PLoS ONE: Mage Virtual Non-Enhanced CT med andre generasjon, Dual-Energy CT: En foreløpig Study

Abstract

Mål

Å sammenligne sann ikke-forsterket (TNE) og virtuelle ikke-forbedrede (VNE) datasett hos pasienter som gjennomgikk mage preoperativ dual-energi CT (DECT), og for å vurdere potensielle stråledosereduksjon ved å utelate en TNE scan.

Metoder

en total av 74 pasienter gjennomgikk mage DECT. De gjennomsnittlige CT verdier, lengde, bildekvalitet og effektiv stråledoser for VNE og tne bildene ble sammenlignet.

Resultater

Det var ingen statistisk forskjell i maksimal tykkelse av mage svulster og maksimal diameter på forstørret lymfeknuter blant TNE og VNE bilder (P > 0,05). De midlere CT verdiforskjeller mellom TNE og vne var statistisk signifikant for alle typer vev, bortsett fra aorta dempningsmålinger (p 0,05), men de absolutte forskjeller var under 10 HU. Lavere støy ble funnet for VNE bilder enn TNE bilder (P < 0,01). Bildekvaliteten for vne var diagnostisk, men lavere enn den til TNE (P 0,01). Den dosereduksjon oppnås ved å utelate TNE oppkjøpet var 21,40 ± 4,44%.

Konklusjon

Vne skanningen kan potensielt erstatte TNE som en del av en flerfase mage preoperativ staging bildebehandling protokoll med påfølgende sparing i stråledose

Citation. Shi L, Yan F, Pan Z, Liu B, Liu H, Wang B, et al. (2014) Magen Virtual Non-Enhanced CT med andre generasjon, Dual-Energy CT: en forstudie. PLoS ONE 9 (11): e112295. doi: 10,1371 /journal.pone.0112295

Redaktør: Juri G. Gelovani, Wayne State University, USA

mottatt: 12 januar 2014; Godkjent: 09.10.2014; Publisert: 13.11.2014

Copyright: © 2014 Shi et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres

Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av fond fra Shanghai vitenskap og teknologiutvikling (No. 134119a5900), Medisinsk Engineer krysslagt (No. YG2012MS48), og NSFC (nr 81171312). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet

Konkurrerende interesser: Forfatter. Bo Liu er ansatt i Siemens Helse- og han er ansvarlig for manuskriptet polering. Alle forfattere har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer. Ingen støtte, enten økonomisk eller levering av utstyr eller utstyr og lignende hadde blitt gitt av Siemens Helsevesenet eller en tredjepart til de kliniske partnere med hensyn til studiet er beskrevet i denne artikkelen. Dette endrer ikke forfatternes tilslutning til PLoS ONE politikk på deling av data og materialer.

Innledning

Multi-detektor computertomografi (MDCT) er en av de mest brukte diagnostiske verktøy for pre -operative iscenesettelse av pasienter med magekreft. Standard MDCT arbeidsflyt inkludert sant (TNE), arteriell fase ikke-forsterket, og portvene fase. Den kliniske praksis for påvisning og iscenesettelse av mage massene ved hjelp av CT kreves en baseline TNE skanne umiddelbart etterfulgt av en kontrastforsterket oppkjøpet, som det var avhengig av diffuse forbedring og fortykkelse av lesjon [1], [2]. Men disse tre standard faser av skanningen normalt utlede en stor mengde av stråledose som kan være skadelig for pasientene enten i preoperativ stadieinndeling eller i oppfølging.

Dual-energy computertomografi (DECT) er en lovende avbildningsteknikk som gir bedre vev karakteristikk sammenlignet med enkelt-energi computertomografi [3] - [5]. Basert på to synkrone CT oppkjøp samtidig, gjør denne teknologien differensiering og identifisering av materialer med ulike røntgen absorptions på lav og høy tube spenning [4]. Denne teknikk kan differensiere svekking av materialer med større atomnummer som jodbaserte kontrastmidler. På grunnlag av gjenoppbygging av høy og lav kV datasett fra rådata, kan jod tas ut fra en kontrastforsterket, dual-energi CT scan og virtuelle ikke-forbedrede (VNE) datasett kan genereres utnytte tre -Materiale nedbrytning dE algoritme for etterbehandling, som var basert på en forutsetning om målet vev som består av tre ulike underlag. I magen CT scan, ble forutsetningen gjorde at kontrastforsterket abdominal vev hadde tre base materialer: bløtvev, fett, og jod [4], [6]. Den generasjonen av Vne og jod kartet fordeling ikke bare understreket den lokale blodtilførselen for lesjon identifikasjon, men også lov til å unngå en TNE, som kan spare dose for pasienten, som kan ha nytte både under preoperativ stadieinndeling og onkologisk oppfølging.

Tidligere studier har foreslått at Vne potensielt kan erstatte tNE skanner; men de fleste av studiene brukte den første generasjon av dual-energi skannere [7] - [12]. Disse første generasjons dual-kilde skannere har begrensning av en smal synsfelt. Videre, på grunn av en energispektra overlapping mellom 100 og 140 kV, disse skannere måtte bli operert ved 80 og 140 kV, noe som resulterer i manglende evne til å bli brukt i magen på grunn av en lav penetrasjonsdybde og bjelke herding gjenstander [13]. Den nylig introduserte andre generasjons dual-source skannere hadde overvunnet over problemer som gjennomfører et større synsfelt (33 cm), som tillot flere pasienter til å ta dobbel energi CT scan, og en boks filter som reduserer X-ray spektra overlapping [3 ], [14] - [16]. Men det var fortsatt få studier som har brukt de andre generasjons dual-kilde CT skannere som hadde vurdert Vne har blitt publisert [11] - [12], og til vår beste kunnskap, for tiden ingen tidligere studie har blitt gjort for å sammenligne kvaliteten på VNE og tne bilder på magekreft.

Formålet med dette arbeidet var å kvalitativt og kvantitativt sammenligne bildekvalitet og støy av tNE og VNE datasett i de samme pasientene som gjennomgikk DECT mage preoperative undersøkelse og til vurdere potensielle stråledosereduksjon ved å utelate en TNE CT scan under dual energi CT-teknikk.

Materialer og metoder

Pasienter

studiet ble godkjent av vår Hospital Ethics Committee (Ruijin sykehus Tilknyttet Shanghai Jiaotong University School of Medicine, er involvert i menneskeforskningsetiske komité), No 2009-34. Informert samtykke ble innhentet fra hver pasient før bildebehandling. Deltakerne gitt sitt skriftlige samtykke i denne studien. Fra april til september 2011, 74 pasienter (55 menn, gjennomsnittsalder på 63 år ± 11 [standardavvik], utvalg av 37-85 år, 19 kvinner, gjennomsnittsalder på 61 år ± 11, utvalg av 27-85 år) hadde gjennomgikk DECT for preoperativ stadieinndeling av magekreft. Alle pasientene ble histopathologically bekreftet med magekreft ved endoskopiske mage biopsier.

CT scan protokoll

Alle skanninger ble utført ved hjelp av en andregenerasjons, dual-kilde multidetektor CT-skanner (Siemens SOMATOM Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Tyskland). Hver pasient som over natten hadde fastet drakk 1000-1500 ml vann fra springen like før CT for å aktivere mage oppblåsthet. Alle pasientene gjennomgikk totalt 3 fase av CT scan. Først ble et ikke-forbedret skanning dekker hele magen utføres med følgende innstilling: 120 kV, referere 200 MAS, 128 × 0,6 mm kollimering og en stigning på 0,6. Deretter hundre milliliters av en ionisk joderte kontrastmiddel (370 Ultravist, Schering, Berlin, Tyskland) ble administrert via antecubital vene på 3 ml /sek ved hjelp av 20-gauge nål gjennom en automatisk injektor. Dual energikontrastforsterket skanning ble utført ved arteriell fase (inkludert hele magen) og portvene fase (inkludert hele magen og bekkenet, fra diaphragmatic kupler til analåpningen) benytter to energivalg som ble overtatt 40 s og 70 s etter administrasjon av kontrastmidler, respektivt. De skanner ble kjøpt med tube spenninger på 100 og 140 kVp med tinn filter, ved hjelp av referanse Mas verdier på 230 og 178, henholdsvis. Kollimasjon var 32 × 0,6 mm og banen var 0,6. Alle oppkjøp ble oppnådd med sanntid tube strøm modulering (Care DOSE 4D, Siemens Medical Solutions) programvare.

CT bilde Post-prosessering

DE rådata ble rekonstruert ved hjelp av en myk konvolusjon kernel ( D30f), og tre forskjellige serier av bilder ble samlet: 100 kV bilder, Sn140 kV bilder og blandet bilder med forhold på 0,5 med en skive tykkelse og en avstand på 1,5 mm. Bilder ble deretter overført til en DE etterbehandling arbeidsstasjon (syngo MMWP, versjon 2008a; Siemens Medical Solutions). DE bildene ble behandlet av "Liver VNC" program for å generere jod distribusjon kart vises som farge overlegg og VNE bilder (Fig. 1). Aksial TNE og VNE bilder ble rekonstruert ved anvendelse av en seksjon tykkelse og et intervall på 5 mm. For å generere VNE bilder, ble standard bløtdels og fett demping verdier som brukes av systemet brukes (fig. 2).

Bildeanalyse

For hver pasient, CT verdier ble registrert i fire anatomiske regioner på både TNE og VNE bilder: mageveggen, lever, retroperitoneal fett og abdominal aorta ved å plassere en sirkulær region av interesse (ROI) på hvert anatomiske stedet for TNE og VNE bilder hentet fra den arterielle (VNE _{A) og portvene faser (VNE P). Tre målinger ble registrert på den samme del av kroppen (bortsett fra aorta) på samme skive for å få en gjennomsnittsverdi. På alle anatomiske områder, en konstant størrelse på ROI på ca 1,5 cm ^{2 ble opprettholdt, bortsett fra mageveggen. ROI inkludert full-tykkelse av mageveggen ble satt på antrum å få CT verdi. Hvis lesjonen ble plassert i antrum i magen, ble cardia anvendt. Hos pasienter hvor forbedret DECT oppdaget mage svulster eller forstørrede lymfeknuter var synlige i de ikke-forbedrede bilder, ble deres CT dempingsverdier og maksimal tykkelse eller diameter målt. Standardavvik av retroperitoneale fett ble også målt for å bestemme bildestøy ved hjelp av en region av interesse med 1 cm 2 i området.}}

To erfarne mage radiologer, som var blindet for TNE, Vne _{A og Vne P oppkjøpet, tilgang bildekvaliteten på tre sett av ikke-forbedrede bilder i konsensus. Først ble en fem-punkts karakterskala scoring system som brukes til å sette inn bilder kvaliteten på mage TNE og VNE bilder som rapportert tidligere [7]: 1 = ikke aktuelle, ikke aktuelle på grunn av alvorlige gjenstander eller dårlig bildekvalitet; 2 = dårlig, dårlig bildekvalitet på grunn av store gjenstander som hindrer en komplett leveren parenchyma evaluering; 3 = tilstrekkelig, bilde av tilstrekkelig kvalitet som tillater en god tillit til bilde evaluering; 4 = bra, bilde av god kvalitet med mindre gjenstander; scorer 5 = utmerket, bilde av utmerket kvalitet uten artefakter. VNE bilder med score på 3 eller høyere ble ansett som akseptabelt for diagnose formål; de med score på 4 eller mer ble vurdert til å ha potensial til å erstatte TNE bilder. For det andre, dekning av relevant anatomi av de genererte VNE bildene ble notert som en prosentandel rekke ekskludert anatomi (1 = ingen ekskludert anatomi, 2 = 1-25% ekskludert, 3 = 26-50%, 4 = 51-75%, 5 = > 75%), for å vurdere påvirkning av BMI på VNE Images}

Radiation dose Estimering

for hver av de tre fasene, dose-lengde produkt (DLP, mGy. cm) ble registrert. Effektiv stråledoser (i millisievert) ble beregnet for hver fase ved hjelp av metoden foreslått av den europeiske arbeidsgruppen for retningslinjer for kvalitetskriteriene i CT, bruk av følgende forhold: E = DLP × k omformingskoeffisient, der mage k omformingskoeffisient er 0,015 mSv /mGy cm [17]. Den effektive dose av en trippel-fase-protokoll (TNE CT, den arterielle og portvene forbedret CT) ble sammenlignet med den for en dual-fase-protokollen (DE arterielle og venøse portal faser) til å beregne prosentandelen av dosereduksjon.

Statistical Analysis

Statistisk analyse ble utført ved hjelp av programvaren SPSS versjon 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Kvantitative variabler ble uttrykt som gjennomsnitt ± SD. Student to-halet t-test for parede prøver ble utført for å sammenligne forskjellen av CT-verdi, bildestøy, strålingsdose til pasienten, bildekvalitet, maksimal tykkelse av mage-tumorer og maksimal diameter på forstørrede lymfeknuter mellom TNE og de to sett av VNE bilder, henholdsvis, og forskjellen mellom Vne _{A og Vne P bilder. En verdi på p≤0.05 indikerte en statistisk signifikant forskjell.}

Resultater

Lengde, CT verdi og støy

sekstitre mage svulster i 63 pasienter og 112 forstørrede lymfeknuter i 20 pasienter ble oppdaget på forbedrede DECT-bilder. Det var ingen statistisk forskjell i maksimal tykkelse av mage svulster og maksimal diameter på forstørrede lymfeknuter blant TNE og VNE bilder og ingen forskjell mellom Vne _{A og Vne P-bilder (P > 0,05), men lavere støy ble funnet for VNE bilder enn tNE bilder og VNE P bildene hadde lavest støy (P < 0,01). Alle registrerte bildestøyverdiene ble sammenfattet i tabell 1.}

Selv om den midlere CT verdiforskjellene mellom TNE og vne per pasient var statistisk signifikant for alle typer vev, bortsett fra aorta dempningsmålinger, de absolutte forskjeller var fremdeles under 10 HU. Det var ingen statistisk forskjell i CT-verdier av alle vevstyper mellom de to sett av vne CT-bilder, med unntak av aorta dempningsmålinger (p 0,05). Midlere CT verdier og P-verdier er gitt i tabell 1.

Forskjellen av CT-verdier mellom TNE og vne _{A var under 15 HU i 100%, 98,6%, 96,4%, og var under 10 HU i 96,8%, 87,7%, 94,6% av mage svulster, magesekken og forstørrede lymfeknuter målinger, henholdsvis (fig. 3a). CT-verdi forskjellen mellom TNE og vne P var under 15 HU i 95,2%, 100%, 90,2%, og var under 10 HU i 87,3%, 86,3%, 86,6%, henholdsvis (fig. 3b).}

den subjektive bildekvalitet score av de tre ikke-forsterket CT bilde serier (TNE, Vne _{A og Vne P) var henholdsvis 4,93 ± 0,3, 4,15 ± 0,7 og 4,4 ± 0,6,. Alle VNE bildene ble vurdert som satte inn 3 eller høyere, noe som indikerer at alle VNE bildene var akseptabelt for diagnose formål (Fig. 4). Bildekvaliteten for begge VNE bilder var lavere enn den i TNE bilder (P < 0,01), mens bildekvaliteten vne P var høyere enn for vne A (P 0,01). Seksti-to (83,8%, 62/74) VNE A bilder og syttiett (95,9%, 71/74) Vne P Bildene ble vurdert til å ha potensial til å erstatte TNE bilder av to erfarne mage radiologer (Tabell 2). Skyter gjenstand oppdaget på gass-væskenivået var mer opplagt i VNE bilder enn TNE bilder i 3 tilfeller (Fig. 5). I tillegg bare en VNE datasett utelukket relevant anatomi som ble scoret 2 (1-25% ekskludert) (Fig. 6).}

Radiation Dose

De beregnede effektive doser var henholdsvis 2,54 ± 0,79 mSv (range 1,61 til 6,40 mSv), 3,16 ± 0,91 mSv (range1.79-6.86 mSv), og 6,21 ± 1,63 mSv (3,08 til 8,99 mSv) for sann ikke-forbedrede fase, DE arterielle og portvene fase. For en trippel-fase-protokollen, den totale midlere dose var 11,92 ± 2,34 mSv (avstands 7,65 til 18,48 mSv), mens en dual-fase-protokollen gir en midlere effektiv dose av 9,37 ± 1,89 mSv (område 4,90 til 16,53 mSv). Den dosereduksjon oppnås ved å utelate sann ikke-forsterket oppkjøpet var 21,40 ± 4,44% (fra 15,01 til 38,24%, P < 0,01).

Diskusjoner

TNE bildet er nødvendig i mage preoperativ CT scan av tre grunner. Først mage svulsten og forstørrede lymfeknuter krever en baseline ikke-forbedret CT verdi å beregne kontrastforsterkning, noe som er spesielt viktig i å estimere hvorvidt regionale lymfeknuter representerer lokale metastaser eller ikke. For det andre kan styrke levermetastaser bli savnet i forbedrede bilder [18]. . Tredje, forkalkning og blødning fra tumor kan også bli savnet i forbedrede bilder [19]

Dual-energi CT av magen gir to fordeler i motsetning til single-energi CT: forbedret bildekvalitet av kontrastforbedring i seg selv [10], og evnen til å generere VNE bilder. Sammenlignet med TNE bilder med lavere bildestøy, VNE bilder er med lavere men diagnostisk bildekvalitet. Dette skyldes særlig bildefiltrering og utjevning indusert av algoritme for etterbehandling [7]. Derfor kan radiologer pålitelig diskriminere begge typer bilder. Som våre resultater avdekket lignende dempninger og morfologiske trekk mellom VNE og tne bilder på deteksjon av magekreft, er Vne sannsynlig å anse som en erstatning for TNE skanninger. Sammenlignet med en trippel-fase-protokollen, en dual-fase-metode som omfatter arterielle og venøse portal faser reduserer den effektive dosen med et gjennomsnitt på 21,4%. Dette er lavere enn tidligere publiserte data om lever og nyre-bilder, hvor en dosereduksjon på mellom 30% og 35% er blitt beskrevet [7], [8], [10], som portvene fase skanning omfattet hele magen og bekken, fra diaphragmatic kupler til analåpningen i vår studie. DE bildebehandling i pasienter med mage svulster er mulighet for å redusere den effektive stråledosen leveres til pasienten, og også for å spare etterforskning tid.

Våre resultater tyder på at Vne _{P bildene hadde høyere subjektive poengsum enn VNEA bilder . Det skal bemerkes at tidligere forfattere har vist VNE A-bilder til å være overlegen ved den første generasjon DSCT [8], og vne P å være bedre av andre generasjon DSCT [12]. Årsaken kan være på grunn av det faktum at den arterielt avledet serie kreves en ekstra etterbehandlingstrinn; de ble kjøpt som en mm tykke skiver og trengte å bli "tykkere" for å lage virtuelle 2 mm skiver [12]. Absolutt bruk av ytterligere etterbehandlingstrinn har potensial til å degradere bildene. Det er lite å velge mellom portal og arterielle avledet serie, men vi anbefaler bruk av VNE P-bilder over VNE Noen bilder på grunn av de litt bedre objektiv og subjektive resultater og redusert etterbehandling tid}

som større FOV av de mindre detektoren, som er 33 cm i den andre generasjonen DSCT, vår studie antydet relevant anatomi ble ansett for å bli ekskludert i bare ett tilfelle.; i dette tilfellet som ble ansett minimal, og var mindre enn 25%. Videre er en ytterligere fordel ved gastrisk DECT er at som et resultat av median stilling av magesekken og plassering av lymfatisk metastasering i magen, desto mindre FOV neppe påvirket den gastriske preoperative CT-scan.

Men med den foreliggende teknologi DECT har flere begrensninger. Først, som tidligere forfattere har vist, er kalsium ikke er blant de tre materialer (mykt vev, jod, og fett) analysert i nedbryting prosessen. Denne begrensningen kan potensielt være problematisk, spesielt for påvisning av mucinous gastrisk karsinom [20], [21], men det kan overvinnes ved hjelp av en annen algoritme for etterbehandling som analyserer kalsium, jod, og bløtvev [7]. For det andre kan dedikerte filtreringsalgoritmer anvendes for å redusere bildestøy, men igjen, kan det være mer vanskelig å løse små strukturer [22]. For det tredje, for ytterligere å redusere stråledose fra CT-scanning, lesjonen kan være plassert på TNE bilder for å definere minst mulig skanneområde i arteriell fase; i tillegg kan pasienten drikker mer vann eller endre posisjonen etter TNE skanning, hvis ikke god nok oppblåsthet gastriske vegg og lesjon ble funnet i tne bilder. Utelatelse TNE skanning vil gjøre disse umulig. Til slutt skyter gjenstand oppdaget på gass-væskenivået var mer opplagt i VNE bilder. Selv om denne typen artefakt ikke har forringet bildekvalitet, men det kan representere en viktig fallgruve i noen tilfeller. Siden dette ikke var blant målene for vår studie, er nødvendig for videre analyse.

Vår studie hadde flere begrensninger. Det ble utført for å påvise kvaliteten på VNE bilder, og ikke for å vise egenskapene til DECT i nøyaktigheten av preoperative oppsetning av magekreft. Derfor er den diagnostiske verdien av forskjellige typer av visualisering av DE informasjonen, inkludert fargekoding av jod fordeling, ikke ble undersøkt i dette studiet. Videre forskning bør anbefales å vise om DECT vil hjelpe skildre og nøyaktig preoperativ staging i magekreft. For det andre, vi fikk ikke evaluere resultatene av VNE bilder påvise lever lesjoner som er en viktig rute for magekreft med spredning. Men i tidligere rapporter, VNE bildene viser en kvalitet som er sammenlignbar med den til TNE bilder, og mulighet for å erstatte TNE som en del av en flerfase-leveravbildningsprotokoll [8], [10], [12]. Tredje, siden ingen forkalkning i magen svulster ble funnet i våre data, begrensning av subtraksjon av kalsium i leveren VNC algoritmen kunne ikke bli vurdert.

Konklusjoner

Vår tidlige erfaring med mage virtuell ikke -enhanced bilder ved hjelp av andre generasjon dual-kilde CT viser lovende resultater. Virtual ikke-forbedrede bilder generert fra enten arteriell eller portvene fase bilder gir demping verdier og morfologisk parameter nær de ekte ikke-forbedrede bilder, og viser god bildekvalitet. Det vil være potensielt mulig å utelate TNE skanning som en del av en flerfase mage preoperativ stadieinndeling og oppfølgingsstudie bildebehandling protokollen, noe som resulterer i betydelig redusere stråledosen.

• PLoS ONE: Sammenslutning av genetiske varianter i PSCA, MUC1 og PLCE1 Gener med magekreft Følsomhet i en kinesisk Befolkning
• PLoS ONE: enkeltnukleotidpolymorfi av One-Carbon Metabolisme og Kreft i spiserør, magesekk, og lever i en kinesisk Befolkning