PLOS ONE: Estomac virtuel CT non amélioré avec la deuxième génération, Dual-Energy CT: une étude préliminaire

Résumé

Objectifs

Pour comparer le vrai non amélioré (TNE) et améliorés non (VNE) ensembles virtuels de données chez les patients qui ont subi une gastrique préopératoire CT bi-énergie (DECT) et pour évaluer la réduction de la dose de rayonnement potentiel en omettant un balayage de TNE.

Méthodes

un total de 74 patients ont subi une DECT gastrique. Les doses moyennes valeurs CT, longueur, qualité d'image et de rayonnement efficace pour VNE et TNE images ont été comparées.

Résultats

Il n'y avait pas de différence statistique dans l'épaisseur maximale de tumeurs gastriques et diamètre maximal élargie les ganglions lymphatiques chez les TNE et images VNE (P > 0,05). Les différences moyennes de valeur CT entre TNE et VNE étaient statistiquement significatives pour tous les types de tissus, sauf pour les mesures d'atténuation aorte (P < 0,05), mais les différences absolues étaient sous 10 HU. Moins de bruit a été trouvé pour les images VNE que les images TNE (P < 0,01). la qualité de l'image était VNE diagnostic, mais inférieure à celle de TNE (P < 0,01). La réduction de la dose obtenue en omettant l'acquisition TNE était de 21,40 ± 4,44%.

Conclusion

scan VNE peut éventuellement remplacer TNE dans le cadre d'un gastrique préopératoire protocole d'imagerie de la mise en scène multi-phase avec une économie conséquente dose de rayonnement

Citation:. Shi L, Yan F, Pan Z, Liu B, Liu H, Wang B, et al. (2014) Estomac virtuel CT non amélioré avec la deuxième génération, Dual-Energy CT: une étude préliminaire. PLoS ONE 9 (11): e112295. doi: 10.1371 /journal.pone.0112295

Editeur: Juri G. Gelovani, Wayne State University, Etats-Unis d'Amérique

Reçu 12 Janvier 2014; Accepté 9 Octobre 2014; Publié le 13 Novembre, 2014

Droit d'auteur: © 2014 Shi et al. Ceci est un article en accès libre distribué sous les termes de la licence Creative Commons Attribution, qui permet une utilisation sans restriction, la distribution et la reproduction sur tout support, à condition que l'auteur et la source originelle sont crédités

Financement:. Ce travail a été soutenue par le fonds de la science Shanghai et le développement technologique (n ° 134119a5900), ingénieur médical croix sujet (n ° YG2012MS48), et NSFC (n ° 81171312). Les bailleurs de fonds ont joué aucun rôle dans la conception de l'étude, la collecte et l'analyse des données, la décision de publier, ou de la préparation du manuscrit

Intérêts concurrents:. Auteur Bo Liu est employé par les soins de santé Siemens et il est en charge du manuscrit polissage. Tous les auteurs ont déclaré aucun conflit d'intérêts existent. Aucun soutien, financier ou la fourniture de matériel ou de l'équipement, etc. avait été donnée par les soins de santé Siemens ou un tiers aux partenaires cliniques à l'égard de l'étude décrite dans cet article. Cela ne modifie pas l'adhésion des auteurs à PLOS ONE politiques sur les données et les matériaux de partage.

Introduction

Multi-détecteur tomodensitométrie (MDCT) est l'un des outils de diagnostic les plus largement utilisés pour le pré staging -operative des patients atteints de cancer gastrique. MDCT standard flux de travail inclus true (TNE), phase artérielle de non-renforcée, et la phase de la veine porte. La pratique clinique pour la détection et la mise en scène des masses gastriques utilisant CT nécessitait une TNE base scan immédiatement suivie d'une acquisition de contraste amélioré, comme cela dépendait de la mise en valeur diffuse et un épaississement de la lésion [1], [2]. Toutefois, ces trois phases standard de balayage tirent normalement une grande quantité de dose de rayonnement qui pourrait être nocif pour les patients, soit dans la mise en scène préopératoire ou en suivi.

bi-énergie tomodensitométrie (DECT) est une technique d'imagerie prometteuse fournit une meilleure caractérisation des tissus par rapport à une seule énergie tomodensitométrie [3] - [5]. Sur la base de deux acquisitions TDM synchrone en même temps, cette technologie permet la différenciation et l'identification des matériaux ayant des absorptions à rayons X à faible et à haute tension du tube [4]. Cette technique permet de différencier l'atténuation des matériaux avec de grands nombres atomiques tels que des agents de contraste à base d'iode. Sur la base de la reconstruction d'ensembles de données haute et basse kV à partir des données brutes, l'iode peut être extrait à partir, un scanner bi-énergie contraste amélioré et amélioré non (VNE) ensembles virtuels de données peuvent être générés en utilisant les trois décomposition -Matière algorithme de post-traitement dE, qui a été fondée sur l'hypothèse d'un tissu cible composé de trois différents matériaux de base. Dans le scanner de l'abdomen, hypothèse a été faite que le contraste tissu abdominal amélioré avait trois matériaux de base: des tissus mous, la graisse, et d'iode [4], [6]. La génération de VNE et la distribution de la carte d'iode non seulement souligné l'apport sanguin local pour l'identification de la lésion, mais a également permis d'éviter une TNE, qui pourrait sauver la dose pour le patient, qui pourrait bénéficier à la fois pendant la mise en scène préopératoire et oncologiques suivi.

Des études antérieures ont proposé que VNE peut éventuellement remplacer les analyses TNE; cependant, la plupart des études ont utilisé la première génération de scanners bi-énergie [7] - [12]. Ces scanners de première génération à double source ont la limitation d'un champ de vision étroit. En outre, en raison d'un spectre de chevauchement d'énergie entre 100 et 140 kV, ces scanners devaient fonctionner à 80 et 140 kV, ce qui entraîne l'incapacité à utiliser dans l'abdomen en raison d'une profondeur de pénétration et de durcissement du faisceau à faible artefacts [13]. La deuxième génération de scanners à double source récemment introduites avaient surmonté ci-dessus des problèmes de mise en œuvre d'un plus grand champ de vision (33 cm), ce qui a permis plus de patients à prendre scan double énergie de CT, et un filtre d'étain, ce qui réduit le chevauchement des spectres de rayons X [3 ], [14] - [16]. Cependant, il y avait encore peu d'études ayant utilisé la deuxième génération de scanners à double source de CT qui avait évalué VNE a été publié [11] - [12], et au meilleur de nos connaissances, actuellement aucune étude précédente a été faite pour comparer les qualité de VNE et TNE images sur le cancer de l'estomac.

le but de ce travail était de comparer qualitativement et quantitativement la qualité de l'image et le bruit des TNE et des ensembles de données VNE dans les mêmes patients qui ont subi DECT examen préopératoire gastrique et à évaluer la réduction de la dose de rayonnement potentiel en omettant un balayage TNE CT lors de la technique à double énergie CT.

patients

L'étude a été approuvée par notre comité d'éthique de l'Hôpital (Ruijin Matériaux et méthodes Hôpital affilié à Shanghai Jiaotong école Université de médecine, impliqué dans comité d'éthique de la recherche humaine), n ° 2009-34. Un consentement éclairé a été obtenu auprès de chaque patient avant l'imagerie. Les participants ont fourni leur consentement éclairé par écrit dans cette étude. D'Avril à Septembre 2011, 74 patients (55 hommes, âge de 63 ans ± 11 [écart-type] moyenne, la gamme de 37-85 ans, 19 femmes, âge moyen de 61 ans ± 11, gamme de 27-85 ans) a subi DECT pour la stadification préopératoire du cancer gastrique. Tous les patients ont été histopathologique confirmés avec carcinome gastrique par des biopsies gastriques endoscopiques.

CT scan protocole

Toutes les analyses ont été effectuées à l'aide d'une deuxième génération, à double source multi-détecteur scanner CT (Siemens Somatom Définition flash Siemens Medical Solutions, Forchheim, Allemagne). Chaque patient qui avait une nuit à jeun a bu 1000-1500 ml d'eau du robinet peu avant CT pour permettre la distension gastrique. Tous les patients ont subi un total de 3 phase du scanner. Tout d'abord, une analyse non améliorée couvrant tout l'estomac a été réalisée avec le réglage suivant: 120 kV, référence 200 mAs, 128 x 0,6 mm collimation et un pas de 0,6. Par la suite, cent millilitres d'un agent de contraste iodé non ionique (370 Ultravist, Schering, Berlin, Allemagne) a été administré par la veine antecubital à 3 mL /s en utilisant l'aiguille de calibre 20 à travers un injecteur automatique. scans de contraste amélioré à double énergie ont été réalisées à la phase artérielle (inclus l'ensemble de l'estomac) et de la phase veineuse portale (inclus tout l'abdomen et du bassin, des dômes diaphragmatiques à la marge anale) en utilisant le mode bi-énergie, qui ont été acquises à 40 s et 70 s après l'administration d'agents de contraste, respectivement. Les scans DE ont été acquises avec les tensions de tube à 100 et 140 kVp avec filtre d'étain, en utilisant des valeurs mAs de référence de 230 et 178, respectivement. La collimation était de 32 x 0,6 mm et la hauteur est de 0,6. Toutes les acquisitions ont été obtenus avec le logiciel tube en temps réel modulation de courant (soins DOSE 4D, Siemens Medical Solutions).

CT image post-traitement

Les données brutes DE ont été reconstruites en utilisant un noyau de convolution douce ( D30f) et trois séries différentes d'images ont été générés: 100 kV images, des images de Sn140, et des images mélangées avec un rapport de 0,5 avec une épaisseur de tranche et un intervalle de 1,5 mm. Les images ont été ensuite transférés à un poste de travail de post-traitement DE (syngo MMWP version 2008A, Siemens Medical Solutions). DE images ont été traitées par l'application "Liver VNC" pour générer la carte de distribution d'iode présentée comme superposition des couleurs et des images VNE (Fig. 1). TNE axiale et VNE images sont reconstruites à l'aide d'une épaisseur de coupe et un intervalle de 5 mm. Pour générer des images VNE, des valeurs d'atténuation des tissus mous et de la graisse standard utilisés par le système ont été appliquées (Fig. 2).

Image Analysis

Pour chaque patient, les valeurs CT ont été enregistrées dans quatre anatomique régions sur les deux TNE et images VNE: la paroi gastrique, le foie, la graisse rétropéritonéale et l'aorte abdominale en plaçant une région circulaire d'intérêt (ROI) sur chaque site anatomique pour TNE et images VNE dérivé du artérielle (VNE _{a) et phases veineuse portale (VNE P). Trois mesures ont été enregistrées sur le même site anatomique (sauf l'aorte) à la même tranche d'obtenir une valeur moyenne. Sur tous les sites anatomiques, une taille constante du ROI d'environ 1,5 cm ^{2 a été maintenue sauf paroi gastrique. Le retour sur investissement, y compris pleine épaisseur de la paroi gastrique a été mis à l'antre pour obtenir la valeur de CT. Si la lésion était située dans l'antre de l'estomac, du cardia a été utilisé. Chez les patients dont DECT amélioré détecté des tumeurs gastriques ou les ganglions lymphatiques étaient visibles dans les images non-renforcée, leurs valeurs d'atténuation de CT et l'épaisseur maximale ou un diamètre ont été mesurés. Les écarts-types de la graisse rétropéritonéale ont également été mesurés pour déterminer le bruit de l'image en utilisant une région d'intérêt avec 1 cm 2 dans la région.}}

Deux radiologues abdominaux expérimentés, qui ont été aveuglés à TNE, VNE _{A et VNE acquisition de P, accédé à la qualité des trois ensembles d'images non-renforcée dans le consensus image. Tout d'abord, un système de notation à l'échelle de qualité en cinq points a été utilisé pour marquer la qualité des images de TNE gastrique et images VNE comme indiqué précédemment [7]: 1 = pas évaluables, pas évaluables en raison d'artefacts graves ou mauvaise qualité de l'image; 2 = faible, la mauvaise qualité de l'image due à des artefacts majeurs qui entravent une évaluation complète de parenchyme hépatique; 3 = suffisante, image de qualité suffisantes pour permettre une bonne confiance dans l'évaluation de l'image; 4 = bon, l'image de bonne qualité avec des artefacts mineurs; Note 5 = excellent, l'image d'excellente qualité sans artefacts. images VNE avec des scores de 3 ou au-dessus ont été considérées comme acceptables à des fins de diagnostic; ceux avec des scores de 4 ou plus ont été considérés comme ayant le potentiel de remplacer les images TNE. Deuxièmement, la couverture de l'anatomie concernée par les images générées VNE a été noté comme une plage de pourcentage de l'anatomie exclus (1 = anatomie pas exclu, 2 = 1-25% exclu, 3 = 26-50%, 4 = 51-75%, 5 = > 75%), afin d'évaluer l'influence de l'IMC sur VNE images}

pour chacune des trois phases, du produit dose-longueur (DLP de dose de rayonnement Estimation, mGy. cm) ont été enregistrés. les doses de rayonnement efficaces (en millisieverts) ont été calculées pour chaque phase en utilisant la méthode proposée par le Groupe de travail européen pour les lignes directrices sur les critères de qualité dans CT, en appliquant la relation suivante: E = DLP × coefficient de conversion de k, où le coefficient de conversion de k abdominale est 0,015 mSv /mGy cm [17]. La dose efficace d'un protocole à trois phases (TNE CT artériel et veineux amélioré portail CT) a été comparée à celle d'un protocole à deux phases (DE phases artérielles et veineuses portail) pour calculer le pourcentage de réduction de la dose.
analyse

statistique

l'analyse statistique a été effectuée à l'aide du logiciel SPSS, version 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Les variables quantitatives ont été exprimées en moyenne ± écart-type. Student bilatéral test t pour échantillons appariés a été effectuée pour comparer la différence de la valeur CT, le bruit de l'image, la dose de rayonnement pour les patients, la qualité d'image, l'épaisseur maximale de tumeurs gastriques et diamètre maximal des ganglions lymphatiques entre TNE et les deux ensembles de images VNE, respectivement, et la différence entre VNE _{A et VNE P images. Une valeur de p≤0.05 indique une différence statistiquement significative.}

Longueur, la valeur CT et le bruit
Résultats

Soixante-trois tumeurs gastriques chez 63 patients et 112 ganglions lymphatiques 20 patients ont été détectés sur des images améliorées DECT. Il n'y avait pas de différence statistique dans l'épaisseur maximale de tumeurs gastriques et diamètre maximal des ganglions lymphatiques chez les TNE et images VNE, et aucune différence parmi les VNE _{A et VNE P images (P > 0,05), mais inférieure le bruit ont été trouvées pour les images VNE que les images TNE, et VNE images P avait le bruit le plus faible (P < 0,01). Toutes les valeurs de bruit d'image enregistrées ont été résumées dans le tableau 1.}

Bien que les différences moyennes de valeur CT entre TNE et VNE par patient étaient statistiquement significatives pour tous les types de tissus, sauf pour les mesures aorte d'atténuation, les différences absolues étaient encore sous 10 HU. Il n'y avait aucune différence statistiquement significative dans les valeurs de CT de tous les types de tissus entre les deux séries d'images VNE CT, sauf pour les mesures d'atténuation de l'aorte (P > 0,05). Les valeurs moyennes CT et P-valeurs sont indiquées dans le tableau 1.

La différence des valeurs CT entre TNE et VNE _{A était de moins de 15 HU 100%, 98,6%, 96,4%, et était sous 10 HU à 96,8%, 87,7%, 94,6% des tumeurs gastriques, paroi de l'estomac et lymphatiques noeuds mesures, respectivement (Fig. 3a). La différence de valeur CT entre TNE et VNE P était de moins de 15 HU dans 95,2%, 100%, 90,2%, et était sous 10 HU dans 87,3%, 86,3%, 86,6%, respectivement (Fig. 3b).}

les notes subjectives de qualité d'image des trois séries d'images de CT non amélioré (TNE, VNE _{A et VNE P) étaient 4,93 ± 0,3, 4,15 ± 0,7 et 4,4 ± 0,6, respectivement. Toutes les images ont été notés comme VNE note de 3 ou plus, ce qui indique que toutes les images VNE étaient acceptables à des fins de diagnostic (fig. 4). la qualité des deux images VNE d'image était plus faible que celle des images TNE (P < 0,01), tandis que la qualité de VNE P d'image est supérieure à celle de la VNE A (P < 0,01). Soixante-deux (83,8%, 62/74) VNE images A et soixante et onze (95,9%, 71/74) VNE P images ont été considérées comme ayant le potentiel de remplacer les images TNE par deux radiologues abdominaux expérimentés (Tableau 2). Dépassement artefact détecté au niveau du gaz-liquide était plus évident dans les images VNE que les images TNE dans 3 cas (Fig. 5). En outre, seulement un des ensembles de données VNE exclus anatomie pertinente qui a été marqué 2 (1-25% exclu) (Fig. 6).}

Radiation Dose

Les doses efficaces calculées étaient respectivement de 2,54 ± 0,79 mSv (plage de 1,61 à 6,40 mSv), 3,16 ± 0,91 mSv (range1.79-6.86 mSv), et 6,21 ± 1,63 mSv (3,08 à 8,99 mSv) pour une véritable phase non-renforcée, dE artérielle et de la phase de la veine porte. Pour un protocole triple phase, la dose moyenne totale était 11,92 ± 2,34 mSv (gamme de 7,65 à 18,48 mSv), alors qu'un protocole double phase délivre une dose efficace moyenne de 9,37 ± 1,89 mSv (plage de 4,90 à 16,53 mSv). La réduction de la dose obtenue en omettant la véritable acquisition non amélioré était de 21,40 ± 4,44% (fourchette de 15,01 à 38,24%; P < 0,01).

Discussion

L'image TNE est nécessaire dans l'estomac tomodensitométrie préopératoire pour trois raisons. Tout d'abord, la tumeur gastrique et des ganglions lymphatiques ont besoin d'une valeur CT non amélioré de référence pour calculer l'amélioration du contraste, ce qui est particulièrement important pour estimer si les ganglions lymphatiques régionaux représentent des métastases locales ou non. Deuxièmement, l'amélioration des métastases hépatiques peuvent être manquées en images améliorées [18]. . Troisièmement, la calcification et l'hémorragie de la tumeur peuvent également être manquées en images améliorées [19]

bi-énergie CT de l'abdomen présente deux avantages par opposition à une seule énergie CT: amélioration de la qualité de l'amélioration du contraste d'image elle-même [10] et la capacité de générer des images VNE. Par rapport aux images TNE avec le bruit d'image inférieure, les images VNE sont avec plus bas, mais la qualité d'image de diagnostic. Ceci est dû au filtrage particulier de l'image et de lissage induit par l'algorithme de post-traitement [7]. Par conséquent, les radiologues peuvent discriminer de manière fiable les deux types d'images. Comme nos résultats ont révélé les atténuations similaires et caractéristique morphologique entre VNE et TNE images sur la détection du cancer gastrique, VNE est susceptible d'être considéré comme un remplacement pour les scans de TNE. En comparaison avec un protocole triple phase, une approche à deux phases qui comprend artériels et veineux phases portail réduit la dose efficace par une moyenne de 21,4%. Ceci est inférieur à données publiées précédemment au sujet du foie et des images rénales, où une réduction de la dose comprise entre 30% et 35% a été décrite [7], [8], [10], comme l'analyse de phase veineuse portale inclus tout l'abdomen et du bassin, des dômes diaphragmatiques à la marge anale dans notre étude. DE l'imagerie chez les patients atteints de tumeurs gastriques est le potentiel de réduire la dose de rayonnement efficace délivrée au patient et aussi de gagner du temps de l'enquête.

Nos résultats suggèrent que VNE _{P images avaient score plus élevé subjective que les images VNEA . Il convient de noter que les auteurs précédents ont montré VNE Images A à être supérieur par la 1ère génération DSCT [8], et VNE P pour être mieux en 2ème génération DSCT [12]. La raison en est peut-être dû au fait que la série dérivée artériellement nécessitait une étape de post-traitement supplémentaire; ils ont été acquis en 1 mm tranches épaisses et devaient être «épaissi» pour créer virtuelles tranches de 2 mm [12]. Certes, l'utilisation des étapes supplémentaires de post-traitement a le potentiel de dégrader les images. Il y a peu à choisir entre le portail et la série artérielle dérivée, cependant, nous recommandons l'utilisation des VNE images P sur les VNE images A cause des résultats et le post-traitement réduit légèrement meilleurs objectifs et subjectifs temps}

Comme le plus grand FOV du détecteur plus petit, qui est de 33 cm dans la deuxième DSCT génération, notre étude a suggéré l'anatomie pertinente a été considérée comme étant exclue dans un seul cas. dans ce cas, qui a été considéré comme minime et était < 25%. Par ailleurs, un autre avantage du DECT gastrique est qu'en raison de la position médiane de l'estomac et de l'emplacement des métastases lymphatiques dans l'abdomen, le plus petit champ de vision à peine affecté le scanner pré-opératoire gastrique.

Cependant, le présent DECT technologie présente plusieurs limites. En premier lieu, comme les auteurs précédents ont montré, le calcium ne figure pas parmi les trois matériaux (tissus mous, l'iode et graisses) analysés dans le processus de décomposition. Cette limitation peut potentiellement être problématique en particulier pour la détection du cancer de l'estomac mucineux [20], [21], mais il peut être surmonté en utilisant un autre algorithme de post-traitement qui analyse le calcium, l'iode, et des tissus mous [7]. Deuxièmement, des algorithmes de filtrage dédiés peuvent être utilisés pour réduire le bruit de l'image, mais encore une fois, il peut être plus difficile à résoudre de petites structures [22]. Troisièmement, afin de réduire davantage la dose de rayonnement à partir de la tomodensitométrie, la lésion peut être situé sur les images TNE pour définir la plage minimum de balayage possible en phase artérielle; en outre, le patient peut boire plus d'eau ou changer la position après l'analyse de TNE, sinon assez bon distension paroi gastrique et la lésion ont été trouvés dans les images TNE. Omettre scan TNE rendra ces impossible. Enfin, surréaction artefact détecté au niveau du gaz-liquide était plus évident dans les images VNE. Bien que ce genre d'artefact n'a pas porté atteinte à la qualité de l'image, mais il pourrait représenter un écueil important dans certains cas. Étant donné que ce ne figurait pas parmi les objectifs de notre étude, une analyse plus approfondie est nécessaire.

Notre étude a plusieurs limites. Elle a été réalisée pour prouver la qualité des images VNE, et de ne pas montrer les capacités de DECT dans la précision de la mise en scène préopératoire du cancer gastrique. Par conséquent, la valeur diagnostique de différents types de visualisation de l'information DE, y compris le codage couleur de la distribution de l'iode, n'a pas été évaluée dans cette étude. D'autres recherches devraient être recommandée pour montrer si DECT aidera dépeignent et la mise en scène avec précision préopératoire dans le cancer gastrique. Deuxièmement, nous n'avons pas évalué la performance des images VNE dans la détection des lésions du foie, qui est une importante voie de cancer gastrique métastatique. Cependant, dans les rapports précédents, les images VNE montrent une qualité comparable à celle des images TNE, et le potentiel de remplacer TNE dans le cadre d'un protocole d'imagerie multiphase hépatique [8], [10], [12]. Troisièmement, étant donné qu'aucune calcification dans les tumeurs de l'estomac a été trouvé dans nos données, la limitation de la soustraction du calcium par l'algorithme du foie VNC n'a pas pu être évaluée.

Conclusions

Notre expérience précoce avec gastrique non virtuelle images -Amélioration utilisant la deuxième génération à double source CT démontre des résultats prometteurs. Les images virtuelles non amélioré générées à partir soit artérielle ou portail images de phase veineuse fournissent des valeurs d'atténuation et paramètres morphologiques proches des vraies images non-renforcée, et démontrent une bonne qualité d'image. Il sera éventuellement possible d'omettre scan TNE dans le cadre d'un bilan préopératoire gastrique multiphase et étude de suivi protocole d'imagerie, ce qui entraîne la réduction de manière significative la dose de rayonnement.

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