PLoS ONE: Maag Virtual Non-Enhanced CT met de tweede generatie, Dual-Energy CT: een voorstudie

De abstracte

Doelstellingen

Om te vergelijken met de echte niet-versterkte (TNE) en virtuele niet-versterkte (VNE) datasets bij patiënten bij wie de maag preoperatieve dual-energie CT ondergingen (DECT) en mogelijke verlaging van de stralingsdosis te evalueren door het weglaten van een TNE scan.

Methods

een totaal van 74 patiënten onderging maag-DECT. De gemiddelde CT waarden, lengte, beeldkwaliteit en effectieve stralingsdoses voor VNE en TNE beelden werden vergeleken.

Resultaten

Er was geen statistisch verschil in maximale dikte van maag tumoren en de maximale diameter van de vergrote lymfeklieren onder de TNE en VNE beelden (P > 0,05). De gemiddelde CT waardeverschillen tussen TNE en VNE waren statistisch significant voor alle weefsels, behalve aorta verzwakkingsmetingen (P < 0,05), maar de absolute verschillen waren onder 10 HU. Lager geluidsniveau gevonden voor VNE beelden dan TNE beelden (P < 0,01). Beeldkwaliteit van VNE was diagnostische maar lager dan die van TNE (P < 0,01). De verlaging van de dosis bereikt door het weglaten van de TNE overname was 21,40 ± 4,44%.

Conclusie

VNE scan kan mogelijk vervangen TNE als onderdeel van een multi-fase maag preoperatieve stadiëring imaging protocol met als gevolg een besparing op stralingsdosis

Visum:. Shi L, Yan F, Pan Z, Liu B, Liu H, Wang B, et al. (2014) Maag Virtual Non-Enhanced CT met de tweede generatie, Dual-Energy CT: een voorstudie. PLoS ONE 9 (11): e112295. doi: 10.1371 /journal.pone.0112295

Editor: Juri G. Gelovani, Wayne State University, Verenigde Staten van Amerika

Ontvangen: 12 januari 2014; Aanvaard: 9 oktober 2014; Gepubliceerd: 13 november 2014

Copyright: © 2014 Shi et al. Dit is een open-access artikel gedistribueerd onder de voorwaarden van de Creative Commons Attribution License, die onbeperkt gebruik, distributie en reproductie maakt in elk medium, op voorwaarde dat de oorspronkelijke auteur en de bron worden gecrediteerd

Financiering:. Dit werk werd gesteund door het fonds van de Shanghai Science and Technology Development (No. 134119a5900), Medical Engineer kruis onderwerp (No. YG2012MS48) en NSFC (nr 81171312). De financiers hadden geen rol in de studie design, het verzamelen van gegevens en analyse, besluit te publiceren, of de voorbereiding van het manuscript

Competing belangen:. Auteur Bo Liu is in dienst van Siemens Health care en hij is verantwoordelijk voor het manuscript polijsten. Alle auteurs hebben verklaard dat er geen tegenstrijdige belangen bestaan. Geen steun, zowel financieel of levering van apparatuur of apparatuur en dergelijke was gegeven door Siemens Gezondheidszorg of een derde partij om de klinische partners met betrekking tot de in dit artikel beschreven onderzoek. Dit betekent niet naleving van de auteurs te veranderen om PLoS ONE beleid op het delen van gegevens en materialen.

Introductie

Multi-detector computed tomography (MDCT) is een van de meest gebruikte diagnostische instrumenten voor pre -operative enscenering van patiënten met maagkanker. Standard MDCT workflow opgenomen true-niet-versterkte (TNE), arteriële fase en portal veneuze fase. De klinische praktijk voor detectie en staging van maag massa van CT vereiste basislijn TNE scannen onmiddellijk gevolgd door een verbeterd contrast verkrijging vast afhangt van de diffuse vergroting en verdikking van de laesie [1], [2]. Maar deze drie typische fasen scan normaal ontlenen grote hoeveelheid stralingsdosis die schadelijk zijn voor patiënten ofwel preoperatieve staging of opvolging zijn.

Dual-energie Computed Tomography (DECT) is een veelbelovende beeldvormende techniek die een betere weefselkarakterisatie door vergelijking met één energie computertomografie [3] - [5]. Gebaseerd op twee synchrone CT acquisities tegelijkertijd, deze technologie maakt de differentiatie en identificatie van materialen met verschillende X-ray absorpties aan hoge- en buisspanning [4]. Deze techniek kan verzwakking van materialen onderscheiden met grote atoomnummers zoals jodium gebaseerde contrastmiddelen. Op basis van de wederopbouw van hoge en lage kV datasets uit de ruwe data, kan jodium worden gewonnen uit een contrast-versterkte, dual-energie CT en virtuele niet-geoptimaliseerde (VNE) datasets kunnen worden gegenereerd met gebruikmaking van de drie -materiaal ontleding dE post-processing algoritme, die was gebaseerd op de veronderstelling van target weefsel dat bestaat uit drie verschillende basismaterialen. In de buik CT-scan, werd veronderstelling dat contrast versterkte abdominale weefsel had drie basismaterialen: zacht weefsel, vet, en jodium [4], [6]. Het genereren van VNE en jodium kaart distributie niet alleen benadrukt de lokale bloedtoevoer naar laesie identificatie, maar ook gebruik maken van een TNE, welke dosis voor de patiënt, dat gebruik kan maken tijdens zowel preoperatieve stadiëring en oncologische follow-up kan redden voorkomen.

Eerdere studies hebben voorgesteld dat VNE potentieel kan vervangen TNE scans; De meeste van de studies gebruikten de eerste generatie van dual-energie scanners [7] - [12]. Deze eerste generatie dual-source scanners hebben de beperking van een smal gezichtsveld. Verder komt door een energiespectra overlap tussen 100 en 140 kV, moesten deze scanners voor gebruik op 80 en 140 kV, wat resulteert in het onvermogen om te gebruiken in de buik door een lage penetratiediepte en bundelverharding voorwerpen [13]. De onlangs geïntroduceerde tweede generatie dual-source scanners bovenstaande problemen uitvoering zwaarder gezichtsveld (33 cm) had overwonnen, die meer patiënten liet dual energy CT scan nemen, en een tin filter, waarbij de X-ray spectra overlap vermindert [3 ], [14] - [16]. Echter, er weinig studies hebben gebruik gemaakt van de tweede generatie dual-source CT-scanners die VNE had beoordeeld is gepubliceerd waren nog steeds [11] - [12], en aan het beste van onze kennis, op dit moment geen eerdere studie is gedaan om het te vergelijken kwaliteit van de VNE en TNE afbeeldingen op maagkanker.

het doel van dit werk was om kwalitatief en kwantitatief te vergelijken de beeldkwaliteit en het lawaai van TNE en VNE datasets in dezelfde patiënten die DECT maag preoperatieve onderzoek onderging en evalueren reductiepotentieel stralingsdosis door het weglaten van een TNE CT-scan tijdens dubbele energie CT-techniek.

Materialen en methoden

Patiënten

De studie werd goedgekeurd door onze Hospital ethische commissie (Ruijin ziekenhuis Aangesloten naar Shanghai Jiaotong University School of Medicine, die betrokken zijn bij de menselijke onderzoek ethische commissie), No 2009-34. Geïnformeerde toestemming werd verkregen van elke patiënt voor de beeldvorming. De deelnemers ontvangen hun schriftelijke toestemming in deze studie. Van april tot september 2011, 74 patiënten (55 mannen, gemiddelde leeftijd van 63 jaar ± 11 [standaardafwijking], het bereik van 37-85 jaar, 19 vrouwen, gemiddelde leeftijd van 61 jaar ± 11, het bereik van 27-85 jaar) onderging DECT voor preoperatieve stadiëring van maagkanker. Alle patiënten werden histopathologisch bevestigd met maagcarcinoom door endoscopische maag biopten.

CT-scan protocol

Alle scans werden uitgevoerd met behulp van een tweede-generatie dual-source multi-detector CT-scanner (Siemens Somatom Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Duitsland). Elke patiënt die 's nachts had gevast gedronken 1000-1500 ml leidingwater kort voor CT de maag uitzetting mogelijk te maken. Alle patiënten ondergingen in totaal 3 fase van de CT-scan. Ten eerste, een niet-versterkte scan die de hele maag werd uitgevoerd met de volgende instelling: 120 kV, referentie 200 mAs, 128 × 0,6 mm collimatie en een pitch van 0,6. Vervolgens honderd milliliter nietionogene gejodeerd contrastmiddel (Ultravist 370, Schering, Berlijn, Duitsland) werd toegediend via de anticubitale ader met 3 ml /sec via 20-gauge naald door een automatische injector. Dual energie-contrast versterkte scans werden bij arteriële fase (inclusief de hele maag) en portal veneuze fase (inclusief de hele buik en bekken van de middenrif koepels van de anus) met behulp van dual-energie-modus, die op 40 s werden verworven en 70 s na toediening van contrastmiddelen, respectievelijk. De DE-scans werden verworven met de buis spanningen op de 100 en 140 kVp met tin filter, met behulp van verwijzing mAs waarden van 230 en 178, respectievelijk. De collimatie is 32 x 0,6 mm en het veld stond 0,6. Alle acquisities werden verkregen met real-time buis huidige modulatie (Care DOSE 4D, Siemens Medical Solutions) software.

CT Afbeelding Post-processing

De DE ruwe gegevens werden gereconstrueerd met een zachte convolutie kernel ( D30f) en drie verschillende reeks beelden werden gegenereerd: 100 kV afbeeldingen Sn140 kV afbeeldingen en gemengde beelden met verhouding van 0,5 met een plakdikte en een interval van 1,5 mm. Beelden werden vervolgens overgebracht naar een DE naverwerking werkstation (Syngo MMWP versie 2008A; Siemens Medical Solutions). DE beelden werden verwerkt door de "lever VNC" applicatie jodium distributietoewijzing getoond als kleurenbekleding en VNE beelden (fig. 1) te genereren. Axial TNE en VNE beelden werden gereconstrueerd met behulp van een sectie dikte en een interval van 5 mm. Om VNE afbeeldingen te genereren, werden standaard zacht weefsel en vet dempingswaarden die door het systeem toegepast (fig. 2).

beeldanalyse

Voor iedere patiënt CT waarden werden in vier anatomische regio's aan beide TNE en VNE beelden: de maagwand, lever, retroperitoneale vet en abdominale aorta door het plaatsen van een cirkelvormig gebied van belang (ROI) bij elke anatomische plaats voor TNE en VNE beelden afgeleid van de arteriële (VNE _{a) en portal veneuze fasen (VNE P). Drie metingen werden op hetzelfde lichaamsdeel (behalve aorta) en hetzelfde segment een gemiddelde waarde te krijgen. Bij alle anatomische plaatsen, een constante grootte van de ROI van ongeveer 1,5 cm ^{2 werd gehandhaafd, behalve maagwand. De ROI waaronder volledige dikte van de maagwand werd in het antrum te maken aan de CT-waarde te krijgen. Indien de laesie in het antrum van de maag, werd de cardia gebruikt. Bij patiënten die verhoogde DECT gedetecteerd maagtumoren of vergrote lymfeklieren zichtbaar waren in de niet-geoptimaliseerde beelden, de CT absorptiewaarden en maximale dikte of diameter gemeten. Standaarddeviatie van de retroperitoneale vet werden ook gemeten om de beeldruis te bepalen aan de hand van een regio van belang met 1 cm 2 in de omgeving.}}

Twee ervaren abdominale radiologen, die werden verblind TNE, VNE _{Een en VNE P overname, toegankelijk de beeldkwaliteit van de drie sets van de niet-geoptimaliseerde beelden in consensus. Eerst werd een vijf-punts rang schaal scoring systeem wordt gebruikt om de score van de beeldkwaliteit van maag TNE en VNE beelden zoals eerder gemeld [7]: 1 = niet te beoordelen, niet te beoordelen als gevolg van ernstige artefacten of slechte beeldkwaliteit; 2 = slecht, slechte beeldkwaliteit als gevolg van grote artefacten die een complete leverparenchym evaluatie belemmeren; 3 = voldoende, beeld van voldoende kwaliteit dat een goed vertrouwen in beeld evaluatie mogelijk te maken; 4 = goed, beeld van goede kwaliteit met kleine kunstvoorwerpen; score 5 = uitstekend, beeld van uitstekende kwaliteit zonder artefacten. VNE beelden met scores van 3 of hoger werd beschouwd als aanvaardbaar voor de diagnose doel; die met scores van 4 of meer werden geacht potentieel TNE beelden vervangen. Ten tweede, de dekking van de relevante anatomie van de gegenereerde VNE beelden werd genoteerd als een percentage reeks uitgesloten anatomie (1 = geen uitgesloten anatomie, 2 = 1-25% uitgesloten, 3 = 26-50%, 4 = 51-75%, 5 = > 75%), teneinde de invloed van BMI op VNE beelden}

stralingsdosis Schatting

voor elk van de drie fasen, de dosis-lengte product (DLP, mGy evalueren. cm) werden geregistreerd. Effectieve stralingsdoses (in millisievert) werden berekend voor elke fase met behulp van de door de Europese werkgroep voorgesteld voor richtsnoeren voor kwaliteitscriteria in CT-methode, het aanbrengen van de volgende relatie: E = DLP × k conversie coëfficiënt, waarbij de buik k conversie coëfficiënt 0.015 mSv /mGy cm [17]. De effectieve dosis van een triple-fase protocol (TNE CT, de arteriële en portale veneuze verbeterde CT) vergeleken met die van een dual-phase protocol (DE arteriële en portale veneuze fase) het percentage verlaging dosis te berekenen.

Statistische analyse

Statistische analyse werd uitgevoerd met het SPSS versie 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Kwantitatieve variabelen werden uitgedrukt als gemiddelde ± SD. Student tweezijdige t-test voor gepaarde monsters werd uitgevoerd om het verschil in CT-waarde, beeldruis, stralingsdosis voor de patiënt, beeldkwaliteit, maximale dikte van maag tumoren en maximale diameter vergrote lymfeklieren tussen TNE en de twee reeksen vergelijken VNE beelden, respectievelijk, en het verschil tussen VNE _{A en VNE P beelden. Een waarde van p ≤ 0,05 bleek een statistisch significant verschil.}

Resultaten

Lengte, CT waarde en lawaai

​​drieënzestig maag tumoren bij 63 patiënten en 112 vergrote lymfeklieren in 20 patiënten werden gedetecteerd op verbeterde DECT beelden. Er was geen statistisch verschil in maximale dikte van maag tumoren en maximale diameter van vergrote lymfeklieren onder de TNE en VNE afbeeldingen en geen verschil tussen de VNE _{A en VNE P beelden (P > 0,05), maar lager ruis gevonden voor VNE beelden dan TNE afbeeldingen en VNE P beelden had de laagste ruis (P < 0,01). Alle opgenomen beeldruis waarden zijn samengevat in tabel 1.}

Hoewel de gemiddelde CT waardeverschillen tussen TNE en VNE per patiënt waren statistisch significant voor alle weefsels, behalve aorta verzwakkingsmetingen, nog in 10 de absolute verschillen waren HU. Er was geen statistisch verschil in CT-waarden van alle weefseltypen tussen de twee reeksen VNE CT-beelden, behalve aorta verzwakkingsmetingen (P > 0,05). CT gemiddelde waarden en P-waarden worden in tabel 1

Het verschil in CT-waarden tussen TNE en VNE _{A was tot 15 HU in 100%, 98,6%, 96,4% en was tot 10 HU in 96,8%, 87,7%, 94,6% van maag tumoren maagwand en vergrote lymfeklieren metingen (Fig. 3a). De CT-waardeverschil tussen TNE en VNE P was tot 15 HU in 95,2%, 100%, 90,2% en was tot 10 HU in 87,3%, 86,3%, 86,6% respectievelijk (fig. 3b).}

de subjectieve beeldkwaliteit scores van de drie niet-verbeterd beeld CT-series (TNE, VNE _{A en VNE P) waren respectievelijk 4,93 ± 0,3, 4,15 ± 0,7 en 4,4 ± 0,6. Alle VNE beelden werden beoordeeld als score 3 of hoger, wat aangeeft dat alle VNE beelden aanvaardbaar voor de diagnose doeleinden waren (fig. 4). Beeldkwaliteit beide VNE beelden was lager dan die van TNE beelden (P < 0,01), terwijl de beeldkwaliteit van VNE P hoger dan die van VNE A (P < 0,01). Tweeënzestig (83,8%, 62/74) VNE A afbeeldingen en eenenzeventig (95,9%, 71/74) werden VNE P beelden geacht de potentie om TNE beelden te vervangen door twee ervaren abdominale radiologen (Tabel 2). Overschrijding artefact gedetecteerd bij de gas-vloeistofniveau was meer voor de hand in VNE beelden dan TNE beelden in 3 gevallen (afb. 5). Daarnaast uitgesloten slechts één VNE datasets relevante anatomie die werd gescoord 2 (1-25% uitgesloten) (Fig. 6).}

Radiation Dose

De berekende effectieve doses waren respectievelijk 2,54 ± 0,79 mSv (range 1,61-6,40 mSv), 3,16 ± 0,91 mSv (range1.79-6.86 mSv), en 6,21 ± 1,63 mSv (3,08-8,99 mSv) voor echte niet-versterkte fase, DE arteriële en portal veneuze fase. Voor een triple-fase-protocol, de totale gemiddelde dosis was 11,92 ± 2,34 mSv (bereik 7,65-18,48 mSv), terwijl een dual-fase protocol levert een gemiddelde effectieve dosis van 9,37 ± 1,89 mSv (bereik 4,90-16,53 mSv). De verlaging van de dosis bereikt door het weglaten van de ware niet-versterkte overname bedroeg 21,40 ± 4,44% (range 15,01-38,24%; P < 0,01).

Discussie

Het beeld TNE is noodzakelijk in de maag preoperatieve CT-scan om drie redenen. Ten eerste, de maag tumor en vergrote lymfeklieren vereisen een basislijn niet-versterkte CT waarde voor de contrastverbetering, wat vooral belangrijk bij het schatten of de regionale lymfeknopen vertegenwoordigen lokale metastasen of berekenen. Ten tweede kan het verbeteren van leveruitzaaiingen gemist worden in verbeterde beelden [18]. . Ten derde, de calcificatie en bloeding van de tumor kan ook ontbreken in verbeterde afbeeldingen [19]

Dual-energie CT van de buik geeft twee voordelen ten opzichte van single-energie CT: verbeterde beeldkwaliteit van de contrastverbetering zelf [10] en de mogelijkheid om VNE beelden genereren. Vergeleken met TNE beelden met minder beeldruis, VNE beelden zijn met een lager, maar diagnostische beeldkwaliteit. Dit komt door bepaalde beeldfiltering en egaliseren geïnduceerd door de algoritme voor [7]. Daarom kunnen radiologen betrouwbaar onderscheid beide soorten beelden. Aangezien onze resultaten soortgelijke verzwakkingen en morfologische kenmerken tussen VNE en TNE onthulden bij detectie van maagkanker, VNE kunnen als vervanging voor TNE scans worden beschouwd. Vergeleken met een triple-fase protocol, een tweefase benadering die ook arteriële en portale veneuze fase vermindert de effectieve dosis met gemiddeld 21,4%. Dit is lager dan eerder gepubliceerde gegevens over de nier- en afbeeldingen, waarbij een dosisverlaging van tussen 30% en 35% is beschreven [7], [8], [10], de portale veneuze fase scan inbegrepen het gehele abdomen en het bekken, uit het middenrif koepels aan de anus in onze studie. DE beeldvorming bij patiënten met maag-tumoren is de mogelijkheid om de effectieve stralingsdosis aan de patiënt te verminderen en ook om onderzoek tijd te besparen.

Onze resultaten suggereren dat VNE _{P beelden hadden hogere persoonlijke score dan VNEA beelden . Opgemerkt zij dat eerdere auteurs hebben aangetoond VNE A afbeeldingen superieur 1e generatie DSCT zijn [8] en VNE P beter door 2de generatie DSCT [12]. De reden kan zijn vanwege het feit dat de arterieel afgeleide serie vereist een extra post-verwerkingsstap; ze werden verworven 1 mm dikke plakken en moest worden 'ingedikt' virtuele 2 mm plakjes [12] te creëren. Zeker het gebruik van extra post-processing stappen heeft het potentieel om de beelden af ​​te breken. Er is weinig te kiezen tussen het portaal en arteriële afgeleide serie, echter, raden we het gebruik van de VNE P beelden over de VNE Een foto als gevolg van de iets betere objectieve en subjectieve resultaten en de verminderde post-processing tijd}

Als de grotere FOV van de kleinere detector, die is 33 cm in de tweede generatie DSCT, onze studie suggereerde relevante anatomie werd geacht worden uitgesloten slechts in één geval.; in dit geval minimale werd geacht en < 25%. Bovendien is een verder voordeel van maag DECT is dat als gevolg van de gemiddelde positie van de maag en de ligging van lymfatische uitzaaiing in de buik, hoe kleiner FOV nauwelijks invloed op de maag preoperatieve CT-scan.

Echter, met de huidige technologie DECT heeft verschillende beperkingen. Ten eerste, zoals de vorige auteurs hebben aangetoond, calcium niet tot de drie materialen (weke delen, jodium en vet) in het afbraakproces geanalyseerd. Deze beperking kan potentieel problematisch zijn vooral voor de detectie van maagcarcinoom mucinous [20], [21], maar kan worden overwonnen door een andere nabewerking algoritme dat calcium, jodium analyses en zacht weefsel [7]. Ten tweede kan dedicated filtering algoritmen worden gebruikt om beeldruis te verminderen, maar nogmaals, kan het moeilijker zijn om kleine structuren [22] op te lossen. Ten derde, stralingsdosis verdere verlaging van CT, de laesie kan worden op TNE foto's in de laagst mogelijke scanbereik arteriële fase definiëren; bovendien kan de patiënt meer water drinken of wijzig de positie TNE scan, zo niet goed genoeg distentie maagwand en laesie gevonden in TNE beelden. Het weglaten van TNE scan zullen deze onmogelijk maken. Tot slot, overschrijding artefact gedetecteerd op de gas-vloeistofniveau was meer voor de hand in VNE beelden. Hoewel dit soort artefact de beeldkwaliteit niet is aangetast, maar een belangrijke valkuil soms vertegenwoordigen. Aangezien dit niet een van de doelstellingen van onze studie, is verdere analyse nodig is.

Onze studie had een aantal beperkingen. Werd uitgevoerd om de kwaliteit van VNE beelden tonen, en de mogelijkheden van DECT niet weergegeven in de nauwkeurigheid van de preoperatieve stadiëring van maagkanker. Daarom is de diagnostische waarde van verschillende soorten visualisatie van het voorste informatie, inclusief kleurcodering van jood distributie, werd niet beoordeeld in deze studie. Nader onderzoek moet worden aanbevolen om te tonen of DECT depict en nauwkeurig preoperatieve stadiëring zal helpen bij maagkanker. Ten tweede, hebben we niet de prestaties van VNE beelden bij het opsporen van de lever laesies die een belangrijke route van uitgezaaide maagkanker te evalueren. In eerdere verslagen VNE beelden tonen een kwaliteit vergelijkbaar met die van TNE afbeeldingen en potentieel TNE vervangen als onderdeel van een multifase leverbeeldvorming protocol [8], [10], [12]. Ten derde, aangezien er geen verkalking in de maag tumoren gevonden in onze gegevens, de beperking van de aftrek van calcium door de lever VNC-algoritme kon niet worden geëvalueerd.

Conclusies

Onze eerste ervaringen met maag virtuele non -Enhanced beelden met behulp van de tweede generatie dual-source CT toont veelbelovende resultaten. Virtual niet-geoptimaliseerde beelden gegenereerd uit zowel arteriële of portale veneuze fase beelden te leveren dempingswaarden en morfologische parameter dicht bij de echte niet-geoptimaliseerde afbeeldingen en tonen een goede beeldkwaliteit. Het zal mogelijk kunnen worden TNE scan weglaten als deel van een uit meerdere maag preoperatieve staging en vervolgonderzoek beeldprotocol, waardoor de stralingsdosis aanzienlijk te verminderen.

• PLoS ONE: Verenigingen van genetische varianten in het PSCA, MUC1 en PLCE1 Genen met Maagkanker gevoeligheid in een Chinese Population
• PLoS ONE: single nucleotide polymorphisms of One-Carbon Metabolisme en kanker van de slokdarm, maag en lever in een Chinese Population