROI，面積為100-150mm2，測量能譜MAR組和能譜非MAR組的SD值；(3)分別計(jì)算出能譜MAR組和能譜非MAR組ROI的偽影指數(shù)(AI)，其計(jì)算采用如下公式：AI=

圖像質(zhì)量的主觀評價(jià)是在標(biāo)準(zhǔn)的診斷工作站PACS(東軟)上，分別由兩名具有5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的放射醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行。所有圖像的預(yù)設(shè)窗寬為400、窗位為40，觀察者按圖像的重建方式(MAR/非MAR)不同，先采用雙盲法對圖像質(zhì)量分別進(jìn)行評分，分析兩名醫(yī)師評分的一致性。再將兩名醫(yī)師的評分結(jié)果取均值，作為最終的主觀評價(jià)分值。評分根據(jù)與穿刺針尖接壤的肺部占位處的偽影程度，記為3、2、1、0分(3分－圖像質(zhì)量好，基本無偽影；2分－圖像質(zhì)量較好，有輕微偽影；1分－偽影較重，但圖像尚能觀察；0分－偽影嚴(yán)重，圖像無法觀察)[8]。

1.2.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。常規(guī)掃描組和能譜掃描組之間的劑量指數(shù)CTDI和有效劑量ED的比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。對于無偽影層面，常規(guī)掃描組、能譜MAR組和能譜非MAR組之間ROI的CT值、SD值以及SNR值的比較采用單因素方差分析，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義后兩兩比較采用LSD檢驗(yàn)。對于穿刺針尖層面能譜MAR組與能譜非MAR組偽影指數(shù)AI以及主觀評分的比較采用配對樣本t檢驗(yàn)，觀察者之間的一致性使用Cohen's kappa檢驗(yàn)來評定，Kappa值＜0.4為一致性較差，0.4≤Kappa值＜0.75為一致性一般，Kappa值≥0.75為一致性較好。P值是描述性的，P＜0.05表示差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 掃描輻射劑量的比較能譜掃描組與常規(guī)掃描組的CTDI分別為4.73mGy、(4.83±0.07)mGy，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。能譜掃描組與常規(guī)掃描組的有效劑量ED分別(2.57±0.13)mSv、(2.61±0.13)mSv，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t值為1.147，P值為0.256)(表1)。

表1 能譜掃描組和常規(guī)掃描組CTDI和ED的對比

2.2 無偽影層面各組間ROI的CT值、SD值及SNR值兩兩比較結(jié)果無偽影層面常規(guī)掃描組、能譜MAR組和能譜非MAR組肺部占位處ROI的CT值、SD值和SNR值間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見表2。

表2 無偽影層面各組間肺部占位處CT值、SD值和SNR值的比較結(jié)果

2.3 穿刺針尖層面?zhèn)斡爸笖?shù)AI與圖像質(zhì)量主觀評分的比較結(jié)果穿刺針尖處能譜MAR組的偽影指數(shù)AI值為54.21±33.99，能譜非MAR組的AI值為167.47±100.89，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。與非MAR組圖像相比，MAR組穿刺針尖處的偽影得到一定程度的抑制，見表3、圖1。

圖1 穿刺針尖處偽影指數(shù)AI和圖像質(zhì)量評分比較結(jié)果

表3 穿刺針尖處偽影指數(shù)AI和圖像質(zhì)量評分比較結(jié)果

兩名放射診斷醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評分一致性較好(kappa值=0.834)。圖像偽影的主觀評分結(jié)果顯示，能譜MAR組的偽影評分(1.86±0.51)分，高于能譜非MAR組的偽影評分(0.72±0.73)分，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-10.114，P＜0.01)(表3、圖1)。能譜MAR組的主觀評分多數(shù)為2分，少數(shù)為3分或1分，無0分；能譜非MAR組的主觀評分多數(shù)為1分，少數(shù)為2分或0分，無3分。能譜MAR組的圖像質(zhì)量優(yōu)于能譜非MAR組，改善效果見圖2、3。

圖2A 能譜非MAR組圖像，穿刺針尖處偽影與占位處空洞相交，無法判斷穿刺針頭位置以及穿刺路徑是否經(jīng)過空洞；圖2B 能譜MAR組圖像，針尖處偽影明顯減少，穿刺針尖位置顯示清晰，穿刺路徑未通過空洞。圖3A 能譜非MAR組圖像，穿刺針頭位置可見，但針尖處條帶狀偽影區(qū)域組織結(jié)構(gòu)顯示欠清；圖3B 能譜MAR組圖像，基本無金屬偽影，穿刺針頭以及原偽影處組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，但圖中穿刺針本體信號受到部分抑制。

3 討論

在進(jìn)行胸部穿刺活檢時(shí)，病灶中央有無液化壞死和空洞是影響穿刺正確率的主要因素之一[2]。因此，在穿刺時(shí)規(guī)避開穿刺路徑上的空洞與壞死可以較大地提升穿刺的準(zhǔn)確性。而由于穿刺針尖處金屬偽影的影響，鄰近穿刺針尖處的肺部占位往往顯示欠清，穿刺醫(yī)師對穿刺路徑的選擇受到干擾。能譜CT出現(xiàn)之前，我們往往利用窗口技術(shù)對金屬偽影在一定程度上進(jìn)行抑制[9]。而在雙能量CT出現(xiàn)后，研究[10-12]發(fā)現(xiàn)可通過提高單能量圖像的keV來削減金屬偽影，但該種方式主要適用于組織天然對比度較好的情況，如椎體、髖關(guān)節(jié)等骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)天然組織對比度較差時(shí)，提高keV抑制金屬偽影的同時(shí)會導(dǎo)致軟組織的密度分辨力降低，不利于病變實(shí)性區(qū)域與液化壞死區(qū)域的分辨[13]。在本研究中，能譜MAR組的偽影指數(shù)較能譜非MAR組顯著降低，穿刺針尖處的金屬偽影得到了一定程度的抑制。在對穿刺針尖偽影的主觀評分上，能譜MAR組的圖像質(zhì)量主觀評分高于能譜非MAR組的評分，MAR組圖像穿刺針尖處肺部占位的顯示更清晰，病灶中央液化、空洞區(qū)域的顯示較好(圖2)。

由于穿刺技術(shù)、病人體位以及呼吸運(yùn)動的影響，在穿刺過程中往往需要多次掃描來確定穿刺針的穿刺路徑是否正確[14]。因此，單次掃描輻射劑量的控制對病人所接受的總輻射劑量而言尤為重要。能譜掃描與常規(guī)掃描的不同之處在于，能譜掃描的管電壓在80kV和140kV之間瞬時(shí)切換，而常規(guī)掃描的管電壓為一固定值。這也是能譜掃描與常規(guī)掃描之間可能存在輻射劑量差異的主要原因[15]。本研究的結(jié)果顯示，在除管電壓外的其他掃描參數(shù)一致的情況下，能譜掃描較常規(guī)120kV掃描單次掃描的CT劑量指數(shù)CTDI更低。與常規(guī)掃描相比，能譜掃描的有效劑量ED較低，但兩者之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能是由于不同患者掃描的長度不同而導(dǎo)致的。在無金屬偽影層面，常規(guī)掃描組、能譜MAR組和能譜非MAR組圖像的CT值、噪聲和信噪比間的差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，在本研究中，與常規(guī)120kV掃描相比，能譜掃描降低了患者的輻射劑量，并且對圖像的CT值、噪聲SD值以及信噪比均無明顯影響。這一結(jié)果也與翟艷輝等[16]對胸部體模的研究結(jié)果類似。

本研究在金屬偽影抑制算法抑制穿刺針偽影相關(guān)的動物試驗(yàn)[17]的基礎(chǔ)上，對能譜CT金屬偽影抑制算法在實(shí)際穿刺圖像中削減金屬偽影的能力進(jìn)行了探討，但與動物試驗(yàn)不同，由于考慮到輻射劑量的影響，本研究將穿刺患者分為常規(guī)掃描和能譜掃描兩組，而未對同一患者進(jìn)行常規(guī)掃描和能譜掃描。因此在統(tǒng)計(jì)方法的選擇上存在一定差異。并且，在研究中發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行金屬偽影抑制時(shí)，少部分圖像中穿刺針的本體的信號也受到了抑制(圖3B)，這可能與金屬抑制算法產(chǎn)生過度校正有關(guān)[18]，需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究。另外，為了保證與常規(guī)掃描的管電壓一致，防止管電壓對圖像CT值及偽影造成影響[19]，本研究僅選擇了能譜120kVp混合能量重建的圖像對MAR算法的偽影抑制效果進(jìn)行評價(jià)，未結(jié)合單能量圖像進(jìn)行對比分析，因此穿刺針尖處肺部占位單能量圖像的最佳keV水平有待進(jìn)一步確定。

綜上所述，能譜CT金屬偽影抑制算法可以很好地抑制穿刺針尖處的金屬偽影，并且在保證信噪比一致的情況下，能譜掃描較常規(guī)120kV掃描降低了輻射劑量，可以應(yīng)用于胸部占位的穿刺活檢中，在穿刺路徑的選擇中避開液化壞死和空洞區(qū)域，減少假陰性結(jié)果的發(fā)生，一定程度上提高胸部穿刺結(jié)果的準(zhǔn)確率。