双源CT虚拟新单能量重建技术在肝癌经导管动脉化疗栓塞术后的应用价值

程国涛，杨涛，孔曙兵，郑义

经导管动脉化疗栓塞（TACE）术是目前临床治疗中晚期肝癌非手术治疗的首选治疗方法［1]，正确评价肝癌患者TACE的疗效，并早期及时发现病灶内碘油沉积缺损区及碘油周边的残留、复发癌灶，对患者的治疗及预后具有重要临床意义［2-3]。TACE治疗效果需要行影像学检查进行评估，常规CT是评价肝癌TACE疗效最常用的方法，但其所获得的图像上高密度碘油易产生较重的线束硬化伪影，导致碘油形态及碘油周边结构显示不清，碘油沉积区域周围硬化伪影制约了CT对TACE疗效的评价［4-5]。随着双源CT虚拟单能量重建技术（MEI）在临床的广泛应用，有研究发现MEI实现了传统混合能量到单能量成像的转变，能有效降低线束硬化伪影，是近年的研究热点［6]。近年来，MEI更新了算法，称为双源虚拟新单能量（简称新单能量）。本研究对肝癌TACE术后患者行双源CT双能量扫描，并通过新单能量后处理软件行伪影处理，探讨双源CT虚拟新单能量后处理软件在降低碘油沉积灶伪影方面的临床价值，为术后评估及预后评价提供更好的影像学检查技术。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年9月—2017年10月在咸宁市中心医院TACE术后完成双源CT双能量扫描的31例患者的临床资料，其中男23例、女8例，年龄45～72岁，平均（54.6±9.7）岁。

1.2 检查方法 患者TACE术后均行双源CT双能量扫描，采用德国第三代Siemens SOMATOM Definition Flash with Stellar

Detector完成检查。患者均行常规准备，扫描范围从横膈顶至肝脏下缘。扫描参数：管电压Sn140 kV/80 kV，管电流95 mA/404 mA。扫描体位：患者取仰卧位，扫描方向为头-足方向。采用实时曝光量调节（CARE DOSE 4D）技术，准直器宽度14.0×1.2 mm，扫描螺距0.55，旋转时间0.5 s，层厚8.0 mm，层间距8.0 mm，矩阵512×512，重建Kernel为D30F，线性融合图像系数M=0.5。

1.3 图像后处理 将双源CT双能量扫描后获得140 keV、80 keV两组薄层图像以及线性融合图像数据传送到Siemens syngo via client工作站上，进行后处理分析。使用双源CT虚拟新单能量后处理软件新单能量算法对40～190 keV单能量数据每隔10 keV进行图像重建，得到16组（40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190 keV）新单能量重建图像（见图1）。

1.4 图像质量评估 主观评价：由2名影像科副主任医师采用双盲法独立进行评价，分别从碘油硬化伪影、图像噪声及碘油形态显示情况三方面进行独立评分，并给出最终的综合主观评分，当意见有分歧时进行协商评分。图像质量综合主观评分标准：0分，无伪影，噪声不明显，碘油形态显示清晰；1分，碘油附近少量伪影，噪声稍增加，碘油形态显示尚清晰，不影响诊断；2分，碘油附近中等量伪影，噪声较明显，碘油显示欠清晰，影响局部诊断；3分，碘油附近多量伪影、远处出现少量伪影，噪声较重，碘油形态略失真，诊断受限制；4分，碘油附近及远处大量伪影，噪声严重，碘油形态无法观察，无法诊断。

图1 TACE术后患者的肝脏不同能量CT图像Figure 1 Monoenergetic images of different energy levels in dual-energy CT for evaluating TACE efficacy in HCC

客观评价：每例取碘油沉积最明显的层面，在碘油周围伪影区域（邻近无碘油沉积的病灶边缘）选1个感兴趣区（ROI伪影）及相同层面正常肝实质区域选取1个ROI肝脏，ROI形状及面积大小一致，面积1.0 cm2，测量图像（80 kvp、140 kvp、线性融合图像及16组新单能量重建图像）CT值和噪声值，均测量3次，获得肝脏CT值、伪影CT值、伪影噪声值及肝脏噪声值，均取平均值。比较线性融合组120 kV和各新单能重建图像的伪影指数（AI）和对比噪声比（CNR）。AI越大表示图像伪影越重，越小表示图像伪影越轻；CNR越大表示对比越好，越小表示对比越差

1.5 统计学方法 采用SPSS 24.0软件包进行数据分析，计量资料以（±s）表示，符合正态分布时多组间总体比较采用F检验，组间两两比较采用t检验进行比较。以P＜0.05（双侧）为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 主观评价 碘油硬化伪影：在新单能量重建图像中碘油硬化伪影随能级升高呈显著降低趋势。图像噪声：随着新单能量的升高，新单能量重建图像噪声则在40～80 keV图像逐渐下降，随后呈缓慢上升趋势。碘油形态显示：以60～80 keV新单能量重建图像上碘油沉积灶显示较为清晰。

线性融合图像与新单能量重建图像综合主观评分、AI、CNR比较，差异均有统计学意义（F=22.341、14.613、5.920，P＜0.05）。其中线性融合图像与40～60、110～190 keV新单能量重建图像综合主观评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；线性融合图像与70～100 keV新单能量重建图像综合主观评分比较，差异无统计学意义（P＞0.05，见表1）。

表1 线性融合图像和新单能量重建图像（40～190 keV）综合主观评分、AI及CNR比较Table 1 Comparison of comprehensive subjective score，AI and CNR between linear blending images and monoenergetic images（40 to 190 keV）

2.2 客观评价 在40～190 keV新单能量重建图像中，肝脏CT值、伪影CT值、伪影噪声值及肝脏噪声值均随能量级别升高而降低，能量级（＞90 keV）较高时下降缓慢（见图2）。线性融合图像与40～50 keV新单能量重建图像AI比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；线性融合图像与60～190 keV新单能量重建图像AI比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。线性融合图像与40～110 keV新单能量重建图像CNR比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；线性融合图像与120～190 keV新单能量重建图像CNR比较，差异无统计学意义（P＞0.05，见表1）。

图2 线性融合图像及新单能量重建图像（40～190 keV）肝脏CT值、伪影CT值、伪影噪声值及肝脏噪声值的线条图Figure 2 Line plot of values of the liver，beam-hardening artifacts，noises in the liver and artifacts from linear blending images and monoenergetic images （40 to 190 keV）

因此，本研究认为70、80 keV新单能量重建图像可在保证图像CNR的同时有效减少线束硬化伪影，碘油形态显示满意，AI与线性融合组相近，与线性融合图像的图像质量相似。

3 讨论

CT图像上的线束硬化伪影与成像原理和技术有关［7]，表现为条状或暗带伪影，通常出现在CT值差别较大的相邻物质的临界区。传统CT球管产生的X射线是一组混合能量的射线，在混合能量射线穿过人体时，高能量射线较易穿过，而衰减值较高的物质（如骨质、金属和碘油等）会吸收较多低能量的射线，导致平均能量渐渐变高，射线束变硬，产生线束硬化伪影［8-10]，较重的硬化伪影，可遮盖周边组织结构，并影响对周边组织结构及病变的观察［11]。

肝癌TACE术疗效需要影像学检查进行评估，有无碘油周边残留及复发癌灶是评价肝癌患者预后的重要因素之一，CT平扫可用于评估碘油沉积灶的形态，对于治疗效果有一定的评估及预测作用［12]。肝癌TACE术后CT随访图像碘油线束硬化伪影使碘油周边结构显示不清，线束硬化伪影的存在，影响对碘油形态及邻近肝实质结构的观察，给碘油周围有无残留及复发癌灶的判断带来了很大困难，不能为临床提供清晰的影像学信息，进而影响患者术后情况的准确评估，错过最佳治疗时机，而双源CT虚拟新单能量重建技术有助于肝癌病灶的检出［13]。结合本组患者图像综合主观评分，笔者认为密实型及缺损型碘化油形态的线束硬化伪影明显，有多量或大量伪影，集簇型碘化油附近以中等量伪影为主，稀少型碘化油附近少量伪影。本文样本量较小，需要进一步增加样本量，进行统计学分析，增加研究结果的可信性和说服力。

近年来研究表明，双能量CT的虚拟单能量去金属伪影技术可以避免低能量X线的影响，可清晰显示金属内固定术后的细微结构，可以减少及消除线束硬化伪影对图像质量的影像［14-15]。要从根本上消除线束硬化伪影只有运用软件的单能量重建成像技术［16]，不同组织器官的图像重建技术和参数存在差异。能量越高其图像组织对比度越小，能量越低组织对比度越大［17]，应用双源CT虚拟新单能量后处理软件进行图像后处理，可得到不同新单能量条件下的新单能量重建图像，高新单能量条件下，线束硬化伪影减少效果明显，但组织的对比噪声比较低，故需通过选择合适的能量级达到降低线束硬化伪影，又兼顾碘油周边肝实质清楚显示的目的。本研究结果显示，随着新单能量的升高，新单能量重建图像AI呈逐渐显著降低趋势，而100～190 keV范围内随着keV的升高，AI无明显差异，CNR随着新单能量的升高呈先逐渐升高后降低再逐渐升高的趋势，并在170 keV时达到最大，但在190 keV时略有回落。综合主观评分以线性融合图像与70～100 keV的图像较好，并与其他各新单能量差异有统计学意义（P＜0.05），60～80 keV图新单能量重建图像上碘油沉形态显示较为清晰。将综合主观评分、AI、CNR综合分析，本研究认为70 keV、80 keV的图像可在保证图像CNR的同时最大限度降低碘油周边的线束硬化伪影，新单能量重建图像显示最佳。

双源CT双能量扫描使用CARE Dose 4D技术，该技术是根据人体组织厚度和密度不同自动调节mA量，进而降低辐射剂量；管电压采用了80 kV及Sn140 kV，并采用全新的选择性能量过滤装置，进行双能量扫描时去除了高能量射线中的低能量成分，使高能量变得更纯，这种射线能量组合提高了低能量射线的穿透力和射线的利用率，并明显降低伪影。相关的研究也已经证实，双能量CT扫描并未增加患者所接受的辐射剂量［18-19]，双源CT虚拟平扫技术在保证图像质量的前提下降低了辐射剂量［20]。

总之，本研究认为双源CT新虚拟单能量重建技术可以减少肝癌TACE术后碘油沉积的硬化伪影，并且70、80 keV新单能量重建图像可在保证图像CNR的同时有效减少线束硬化伪影，碘油形态显示满意，AI与线性融合组相近，与线性融合图像的图像质量相似。处理后的图像质量更符合临床工作的要求，而且方法简单、方便，具有广泛的临床应用价值。

本研究局限性：

本研究样本量较少，未将虚拟新单能量CT图像与MRI做比较。今后将继续增加碘油形态（4型）中各型的样本量，并对主观评价的3个指标（碘油硬化伪影、图像噪声及碘油形态显示）进行统计学分析，将双源CT双能量增强动脉期扫描的结果用于评估动脉期碘油周边强化灶的显示，以提高病灶检出率。