双能量CT联合金属伪影削减算法显示微弹簧圈定位肺结节

刘 卓，马 婧，洪 楠，陈 雷，陈 尘，胡立宝，郅 新

(北京大学人民医院放射科，北京 100044)

近年来，电视胸腔镜手术(video-assisted thoracoscopy surgery, VATS)逐渐取代传统开胸手术，成为治疗肺内结节病变的重要手段。但是，VATS术中，约有54%的肺内小结节无法通过观察或触诊而准确定位，只能转行开胸肺叶切除术[1]；且对于直径<10 mm且距胸膜>5 mm的小结节，开胸手术有时亦难以准确定位[2]。CT引导微弹簧圈定位是肺结节的常用定位技术[3]，但微弹簧圈的材质多以铂金等金属为主，在CT图像中通常存在金属伪影[4]，使如何有效抑制金属伪影成为改善定位效果的关键。本研究旨在探讨采用双能量能谱CT(dual-energy spectral CT, DESCT)扫描获得的虚拟单色谱(virtual monochromatic spectral, VMS)图像，结合金属伪影削减(metal artifact reduction, MAR)算法评价微弹簧圈定位肺结节的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2017年5月—10月我院80例接受CT引导微弹簧圈定位肺结节的患者资料，其中男34例，女46例，年龄40～75岁，平均(55.5±9.3)岁。

1.2 仪器与方法

1.2.1 弹簧圈置入 定位金属标记物采用铂金塔形微弹簧圈(Cook公司)。经皮穿刺后，经穿刺针于结节邻近肺组织内释放微弹簧圈，将其尾部留置于病灶邻近的脏层胸膜表面。定位过程中进行单能量CT扫描以引导穿刺；置入弹簧圈后行DESCT扫描，以评价定位效果。

1.2.2 CT扫描 采用GE Revolution单球管、单层探测器双能量CT扫描仪。单能量扫描参数：管电压120 kVp，自动调节管电流，噪声指数30 HU，球管转速0.28 s/r，准直宽度80 mm，螺距1.531∶1。DESCT扫描参数：管电压在80 kVp与140 kVp间反复切换，管电流200 mA，球管转速0.5 s/r，准直宽度80 mm，螺距1.531∶1。

1.3 图像分析

1.3.1 图像重建 采用GE AW4.7后处理工作站。于120 kVp图像中测量肺结节CT值，采用GSI Viewer软件绘制肺结节能谱曲线，记录该曲线中最接近120 kVp图像中肺结节CT值的点所对应的keV数值，为最佳光子能量水平的keV值。重建最佳光子能量水平keV值、50、90、110、140 keV的VMS图像(VMS组)和经MAR算法处理的VMS图像(VMS+MAR组)，重建类型均选择标准类型，应用自适应统计迭代重建算法(adaptive statistical iterative reconstruction veo， ASIR-V)，混合迭代权重均选择50%；重建层厚1.25 mm。

1.3.2 图像评价 由2名具有5年以上工作经验的医师以盲法对图像质量进行评分。图像质量评分标准：1分，优，无明显金属伪影，微弹簧圈与肺结节、胸膜等解剖细节显示清晰；2分，良，金属伪影不明显，不影响微弹簧圈及邻近结构显示，微弹簧圈与肺结节、胸膜等解剖细节显示较清晰；3分，差，金属伪影严重影响微弹簧圈及邻近结构显示，微弹簧圈与肺结节、胸膜等解剖细节显示不清晰。

1.4 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。以配对设计的Wilcoxon秩和检验比较图像主观评分；以Kappa值评价2名观察者间的一致性，Kappa值<0.40为一致性较差，0.40≤Kappa值<0.75为一致性一般，Kappa值≥0.75为一致性较好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

术后病理显示，本组腺癌60例，低度恶性神经内分泌肿瘤1例，不典型增生8例，淋巴结增生3例，炎性假瘤2例，硬化性肺泡细胞瘤1例，纤维组织增生2例，碳末沉着3例。共定位80枚肺内结节，结节直径3～25 mm，定位后弹簧圈未发生移位或脱落。定位过程中25例发生并发症，包括少量气胸、肺泡出血等，均对手术操作和病理取材无影响。

光子能量水平范围为60～83 keV，平均(74.00±5.75)keV。74 keV VMS图像中肺结节CT值最接近120 kVp图像，选择74 keV为最佳能量水平(图1)。50、74、90、110、140 keV VMS+MAR图像主观评分见表1，50 keV水平VMS+MAR图像评分高于74、90、110及140 keV图像(P均<0.05)；74、90、110及140 keV水平间VMS+MAR图像质量评分差异无统计学意义(P均>0.05)。见图2。

表1 不同keV水平VMS+MAR图像主观评分(例，n=80)

2名观察者对图像质量的主观评分一致性较好(Kappa值=0.78)。74 keV VMS图像质量评分高于74 keV VMS+MAR图像(Z=-7.75，P<0.05，表2)。 14例74 keV VMS图像中的金属伪影明显，影响对肺结节、胸膜或肋骨等结构的显示，评分为3分，而在VMS+MAR图像中，金属伪影明显减少，不影响周围结构的显示，评分为1分或2分(图3～5)。

表2 74 keV VMS图像和VMS+MAR图像主观评分(例，n=80)

图1 最佳光子能量水平选择方法 A.120 kVp图像，肺结节CT值为-544.6 HU； B.肺结节能谱曲线，随着keV升高，肺结节CT值下降； C.74 keV水平VMS图像，肺结节CT值为-544.5 HU

图2 50(A)、74(B)、90(C)、110(D)、140(E)keV水平VMS+MAR图像

图3 微弹簧圈尾部金属伪影 A.VMS图像，金属伪影严重，微弹簧圈头端、尾端显示不清，评分为3分； B.VMS+MAR图像，金属伪影小，微弹簧圈头端、尾端显示清晰，评分为1分 图4 金属伪影对显示出血的影响 A.VMS图像金属伪影严重，影响对出血的观察，评分为3分； B.VMS+MAR金属伪影不明显，出血显示清晰，评分为1分

3 讨论

VATS的优势是创伤小、切除肺叶体积小，围术期并发症少，患者住院时间短。CT引导置入金属标记物，如微弹簧圈，是安全、有效的肺结节定位手段之一[5-7]。VATS术中，可通过手指触诊、透视及直接观察留置于脏层胸膜表面的弹簧圈尾部而准确定位肺内结节位置，指导切除病灶；切除后，可根据弹簧圈的位置在离体标本中寻找肺内小结节。将微弹簧圈置于病灶邻近肺组织内，既可提高定位准确性，又能避免肿瘤沿针道播散。如何清晰显示微弹簧圈与肺结节、胸膜的位置关系是成功手术及活检的关键。

DESCT扫描获得的VMS图像所模拟的是以单一能量光子扫描物体获得的图像[8-9]。单一能量射线中光子能量相同，穿过物体后无射线硬化效应，可减少硬化伪影[10]；MAR算法可纠正X线穿过金属后产生的光子饥饿现象导致的数据丢失。因此，经过MAR算法处理的VMS图像可有效抑制弹簧圈的金属伪影[11-14]。

在VMS成像中，随着光子能量水平升高，图像中的金属伪影逐渐减轻[15]，但同时肺结节的CT值逐渐减小，可能影响结节检出，提示应选择适当的能量水平，以在清晰显示结节的前提下尽量抑制金属伪影。本研究选择最佳能量水平的标准是VMS图像中肺结节CT值与120 kVp图像中结节CT值最接近，且金属伪影不影响诊断，以此标准选择74 keV为最佳能量水平。

图5 金属伪影对显示胸膜的影响 A.VMS图像，金属伪影掩盖结节(箭)、胸膜，无法判断微弹簧圈头部是否置于结节附近的脏层胸膜表面，评分为3分； B.VMS+MAR图像，结节(箭)、胸膜、肋骨显示较清晰，评分为1分

本研究结果显示，74 keV水平的VMS+MAR图像质量优于VMS图像，前者中微弹簧圈的金属伪影受到有效抑制，邻近肺组织、胸膜及结节等结构显示清晰。由于弹簧圈头部与肺结节距离过近，本组VMS图像中肺结节被金属伪影“掩盖”，而在VMS+MAR图像中肺结节显示清晰；VMS图像中，微弹簧圈尾部造成的金属伪影严重影响胸膜的显示，而在VMS+MAR图像中，金属伪影较少，可准确判断微弹簧圈尾部是否置于脏层胸膜表面。

总之，74 keV VMS+MAR图像中，金属伪影受到有效抑制，且不影响肺结节的显示，可有效评价微弹簧圈定位肺结节的效果。

[1] 胡立宝,金龙,陈尘,等.肺内小结节电视胸腔镜切除术前CT定位.中国介入影像与治疗学,2014,11(3):145-148.

[2] Powell TI, Jangra D, Clifton JC, et al. Peripheral lung nodules: Fluoroscopically guided video-assisted thoracoscopic resection after computed tomography-guided localization using platinum microcoils. Ann Surg, 2004,240(3):481-488.

[3] 张健,王仲朴,崔健,等.CT引导下微弹簧圈定位在肺小结节楔形切除术中的应用.医学影像学杂志,2016,26(6):1002-1005.

[4] 陈志明,吕梁,彭俊,等.胸腔镜术前CT引导下双弹簧圈标记定位孤立性肺结节.中国介入影像与治疗学,2016,13(7):402-405.

[5] 鲁东,吕维富,徐世斌,等.CT引导下肺小结节胸腔镜术前微弹簧圈定位.中国医学计算机成像杂志,2016,22(5):407-411.

[6] 范建忠,王增林,叶明凡.CT引导下微弹簧圈定位在肺磨玻璃结节胸腔镜手术中的应用.放射学实践,2015,30(8):861-864.

[7] 许志扬,许建新,关军,等.微弹簧圈定位在胸腔镜肺小结节切除术中的应用.中国微创外科杂志,2017,17(3):228-230.

[8] 宁国度,黄召勤,袁先顺,等.能谱成像技术去除金属伪影的临床价值.医学影像学杂志,2011,21(9):1425-1428.

[9] Guggenberger R, Winklhofer S, Osterhoff G, et al. Metallic artefact reduction with monoenergetic dual-energy CT systematic ex vivo evaluation of posterior spinal fusion implants from various vendors and different spine levels. Eur Radiol, 2012,22(11):2357-2364.

[10] Pessis E, Sverzut JM, Campagna R, et al.Reduction of metal artifact with dual-energy CT virtual monospectral imaging with fast kilovoltage switching and metal artifact reduction software. Semin Musculoskelet Radiol, 2015,19(5):446-455.

[11] Wellenberg RH, Boomsma MF, van Osch JA, et al. Quantifying metal artefact reduction using virtual monochromatic dual-layer detector spectral CT imaging in unilateral and bilateral total hip prostheses. Eur J Radiol, 2017,88:61-70.

[12] Han SC, Chung YE, Lee YH, et al. Metal artifact reduction software used with abdominopelvic dual-energy CT of patients with metal hip prostheses assessment of image quality and clinical feasibility. AJR Am J Roentgenol, 2014,203(4):788-795.

[13] Higashigaito K, Angst F, Runge VM, et al. Metalartifact reduction in pelvic computed tomography with hip prostheses comparison of virtual monoenergetic extrapolations from dual-energy computed tomography and an iterative metal artifact reduction algorithm. Invest Radiol, 2015,50(12):828-834.

[14] Takrouri HS, Alnassar MM, Amirabadi A, et al. Metal artifact reduction added value of rapid-kilovoltage-switching dual-energy CT in relation to single-energy CT in a piglet animal model. AJR Am J Roentgenol, 2015,205(3):W352-W359.

[15] De Crop A, Casselman J, Van Hoof T, et al. Analysis of metal artifact reduction tools for dental hardware in CT scans of the oral cavity: kVp, iterative reconstruction, dual-energy CT, metal artifact reduction software:Does it make a difference. Neuroradiology, 2015,57(8):841-849.