双层探测器光谱CT虚拟平扫替代常规平扫评估甲状腺结节的可行性分析

付蓝琦，潘馨梦，刘思佳，李青青，杨亚英

甲状腺结节是甲状腺的常见、多发病，CT增强扫描对于评估结节性质、与周围组织关系及淋巴结转移具有重要价值[1]。但CT的辐射损害受到社会广泛关注。双层探测器光谱CT可实现“同时、同源、同向”的双能量成像，其后处理技术虚拟平扫(virtual non-contrast，VNC)利用物质分离及基物质成像技术，从增强扫描图像中减去碘物质，得到类似于平扫(true non-contrast images，TNC)的VNC图像[2]。双层探测器光谱CT VNC技术已被证实在胸部、冠状动脉、肝脏、肾上腺等多个领域可提供与TNC相当的图像质量[3-5]。在甲状腺方面的研究鲜有报道，本研究拟探讨双层探测器光谱CT虚拟平扫替代常规平扫评估甲状腺结节的可行性。

材料与方法

1.研究对象

回顾性收集2021年1月-2021年6月于昆明医科大学第一附属医院双层探测器光谱CT扫描且最终经病理证实为甲状腺结节病变患者的病例资料，因结节过小易受部分容积效应影响导致测量误差，故排除结节长径<5 mm 7例，排除无病理资料3例，最终入组63例。63例中男26例，女37例；年龄25～89岁，平均(55.35±14.85)岁。其中甲状腺乳头状癌31例，甲状腺滤泡癌5例，结节性甲状腺肿19例，甲状腺腺瘤3例，桥本氏甲状腺炎5例。所有患者检查前均签署知情同意书。

2.扫描方法与图像重建

63例患者均采用Philips Healthcare IQon Spectral CT检查。扫描内容包括颈部平扫、动脉期、静脉期增强扫描，扫描范围自颅顶至主动脉弓水平。先行CT平扫，之后采用双筒高压注射器注射非离子型对比剂碘海醇(350 mg I/mL)，剂量50 mL，流率3 mL/s，并以相同流率注射生理盐水40 mL。达到阈值后7 s、31 s分别行动脉期、静脉期扫描。扫描参数：管电压120 kVp，管电流采用自动管电流调节技术，准直器宽度64×0.625 mm，X线管转速0.5 s/r，螺距0.798。CT图像采集完成后，将平扫数据进行混合迭代重建(iDose4，level 3)获得常规图像(TNC)，增强两期数据进行投影空间光谱重建(Spectral B，level 3)生成动脉期VNC图像(VNC-A)和静脉期VNC图像(VNC-V)。所有图像重建层厚为1 mm，层间距为1 mm。

3.数据及图像分析

①图像质量客观评价：将TNC、VNC-A、VNC-V图像导入Philips SpDS图像工作站(Spectral Diagonostic Suite 6.5，Philips Healthcare)进行分析及测量。所有兴趣区(region of interest，ROI)均测量3次取平均值，尽量保证ROI形状、大小和位置一致。ROI避开钙化、坏死区域，分别位于甲状腺结节、同层正常甲状腺、颈内动脉、项部脂肪、同层椎旁肌肉，面积约为0.7 mm2。分别测量TNC、VNC-A、VNC-V图像中甲状腺结节、同层正常甲状腺、颈内动脉、项部脂肪、同层椎旁肌肉的CT值及标准差(standard deviation，SD)，以项部脂肪SD作为背景噪声，计算信噪比(signal noise ratio，SNR)、对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)，其中SNR =CTROI/SDROI，CNR=(CTROI-CT同层椎后肌肉)/SD项部脂肪。

②图像质量主观评价：由两名高年资影像医师采取5分法[6]分别对TNC、VNC-A、VNC-V图像质量进行评分，若有分歧则共同协商决定：5分，图像解剖细节清晰，无明显噪声和伪影；4分，图像解剖细节尚清晰，噪声稍增多，略有伪影；3分，图像解剖细节欠清晰，噪声和伪影较明显，基本满足诊断要求；2分，解剖细节辨识困难，噪声和伪影明显，不能满足诊断；1分，解剖结构无法辨识，伪影严重，无法诊断。3分以上者可满足诊断要求(图1)。

图1 女，57岁，甲状腺乳头状癌。a)常规平扫图像；b)动脉期VNC图像；c)静脉期VNC图像。

③辐射剂量：记录患者平扫及增强扫描剂量长度乘积(dose-length product，DLP)与CT剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)，均为设备自动生成，利用公式计算有效辐射剂量(effective dose，ED)，ED=DLP×0.0059[7]。

4.统计学方法

采用SPSS 26.0和MedCale 19软件进行统计分析，Kolmogorov-Smirnov检验计量资料是否符合正态分布，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，组间差异采用单因素方法分析，两两比较采用Bonferroni法。绘制Bland-Altman plot散点图分析TNC与VNC图像中各组织CT值的一致性，以TNC为标准测量值作为X轴，TNC和VNC的差值为Y轴。一致性界限(limits of agreement，LOA)定义为参考范围的95%置信区间(95%CI)。各组主观评分进行比较采用多组独立样本秩和检验(Kruskal WallisH检验)，两名医师主观评分一致性评估采用Kappa检验，K值<0.40，一致性差；0.40≤K值<0.75，一致性良好，K值≥0.75，一致性好。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.客观评价指标

各组图像(TNC、VNC-A、VNC-V)中甲状腺结节、同层正常甲状腺、颈内动脉、项部脂肪、椎旁肌肉的CT值差异均无统计学意义(P均>0.05)，CT值差异不超过8 HU，综合各指标观察VNC-V组CT值更接近于TNC；除甲状腺结节、颈内动脉，其余各组图像背景噪声差异均有统计学意义(P均<0.05)，VNC两期噪声值明显低于TNC；三组图像正常甲状腺SNR、CNR及甲状腺结节SNR差异均有统计学意义(P均<0.05)，VNC两期SNR、CNR高于TNC，见表1。

表1 TNC与双期增强VNC图像的客观评价指标比较结果

2.TNC与VNC两期各组织CT值一致性对比

除VNC-A项部脂肪外，VNC两期甲状腺结节、同层正常甲状腺、颈内动脉、同层椎旁肌肉及静脉期项部脂肪VNC与TNC差值在LOA界限外的点均≤5%(表2，图2)。

表2 TNC、VNC上测量CT值一致性的Bland-Altman分析结果

图2 TNC与VNC图像CT值一致性分析Bland-Altman散点图。a)VNC-A和TNC正常甲状腺CT值差值；b)VNC-V和TNC正常甲状腺CT值差值；c)VNC-A和TNC甲状腺结节CT值差值；d)VNC-V和TNC中甲状腺结节CT值差值；e)VNC-A和TNC颈内动脉CT值差值；f)VNC-V和TNC中颈内动脉CT值差值。

3.图像质量主观评分

两名医师对TNC、VNC-A、VNC-V三组图像主观评价的一致性较好(Kappa值分别为0.963、0.954、0.921)。TNC、VNC-A、VNC-V三组影像的主观评分分别为4(3，4)、5(4，5)、5(4，5)，三组图像均可满足诊断要求，评分差异无统计学意义(P>0.05)。

4.辐射剂量

平扫+双期增强扫描总扫描剂量DLP为(478.00±133.80)mGy· cm，ED为(2.73±0.89)mSv。与常规扫描方式相比，VNC+双期增强总扫描剂量DLP仅为(314.01±94.14)mGy·cm，ED为(1.82±0.60)mSv，有效降低辐射剂量约34.31%，见表3。

表3 两种方式扫描辐射剂量比较

讨 论

甲状腺结节作为甲状腺的常见、多发病，其恶性率为3.9%～13.3%[7]。CT对于病灶定位、定性、周围组织侵犯及淋巴结转移的评估等具有重要意义，已成为临床常规的检查手段之一[8]，但检查过程中也给患者带来辐射安全隐患。甲状腺作为辐射敏感器官，更容易受到辐射的损害，Shao等[9]研究证明CT辐射剂量增加可导致患者患甲状腺癌或白血病等的风险显著增高，在多次扫描累积剂量较多的患者中，其患病概率更大。甲状腺良性结节患者受到电离辐射后发展成恶性肿瘤的发生率高达20%～50%[10]。因此，有效降低辐射剂量成为当今研究热点，降低管电压[11]、迭代重建算法[12]等成为降低辐射剂量的多种方法。

VNC图像利用物质分离及基物质成像技术，从增强扫描图像中分离并去除碘，从而获得类似平扫(TNC)的VNC图像[13]。VNC技术用于颈部已有报道，胡镭等[14]基于单层探测器能谱CT研究显示VNC图像噪声高于TNC ，且主观评分略低于TNC。Zhou等[15]利用双源能谱CT报道尽管辐射剂量显著降低，但在评估甲状腺癌患者中VNC图像的客观及主观图像质量低于TNC图像。对于上述研究结果，笔者认为可能与传统能谱CT虚拟平扫会因基于重建图像进行抑碘、双能量射线存在交叉等原因造成物质分离、抑碘不足或数据丢失、未利用有关，从而出现部分碘仍存在于VNC图像中且无法完全去除的情况，导致组织CT值不准确、图像质量下降等问题。双层探测器光谱CT中的上层探测器采用稀有金属钇(Ytrrium)，只吸收低能量X射线光子，下层探测器具有稀土陶瓷，只采集高能电子，可实现“同时、同源、同向”的双能量成像[16]。此外，与传统能谱CT相比，光谱CT不需要额外调整扫描参数和增加辐射剂量，在一次常规扫描后利用空间-分解技术可重建出虚拟平扫图像、单能级图、碘密度图、有效原子序数图等多个能谱图像[17]。且多项研究[18-20]证明，光谱CT的VNC技术基于原始数据进行抑碘，可消除基于重建图像进行抑碘的部分误差，获得与TNC相同的图像质量，可以作为一种减少辐射剂量的潜在方法。

VNC图像评价的关键在于是否有良好的图像质量，真实反映TNC图像的CT值、病灶情况，能够达到影像诊断要求。SNR和CNR也是评价图像质量的重要参数，SNR越高，代表图像质量越好。在本研究中，VNC图像在各个组织器官的噪声均较TNC图像明显降低，且正常甲状腺SNR、CNR及甲状腺结节SNR高于TNC图像。但甲状腺结节及颈内动脉CNR值差异无统计学意义，可能与病变、颈内动脉的CT值与肌肉CT值对比不明显有关。另基于Bland-Altman分析结果显示，除动脉期项部脂肪外，动脉期和静脉期甲状腺结节、同层正常甲状腺、颈内动脉、同层椎旁肌肉及静脉期项部脂肪的VNC与TNC差值在LOA界限外的点均≤5%，CT值差异不超过8 HU，且VNC-V图像CT值更接近于TNC。此外，两名医师图像质量对TNC、VNC-A、VNC-V三组图像主观评价的一致性较好，VNC图像评分略高于TNC，可清晰检出病灶。在辐射剂量方面，若使用VNC+双期增强扫描方式，可降低辐射剂量约34.31%，ED为(1.82±0.60) mSv。

本研究尚存在一定局限性：①样本量较小，只评估了甲状腺结节及部分兴趣区的CT值，未对病灶特征及分化等进行详细分析，今后将扩大样本量进一步完善；②因结节过小时易受部分容积效应影响导致测量误差，本研究排除了<5 mm 的微小结节，这可能会影响研究的准确性，需进一步研究VNC对微小结节的评估能力。

综上所述，双层探测器光谱CT 虚拟平扫在评估甲状腺结节时具有与平扫相当的图像质量，在满足临床诊断要求的同时减少了辐射剂量，值得临床推广使用。