寬探測器多層螺旋CT靶掃描技術在胰腺癌術前評估中的應用價值

尹偉 張倩雯 許兵 周振 張雅穎 孟鴻宇 侯雨希 王敏杰 弓靜

海軍軍醫大學第一附屬醫院放射診斷科，上海 200433

隨著外科手術技術的進步，對原來認為不可切除腫瘤的指征有了進一步的更新，同時對影像學圖像質量有了更高的要求。多層螺旋CT(multidetector computed tomography, MDCT)增強掃描可獲得亞毫米軸向圖像以及多時相成像，是胰腺癌診斷和可切除性評估的首選影像學檢查方法[1-2]。以往MDCT在胰腺腫瘤中應用的相關研究較多，從診斷方面入手重點在于胰腺腫瘤的鑒別、征象以及分期，從MDCT技術方面入手則采用雙能量掃描、灌注掃描以及高級重建算法等技術[3-6]，鮮有將靶掃描技術應用于MDCT增強檢查中。本研究通過體外體模掃描研究得到寬探測器靶掃描技術參數，并將該技術應用于胰腺MDCT增強掃描的動脈晚期，評估其對胰腺腫瘤與胰周組織的顯示效果以及評判胰腺腫瘤與胰周血管比鄰關系的價值。

資料與方法

一、一般資料

回顧性分析2019年9月至2019年10月間海軍軍醫大學第一附屬醫院22例行胰腺動脈MDCT增強掃描檢查且經病理確診的胰腺癌患者的臨床資料，其中男性17例，女性5例，年齡(63±7)歲。臨床表現為上腹部痛15例次，腰背部疼痛4例次，皮膚、鞏膜黃染5例次，2例無明顯癥狀；體重明顯減輕7例。胰腺腫瘤長徑為(32.05±11.77)mm，短徑為(25.5±6.96)mm。本研究通過醫院倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。

二、體模實驗和CT檢查方法

MDCT為320排動態容積CT(Aquilion ONE；東芝醫療，東京，日本)。采用國際標準體模(CATPHAN 500，美國)進行體模實驗，分別在螺旋(helical)掃描模式和容積(volume)掃描模式下進行不同輻射劑量掃描。管電壓設定為120 kV，改變管電流，使輻射劑量CTDIvol值分別為5、10、15、20、25 mGy時采集數據。隨后于容積掃描模式條件下在掃描視野(scan field of view，SFOV)分別為180、240、350、420、500 mm時采集數據并對比圖像。

對22例胰腺癌患者行胰腺動脈MDCT增強掃描檢查。管電壓為120 kV，轉速為0.5 r/s，濾波函數為FC07，其他主要掃描參數見表1。采用高壓注射器經肘靜脈依次注射對比劑碘普羅胺注射液(碘含量370 mgl/ml，德國拜耳醫藥保健有限公司)100 ml(流率5.0 ml/s)和0.9%氯化鈉20 ml(流率5.0 ml/s)，然后分別延遲4、10、10、45 s采集動脈期、動脈晚期、門靜脈期、延遲期圖像。掃描延遲時間采用實時監測法，監測腹主動脈腹腔干水平，觸發閾值設置為220 HU。動脈晚期為觀察胰腺腫瘤與胰腺組織以及胰周血管的最佳時相，本研究對動脈晚期進行寬探測器MDCT靶掃描，其他時相均采用常規掃描。

表1 22例胰腺癌患者胰腺不同掃描時相的參數

三、圖像分析

由2名影像科高年資主治醫師分別閱片，診斷結果不一致時通過協商討論達成一致意見。體模圖像評價指標包括空間分辨率與密度分辨率；臨床圖像評估指標包括腫瘤組織與胰腺組織的評估以及胰周血管的評估。測量胰腺腫瘤與胰腺組織的衰減值(CT值)與噪聲值(SD值)，計算兩者的衰減差，并計算腫瘤組織的對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)，CNR=|CT胰腺癌-CT胰腺|/SD胰腺。測量胰周重要血管包括腹腔干、腎動靜脈、腸系膜上動靜脈、脾動靜脈以及門靜脈的CT值，評估不同期相(平掃期、動脈期、動脈晚期、門靜脈期、延遲期)對胰周血管顯示的優缺點。

四、統計學處理

結 果

一、體模圖像質量客觀評估

隨著輻射劑量由5 mGy上升至25 mGy，螺旋掃描模式下圖像密度分辨率從1%@9mm上升至1%@4mm(圖1A、1B)，空間分辨率從7LP/cm上升至8LP/cm(圖1C、1D)；容積掃描模式下的圖像密度分辨率從1%@6mm上升至1%@2mm(圖1E、1F)，空間分辨率從7 LP/cm上升至9 LP/cm(圖1G、1H)。同等輻射劑量條件下，容積掃描模式的圖像密度分辨率優于螺旋掃描模式(5 mGy時1%@4mm 比 1%@9mm；25 mGy時1%@2 mm 比 1%@6mm)。容積掃描模式的空間分辨率僅在輻射劑量高時優于螺旋掃描模式(25 mGy時8 LP/cm比 7 LP/cm)。容積掃描模式下，隨著SFOV的縮小，圖像密度分辨率從1%@5 mm上升至1%@3 mm，空間分辨率從7 LP/cm上升至8 LP/cm(圖2)。

圖1 螺旋掃描模式下輻射劑量為5 mGy與25 mGy條件下圖像密度分辨率(1A、1B)和空間分辨率(1C、1D)；容積掃描模式下5 mGy與25 mGy條件下圖像密度分辨率(1E、1F)與空間分辨率(1G、1H)

圖2 容積掃描模式下分別在180、240、500 mm掃描視野條件下的圖像密度分辨率(2A～2C)和空間分辨率(2D～2F)

二、胰腺癌患者圖像質量客觀評估

胰腺組織的強化過程為先升高后下降，而胰腺腫瘤為輕度強化過程，兩者在動脈晚期衰減差別最明顯；胰腺組織與胰腺腫瘤的衰減差及CNR也是呈先增加后減少的過程，在動脈晚期達到最大值。平掃期、動脈期、動脈晚期、門靜脈期、延遲期圖像胰腺腫瘤與胰腺組織的衰減差與CNR差異均有統計學意義(F值分別為47.20、19.80，P值均<0.05，表2、圖3)。

表2 22例胰腺癌患者不同掃描時相胰腺腫瘤與胰腺組織的強化對比

圖3 胰腺腫瘤與胰腺組織各時相掃描的衰減差

三、胰腺癌患者圖像胰周血管評估

腸系膜上動脈、腹腔干及脾動脈CT值變化依次為動脈期>動脈晚期>門靜脈期>延遲期；腸系膜上靜脈CT值變化依次為門靜脈期>延遲期≈動脈期>動脈晚期；脾靜脈CT值變化依次為動脈晚期>門靜脈期>動脈期>延遲期；門靜脈CT值變化依次為門靜脈期>動脈晚期>延遲期>動脈期(圖4、表3)。在動脈晚期靶掃描圖像上可以得到較好的動脈期圖像，同時兼顧脾靜脈、腸系膜靜脈及門靜脈的顯示(圖5)。

圖5 胰腺靶掃描的平掃期(5A)、動脈期(5B)、動脈晚期(5C)、門靜脈期(5D)、延遲期(5E)圖像

表3 22例胰腺癌患者胰周重要血管不同掃描時相的CT值

圖4 不同掃描時相胰周血管的CT值比較

討 論

客觀、準確、全面的影像檢查對胰腺癌術前診斷、分期預測、治療決策選擇都至關重要。胰腺MDCT增強掃描目前是胰腺癌患者術前影像學評估的首選檢查，要求對腫瘤的位置、大小、有無血管侵犯、淋巴結轉移以及其他臟器轉移或累及等因素做出細致準確的評估，而CT掃描技術及圖像質量是準確評估的前提。靶掃描這一概念最早是由李惠民等[7]提出并應用于肺部的一種高分辨率掃描技術，它采用縮小SFOV、減小像素、減薄層厚來提高細節分辨率，可以進一步提高組織結構的空間分辨率和密度分辨率，被廣泛應用于肺結節的高分辨率顯示上。如何將靶掃描技術應用于胰腺，目前國內外少有報道。本研究通過MDCT體模實驗及臨床胰腺癌患者胰腺增強MDCT掃描，從空間分辨率、密度分辨率、腫瘤對比度及瘤周血管等關鍵指標入手，對靶掃描MDCT技術在胰腺癌術前評估中的應用進行了探討。

常規CT掃描模式分為容積掃描與螺旋掃描。容積掃描模式發展較早，它在X線曝光時不移動掃描床，每一層軸位數據進行重建時均為獨立的信息，不進行插值計算，單層圖像質量好，但早期CT設備探測器覆蓋范圍一般為19.2～40.0mm，在此范圍內無法實現在掃描床不移動的情況下進行單臟器掃描[8]。隨著CT設備各項技術的飛速發展，探測器層數和寬度快速增加，現已經可以單圈掃描實現單臟器的全覆蓋。本研究使用的是320排動態容積CT，設備探測器寬度為160 mm，可以在短時間內不移動掃描床的條件下實現160 mm的全胰腺容積CT數據采集。而螺旋掃描模式利用滑環技術在X線曝光時保持掃描床勻速移動，這種掃描模式大幅度提高了CT成像速度，使CT大范圍掃描成為可能，但由于每一層軸位數據必須通過相鄰層的數據插值來獲得足夠多的重建信息，因此為了獲得邊緣層面數據，就要求掃描邊緣層面外的額外數據，即X線的過掃描效應(over-ranging)[9]，這將導致在相同掃描參數條件下，螺旋掃描的輻射劑量大于容積掃描輻射劑量，而在相同輻射劑量水平上，容積掃描CT圖像質量將優于螺旋掃描模式。本研究采用國際標準體模CATPHON 500進行實驗，結果也證實容積掃描模式的圖像密度分辨率在任何掃描劑量時都優于螺旋掃描模式。

影響CT圖像質量的因素除了掃描模式、輻射劑量外，還有焦點、探測器寬度、層厚、像素、重建算法等因素，而評估CT圖像質量最重要的兩個參數是空間分辨率與密度分辨率。空間分辨率為圖像對物體空間大小的分辨能力，可辨直徑越小，即空間分辨率越高，而密度分辨率為圖像對組織密度差別的分辨能力，可辨組織密度差異越小，即密度分辨率越高[10]。本研究主要探討SFOV對圖像質量的影響，通過改變像素的大小從而改變空間分辨率，相同的矩陣，視野越小，像素尺寸就越小，空間分辨率就越高。為了保證圖像獲得優越的密度分辨率，本研究采用小SFOV容積掃描的同時還聯合高管電流模式，在整體輻射劑量不增加的情況下，增加像素的光子量，降低了圖像噪聲。除此之外，采用小SFOV可以減少錐形束偽影，SFOV越小，錐體開口越小，相關偽影就越少[11]。本研究最終采用小SFOV靶掃描技術使得圖像的空間分辨與密度分辨均得以提高。

胰腺增強CT掃描是胰腺腫瘤評估的首選成像工具[12]。CT圖像增強效果直接影響胰腺腫瘤的顯示效果，其主要影響因素有對比劑濃度、對比劑用量、對比劑流速以及掃描延遲時間[13]。Schueller等[14]采用碘含量為300 mgI/ml的對比劑，通過提高對比劑流速(4 ml/s至8 ml/s)的方法以及個性化設置延遲時間來提高胰腺腫瘤與胰腺組織的對比度。結果表明在對比劑到達腹主動脈30 s后可獲得最佳腫瘤與胰腺組織的對比度，胰腺腫瘤與胰腺組織衰減差值為(81.1±13.3)HU。本研究采用的對比劑流速為5.0 ml/s，較上述研究偏低，主要考慮因素是患者血管的耐受性，避免對比劑流速過高導致對比劑外滲。本研究通過使用碘含量為370 mgI/s的對比劑來降低對比劑流速對圖像的影響，同時通過實時監測法個性化延遲掃描時間，于動脈期掃描后10 s采集動脈晚期數據，最終使胰腺腫瘤與胰腺組織的衰減差異達到(91.96±29.29)HU，進一步提高了胰腺腫瘤與胰腺組織的對比度。

除了提高胰腺腫瘤與胰腺組織的對比度，更清晰的胰周血管可視化對腫瘤T分期以及血管侵犯有重要意義。在之前的研究中[15]，主要通過對胰周重要動靜脈分開評估來評價腫瘤的可切除性，未對其他重要血管如肝總動脈、胃十二指腸動脈、腸系膜第一空腸分支、變異的肝右動脈做評價，導致部分腫瘤可切除患者漏評或假陽性率增高。本研究中動脈晚期于動脈期結束10 s后掃描，腫瘤邊界在正常組織襯托下清晰可辨，除了胰周重要動脈，脾靜脈、腸系膜靜脈以及門靜脈也可清晰顯示，且瘤周所有動脈CT值能維持在350 HU以上、所有靜脈CT值可達150 HU以上，胰腺腫瘤與正常胰腺組織的平均差值為91.96 HU，優于動脈期(47.42 HU)、門靜脈期(52.55 HU)、延遲期(28.33 HU)，可在同一時相上完成腫瘤的位置、大小、邊界、瘤周侵犯、血管侵犯的評價，為胰腺癌的T分期及可切除性評價提供足夠的信息。

綜上所述，對于胰腺癌術前評估患者，通過寬探測器MDCT靶掃描技術在動脈晚期獲得的數據優于常規胰腺掃描。在各種客觀和主觀的評價指標中，圖像質量更優，能為臨床提供更豐富的腫瘤分期及可切除性評價信息，值得大力推廣。

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