雙層探測器光譜CT虛擬平掃替代常規(guī)平掃評(píng)估甲狀腺結(jié)節(jié)的可行性分析

付藍(lán)琦，潘馨夢，劉思佳，李青青，楊亞英

甲狀腺結(jié)節(jié)是甲狀腺的常見、多發(fā)病，CT增強(qiáng)掃描對(duì)于評(píng)估結(jié)節(jié)性質(zhì)、與周圍組織關(guān)系及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移具有重要價(jià)值[1]。但CT的輻射損害受到社會(huì)廣泛關(guān)注。雙層探測器光譜CT可實(shí)現(xiàn)“同時(shí)、同源、同向”的雙能量成像，其后處理技術(shù)虛擬平掃(virtual non-contrast，VNC)利用物質(zhì)分離及基物質(zhì)成像技術(shù)，從增強(qiáng)掃描圖像中減去碘物質(zhì)，得到類似于平掃(true non-contrast images，TNC)的VNC圖像[2]。雙層探測器光譜CT VNC技術(shù)已被證實(shí)在胸部、冠狀動(dòng)脈、肝臟、腎上腺等多個(gè)領(lǐng)域可提供與TNC相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量[3-5]。在甲狀腺方面的研究鮮有報(bào)道，本研究擬探討雙層探測器光譜CT虛擬平掃替代常規(guī)平掃評(píng)估甲狀腺結(jié)節(jié)的可行性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

回顧性收集2021年1月-2021年6月于昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院雙層探測器光譜CT掃描且最終經(jīng)病理證實(shí)為甲狀腺結(jié)節(jié)病變患者的病例資料，因結(jié)節(jié)過小易受部分容積效應(yīng)影響導(dǎo)致測量誤差，故排除結(jié)節(jié)長徑<5 mm 7例，排除無病理資料3例，最終入組63例。63例中男26例，女37例；年齡25～89歲，平均(55.35±14.85)歲。其中甲狀腺乳頭狀癌31例，甲狀腺濾泡癌5例，結(jié)節(jié)性甲狀腺腫19例，甲狀腺腺瘤3例，橋本氏甲狀腺炎5例。所有患者檢查前均簽署知情同意書。

2.掃描方法與圖像重建

63例患者均采用Philips Healthcare IQon Spectral CT檢查。掃描內(nèi)容包括頸部平掃、動(dòng)脈期、靜脈期增強(qiáng)掃描，掃描范圍自顱頂至主動(dòng)脈弓水平。先行CT平掃，之后采用雙筒高壓注射器注射非離子型對(duì)比劑碘海醇(350 mg I/mL)，劑量50 mL，流率3 mL/s，并以相同流率注射生理鹽水40 mL。達(dá)到閾值后7 s、31 s分別行動(dòng)脈期、靜脈期掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kVp，管電流采用自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，準(zhǔn)直器寬度64×0.625 mm，X線管轉(zhuǎn)速0.5 s/r，螺距0.798。CT圖像采集完成后，將平掃數(shù)據(jù)進(jìn)行混合迭代重建(iDose4，level 3)獲得常規(guī)圖像(TNC)，增強(qiáng)兩期數(shù)據(jù)進(jìn)行投影空間光譜重建(Spectral B，level 3)生成動(dòng)脈期VNC圖像(VNC-A)和靜脈期VNC圖像(VNC-V)。所有圖像重建層厚為1 mm，層間距為1 mm。

3.數(shù)據(jù)及圖像分析

①圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)：將TNC、VNC-A、VNC-V圖像導(dǎo)入Philips SpDS圖像工作站(Spectral Diagonostic Suite 6.5，Philips Healthcare)進(jìn)行分析及測量。所有興趣區(qū)(region of interest，ROI)均測量3次取平均值，盡量保證ROI形狀、大小和位置一致。ROI避開鈣化、壞死區(qū)域，分別位于甲狀腺結(jié)節(jié)、同層正常甲狀腺、頸內(nèi)動(dòng)脈、項(xiàng)部脂肪、同層椎旁肌肉，面積約為0.7 mm2。分別測量TNC、VNC-A、VNC-V圖像中甲狀腺結(jié)節(jié)、同層正常甲狀腺、頸內(nèi)動(dòng)脈、項(xiàng)部脂肪、同層椎旁肌肉的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)，以項(xiàng)部脂肪SD作為背景噪聲，計(jì)算信噪比(signal noise ratio，SNR)、對(duì)比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)，其中SNR =CTROI/SDROI，CNR=(CTROI-CT同層椎后肌肉)/SD項(xiàng)部脂肪。

②圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)：由兩名高年資影像醫(yī)師采取5分法[6]分別對(duì)TNC、VNC-A、VNC-V圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，若有分歧則共同協(xié)商決定：5分，圖像解剖細(xì)節(jié)清晰，無明顯噪聲和偽影；4分，圖像解剖細(xì)節(jié)尚清晰，噪聲稍增多，略有偽影；3分，圖像解剖細(xì)節(jié)欠清晰，噪聲和偽影較明顯，基本滿足診斷要求；2分，解剖細(xì)節(jié)辨識(shí)困難，噪聲和偽影明顯，不能滿足診斷；1分，解剖結(jié)構(gòu)無法辨識(shí)，偽影嚴(yán)重，無法診斷。3分以上者可滿足診斷要求(圖1)。

圖1 女，57歲，甲狀腺乳頭狀癌。a)常規(guī)平掃圖像；b)動(dòng)脈期VNC圖像；c)靜脈期VNC圖像。

③輻射劑量：記錄患者平掃及增強(qiáng)掃描劑量長度乘積(dose-length product，DLP)與CT劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)，均為設(shè)備自動(dòng)生成，利用公式計(jì)算有效輻射劑量(effective dose，ED)，ED=DLP×0.0059[7]。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26.0和MedCale 19軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)計(jì)量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間差異采用單因素方法分析，兩兩比較采用Bonferroni法。繪制Bland-Altman plot散點(diǎn)圖分析TNC與VNC圖像中各組織CT值的一致性，以TNC為標(biāo)準(zhǔn)測量值作為X軸，TNC和VNC的差值為Y軸。一致性界限(limits of agreement，LOA)定義為參考范圍的95%置信區(qū)間(95%CI)。各組主觀評(píng)分進(jìn)行比較采用多組獨(dú)立樣本秩和檢驗(yàn)(Kruskal WallisH檢驗(yàn))，兩名醫(yī)師主觀評(píng)分一致性評(píng)估采用Kappa檢驗(yàn)，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為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)

各組圖像(TNC、VNC-A、VNC-V)中甲狀腺結(jié)節(jié)、同層正常甲狀腺、頸內(nèi)動(dòng)脈、項(xiàng)部脂肪、椎旁肌肉的CT值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，CT值差異不超過8 HU，綜合各指標(biāo)觀察VNC-V組CT值更接近于TNC；除甲狀腺結(jié)節(jié)、頸內(nèi)動(dòng)脈，其余各組圖像背景噪聲差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，VNC兩期噪聲值明顯低于TNC；三組圖像正常甲狀腺SNR、CNR及甲狀腺結(jié)節(jié)SNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，VNC兩期SNR、CNR高于TNC，見表1。

表1 TNC與雙期增強(qiáng)VNC圖像的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)比較結(jié)果

2.TNC與VNC兩期各組織CT值一致性對(duì)比

除VNC-A項(xiàng)部脂肪外，VNC兩期甲狀腺結(jié)節(jié)、同層正常甲狀腺、頸內(nèi)動(dòng)脈、同層椎旁肌肉及靜脈期項(xiàng)部脂肪VNC與TNC差值在LOA界限外的點(diǎn)均≤5%(表2，圖2)。

表2 TNC、VNC上測量CT值一致性的Bland-Altman分析結(jié)果

圖2 TNC與VNC圖像CT值一致性分析Bland-Altman散點(diǎn)圖。a)VNC-A和TNC正常甲狀腺CT值差值；b)VNC-V和TNC正常甲狀腺CT值差值；c)VNC-A和TNC甲狀腺結(jié)節(jié)CT值差值；d)VNC-V和TNC中甲狀腺結(jié)節(jié)CT值差值；e)VNC-A和TNC頸內(nèi)動(dòng)脈CT值差值；f)VNC-V和TNC中頸內(nèi)動(dòng)脈CT值差值。

3.圖像質(zhì)量主觀評(píng)分

兩名醫(yī)師對(duì)TNC、VNC-A、VNC-V三組圖像主觀評(píng)價(jià)的一致性較好(Kappa值分別為0.963、0.954、0.921)。TNC、VNC-A、VNC-V三組影像的主觀評(píng)分分別為4(3，4)、5(4，5)、5(4，5)，三組圖像均可滿足診斷要求，評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

4.輻射劑量

平掃+雙期增強(qiáng)掃描總掃描劑量DLP為(478.00±133.80)mGy· cm，ED為(2.73±0.89)mSv。與常規(guī)掃描方式相比，VNC+雙期增強(qiáng)總掃描劑量DLP僅為(314.01±94.14)mGy·cm，ED為(1.82±0.60)mSv，有效降低輻射劑量約34.31%，見表3。

表3 兩種方式掃描輻射劑量比較

討 論

甲狀腺結(jié)節(jié)作為甲狀腺的常見、多發(fā)病，其惡性率為3.9%～13.3%[7]。CT對(duì)于病灶定位、定性、周圍組織侵犯及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的評(píng)估等具有重要意義，已成為臨床常規(guī)的檢查手段之一[8]，但檢查過程中也給患者帶來輻射安全隱患。甲狀腺作為輻射敏感器官，更容易受到輻射的損害，Shao等[9]研究證明CT輻射劑量增加可導(dǎo)致患者患甲狀腺癌或白血病等的風(fēng)險(xiǎn)顯著增高，在多次掃描累積劑量較多的患者中，其患病概率更大。甲狀腺良性結(jié)節(jié)患者受到電離輻射后發(fā)展成惡性腫瘤的發(fā)生率高達(dá)20%～50%[10]。因此，有效降低輻射劑量成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)，降低管電壓[11]、迭代重建算法[12]等成為降低輻射劑量的多種方法。

VNC圖像利用物質(zhì)分離及基物質(zhì)成像技術(shù)，從增強(qiáng)掃描圖像中分離并去除碘，從而獲得類似平掃(TNC)的VNC圖像[13]。VNC技術(shù)用于頸部已有報(bào)道，胡鐳等[14]基于單層探測器能譜CT研究顯示VNC圖像噪聲高于TNC ，且主觀評(píng)分略低于TNC。Zhou等[15]利用雙源能譜CT報(bào)道盡管輻射劑量顯著降低，但在評(píng)估甲狀腺癌患者中VNC圖像的客觀及主觀圖像質(zhì)量低于TNC圖像。對(duì)于上述研究結(jié)果，筆者認(rèn)為可能與傳統(tǒng)能譜CT虛擬平掃會(huì)因基于重建圖像進(jìn)行抑碘、雙能量射線存在交叉等原因造成物質(zhì)分離、抑碘不足或數(shù)據(jù)丟失、未利用有關(guān)，從而出現(xiàn)部分碘仍存在于VNC圖像中且無法完全去除的情況，導(dǎo)致組織CT值不準(zhǔn)確、圖像質(zhì)量下降等問題。雙層探測器光譜CT中的上層探測器采用稀有金屬釔(Ytrrium)，只吸收低能量X射線光子，下層探測器具有稀土陶瓷，只采集高能電子，可實(shí)現(xiàn)“同時(shí)、同源、同向”的雙能量成像[16]。此外，與傳統(tǒng)能譜CT相比，光譜CT不需要額外調(diào)整掃描參數(shù)和增加輻射劑量，在一次常規(guī)掃描后利用空間-分解技術(shù)可重建出虛擬平掃圖像、單能級(jí)圖、碘密度圖、有效原子序數(shù)圖等多個(gè)能譜圖像[17]。且多項(xiàng)研究[18-20]證明，光譜CT的VNC技術(shù)基于原始數(shù)據(jù)進(jìn)行抑碘，可消除基于重建圖像進(jìn)行抑碘的部分誤差，獲得與TNC相同的圖像質(zhì)量，可以作為一種減少輻射劑量的潛在方法。

VNC圖像評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于是否有良好的圖像質(zhì)量，真實(shí)反映TNC圖像的CT值、病灶情況，能夠達(dá)到影像診斷要求。SNR和CNR也是評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的重要參數(shù)，SNR越高，代表圖像質(zhì)量越好。在本研究中，VNC圖像在各個(gè)組織器官的噪聲均較TNC圖像明顯降低，且正常甲狀腺SNR、CNR及甲狀腺結(jié)節(jié)SNR高于TNC圖像。但甲狀腺結(jié)節(jié)及頸內(nèi)動(dòng)脈CNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與病變、頸內(nèi)動(dòng)脈的CT值與肌肉CT值對(duì)比不明顯有關(guān)。另基于Bland-Altman分析結(jié)果顯示，除動(dòng)脈期項(xiàng)部脂肪外，動(dòng)脈期和靜脈期甲狀腺結(jié)節(jié)、同層正常甲狀腺、頸內(nèi)動(dòng)脈、同層椎旁肌肉及靜脈期項(xiàng)部脂肪的VNC與TNC差值在LOA界限外的點(diǎn)均≤5%，CT值差異不超過8 HU，且VNC-V圖像CT值更接近于TNC。此外，兩名醫(yī)師圖像質(zhì)量對(duì)TNC、VNC-A、VNC-V三組圖像主觀評(píng)價(jià)的一致性較好，VNC圖像評(píng)分略高于TNC，可清晰檢出病灶。在輻射劑量方面，若使用VNC+雙期增強(qiáng)掃描方式，可降低輻射劑量約34.31%，ED為(1.82±0.60) mSv。

本研究尚存在一定局限性：①樣本量較小，只評(píng)估了甲狀腺結(jié)節(jié)及部分興趣區(qū)的CT值，未對(duì)病灶特征及分化等進(jìn)行詳細(xì)分析，今后將擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步完善；②因結(jié)節(jié)過小時(shí)易受部分容積效應(yīng)影響導(dǎo)致測量誤差，本研究排除了<5 mm 的微小結(jié)節(jié)，這可能會(huì)影響研究的準(zhǔn)確性，需進(jìn)一步研究VNC對(duì)微小結(jié)節(jié)的評(píng)估能力。

綜上所述，雙層探測器光譜CT 虛擬平掃在評(píng)估甲狀腺結(jié)節(jié)時(shí)具有與平掃相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量，在滿足臨床診斷要求的同時(shí)減少了輻射劑量，值得臨床推廣使用。