雙能量CT非線性融合和噪聲優(yōu)化的虛擬單能量圖像技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中的應(yīng)用

【關(guān)鍵詞】雙能量CT；喉鱗狀細胞癌；非線性融合圖像；噪聲優(yōu)化的虛擬單能量圖像

喉鱗狀細胞癌是頭頸部比較常見的惡性腫瘤。近年來，喉鱗狀細胞癌的發(fā)病率有明顯上升趨勢[1]。雙能量CT在頭頸部鱗狀細胞癌的成像中可以獲得與單能量CT相當?shù)膱D像質(zhì)量，同時明顯降低受檢者的輻射劑量[2]。雙能量CT包含多種后處理技術(shù)，如線性融合圖像（linear blending image，LBI）、非線性融合圖像（nonlinear blending image，NBI）和噪聲優(yōu)化的虛擬單能量圖像（noise-optimized virtualmonoenergetic image，VMI+）技術(shù)[3-4]。既往研究發(fā)現(xiàn)，LBI中融合系數(shù)1（80 kV）和0.6（M0.6）較融合系數(shù)0.3均能提高頭頸部鱗狀細胞癌的圖像質(zhì)量[5-6]。此外，NBI較LBI技術(shù)也能明顯提高頭頸部鱗狀細胞癌的圖像質(zhì)量[4]。還有研究顯示，VMI+技術(shù)較LBI 能明顯提高頭頸部鱗狀細胞癌的圖像質(zhì)量[3]。但鮮有研究同時比較LBI、NBI和VMI+技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中的圖像質(zhì)量。因此，本研究主要探討雙能量CT的NBI和VMI+技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性收集2019年6月至2022年3月于四川省腫瘤醫(yī)院經(jīng)病理證實為喉鱗狀細胞癌的61 例受檢者。其中，男58 例，女3例，年齡43～80歲，平均（60.97±7.61）歲，體質(zhì)指數(shù)（body mass index，BMI）15.63～31.80 kg/m2，平均（22.76±3.47） kg/m2。納入標準：患者經(jīng)活檢或手術(shù)病理證實為喉鱗狀細胞癌；患者進行頸部雙能量CT增強檢查。排除標準：受檢者患有嚴重肝腎功能不全或心功能不全；受檢者對碘對比劑過敏；圖像有明顯的運動或金屬偽影。所有患者均在雙能量CT檢查后3周內(nèi)完成活檢或手術(shù)。所有參加研究的受檢者均簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 CT 檢查 采用西門子二代雙源CT（Somatom DefinitionFlash）行頸部雙能量CT 增強掃描。掃描參數(shù)：管電壓80/Sn140 kV，參考管電流228/114 mA，螺距0.9，轉(zhuǎn)速0.28 s/轉(zhuǎn)，準直器寬度64 mm × 0.6 mm，開啟自動管電流（CAREDose 4D）。經(jīng)肘正中靜脈以2.5 mL/s的流率注射非離子型對比劑碘普羅胺60 mL（拜耳公司，370 mgI/mL），在開始注射對比劑55 s后開始掃描。

1.2.2 圖像后處理 掃描結(jié)束后重建LBI圖像，其中，線性融合系數(shù)為0.6（M0.6，由60%的80 kV和40%的140 kV數(shù)據(jù)融合而成）和1（80 kV）。并在西門子后處理工作站（SyngoViaVB10）重建NBI圖像和VMI+圖像。其中，NBI圖像采用設(shè)備默認參數(shù)（blending center = 150 HU，blending width=200 HU）重建；VMI+圖像采用40 keV、55 keV重建。其余重建參數(shù)：SAFIRE 迭代重建算法（strength level 3），卷積核I30f，矩陣512 × 512，F(xiàn)OV 250 mm × 250 mm，重建層厚3 mm，重建間隔3 mm。共獲得5組雙能量圖像納入分析（80 kV、M0.6、NBI、40 keV和55 keV）。

1.2.3 圖像質(zhì)量主觀評分 由2名影像主治醫(yī)師在軟組織窗（窗寬350 HU，窗位50 HU）圖像上采用5分法（雙盲法）評價腫瘤邊界和頸部整體圖像質(zhì)量[7]，如評分不一致，則請1名副主任醫(yī)師綜合分析確定最終得分。腫瘤邊界評分標準為：1分，腫瘤邊界不可見；2分，腫瘤邊界顯示差；3分，腫瘤邊界顯示一般，可滿足臨床診斷要求；4分，腫瘤邊界顯示好；5分，腫瘤邊界顯示非常好。頸部整體圖像質(zhì)量評分標準為：1分，整體圖像質(zhì)量不能滿足診斷要求；2分，整體圖像質(zhì)量不佳；3分，整體圖像質(zhì)量一般，能滿足診斷要求；4分，整體圖像質(zhì)量好；5分，整體圖像質(zhì)量非常好。

1.2.4 圖像質(zhì)量客觀評價 分別測量腫瘤的CT值（CT腫瘤）、同側(cè)胸鎖乳突肌的CT值（CT胸鎖乳突肌）和胸鎖乳突肌CT值的標準差（SD胸鎖乳突?。?。取胸鎖乳突肌CT值的標準差為背景噪聲。測量時感興趣區(qū)（region of interest，ROI）置于病灶中心，大小約為病變的80%，盡量避開腫瘤壞死、出血區(qū)域。計算腫瘤組織的對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR），CNR=（CT腫瘤-CT胸鎖乳突?。?SD胸鎖乳突肌[8]。

1.2.5 病灶范圍診斷符合率 選擇主觀圖像質(zhì)量中腫瘤邊界評分最高的雙能量CT后處理技術(shù)，并用該后處理技術(shù)評估喉鱗狀細胞癌病灶范圍。以術(shù)中所見和手術(shù)后的病理結(jié)果（對病灶范圍的描述）作為金標準，計算該后處理技術(shù)對喉鱗狀細胞癌病灶范圍的診斷符合率。

1.2.6 輻射劑量 記錄每位受檢者的容積CT劑量指數(shù)（volumeCT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose lengthproduct，DLP），計算有效劑量（effective dose，ED）。ED=k×DLP，式中，k= 0.005 1 mSv·mGy-1·cm-1[9]。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 26.0軟件完成統(tǒng)計分析。采用Kolmogorov-Smirnov法檢驗計量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（xˉ±s）表示；非正態(tài)分布的計量資料用中位數(shù)（四分位間距）[Md（P25，P75）]表示。采用單因素方差分析比較5組客觀圖像質(zhì)量間的差異，如差異有統(tǒng)計學意義，則結(jié)合Least Significant Difference 法進行組內(nèi)兩兩比較。采用非參數(shù)Friedman檢驗比較5組主觀評分間的差異，如差異有統(tǒng)計學意義，則結(jié)合Wilcoxon法進行組內(nèi)兩兩比較。檢驗水準α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量

患者CTDIvol為6.44～8.58 mGy，平均（7.48±0.33）mGy，DLP為156.50～250.90 mGy·cm，平均（206.46±20.77）mGy·cm，ED為0.80～1.28 mSv，平均（1.05±0.11） mSv。

2.2 客觀圖像質(zhì)量

LBI、NBI和VMI+的CNR、腫瘤CT值、噪聲值差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.001）。其中，40 keV的CNR最高，且明顯高于80 kV、M0.6、NBI和55 keV，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05）。40 keV 的腫瘤CT 值最高，且明顯高于80 kV、M0.6、NBI和55 keV，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05）。NBI的噪聲值最低，且明顯低于80kV、40keV和55keV，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05），NBI的噪聲值與M0.6相比，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.964）。見表1和圖1。

2.3 主觀圖像質(zhì)量

LBI、NBI和VMI+的腫瘤邊界評分和整體圖像質(zhì)量評分差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.001）。其中，40 keV的腫瘤邊界評分最高，且明顯高于80 kV、M0.6、NBI和55 keV，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05）。NBI的整體圖像質(zhì)量評分最高，且明顯高于80 kV、M0.6、40 keV和55 keV，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05）。見表1、圖2和圖3。

2.4 40 keV評估病灶范圍的診斷符合率

本研究中共50例受檢者接受手術(shù)治療。因為在主觀圖像質(zhì)量的評估中，40 keV的腫瘤邊界評分最高，因此，本文采用40 keV評估喉鱗狀細胞癌的病灶范圍。以術(shù)中所見和手術(shù)后的病理結(jié)果（對病灶范圍的描述）作為金標準，40 keV評估喉鱗狀細胞癌病灶范圍的診斷符合率為78%（39/50）。

3 討論

本研究對比雙能量CT 的LBI（80 kV、M0.6）、NBI和VMI+（40 keV、55 keV）重建技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中的客觀圖像質(zhì)量和主觀圖像質(zhì)量。研究結(jié)果顯示，在喉鱗狀細胞癌的雙能量CT中，VMI+技術(shù)的40 keV 能提供更好的CNR、腫瘤CT 值和腫瘤邊界評分，且明顯高于LBI（80 kV、M0.6）、NBI 和55 keV；而NBI技術(shù)能提供更好的整體圖像質(zhì)量評分，且明顯高于LBI（80 kV、M0.6）和VMI+（40 keV、55 keV）；NBI技術(shù)能提供更低的噪聲，且明顯低于80 kV、40 keV和55 keV。這說明雙能量CT的VMI+（40 keV）和NBI技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中具有重要的價值，可作為首選的后處理技術(shù)。

與常規(guī)單能量CT相比，雙能量CT可通過強大的后處理技術(shù)明顯提高頭頸部鱗狀細胞癌的圖像質(zhì)量，提高病灶對比度，降低受檢者的輻射劑量[2，10]。在雙能量CT 的線性融合技術(shù)中，融合系數(shù)0.3（M0.3）的LBI圖像常被用于模擬常規(guī)120 kV 掃描的圖像[7]，而采用80 kV或M0.6較M0.3均能明顯提高頭頸部腫瘤的客觀圖像質(zhì)量和主觀圖像質(zhì)量[5-6]。Scholtz JE等[4]比較NBI和LBI技術(shù)在頭頸部鱗狀細胞癌患者中的圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示NBI在腫瘤邊界和優(yōu)化圖像質(zhì)量方面均優(yōu)于LBI技術(shù)。此外，May MS等[7]應(yīng)用VMI+技術(shù)評價頭頸部鱗狀細胞癌患者圖像質(zhì)量，結(jié)果顯示40 keV的CNR、腫瘤邊界和整體圖像質(zhì)量明顯高于60 keV 和M0.3。Albrecht MH等[11]研究比較40 keV、55 keV、70 keV 和M0.3 在頭頸部鱗狀細胞癌中的應(yīng)用，結(jié)果顯示40 keV提供最高的腫瘤CT值、CNR，而55 keV提供更高的主觀圖像質(zhì)量。然而，之前的研究大多比較NBI和LBI（或者VMI+和LBI）在頭頸部鱗狀細胞癌中的應(yīng)用，很少有研究同時比較雙能量CT的LBI（80 kV、M0.6）、NBI和VMI+（40 keV、55 keV）技術(shù)在喉鱗狀細胞癌中的圖像質(zhì)量。

由于喉的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、所在空間狹小，這常導(dǎo)致喉鱗狀細胞癌腫瘤邊界顯示不清，影響腫瘤浸潤程度的評估和分期。優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量和清晰的腫瘤邊界對于準確評估喉鱗狀細胞癌的大小及周圍浸潤至關(guān)重要。本文研究顯示，與LBI（80 kV、M0.6）和VMI+（40 keV、55 keV）技術(shù)相比，NBI 技術(shù)提供最低的圖像噪聲和更好的整體圖像質(zhì)量。之前的研究也發(fā)現(xiàn)，與VMI+或LBI技術(shù)相比，NBI能明顯提高胰腺癌或腎臟腫瘤的整體圖像質(zhì)量[12-13]。這可能是因為NBI技術(shù)根據(jù)每個像素的CT值得到不同能量混合比例的圖像，CT值高的像素點融合更多低壓信號使圖像對比度增加，而CT值低的像素點融合更多高壓信號使圖像噪聲降低[14]。因此，NBI圖像同時獲得了低能量圖像中的高對比度和高能量圖像中的低噪聲[15]。此外，本研究中VMI+的40 keV提供了更好的CNR、腫瘤CT值和腫瘤邊界，且明顯優(yōu)于LBI（80 kV、M0.6）、NBI和55 keV，差異均有統(tǒng)計學意義。這與之前對肺癌的研究結(jié)果類似[16]。這可能是因為本研究中VMI+的40 keV能級水平接近碘的k邊緣（33.2 keV），提高碘的衰減率，從而增加腫瘤與周圍組織的對比度[17]。因此，在喉鱗狀細胞癌的雙能量CT后處理技術(shù)中，采用VMI+（40 keV）結(jié)合NBI 可能有助于提高圖像質(zhì)量，本文中采用VMI+（40 keV）評估喉鱗狀細胞癌病灶范圍的診斷符合率為78%。

本文的局限性在于：樣本量偏少，在今后可納入更多的喉鱗狀細胞癌患者進行雙能量CT研究；男性患者明顯多于女性，這可能與喉鱗狀細胞癌男性發(fā)病率明顯高于女性有關(guān)，其結(jié)果是否受性別的影響尚不明確；僅采用一種雙能量掃描方案（80/Sn140 kV），其他雙能量掃描方案的重建技術(shù)能否進一步提高圖像質(zhì)量尚需研究；LBI技術(shù)僅重建80 kV和M0.6的圖像，NBI技術(shù)僅重建機器默認的參數(shù)，而VMI+技術(shù)僅重建40 keV和55 keV的圖像，在后續(xù)研究中可探討這些重建技術(shù)的其他參數(shù)能否進一步提高喉鱗狀細胞癌的圖像質(zhì)量。

綜上所述，在喉鱗狀細胞癌的雙能量CT成像中，采用VMI+技術(shù)（40 keV）能提供更好的CNR、腫瘤CT值和腫瘤邊界，采用NBI技術(shù)能提供更低的圖像噪聲和更好的整體圖像質(zhì)量。