多層螺旋CT低劑量掃描在CT引導下氬氦刀治療肺癌時的應用價值

李勝鰲 李 琦 曹春婕 董洪瑜 李 杰 張秋奐 王京源 華海琴 王志群

(北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院放射科，北京 100078)

氬氦靶向腫瘤治療術(簡稱氬氦刀)自1998年首次用于惡性腫瘤治療至今，其通過超低溫冷凍，可以準確滅活細胞，延長生存期，提高患者生存質量[1]。在CT引導下氬氦刀手術過程中，由于需要多次對手術區(qū)域進行重復性掃描以進行定位，術中、術后治療效果評估，因此CT掃描輻射劑量大幅上升。本次研究基于此問題選用低劑量掃描方案，以期降低治療中的輻射劑量，進而探討低劑量CT在肺癌氬氦刀治療術中應用的可行性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取北京中醫(yī)藥大學東方醫(yī)院2014年1月至2017年4月期間進行肺癌氬氦刀手術患者52名，采用數(shù)字表法隨機選取22名患者采用胸部低劑量掃描方案(A組，男性10例，女性12例，年齡41～77歲，中位年齡61.5歲)；采用數(shù)字表法隨機選取30名患者采用常規(guī)劑量掃描方案(B組，男性14例，女性16例，年齡34～78歲，中位年齡61歲)。其中A組鱗癌12例、腺癌10例，B組鱗癌17例、腺癌13例，所有患者均簽署知情同意書。

1.2 材料與儀器

1.2.1 采用GE Discovery CT750 HD成像系統(tǒng)

A組采用低劑量掃描，參數(shù)：管電壓120 kV、應用自動管電流調節(jié)技術(automatic tube current modulation，ATCM)范圍 15～60 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，層厚5 mm，層間隔5 mm，重建肺窗、縱隔窗。B組采用常規(guī)劑量掃描，參數(shù)：管電壓120 kV、ATCM管電流范圍50～600 mA，螺距/床速(pitch/speed)0.984∶1，層厚5 mm，層間隔5 mm，重建肺窗、縱隔窗。

1.2.2 氬氦靶向腫瘤治療系統(tǒng)

采用美國Endocare公司制造的Endocare-Ⅱ型4刀氬氦刀系統(tǒng)。冷媒為北京東方醫(yī)用氣體有限公司生產高壓氬、高純氦，高壓氬壓力：(35±0.5)MPa (20 ℃)，高純氦：壓力(15±0.5)MPa 純度≥99．999%。氬氦刀規(guī)格1.7 mm、2.4 mm、3.0 mm。

1.2.3 術前及定位

患者健側臥位，囑患者平靜呼吸，給予心電監(jiān)護，開放靜脈通路，血氧、血壓監(jiān)測。患者體表放置定位標記格柵，CT掃描定位手術區(qū)域，選擇最優(yōu)手術層面，計算進針角度、深度，根據腫塊體積、質地、與相鄰器官的位置關系，選擇進針的位置、順序。行局部麻醉，經數(shù)次CT引導，穿刺定位，定位完成后，將氬氦刀植入靶向位置，調整、固定。

1.2.4 冷凍治療

開啟氬氦靶向腫瘤治療系統(tǒng)，對病灶實施冷凍。冷凍過程中進行CT掃描，根據腫瘤CT值變化，評估瘤體冷凍范圍及冷凍程度，根據評估結果調整冷凍周期。達到預期效果后，手術結束，患者患側臥位行胸部平掃，上至肺尖下至膈角，層厚5 mm，觀察有無氣胸、出血、血氣胸等合并癥發(fā)生。

1.3 圖像分析評價內容

1.3.1 肺窗

CT機自動重建肺窗(窗寬1 600/窗位-650)，重建縱隔窗(窗寬350/窗位35)，層厚5 mm，層間隔5 mm。

1.3.2 輻射劑量

掃描完成后可記錄掃描參數(shù)kV、mA、ms，查看劑量報告，輻射劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)，單位mGy、劑量長度乘積(dose length product，DLP)單位mGy·cm，由計算機自動生成。

1.3.3 腫瘤CT值測定

在重建圖像上選取腫瘤直徑最大層面密度均勻區(qū)域100 mm2圓形感興趣區(qū)，分別測量冷凍前、冷凍后CT值。

1.3.4 圖像質量客觀評價

在兩組重建圖像上選取均勻組織進行測量。取雙側肌肉組織，感興趣區(qū)范圍100 mm2圓形區(qū)域，測量左右兩側的CT值和標準方差作為掃描圖像的噪聲指標。

1.3.5 圖像質量評分(image quality scores，IQS)

隱藏兩組患者圖像掃描信息，隨機排列圖像順序，由兩名影像科醫(yī)師采用雙盲法進行獨立閱片，分析肺窗、縱隔窗圖像，并對所有圖像進行評分，以兩名醫(yī)師評分的均值作為最終圖像評分。采用橫斷面圖像評價方法[2]：肺窗圖像采用觀察支氣管、肺血管、肺裂及肺內病灶邊緣銳利度5項評價，所得總分除以5獲得每幅圖像最后得分；縱隔窗圖像采用觀察心臟、肺門大血管、主動脈、胸壁骨和肌肉邊緣的銳利程度及縱隔內結構(血管、氣管、食道等)與鄰近組織的對比程度4項進行評價，所得分數(shù)除以4為每幅圖像得分。上述評分標準分為0～5分，5分：邊緣清晰，無偽影；4分：邊緣略模糊，無偽影；3分：邊緣略模糊，少量偽影；2分：邊緣模糊，中等量偽影；1分：大量偽影，縱隔結構無法顯示。質量評分標準分為5級，5級優(yōu)秀(4.50～5.00)，4級良好(3.50～4.49)，3級中等(2.50～3.49)，2級較差(1.50～2.49)，1級差(0.00～1.49)。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件。兩組患者掃描輻射劑量指數(shù)CTDIvol、氬氦刀冷凍前后病灶CT值、圖像噪聲間的差異采用重復測量方差分析，圖像質量評分采用非參數(shù)多個獨立樣本Kruskal-WallisH檢驗，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 輻射劑量指數(shù)

輻射劑量兩組患者術中平均重復掃描6次，輻射劑量指數(shù)CTDIvol組間差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，A組較B組的輻射劑量指數(shù)下降80.90%(表1)。

2.2 腫瘤CT圖像噪聲比較

氬氦刀治療前A組、B組腫瘤CT值間的差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),治療后兩組CT值的差異以及圖像噪聲值間差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表2)。

表1 掃描CTDIvol間的差異Tab.1 Differences between CTDIvol

表2 腫瘤CT值、圖像噪聲兩組間的差異Tab.3 Difference of tumor CT value and image noise between two groups

2.3 圖像評價

A組、B組肺紋理圖像評分間差異有統(tǒng)計學意義(P=0.020)，B組評分優(yōu)于A組，其余各項圖像質量評分間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05，表3，圖1)。

表3 A組與B組圖像評分間的差異Tab. 3 Differences of image scores between two groups

3 討論

1998年10月，美國Endocare公司研發(fā)成功一種利用超低溫介入冷-熱消融靶向腫瘤治療設備，簡稱美國氬氦刀(Endocare Cryocare TM Surgical System)經中國藥監(jiān)局批準于1999年10月引進中國。其工作原理為：依靠高壓氬氣在刀尖內急速釋放、快速膨脹時吸收周圍熱量，十幾秒內使周圍組織溫度下降至-120～-140 ℃低溫，因組織溫度的急速下降，冰晶在組織細胞、微動脈、微靜脈內外快速形成，從而達到快速冷凍效果，之后高壓氦氣工作，快速升溫致熱。迅速冷-熱交替過程中，會導致細胞膜破壞，細胞核破裂，細胞內蛋白質變性，線粒體消失等，最終致細胞死亡。CT影像上，經氬氦刀冷凍的腫瘤組織表現(xiàn)為組織密度減低，CT值下降，CT圖像上被冷凍的密度減低區(qū)稱為冰球，與未冷凍腫瘤組織相比較，冰球的范圍、直徑、邊界清晰可見。現(xiàn)在，微創(chuàng)治療技術在惡性腫瘤的治療中已成為熱點，作為一種先進的腫瘤微創(chuàng)治療技術，氬氦刀具有適應證廣、靶向性強、消融效果明顯、不良反應小等優(yōu)點，氬氦靶向消融技術在腫瘤治療中應用廣泛。

CT具有密度分辨率高，檢查便利，成像速度快等優(yōu)勢[3]，在臨床得到廣泛應用。肺部病變的檢查手段中，因CT所具有的高度敏感性，使其能夠提供更多的診斷信息[4]。隨著多層CT的普及，輻射劑量給人體帶來的傷害也引起人們的重視，低劑量掃描技術逐漸被關注[5]。CT引導下氬氦刀治療術是治療惡性腫瘤的重要手段[6-7]，術中對病變的診斷已經不是主要內容，準確的定位穿刺，清晰顯示氬氦刀工作產生的冰球范圍是觀察的重點，因此，在保證圖像質量能夠順利完成手術的前提下，采用低劑量掃描方案，合理降低輻射劑量成為可能。

圖1 肺紋理圖像評價Fig.1 Pulmonary texture image evaluation

降低輻射劑量有很多方法，其中包括降低管電壓、降低管電流、減少掃描時間、增大掃描螺距[7]、應用自動管電流調節(jié)技術自動管電流調節(jié)技術(automatic tube current modulation，ATCM)，達到個體優(yōu)化等，每種方法都可以有效降低輻射劑量，且每種方法也有各自的不足。管電壓下降會使輻射劑量下降，使X線穿透力降低，信噪比(signal-noise ratio，SNR)相應降低，組織對X線的吸收量增加；增大螺距(掃描床速與掃描層厚之間的比值)，使曝光量減少，降低輻射劑量，但Z軸分辨力也隨之下降，氬氦刀治療術穿刺定位過程中，觀察針尖所處的位置十分重要，Z軸分辨力下降，會影響對針尖位置的觀察，如果針尖超出預定位置，會使其對周圍組織器官造成傷害的危險系數(shù)增加，如果針尖未達到預定位置，氬氦刀植入后，冰球冷凍范圍不能覆蓋腫瘤邊緣，有可能殘留腫瘤細胞，成為復發(fā)來源[8]，將直接影響手術效果；降低管電流可降低輻射劑量，也會降低圖像信噪比，但在胸部，由于肺內含氣量豐富，天然對比優(yōu)良，CT掃描圖像質量不會受到顯著影響,被研究者[9-11]作為低劑量掃描應用的首選。

本研究選用降低管電流的方法，且選擇ATCM 15～60 mA范圍，通過降低管電流，完成個體優(yōu)化，來達到降低輻射劑量的目的。CT引導下氬氦刀治療術中，CT掃描需要完成穿刺定位、術中及術后對腫瘤冷凍效果評估兩項主要內容。因此，在選擇低劑量掃描條件時，需要兼顧肺窗和縱隔窗的圖像質量。有文獻[12]報道隨著mA值降低，輻射劑量也隨之降低，輻射劑量與mA量呈正比關系，管電流降至10 mA，在進行胸部活檢穿刺時，肺窗圖像依然能夠清晰顯示穿刺針的穿刺路徑及與相鄰重要組織結構的關系，可以保證穿刺順利完成，但縱隔窗觀察價值下降。低劑量掃描條件就常規(guī)劑量而言，圖像顯示特點表現(xiàn)：所得圖像顆粒度粗、對比度降低、圖像噪聲增大、縱隔窗肺尖、肺底可出現(xiàn)條形偽影，在氬氦刀治療術中，管電流選取范圍過低，會導致縱隔窗圖像質量的下降，不利于在縱隔窗上觀察腫瘤的邊界及形態(tài)，不利于觀察冰球在瘤體中的覆蓋范圍，直接影響術中術后氬氦刀對腫瘤冷凍效果的評估。研究[11]顯示，胸部低劑量CT掃描管電流選取范圍為20～40 mA為理想條件，所獲得的圖像質量不會影響診斷的準確性，與常規(guī)劑量圖像質量差異無統(tǒng)計學意義[13],考慮到穿刺針、氬氦刀在掃描過程中所產生的偽影對圖像的影響，本研究將管電流設定為ATCM 15～60 mA范圍，以滿足不同觀察窗的圖像質量要求。本方法中圖像評分結果為肺紋理評分B組優(yōu)于A組，其余各項圖像質量評分間差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。分析原因，由于mA值的降低使圖像噪聲增加，肺窗顯示顆粒感稍重。綜合考慮在縱隔、腫塊、冰球及偽影方面，兩組圖像差異均無統(tǒng)計學意義，因此，低劑量掃描圖像不影響手術進行。

腫瘤組織在冷凍后，細胞皺縮、脫水[14]，CT影像上CT值會發(fā)生改變，瘤體內CT值降低區(qū)域即為冰球形成覆蓋的區(qū)域，手術過程中要根據冰球的大小來調整冷凍的時間和功率，有研究[15]顯示，冰球邊界內 8 mm球形范圍內細胞可達到100%死亡，如果冰球覆蓋不足，瘤灶邊緣腫瘤細胞未能滅活，有可能出現(xiàn)原位復發(fā)和轉移。因此，清晰顯示冰球邊界是評估手術效果的重要因素。在本方法中，腫瘤CT值兩組結果顯示分別為：A組治療前(48.12±16.47)Hu，治療后(-16.42±13.95)Hu；B組治療前(46.74±10.79)Hu，治療后(-14.22±7.83)Hu，治療前后兩組腫瘤CT值比較差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，且A、B兩組治療前后CT值降低幅度相當，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，不影響冷凍效果評估。

通過本方法掃描結果顯示，單次掃描輻射劑量加權指數(shù)CTDIvol降低至(3.63±0.54)mGy，與常規(guī)劑量所得(18.99±5.20)mGy相比較，下降幅度為80.90%。

綜上所述，本研究采用的低劑量掃描方案在肺腫瘤氬氦刀治療術中，能夠大幅度降低受檢者輻射劑量，掃描圖像質量能夠完全滿足臨床診斷要求，穿刺路徑顯示清晰，冷凍效果顯示準確，在胸部肺腫瘤氬氦刀治療術中顯示出了較好的應用價值。

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