PLOS ONE: Mage Virtual Icke-Enhanced CT med andra generationens Dual-Energy CT: en förstudie

Abstrakt

Mål

För att jämföra den verkliga icke-förstärkt (TNE) och virtuella icke-förbättrade (VNE) datamängder i patienter som genomgick gastric preoperativ dubbla energi CT (DECT) och att utvärdera potentiella minskningen stråldos genom att utelämna en TNE scan.

Metoder

totalt 74 patienter genomgick gastric DECT. De genomsnittliga Ct-värden, längd, bildkvalitet och effektiv stråldoser för VNE och TNE bilder jämfördes.

Resultat

Det fanns ingen statistisk skillnad i maximal tjocklek av gastriska tumörer och maximal diameter förstorad lymfkörtlar bland TNE och VNE bilder (P > 0,05). De genomsnittliga skillnaderna CT värde mellan TNE och VNE var statistiskt signifikant för alla vävnadstyper, med undantag för aorta dämpningsmätningar (P < 0,05), men de absoluta skillnaderna var under 10 HU. Lägre buller konstaterades för VNE bilder än TNE bilder (P < 0,01). Bildkvaliteten hos VNE var diagnostisk men lägre än TNE (P < 0,01). Minskningen dosen uppnås genom att utelämna TNE förvärvet var 21,40 ± 4,44%.

Slutsats

VNE scan kan potentiellt ersätta TNE som en del av en fler fas gastric preoperativ stadieindelning bildprotokoll med åtföljande besparing i stråldos

Citation:. Shi L, Yan F, Pan Z, Liu B, Liu H, Wang B, et al. (2014) Mage Virtual Icke-Enhanced CT med andra generationens Dual-Energy CT: en förstudie. PLoS ONE 9 (11): e112295. doi: 10.1371 /journal.pone.0112295

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

Mottagna: 12 januari, 2014. Accepteras: 9 oktober 2014. Publicerad: 13 november 2014

Copyright: © 2014 Shi et al. Detta är en öppen tillgång artikel distribueras enligt villkoren i Creative Commons Attribution License, som tillåter obegränsad användning, distribution och reproduktion i alla medier, förutsatt den ursprungliga författaren och källan kredit

Finansiering:. Detta arbete stöddes av fond i Shanghai vetenskap och teknik utveckling (nr 134119a5900), Medical Engineer tvär ämne (nr YG2012MS48), och NSFC (nr 81.171.312). Finansiärerna hade ingen roll i studiedesign, datainsamling och analys, beslut att publicera, eller beredning av manuskriptet

Konkurrerande intressen: Författare. Bo Liu är anställd av Siemens Hälso- och han är ansvarig för manuskriptet putsning. Alla författare har förklarat att inga konkurrerande intressen finns. Inget stöd, antingen finansiellt eller tillhandahållande av utrustning eller utrustning och liknande hade givits av Siemens Vård eller en tredje part i kliniska partner när det gäller studien som beskrivs i den här artikeln. Detta ändrar inte författarnas anslutning till PLoS One politik om datadelning och material.

Introduktion

Multi-detektor datortomografi (MDCT) är en av de mest använda diagnostiska verktyg för pre -operative iscensättning av patienter med magsäckscancer. Standard MDCT arbetsflöde medföljer true icke-förstärkt (TNE), arteriell fas, och portafasen. Klinisk praxis för detektion och stadieindelning av gastric massor med hjälp av CT krävs en baslinje TNE skanna omedelbart följt av en kontrastförstärkt förvärv, eftersom det berodde på diffusa förbättring och förtjockning av skada [1], [2]. Men dessa tre standardfaser scan härleda normalt en stor mängd stråldos som kan vara skadligt för patienterna antingen i preoperativ stadieindelning eller i uppföljningen.

Dual-energi datortomografi (DECT) är en lovande bildteknik som ger bättre vävnadskarakterisering jämfört med singel-energi datortomografi [3] - [5]. Baserat på två synkrona CT förvärv samtidigt tillåter denna teknik differentiering och identifiering av material med olika röntgen absorptioner på rörspänning låg och hög [4]. Denna teknik kan differentiera dämpning av material med stora atomnummer såsom jodbaserade kontrastmedel. På grundval av återuppbyggnaden av hög och låg kV datamängder från rådata, kan jod extraheras från en kontrastförstärkt, dubbla energi datortomografi och virtuella icke-förbättrade (VNE) datamängder kan genereras med användning av tre -Material nedbrytning dE efterbearbetning algoritm, som baserades på antagandet av målvävnaden bestående av tre olika basmaterial. I buken datortomografi, var antagandet att kontrastförstärkt bukvävnad hade tre basmaterial: mjuk vävnad, fett och jod [4], [6]. Genereringen av VNE och jod karta fördelning inte bara betonade lokala blodtillförseln till skada identifiering, men tillät också för att undvika en TNE, som skulle kunna rädda dos för en patient, som kan dra nytta under både preoperativ stadieindelning och onkologiska uppföljning.

Tidigare studier har föreslagit att VNE potentiellt kan ersätta TNE skannar; De flesta av de studier använde den första generationen av dubbla energi skannrar [7] - [12]. Dessa första generationens dual-source skannrar har begränsningen av ett smalt synfält. Dessutom på grund av en energispektra överlappning mellan 100 och 140 kV, hade dessa skannrar för att drivas vid 80 och 140 kV, vilket resulterar i oförmåga att användas i buken på grund av låg penetration djup och bredd härdning artefakter [13]. De nyligen införda andra generationens dual-source skannrar hade övervunnit ovan svårt att tillämpa en större synfält (33 cm), vilket tillät fler patienter att ta dubbla energi datortomografi, och en burk filter, vilket minskar röntgenspektra överlappning [3 ], [14] - [16]. Det fanns dock fortfarande få studier som har använt andra generationens dual-source CT skannrar som hade bedömts VNE har publicerats [11] - [12], och det bästa av vår kunskap, för närvarande ingen tidigare studie har gjorts för att jämföra kvalitet VNE och TNE bilder på magcancer.

Syftet med detta arbete var att kvalitativt och kvantitativt jämföra bildkvalitet och buller TNE och VNE dataset i samma patienter som genomgick DECT gastric preoperativ undersökning och till utvärdera potentiella minskningen stråldos genom att utelämna en TNE datortomografi under dual energy CT teknik.

Material och metoder

Patienter

studien godkändes av vårt sjukhus etikkommitté (Ruijin sjukhus anslutna till Shanghai Jiaotong University School of Medicine, som deltar i forskning etiska kommittén människa), nr 2009-34. Informerat samtycke erhölls från varje patient före avbildning. Deltagarna under förutsättning att deras skriftligt informerat samtycke i denna studie. Från april till september 2011, 74 patienter (55 män, medelålder 63 år ± 11 [standardavvikelse] intervallet 37-85 år, 19 kvinnor, medelålder av 61 år ± 11 intervallet 27-85 år) genomgick DECT för preoperativ stadieindelning av magcancer. Alla patienter histopatologiskt bekräftad med magcancer genom endoskopiska gastriska biopsier.

datortomografi protokoll

Alla skanningar utfördes med hjälp av en andra generationens, dual-source multi-detektor CT-scanner (Siemens Somatom Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Tyskland). Varje patient som natten hade fastat drack 1000-1500 ml kranvatten strax innan CT för att gastrisk utvidgning. Samtliga patienter genomgick totalt tre fas av datortomografi. Först ett icke-förstärkt scan täcker hela magen utföras med följande inställning: 120 kV, referens 200 mAs, 128 × 0,6 mm kollimering och en stigning på 0,6. Därefter hundra milliliter av ett nonjoniskt joderat kontrastmedel (370 Ultravist; Schering, Berlin, Tyskland) administrerades via antekubitalvenen vid 3 ml /sek med användning av 20-gauge nål genom en automatisk injektor. Dubbla energikontrastförbättrade skanningar utfördes vid arteriell fas (ingår hela magen) och portafasen (ingår hela buken och bäckenet, från diafragma kupoler till anal gränsen) med dual mode energi, som förvärvades vid 40 s och 70 s efter administreringen av kontrastmedlen, respektive. DE skannar förvärvades med rörspänningar vid 100 och 140 kVp med tenn filter med hjälp av referens mAs-värden av 230 och 178, respektive. Kollimering var 32 x 0,6 mm och planen var 0,6. Samtliga förvärv erhölls med realtids rörström modulering (Care DOS 4D, Siemens Medical Solutions) programvara.

CT Bild Efterbehandling

DE rådata rekonstruerades med en mjuk faltningskärna ( D30f), och tre olika serier av bilder genererades: 100 kV bilder, Sn140 kV bilder och blandade bilder med förhållandet mellan 0,5 med en skivtjocklek och ett intervall på 1,5 mm. Bilder överfördes därefter till en DE efterbearbetnings arbetsstation (syngo MMWP, version 2008A; Siemens Medical Solutions). DE bilder bearbetades genom "Lever VNC" program för att generera jod utbredningskarta visas som färgöverlägg och VNE bilder (Fig. 1). Axial TNE och VNE bilder rekonstruerades med hjälp av en snittjocklek och ett intervall på 5 mm. För att generera VNE bilder, var vanliga mjukdels och fett dämpningsvärden som används av det system som tillämpas (Fig. 2).

bildanalys

För varje patient, CT-värden registrerades i fyra anatomiskt regioner på både TNE och VNE bilder magväggen, lever, retroperitoneal fett och bukaorta genom att placera en cirkulär region av intresse (ROI) vid varje anatomisk plats för TNE och VNE bilder som härrör från artär (VNE _{A) och portal venös faser (VNE P). Tre mätningar registrerades på samma anatomiska område (utom aorta) på samma skiva för att få ett medelvärde. Vid alla anatomiska platser, en konstant storlek på ROI på ca 1,5 cm ^{2 bibehölls utom magväggen. ROI inklusive full-tjocklek av magväggen ställdes till antrum att få CT värde. Om lesionen var belägen i antrum i magen, var cardia användes. Hos patienter hos vilka förbättrad DECT detekterade gastriska tumörer eller förstorade lymfkörtlar var synliga i de icke-förstärkta bilder, deras CT dämpningsvärden och maximal tjocklek eller diameter mäts. Standardavvikelser för retroperitoneala fett mättes också för att bestämma bildbruset med hjälp av ett område av intresse med 1 cm 2 i området.}}

Två erfarna buken radiologer, som var förblindade till TNE, VNE _{A och VNE P förvärv, nås bildkvaliteten på tre uppsättningar av icke-förstärkta bilder i samförstånd. Först en femgradig betygsskala poängsystem som används för att slå in bildkvalitet av gastric TNE och VNE bilder som tidigare rapporterats [7]: 1 = inte kan bedömas, inte bedömas på grund av allvarliga artefakter eller dålig bildkvalitet, 2 = dålig, dålig bildkvalitet på grund av stora artefakter som hindrar en fullständig leverparenkymet utvärdering; 3 = tillräcklig bild av tillräcklig kvalitet som tillåter en bra förtroende för bildutvärdering; 4 = bra, bilden av god kvalitet med mindre artefakter; poäng 5 = utmärkt, bilden av utmärkt kvalitet utan artefakter. VNE bilder med massor av 3 eller högre betraktades som godtagbart för diagnos ändamål; de med massor av fyra eller mer ansågs ha potential att ersätta TNE bilder. För det andra, var täckning av relevant anatomi av de genererade VNE bilderna noteras som ett procentintervall av uteslutna anatomi (1 = ingen utesluten anatomi, 2 = 1-25% uteslutna, 3 = 26-50%, 4 = 51-75%, 5 = > 75%), för att utvärdera påverkan av BMI på VNE Images of}

stråldosen Uppskattningen

för var och en av de tre faserna, dos-längd produkten (DLP, mGy. cm) registrerades. Effektiva stråldoser (i millisievert) beräknades för varje fas med hjälp av föreslagits av Europeiska arbetsgruppen för riktlinjer för kvalitetskriterier i CT-metoden, med tillämpning av följande förhållande: E = DLP × k omvandlingskoefficienten, där buken k omvandlingskoefficienten är 0,015 mSv /mGy cm [17]. Den effektiva dosen av en trippel-fas protokoll (TNE CT, den arteriella och porta förbättrade CT) jämfördes med den hos en dubbel-fas-protokollet (DE arteriella och portal venösa faser) för att beräkna den procentuella minskningen dosen.

Statistisk analys

Statistisk analys utfördes med hjälp av programmet SPSS version 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Kvantitativa variabler uttrycktes som medelvärde ± SD. Student tvåsidiga t-test för parade prover utfördes för att jämföra skillnaden mellan CT värde, bildbrus, stråldos till patienterna, bildkvalitet, maximal tjocklek av gastric tumörer och maximal diameter av förstorade lymfkörtlar mellan TNE och de två uppsättningarna VNE bilder, respektive, och skillnaden mellan VNE _{A och VNE P bilder. Ett värde på p≤0.05 indikerade en statistiskt signifikant skillnad.}

Resultat

Längd, CT värde och buller

Sextio-tre gastriska tumörer i 63 patienter och 112 förstorade lymfkörtlar 20 patienter upptäcktes på förbättrade DECT bilder. Det fanns ingen statistisk skillnad i maximal tjocklek av gastriska tumörer och maximal diameter av förstorade lymfkörtlar bland TNE och VNE bilder, och ingen skillnad mellan VNE _{A och VNE P-bilder (P > 0,05), men lägre buller påträffades för VNE bilder än TNE bilder och VNE P bilderna hade den lägsta buller (P < 0,01). Alla inspelade bildbrus värdena sammanfattas i tabell 1.}

Även om medel CT värdeskillnader mellan TNE och VNE per patient de var statistiskt signifikant för alla vävnadstyper, med undantag för aorta dämpningsmätningar, de absoluta skillnaderna var fortfarande under 10 HU. Det fanns ingen statistisk skillnad i CT-värden i alla vävnadstyper bland de två uppsättningarna av VNE CT-bilder, med undantag för aorta dämpningsmätningar (P > 0,05). Menar CT-värden och P-värden ges i Tabell 1.

Skillnaden på CT-värden mellan TNE och VNE _{A var under 15 HU i 100%, 98,6%, 96,4%, och var under 10 HU i 96,8%, 87,7%, 94,6% av gastriska tumörer, magsäcksväggen och förstorade lymfkörtlar mätningar, respektive (Fig. 3a). CT Skillnaden mellan TNE och VNE P var under 15 HU i 95,2%, 100%, 90,2%, och var under 10 HU i 87,3%, 86,3%, 86,6% respektive (Fig. 3b).}

de subjektiva poängen för de tre icke-förbättrade CT bild serier bildkvalitet (TNE, VNE _{A och VNE P) var 4,93 ± 0,3, 4,15 ± 0,7 och 4,4 ± 0,6, respektive. Alla VNE bilder bedömdes som poängen 3 eller högre, vilket tyder på att alla VNE bilder var godtagbara för diagnos ändamål (Fig. 4). Bildkvaliteten på båda VNE bilder var lägre än TNE bilder (P < 0,01), medan bildkvaliteten hos VNE P var högre än VNE A (P < 0,01). Sextiotvå (83,8%, 62/74) VNE A bilder och sjuttio-on (95,9%, 71/74) var VNE P bilder anses ha potential att ersätta TNE bilder av två erfarna buken radiologer (tabell 2). Överskridande artefakt upptäckt vid gas-vätskenivån var mer uppenbar i VNE bilder än TNE bilder i 3 fall (Fig. 5). Dessutom, bara en VNE dataset uteslutas relevant anatomi som bedömdes två (1-25% undantagna) (Fig. 6).}

stråldosen

De beräknade effektiva doser var respektive 2,54 ± 0,79 mSv (intervall 1,61-6,40 mSv), 3,16 ± 0,91 mSv (range1.79-6.86 mSv), och 6,21 ± 1,63 mSv (3,08-8,99 mSv) för verklig icke-förstärkt fas, DE arteriell och portafasen. För en trippel-fas protokoll, den totala genomsnittliga dosen var 11,92 ± 2,34 mSv (intervall från 7,65 till 18,48 mSv), medan en dubbel-fas-protokollet ger en genomsnittlig effektiv dos av 9,37 ± 1,89 mSv (intervall från 4,90 till 16,53 mSv). Minskningen dos åstadkom genom att utelämna den sanna icke-förstärkt förvärvet var 21,40 ± 4,44% (intervall 15,01-38,24%; P < 0,01).

Diskussion

TNE bild är nödvändigt mag- preoperativ datortomografi av tre skäl. Först mag tumör och förstorade lymfkörtlar kräva en baslinje icke-förbättrade CT värdet för att beräkna kontrastförbättring, vilket är särskilt viktigt för att uppskatta huruvida regionala lymfkörtlar representerar lokala metastaser eller inte. För det andra, kan förbättrar levermetastaser missas i förbättrade bilder [18]. . För det tredje, förkalkning och blödning i tumören kan också missas i förbättrade bilder [19]

dubbla energi CT av buken ger två fördelar i motsats till en enda energi CT: förbättrad bildkvalitet på kontrastförstärkning själv [10] och förmågan att generera VNE bilder. Jämfört med TNE bilder med lägre bildbrus, VNE bilder är med lägre men diagnostisk bildkvalitet. Detta beror på att viss bild filtrering och utjämning som induceras av den post-behandlingsalgoritmen [7]. Därför kan radiologer tillförlitligt sätt skilja båda typerna av bilder. Eftersom våra resultat visade liknande dämpningar och morfologiska inslag mellan VNE och TNE bilder på detektion av magcancer är VNE sannolikt betraktas som en ersättning för TNE skanningar. Vid jämförelse med en trippel-fas-protokollet, en dual-fas tillvägagångssätt som inkluderar arteriella och portal venösa faserna reducerar den effektiva dosen med i genomsnitt 21,4%. Detta är lägre än tidigare publicerade data om levern och njur bilder, där en minskning dos av mellan 30% och 35% har beskrivits [7], [8], [10], som portalen venösa skanningsfasen ingår hela buken och bäcken, från diafragma kupoler till anal gränsen i vår studie. DE avbildning hos patienter med mag tumörer finns risk för att minska den effektiva stråldosen till patienten och även för att spara tid för undersökning.

Våra resultat tyder på att VNE _{P bilder hade högre subjektivt poäng än VNEA bilder . Det bör noteras att tidigare författare har visat VNE A bilder vara överlägsen den 1: a generationen DSCT [8], och VNE P att bli bättre genom 2: a generationens DSCT [12]. Orsaken kan bero på det faktum att den arteriellt härledda serier krävs en extra efter-bearbetningssteget; de förvärvades som en mm tjocka skivor och behövde "förtjockas" för att skapa virtuella 2 mm skivor [12]. Förvisso användningen av ytterligare efter-bearbetningssteg har potential att försämra bilderna. Det finns inte mycket att välja mellan portalen och arteriella härledda serier, men vi rekommenderar användning av VNE P bilder över VNE A bilder på grund av de något bättre objektiva och subjektiva resultat och minskad efterbehandling tid}

som större FOV av mindre detektor, som är 33 cm i den andra generationen DSCT föreslog vår studie relevant anatomi ansågs uteslutas endast ett fall. i detta fall som ansågs minimal och var < 25%. Dessutom är en ytterligare fördel med gastric DECT att som ett resultat av medianläget i magen och placeringarna av lymfatiska metastas i buken, den mindre FOV påverkas knappast den gastriska preoperativa datortomografi.

Men med den nuvarande tekniken DECT har flera begränsningar. Först, är kalcium som tidigare författare har visat sig inte bland de tre material (mjukvävnad, jod, och fett) analyseras i nedbrytningsprocessen. Denna begränsning kan potentiellt vara problematiskt särskilt för detektion av mucinöst magkarcinom [20], [21], men det kan övervinnas genom att använda en annan algoritm för efterbehandling som analyserar kalcium, jod, och mjukvävnad [7]. För det andra, kan särskilda filtreringsalgoritmer användas för att minska bildbrus, men återigen, kan det vara svårare att lösa små strukturer [22]. För det tredje, för att ytterligare minska stråldosen från CT-scanning, skadan kan placeras på TNE bilder för att definiera minsta möjliga avsökningsområde i arteriell fas; Dessutom kan patienten dricka mer vatten eller ändra positionen efter TNE scan, om inte tillräckligt bra disten magväggen och skada återfanns i TNE bilder. Utelämna TNE scan gör dessa omöjligt. Slutligen, överskridande artefakt upptäckt vid gas-vätskenivån var mer uppenbar i VNE bilder. Även om denna typ av artefakt inte har nedsatt bildkvaliteten, men det kan utgöra en stor fara i vissa fall. Eftersom detta var inte bland målen för vår studie ytterligare analys som krävs.

Vår studie hade flera begränsningar. Det utfördes för att bevisa kvaliteten på VNE bilder, och inte för att visa funktionerna i DECT i riktigheten i preoperativ stadieindelning av magcancer. Därför är den diagnostiska värdet av olika typer av visualisering av DE informationen, inklusive färgkodning av jod fördelning, inte utvärderades i denna studie. Ytterligare forskning bör rekommenderas att visa om DECT hjälper skildrar och exakt preoperativ stadieindelning i magcancer. För det andra, vi inte utvärdera VNE bilder för att upptäcka leverskador som är en viktig väg av magsäckscancer. Men i tidigare rapporter, VNE bilder visar en kvalitet som är jämförbar med den hos TNE bilder och potential att ersätta TNE som en del av en flerfas avbildning av levern protokoll [8], [10], [12]. För det tredje, eftersom ingen förkalkning i magen tumörer hittades i våra data, begränsning av subtraktion av kalcium i levern VNC-algoritmen kunde inte utvärderas.

Slutsatser

Vår tidiga erfarenheter med gastric virtuell icke Förbättrad bilder med hjälp av andra generationens dual-source CT visar lovande resultat. Virtuella icke-förstärkta bilder som genereras från antingen arteriell eller portafasen bilder ger dämpningsvärden och morfologiska parameter nära de verkliga icke-förstärkta bilder, och visa god bildkvalitet. Det kommer att vara potentiellt möjligt att utelämna TNE genomsökning som en del av en flerfasig gastric preoperativ stadieindelning och uppföljningsstudie avbildningsprotokoll, vilket resulterar i stråldosen avsevärt minska.

• PLOS ONE: sammanslutningar av genetiska varianter i PSCA, MUC1 och PLCE1 gener med magcancer känslighet i en kinesisk Population
• PLOS ONE: single nucleotide polymorphisms av One-kolmetabolism och cancer i matstrupe, magsäck och lever i en kinesisk Population