双能量CT在胃癌虚拟平扫应用的初步探讨

石 磊 张 欢 潘自来 刘欢欢 李向亭 杜联军 丁 蓓宋 琦 凌华威 陈克敏 严福华

多排螺旋CT是胃癌患者术前分期应用最广泛的诊断手段之一。标准的多排螺旋CT扫描包括常规平扫（true non-enhanced ,TNE）、动脉期及门脉期扫描。在临床应用中，由于胃肿瘤的诊断需要依靠其强化的方式及程度，因此在增强扫描前需进行平扫[1-2]。

双源CT基于两个球管同时进行数据采集，而组织在高低不同管电压下对X线吸收不同[3]，这项技术可在不同管电压下对物质进行识别。它可鉴别原子序数较大的物质的衰减情况，如碘对比剂。通过重建高低管电压球管扫描得到的原始数据，可以分离出增强扫描中的碘物质，从而得到虚拟平扫(virtual nonenhanced，VNE)图像。在腹部CT扫描中，我们假设腹部增强的组织中包含以下三种基物质：软组织、脂肪和碘[3-4]。虚拟平扫图像能够避免常规平扫。这样能减少患者的辐射剂量，尤其是对于需要长期随访的肿瘤患者。

以前的研究表明虚拟平扫有望代替常规平扫。然而，大部分的研究使用的是第一代双源CT[5-10]。第一代双源CT的缺陷是扫描视野较小。近来出现的第二代双源CT扫描视野增加至33cm，使得更多的患者可以接受双能CT检查。然而，关于使用第二代双源CT来评估虚拟平扫很少有报道。据我们所知，还没有关于胃癌虚拟平扫与常规平扫对比的相关报道。

此项研究的目的是定性及定量地比较胃癌患者术前行双能量CT检查所得到的常规平扫与虚拟平扫的图像质量、噪声情况，评估省去常规平扫所减少的剂量问题。

方 法

1.一般资料

从2011年4月至9月，收集的74例患者纳入研究，其中男55例，平均年龄63岁（37～85岁）；女19例，平均年龄61岁（27～85岁）。所有患者均行双源CT胃癌术前分期扫描。所有胃癌患者都经过胃镜下活检组织病理学诊断。

2.扫描方案

患者均使用第二代双源CT扫描（Siemens Somatom Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Germany）。患者检查前需空腹饮水约1000～1500ml以使胃充盈。每例患者都行三期扫描，第一期为常规平扫，扫描范围需包括整个胃，扫描参数：管电压120kV，有效电流200mAs，准直器128×0.6mm，螺距0.6。随后行增强扫描，通过患者的肘前静脉用高压注射器以3ml/s 速度经肘静脉注射非离子型对比剂(Uhravist，Germany)100ml。分别于对比剂注射后40s、70s使用双能模式行动脉期和门脉期扫描，动脉期扫描范围为整个胃部，门脉期扫描的范围从膈顶至耻骨联合下缘，管电压分别为100kV、140kV，有效管电流分别为230mAs、178mAs，准直器为32×0.6mm，螺距为0.6。所有数据采集都采用实时动态曝光剂量调节（Care DOSE 4D, Siemens Medical Solutions）。

3.图像后处理

双能扫描的原始数据卷积核值为D36f。我们可以得100kV 和140kV图像，图像的层厚层距为1.5mm。图像传送至双能量后处理工作站后(syngo MMWP,version 2008A; Siemens Medical Solutions)，利用Liver VNC软件可产生碘图和虚拟平扫图像（图1）。所重建的横断面的常规平扫和虚拟平扫图像层厚层距为5mm。重建虚拟平扫图像时，采用系统默认的标准软组织及脂肪的衰减值（图2）。

图1 双能量数据的后处理过程。A. 门脉期双能量图像。B. 碘图与虚拟120kV虚拟图像混合后所得图像。C. 将碘提取出以后的虚拟平扫图像。

4.图像分析

测量并记录胃壁、肝脏、腹膜后脂肪和腹主动脉四个区域CT值，将感兴趣区(region of interest，ROI)置于TNE和动脉期图像产生的VNE (VNE images derived from the arterial phases，VNEA)、门脉期图像产生的VNE(VNE images derived from the portal venous phases，VNEP)图像中的相应区域。除主动脉外每处分别测量三次取其平均值。在所有测量区域（除胃壁外）使用的ROI大小均接近1.5 cm2。同时记录病灶最大厚度和肿大淋巴结最大径及两者CT值。后腹膜脂肪CT值的标准差用来评估图像的噪声。

由两位经验丰富的腹部放射学专家对TNE和VNEA、VNEP图像进行评分，意见不一致时, 共同协商决定。评分按照5分的等级标准[5]。1分，图像无法评估。2分，图像质量较差。3分，图像质量较好。4分，图像质量好。5分，图像质量很好。在VNE图像中得分在3分及3分以上即可满足诊断需求，在4分及4分以上则认为可以代替常规平扫。

5.辐射剂量评估

记录三期扫描的剂量长度乘积（dose-length product，DLP, mGy· cm）。每一期有效放射剂量的计算依据欧洲CT质量标准指南。计算公式为有效剂量E=DLP×K（转换系数），腹部的转换系数K为0.015 mSv/mGy ·cm[11]。比较三期扫描(常规平扫、动脉期、门脉期)和双期扫描（动脉期、门脉期）的有效剂量来计算辐射剂量降低的百分比。

6.数据统计

应用SPSS 14.0软件进行数据分析，计量变量用平均值±标准差表示。使用双侧配对t检验对TNE和动脉期、门脉期VNE图像中所测胃癌CT值、图像噪声、患者辐射剂量、图像质量、病灶最大厚径和肿大淋巴结的最大直径进行检验，同时对VNEA和 VNEP图进行统计分析，P≤0.05表明差异具有统计学意义。

结 果

1.大小、CT值和噪声

在双能量CT扫描患者中，63例发现胃癌病灶，在20例患者中发现肿大淋巴结112枚。将TNE与VNE图像及VNEA与VNEP图像进行比较后显示，胃癌病灶的最大厚度和肿大淋巴结的最大径无统计学差异（P＞0.05），但是相比TNE图像，VNE图像的噪声更低，统计表明VNEP图像的噪声最低（P＜0.01）。所有图像噪声情况见表1。

尽管TNE和VNE图像中除主动脉外其他所测组织CT值差异具有统计学意义，但是绝对差异值在10HU以内。在VNEA和VNEP图像中除主动脉外其他测量的组织CT值差异无统计学意义（P＞0.05）（图3）。平均CT值和相应P值见表1。

TNE、VNEA、VNEP三组图像质量评分分别为4.93±0.3、4.15±0.7、4.4±0.6。所有图像的评分均在3以上。结果表明所有虚拟平扫的图像均能满足临床诊断需求（表4）。虚拟平扫组的图像评分要低于常规平扫图像（P＜0.01），而VNEP图像质量要高于VNEA(P＜0.01)。经两位腹部放射医生评估VNEA图像中约62例(83.8%, 62/74)、VNEP图像中约71例(95.9%,71/74)可代替常规平扫（见表2）。

2.辐射剂量

常规平扫、双能扫描动脉期、门脉期所计算的有效剂量分别为2.54±0.79 mSv (1.61 ～ 6.40 mSv)、3.16±0.91 mSv (1.79～6.86 mSv)、6.21±1.63 mSv(3.08～8.99 mSv)。双能扫描的三期扫描总辐射平均有效剂量为11.92±2.34 mSv（7.65～18.48 mSv），两期扫描的平均有效剂量为9.37±1.89 mSv（4.90～16.53 mSv）。省略常规平扫的剂量约21.40%±4.44%（15.01～38.24%；P＜0.01）。

表1 3种图像中平均大小，CT值及噪声的测量值

表2 虚拟平扫与真实平扫的图像质量

讨 论

腹部双源CT扫描比单源CT扫描有两处优势：提高增强扫描图像的质量[8]以及重建出VNE图像。由于VNE图像后处理算法采用了图像滤波平滑处理[5]，导致相比于TNE图像，VNE图像的噪声更低，不过其图像质量不如TNE图像，但能满足诊断需求。我们的结果表明在VNE、TNE图像中胃癌有着相似的密度和形态特征，VNE将有可能代替TNE。相比于三期扫描，双期扫描（动脉期和门脉期）可平均降低剂量约21.4%。两期扫描降低了患者的辐射剂量也节约了检查时间。

在第二代双源CT中较小的探测器视野直径增至33cm。另外，由于胃在腹部中间，转移的淋巴结也在腹腔中，所以较小的视野几乎对胃的术前CT扫描没有影响。

目前，双能CT技术的应用仍有不足之处。第一，有学者指出，在物质分离过程中，三种基物质（软组织、碘、脂肪）的分析中不包含钙。这对于诊断胃癌，尤其是粘液腺癌有一定影响[12-13]，不过这可以通过另一种后处理算法解决。该后处理算法可分析钙、碘和软组织[5]。第二，专用的滤波算法能够降低图像的噪声，但是一定程度影响了细小结构的显示[14]。

此项研究尚存在几项不足。首先，我们主要研究表明VNE图像的质量，未深入研究双能量CT胃癌术前分期准确性。因此，对疾病有诊断价值的图像如碘图在本实验中未做评估。双能量CT在胃癌术前分期中能否提高其检出率和诊断率尚需进一步研究。第二，胃癌肝转移是一条重要的转移途径，本研究中没有研究VNE图像中肝转移的情况。然而，以往的研究表明，在肝脏多期扫描中VNE图像的质量与TNE图像相当，可有望代替常规平扫[6,8,10]。第三，因我们的研究病例中无含钙化的肿瘤，因此通过Liver VNC后处理算法对钙化显示钙化情况也无法进行评估。

结 论

使用第二代双源CT得到的胃虚拟平扫图像具有很好的效果。无论是通过动脉期增强图像还是门脉期增强图像得到的虚拟平扫图像的CT值和形态特征都与常规平扫相近，也有较好的图像质量。在胃癌术前分期扫描中有望通过省去TNE扫描来显著地降低患者的辐射剂量。