Revolution CT劑量匹配技術對肝臟脂肪含量測量值的影響

王詩瑜,劉義軍,魏巍,李貝貝,王旭,童小雨

脂肪肝是全球成人和兒童慢性肝病最常見的病因之一,并且近年來發病呈年輕化趨勢[1]。脂肪性肝病早期是可逆的,因此早發現早治療至關重要。肝臟穿刺活檢是目前診斷肝臟脂肪變性的金標準,但已不作為脂肪性肝病的篩查方法[2]。定量CT(quantitative computed tomography,QCT)可以實現對肝臟和腹部內臟脂肪含量的定量測量,臨床應用價值較高。目前CT檢查中多采用管電壓預設置(auto-prescription)技術來開展個體化低劑量掃描,但其是否會對脂肪含量的定量分析造成影響尚有待分析和探討。因此,本研究采用auto-prescription技術結合不同權重的自適應統計迭代算法(adaptive statistical iterative reconstruction,ASIR-V)進行個體化低劑量掃描,旨在探討個體化低劑量CT成像參數對QCT肝臟脂肪含量測量及圖像質量的影響。

村料與方法

1.研究對象

前瞻性將2022年2月-12月擬在本院GE Revolution CT機上行胸部及上腹部聯合CT檢查的患者納入觀察。納入標準:①掃描過程中Auto-prescription技術推薦管電壓值為80/100 kVp的患者;②能配合完成檢查者。排除標準:①有肝內占位性病變(良性小囊腫、肝內小鈣化灶除外);②體內有金屬植入物等;③近期服用過任何可能導致肝損傷的藥物;④有胰腺炎、急性膽囊炎等病史,影響數據測量者。最終共納入符合本研究要求的患者253例,男146例、女107例,年齡27～90歲,平均(63.03±11.31)歲。

本研究經醫院倫理委員會批準(PJ-KS-KY-2022-293)。所有患者簽署了知情同意書。

2.CT檢查方法

使用GE Revolution CT機進行掃描。每日于患者掃描前,按照QCT質控標準對QCT體模采用不同掃描條件(80、100、120 kVp)進行校準。患者取仰臥位,頭先進,雙手上舉。采取吸氣末屏氣掃描,掃描前對患者進行呼吸訓練。胸部掃描采用個體化低劑量掃描方案(A組),掃描范圍為肺尖至肋膈角下2 cm,管電壓120 kVp,管電流采用智能毫安技術(Smart mA),并通過手動調整噪聲指數(noise index,NI)來降低管電流,使掃描的輻射劑量等同于基于auto-prescription技術推薦的80或100 kVp的輻射劑量,分別記為A1組(80 kVp,NI=12)和A2組(100 kVp,NI=11)。記錄A組掃描時的容積CT劑量指數(volume CT dose index,CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)。B組為上腹部常規劑量掃描,掃描范圍為膈肌上緣2 cm至髂前上棘(需包含肝、膽、胰、脾),管電壓為120 kVp,自動管電流調制技術,NI=10,與A1和A2組對應的患者圖像分別歸入B1和B2組,A、B組其余掃描及重建參數均一致:管電流50～700 mA ,掃描層厚5 mm,0.5 s/r,螺距0.992,探測器寬度80 mm,前置40% ASIR-V重建算法,重建層厚及層間距均為1.25 mm,標準算法重建。掃描完成后,對A組圖像分別采用40%、60%、80%權重的后置ASIR-V算法進行圖像重建,對B組圖像采用40%權重的后置ASIR-V算法進行圖像重建。

3.數據測量和分析

將所有圖像傳輸至QCT工作站及AW4.6后處理工作站。使用Mindways Model 4 QCT Pro V6.1骨密度分析系統,于每例患者的圖像中選取胸部及上腹部掃描時相互重疊的含有門靜脈的層面,在肝左葉、肝右葉前段或肝右葉后段內勾畫ROI(面積約7 mm2,避開血管及膽管)。由1位經過專業培訓的放射科醫師獨立完成肝臟脂肪含量體積百分比(Fat%QCT)的測量和分析,重復測量3次,取平均值。使用AW4.6后處理工作站,在每例患者的圖像中選取胸部及上腹部掃描時相互重疊的含有門靜脈的層面,分別于肝臟最大層面勾畫ROI(面積50～100 mm2),分別測量肝臟和豎脊肌的CT值及其標準差(standard deviation,SD),重復測量3次取平均值。以豎脊肌的SD作為背景噪聲,計算SNR 和CNR,計算公式 :

(1)

(2)

4.胸部圖像質量主觀評分

由兩位具有5年以上工作經驗的影像科醫師采用雙盲法對胸部圖像(肺窗、縱隔窗)的質量采用五分制進行主觀評分,評分標準見表1,評分≥3分即為符合臨床診斷要求。

表1 圖像質量評分標準

5.統計學分析

使用SPSS 24.0和GraphPad Prism 8.0.1統計軟件對數據進行分析。符合正態分布的計量資料采用均數±標準差的形式表示,A組內采用單因素方差分析比較不同權重后置ASIR-V對Fat%QCT測量值的影響。采用配對樣本t檢驗比較A組(后置40% ASIR-V重建算法圖像)與B組間CT值、SD值、SNR及CNR的差異。采用 Bland-Altman分析對肝臟脂肪含量(Fat%QCT)在胸部和腹部掃描圖像(后置40% ASIR-V重建算法)上測量結果的一致性。兩位放射科醫師對圖像主觀質量評分的一致性采用Kappa檢驗,若觀察者之間的一致性較好則采用標準差較小的數據進行Wilcoxon符號秩和檢驗比較A組(40%、60%、80%不同權重)、B組(40%權重圖像)圖像質量主觀評分的差異性。以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.客觀評價

A組中不同權重重建圖像及B組圖像上各定量參數的測量值及組間比較結果見表2～3。肝臟的CT值和Fat%QCT值在A1組與B1組、A2組與B2組之間的差異均無統計學意義(P>0.05)。A1組內和A2組內不同權重重建圖像之間Fat%QCT值的差異均無統計學意義(P>0.05)。

表2 A1組與B1組圖像質量主客觀評估結果的比較 /例

表3 A2組與B2 組圖像質量主客觀評估結果的比較 /例

A、B組之間肝臟的SD、SNR、CNR及豎直肌的SD的差異均有統計學意義(P<0.05)。A組中后置40%ASIR-V重建圖像的SNR和CNR低于B組,SD值高于B組;60%和80%ASIR-V重建圖像的SNR和CNR高于B組,SD值低于B組(P<0.05)。

2.主觀評價

2位觀察者對A組(A1、A2組)40%、60%、80%不同權重ASIR-V、B組(B1、B2組)40% ASIR-V圖像質量的主觀評分的一致性均較好(Kappa=0.773～0.918,P均<0.05)。A組結合60%后置 ASIR-V的主觀評分最高,與B組間的差異無統計學意義(P>0.05),而A組結合40%和80%后置ASIR-V重建圖像的主觀評分低于B組(P<0.05,表2～3,圖1～2)。

圖1 患者,男,43歲,BMI=27.9 kg/m2。a)B組腹部常規掃描圖像(120 kVp,NI=10,后置40%-ASIR-V重建);b～d為A組后置40%-、60%-和80%-ASIR-V胸部重建圖像(120 kVp,NI=12)。后置60%-ASIR-V重建圖像c的SNR和CNR高于圖a,主觀評分與圖a無明顯差異。 圖2 患者,男,25歲,BMI=24.7 kg/m2。a)B組腹部常規掃描圖像(120 kVp,NI=10,后置40%-ASIR-V重建);b～d為A組后置40%-、60%-和80%-ASIR-V胸部重建圖像(120 kVp,NI=11)。后置60%-ASIR-V重建圖像c的SNR和CNR高于圖a,主觀評分與圖a無明顯差異。

采用Bland-Altman對A1組與B1組、A2組與B2組肝臟Fat%QCT測量值進行一致性分析,2組間具有較高的一致性(圖3)。

圖3 Bland-Altman分析散點圖。a)A1組與B1組肝臟Fat%QCT測量值的差值均靠近0軸,表明2組間具有較高的一致性; b)A2組與B2組肝臟Fat%QCT測量值的差值均靠近0軸,表明2組間具有較高的一致性。

3.輻射劑量

A1和A2組中,基于auto-prescription技術推薦管電壓80和100 kVp的輻射劑量與實際掃描的輻射劑量差異無統計學意義(t=1.313,1.760,P>0.05)。

討 論

臨床上行胸腹部聯合掃描的需求量逐漸增大,兩次檢查受到的輻射劑量不容小覷。在一次 CT掃描的基礎上,通過胸部的低劑量掃描和 QCT分析技術,可以準確地測量椎體的骨密度[3]。但低劑量掃描對QCT肝臟脂肪含量的測量是否有影響目前鮮有報道。在臨床實際應用中,低劑量掃描多采用降低管電壓(kV)和/或管電流(mA)的方法來實現[4]。動物試驗的結果表明低劑量(80 kVp)可用于定量分析肝臟脂肪[5]。因此,本研究通過降低管流實現低劑量掃描,基于胸部及上腹部聯合掃描的患者,探討低管電流對肝臟脂肪含量測量及圖像質量的影響。

本研究團隊先前的研究結果表明,采用auto-prescription推薦的管電壓可以實現胸部個體化低劑量掃描[6]。因此,本研究中探討在胸部掃描時,使用120 kVp常規管電壓,并以auto-prescription技術得到的低管電壓個體化輻射劑量作為參考,通過調整NI來降低掃描時的管電流,實現低劑量掃描;并通過與上腹部常規劑量掃描(120 kVp,NI=10,常規管電流)進行對比,分析低管電流對肝臟脂肪含量測量的影響。NI為控制管電流輸出的重要指標,有研究表明,NI每降低5%,輻射劑量將增加約10%[7]。隨著NI值的增加,CTDIvol和DLP下降,組織的SD增加。本研究結果顯示,基于auto-prescription技術推薦的管電壓(80/100 kVp)所對應的輻射劑量,實際掃描時采用120 kVp常規管電壓,而通過調節NI為11或12來降低管電流,使得實際掃描時的輻射劑量與模擬的輻射劑量相當,也能獲得較好的圖像質量,且對肝臟脂肪含量的測量無明顯影響。由此可見,選用適當的噪音指數,可以平衡圖像質量和輻射劑量。

ASIR-V是一種新的迭代重建算法,以往的研究結果表明個體化低劑量掃描聯合后置ASIR-V重建技術可以在保持圖像質量的情況下減少輻射劑量[8-9]。而且,隨著迭代權重的增加,圖像改善效果也相應增加[10-12]。本研究結果顯示,A組采用的個體化低管電流掃描結合不同權重后置ASIR-V算法時,對肝臟CT值及QCT肝臟脂肪測量值無顯著影響,可能是因為管電壓是決定X線能量的關鍵因素,而管電流則與之無顯著相關性[13-14]。根據CT值的計算公式[CTM=(UM-U水)/U水×100%(CTM為物質的CT值,U為吸收系數)],可見CT值與物質的X線吸收系數有關,而吸收系數又與物質的類型和X線的能量有關,當物質類型一定時則僅與X線的能量有關。龔筑等[15]的研究表明:各受試者肝臟脂肪含量百分數與肝臟CT值具有較高的一致性,這與本研究的結論一致。因此,在胸部低管電流個體化劑量掃描結合后置60%-ASIR-V時,不僅可以得到高質量的圖像和降低輻射劑量,還可以在不增加輻射劑量的條件下用于QCT對肝臟脂肪含量的定量分析,這有利于探索多病共檢模式,建立慢病的風險預測模型。

本研究的局限性:①雖然在掃描前對患者進行了呼吸訓練,但胸腹部為兩次掃描,不能完全避免呼吸運動造成的偏差;②Auto-prescription技術對管電壓的推薦與患者的體型相關,推薦使用70 kVp掃描條件的人群較少,因此本文沒有對70 kVp進行劑量匹配。

綜上所述,低管電流個體化低劑量胸部掃描結合后置60%-ASIR-V,不僅可以保證圖像質量,而且能較準確地測量肝臟脂肪含量,也并未額外增加患者的輻射劑量。胸部低劑量掃描結合 QCT技術可一站式測量肝臟脂肪含量,準確評估脂肪肝,在患者的健康管理中具有廣泛的應用前景。