PLoS ONE: Mave Virtual Ikke Forbedret CT med Second-Generation, Dual-Energy CT: En foreløbig Study

Abstrakt

Målsætninger

For at sammenligne den sande ikke-udvidet (TNE) og virtuelle ikke-forbedrede (VNE) datasæt i patienter, som gennemgik gastrisk præoperativ dual-energi CT (DECT) og at evaluere potentiel reduktion stråledosis ved at udelade en TNE scanning.

Metoder

i alt af 74 patienter gennemgik gastrisk DECT. De gennemsnitlige Ct-værdier, længde, billedkvalitet og effektiv strålingsdoser til VNE og TNE billeder blev sammenlignet.

Resultater

Der var ingen statistisk forskel i maksimal tykkelse af gastriske tumorer og maksimal diameter på forstørret lymfeknuder blandt TNE og VNE billeder (P > 0,05). De gennemsnitlige Ct-værdi forskelle mellem TNE og VNE var statistisk signifikant for alle vævstyper, bortset aorta dæmpningsmålinger (P < 0,05), men de absolutte forskelle var under 10 HU. Lavere støj blev fundet for VNE billeder end TNE billeder (P < 0,01). Billedkvalitet af VNE var diagnostisk men lavere end den af ​​TNE (P < 0,01). Reduktionen dosis opnås ved at udelade købet TNE var 21,40 ± 4,44%.

Konklusion

VNE scanning kan potentielt erstatte TNE som en del af en multi-fase gastrisk præoperativ staging imaging protokol med deraf følgende besparelse i stråledosis

Henvisning:. Shi L, Yan F, Pan Z, Liu B, Liu H, Wang B, et al. (2014) Mave Virtual Ikke Forbedret CT med Second-Generation, Dual-Energy CT: en forundersøgelse. PLoS ONE 9 (11): e112295. doi: 10,1371 /journal.pone.0112295

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

Modtaget: Januar 12, 2014 Accepteret: 9 okt 2014; Udgivet: November 13, 2014

Copyright: © 2014 Shi et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Finansiering:. Dette arbejde blev støttet af fonden i Shanghai videnskab og teknologi udvikling (nr 134119a5900), Medicinsk Engineer cross emne (nr YG2012MS48), og NSFC (nr 81.171.312). De finansieringskilder havde ingen rolle i studie design, indsamling og analyse af data, beslutning om at offentliggøre, eller forberedelse af manuskriptet

Konkurrerende interesser:. Forfatter Bo Liu er ansat af Siemens Sundhedspleje og han er ansvarlig for manuskriptet polering. Alle forfattere har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser. Ingen støtte, enten økonomisk eller levering af udstyr eller udstyr og lignende havde fået af Siemens Sundhedspleje eller en tredjepart til de kliniske samarbejdspartnere i forbindelse med undersøgelsen beskrevet i denne artikel. Dette ændrer ikke forfatternes overholdelse PLoS ONE politikker på datadeling og materialer.

Introduktion

Multi-detektor computertomografi (MDCT) er en af ​​de mest anvendte diagnostiske værktøjer til præ -operative iscenesættelse af patienter med mavekræft. Standard MDCT workflow included true ikke-udvidet (TNE), arteriel fase, og portalen venøse fase. Den kliniske praksis til påvisning og iscenesættelse af gastrisk masser hjælp CT krævede en baseline TNE scanning umiddelbart efterfulgt af en kontrast forbedret erhvervelse, da det afhang af diffuse forbedring og fortykkelse af læsionen [1], [2]. Men disse tre standard faser af scanning normalt udlede en stor mængde stråledosis, der kunne være skadelig for patienter enten i præoperativ stadieinddeling eller i opfølgning.

Dual-energi computertomografi (DECT) er en lovende imaging teknik, giver bedre vævskarakterisering sammenlignet med enkelt-energi computertomografi [3] - [5]. Baseret på to synkrone erhvervelser CT samtidig, denne teknologi tillader differentiering og identifikation af materialer med forskellige X-ray absorptioner på lav og høj spænding rør [4]. Denne teknik kan differentiere dæmpning af materialer med store atomnummer såsom iod-baserede kontrastmidler. På grundlag af rekonstruktion af høj og lav kV datasæt fra de rå data, kunne jod udvindes fra en kontrast-forstærket, dual-energi CT-scanning og virtuelle ikke-forbedrede (VNE) datasæt kan genereres udnytte de tre -Materiale nedbrydning dE efterbehandling algoritme, som var baseret på den antagelse af målvæv bestående af tre forskellige basismaterialer. I maven CT-scanning blev antagelse, at kontrastforbedret abdominalvæv havde tre basismaterialer: blødt væv, fedt og iod [4], [6]. Frembringelsen af ​​VNE og jod map fordeling ikke kun understreget den lokale blodforsyning til læsion identifikation, men også lov til at undgå en TNE, som kunne spare dosis til patienten, som vil kunne drage under både præoperativ stadieinddeling og onkologisk opfølgning.

Tidligere undersøgelser har foreslået, at VNE potentielt kan erstatte TNE scanninger; De fleste af de undersøgelser benyttede den første generation af dual-energi scannere [7] - [12]. Disse første generation dual-source scannere har begrænsningen af ​​et smalt synsfelt. Endvidere skyldes en energi spektre overlapning mellem 100 og 140 kV, disse scannere havde, til at operere ved 80 og 140 kV, hvilket resulterer i manglende evne til at blive anvendt i maven på grund af en lav indtrængningsdybde og stråle hærdning artefakter [13]. De nyligt indførte anden generation dual-source-scannere havde overvundet over problemer gennemførelse af en større synsfelt (33 cm), som tillod flere patienter til at tage dobbelt energi CT-scanning, og en tin-filter, der reducerer X-ray spektre overlapning [3 ], [14] - [16]. Men der var stadig få studier har anvendt anden generation dual-source CT-skannere, der havde vurderet VNE er blevet offentliggjort [11] - [12], og til vores bedste viden, i øjeblikket ingen tidligere undersøgelse er foretaget for at sammenligne den kvaliteten af ​​VNE og TNE billeder på mavekræft.

Formålet med dette arbejde var at kvalitativt og kvantitativt sammenligne billedkvaliteten og støj af TNE og VNE datasæt i de samme patienter, som gennemgik DECT gastrisk præoperativ undersøgelse og til evaluere potentiel reduktion stråledosis ved at udelade en TNE CT-scanning under dobbelt energi CT teknik.

Materialer og metoder

Patienter

undersøgelsen blev godkendt af vores Hospital Ethics Committee (Ruijin Hospital Tilknyttet til Shanghai Jiaotong University School of Medicine, der er involveret i human forskning etiske udvalg), No 2009-34. Informeret samtykke blev opnået fra hver patient før billeddannelse. Deltagerne forudsat at deres skriftligt informeret samtykke i denne undersøgelse. Fra april til september 2011, 74 patienter (55 mænd, gennemsnitsalder 63 år ± 11 [standardafvigelse], intervallet 37-85 år, 19 kvinder, gennemsnitsalder på 61 år ± 11, intervallet 27-85 år) gennemgik DECT til præoperativ stadieinddeling af mavekræft. Alle patienter blev histopatologisk bekræftet med gastrisk karcinom ved endoskopiske gastriske biopsier.

CT-scanning protokol

Alle scanninger blev udført ved hjælp af en anden generation, dual-source multi-detektor CT-scanner (Siemens Somatom Definition Flash, Siemens Medical Solutions, Forchheim, Tyskland). Hver patient, der natten over havde fastet drak 1000-1500 ml ledningsvand kort før CT at aktivere gastrisk distention. Alle patienter undergik i alt 3 fase af CT-scanning. Først blev en ikke-forstærket scanning dækker hele maven udført med følgende indstilling: 120 kV, reference 200 mAs, 128 × 0,6 mm kollimering og en pitch på 0,6. Efterfølgende hundrede milliliter af en ikke-ionisk ioderet kontrastmiddel (370 Ultravist, Schering, Berlin, Tyskland) blev indgivet via antecubital vene ved 3 ml /s ved anvendelse af 20-gauge nål gennem en automatisk injektor. Dual energi kontrast-forstærket scanninger blev udført ved arteriel fase (inkluderet hele maven) og portal venøs fase (inkluderet hele maven og bækkenet, fra diafragma kupler til anal randen) ved hjælp af dual energy-mode, som blev erhvervet ved 40 s og 70 s efter administrering af kontrastmidler, hhv. Den de scanninger er erhvervet med røret spændinger ved 100 og 140 kVp med tin filter, ved hjælp af referenceværdier mAs-værdier på 230 og 178, henholdsvis. Den kollimering var 32 × 0,6 mm og banen var 0,6. Alle akkvisitioner blev opnået med realtid rør nuværende modulation (Care DOSIS 4D, Siemens Medical Solutions) software.

CT billede Efterbehandling

DE rådata blev rekonstrueret med en blød foldningskerne ( D30f), og tre forskellige serier af billeder blev genereret: 100 kV billeder, Sn140 kV billeder og blandede billeder med forhold på 0,5 med en skive tykkelse og et interval på 1,5 mm. Billeder blev derefter overført til en DE efterbehandling arbejdsstation (syngo WFC, udgave 2008A; Siemens Medical Solutions). DE billeder blev behandlet af "Liver VNC" ansøgning til at generere jod fordeling kort vises som farve overlay og VNE billeder (fig. 1). Axial TNE og VNE billeder blev rekonstrueret ved anvendelse af en snittykkelse og et interval på 5 mm. For at generere VNE billeder blev standard blødt væv og fedt dæmpningsværdier anvendt af systemet anvendt (fig. 2).

Billedanalyse

For hver patient, CT-værdier blev registreret i fire anatomiske regioner på både TNE og VNE billeder: mavens væg, lever, retroperitoneal fedt og abdominal aorta ved at placere et cirkulært område af interesse (ROI) ved hver anatomisk site for TNE og VNE billeder afledt af arteriel (VNE _{a) og portal venøse faser (VNE P). Tre målinger blev registreret på samme anatomiske område (undtagen aorta) på samme skive for at få en gennemsnitlig værdi. På alle anatomiske steder, en konstant størrelse af ROI på ca. 1,5 cm ^{2 blev opretholdt undtagen gastrisk væg. Den ROI herunder fuld-tykkelse af mavens væg blev stillet til antrum at få CT værdi. Hvis læsionen var placeret i antrum i maven, blev Cardia anvendes. I patienter, hvor forbedret DECT påviste gastriske tumorer eller forstørrede lymfeknuder var synlige i de ikke-forbedrede billeder, blev deres CT dæmpningsværdier og maksimal tykkelse eller diameter målt. Standardafvigelser af retroperitoneale fedt blev også målt for at bestemme billedstøj ved hjælp af et område af interesse med 1 cm 2 i området.}}

To erfarne abdominale radiologer, som var blindet til TNE, VNE _{A og VNE P erhvervelse, adgang kvaliteten af ​​tre sæt af ikke-forbedrede billeder i konsensus billede. Først blev en fem-trins skalaen pointsystem bruges til at score det billeder kvaliteten af ​​gastrisk TNE og VNE billeder som tidligere rapporteret [7]: 1 = ikke kan vurderes, ikke kan vurderes på grund af alvorlige artefakter eller dårlig billedkvalitet; 2 = dårlig, dårlig billedkvalitet på grund af de store artefakter, der hindrer en fuldstændig leverparenkym evaluering; 3 = tilstrækkeligt, billede af tilstrækkelig kvalitet, der tillader en god tillid til billedet evaluering; 4 = god, billede af god kvalitet med mindre artefakter; score 5 = udmærket, billede af fremragende kvalitet uden artefakter. VNE billeder med snesevis af 3 eller derover blev betragtet som acceptabel til diagnose formål; dem med snesevis af 4 eller flere blev anset for at have potentiale til at erstatte TNE billeder. For det andet, dækning af relevant anatomi af de genererede VNE billederne blev noteret som en procentdel række udelukket anatomi (1 = ingen udelukket anatomi, 2 = 1-25% udelukket, 3 = 26-50%, 4 = 51-75%, 5 = > 75%), for at vurdere indflydelsen af ​​BMI på VNE Images of}

Stråling Dose Estimation

for hver af de tre faser, dosis-længde produkt (DLP, mGy. cm) blev registreret. Effektive strålingsdoser (i millisievert) blev beregnet for hver fase ved hjælp af den europæiske arbejdsgruppe foreslået til retningslinjer for kvalitetskriterier i CT-metoden, efter følgende forhold: E = DLP × k koefficient, hvor den abdominale k koefficient er 0,015 mSv /mGy cm [17]. Den effektive dosis af en triple-fase protokol (TNE CT, det arterielle og portal venøs forbedret CT) blev sammenlignet med virkningen af ​​en tofaset protokol (DE arterielle og venøse portal faser) til at beregne procentdelen af ​​dosisreduktion.

Statistisk analyse

Statistisk analyse blev udført ved hjælp af softwaren SPSS-version 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Kvantitative variabler blev udtrykt som middel ± SD. Student to-halet t-test for parrede prøver blev udført for at sammenligne forskellen af ​​CT-værdi, billedstøj, strålingsdosis til patienterne, billedkvalitet, maksimal tykkelse af gastriske tumorer og maksimal diameter forstørrede lymfeknuder mellem TNE og de to sæt VNE billeder, henholdsvis, og forskellen mellem VNE _{A og VNE P billeder. En værdi på p ≤ 0,05 indikerede en statistisk signifikant forskel.}

Resultater

Længde, CT værdi og støj

Sixty-tre gastriske tumorer i 63 patienter og 112 forstørrede lymfeknuder i 20 patienter blev påvist på forbedrede DECT billeder. Der var ingen statistisk forskel i maksimal tykkelse af gastriske tumorer og maksimal diameter på forstørrede lymfeknuder blandt TNE og VNE billeder og ingen forskel blandt VNE _{A og VNE P billeder (P > 0,05), men lavere støj blev fundet for VNE billeder end TNE billeder og VNE P-billeder havde den laveste støj (P < 0,01). Alle optagede billedstøj værdier blev opsummeret i tabel 1.}

Selvom gennemsnitlige CT værdi forskelle mellem TNE og VNE per patient var statistisk signifikant for alle vævstyper, bortset fra aorta dæmpning målinger, de absolutte forskelle stadig var under 10 HU. Der var ingen statistisk forskel i CT-værdier for alle vævstyper blandt de to sæt VNE CT billeder, undtagen for aorta dæmpningsmålinger (P 0,05). Mean Ct-værdier og p-værdier er angivet i tabel 1.

Forskellen på CT-værdier mellem 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% af gastriske tumorer, mavevæggen og forstørrede lymfeknuder målinger, (fig. 3A). CT værdi Forskellen mellem 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).}

de subjektive billedkvalitet snesevis af de tre ikke-forstærket CT billede føljetoner (TNE, VNE _{A og VNE P) var 4,93 ± 0,3, 4,15 ± 0,7 og 4,4 ± 0,6, hhv. Alle VNE billeder blev bedømt som score 3 eller derover, hvilket indikerer, at alle VNE billeder var acceptable for diagnose formål (fig. 4). Billedkvaliteten af ​​både VNE billeder var lavere end for TNE billeder (P < 0,01), mens billedkvaliteten af ​​VNE P var højere end for VNE A (P < 0,01). Sixty-to (83,8%, 62/74) VNE A billeder og enoghalvfjerds (95,9%, 71/74), blev VNE P billeder anses for at have potentiale til at erstatte TNE billeder af to erfarne abdominal radiologer (tabel 2). Overskridelse artefakt detekteres ved gas-væske-niveau var mere indlysende i VNE billeder end TNE billeder i 3 tilfælde (fig. 5). Desuden kun én VNE datasæt udelukket relevant anatomi, som blev scoret 2 (1-25% undtaget) (fig. 6).}

Stråling Dose

De beregnede effektive doser var henholdsvis 2,54 ± 0.79 mSv (interval 1,61-6,40 mSv), 3,16 ± 0,91 mSv (range1.79-6.86 mSv), og 6,21 ± 1,63 mSv (3,08-8,99 mSv) for ægte ikke-udvidet fase, DE arteriel og portal venøs fase. For en tredobbelt-fase-protokol, den samlede gennemsnitlige dosis var 11,92 ± 2,34 mSv (interval 7,65-18,48 mSv), mens en dobbelt-fase-protokol leverer en gennemsnitlig effektiv dosis af 9,37 ± 1,89 mSv (interval 4,90-16,53 mSv). Reduktionen dosis opnås ved at udelade den sande ikke-forstærket overtagelse var 21,40 ± 4,44% (interval 15,01-38,24%, P < 0,01).

Diskussion

TNE Billedet er nødvendig mavens præoperativ CT-scanning af tre grunde. Første, gastrisk tumor og forstørrede lymfeknuder kræver en basislinie ikke-forstærket CT værdi at beregne kontrastforstærkning, hvilket er særligt vigtigt ved skøn om regionale lymfeknuder repræsenterer lokale metastaser eller ej. For det andet kan der øger levermetastaser blive savnet i forbedrede billeder [18]. . For det tredje, forkalkning og blødning af tumor, kan også blive savnet i forbedrede billeder [19]

Dual-energi CT af abdomen giver to fordele i modsætning til single-energi CT: forbedret billedkvalitet af kontrasten enhancement selv [10] og evnen til at generere VNE billeder. Sammenlignet med TNE billeder med lavere billedstøj, VNE billeder er med lavere men billedkvaliteten diagnostisk. Dette skyldes især billedfiltrering og udjævning induceret af efterbehandling algoritme [7]. Derfor kan radiologer pålideligt diskriminere begge typer af billeder. Som vores resultater afslørede lignende dæmpninger og morfologiske karakteristika mellem VNE og TNE billeder på påvisning af gastrisk cancer, VNE er sandsynligvis kunne betragtes som en erstatning for tne scanninger. Sammenlignet med en tredobbelt-fase-protokol, en tofaset tilgang, der omfatter arterielle og venøse portal faser reducerer den effektive dosis med gennemsnitligt 21,4%. Dette er lavere end tidligere offentliggjorte data om leveren og nyre billeder, hvor en dosis reduktion på mellem 30% og 35% er blevet beskrevet [7], [8], [10], som portalen venøse fase scanning omfattede hele underlivet og bækken, fra diafragma kupler til anal randen i vores undersøgelse. DE billeddannelse hos patienter med gastriske tumorer er potentiale til at reducere den effektive stråledosis leveres til patienten og også for at spare undersøgelse tid.

Vores resultater tyder på, at VNE _{P billeder havde højere subjektive score end VNEA billeder . Det skal bemærkes, at tidligere forfattere har vist VNE A billeder at være overlegen i 1. generation DSCT [8], og VNE P til at være bedre ved 2. generation DSCT [12]. Årsagen kan skyldes det faktum, at arterielt afledte serier kræves yderligere efterbehandling trin; de er erhvervet som en mm tykke skiver, og havde brug for at være "fortykket" at skabe virtuelle 2 mm skiver [12]. Bestemt anvendelsen af ​​yderligere post-behandlingstrin har potentiale til at nedbryde billederne. Der er lidt at vælge mellem portalen og arteriel afledt serie, men vi anbefaler brugen af ​​VNE P billeder over de VNE A billeder på grund af de lidt bedre objektive og subjektive resultater og den reducerede efterbehandling tid}

som større FOV af de mindre detektor, som er 33 cm i den anden generation DSCT, vores undersøgelse foreslog relevant anatomi blev anset for at være udelukket i kun ét tilfælde.; i dette tilfælde, der blev anset for minimal og var < 25%. Endvidere er en yderligere fordel ved gastrisk DECT er, at som følge af medianen position i maven og placeringen af ​​lymfatisk metastase i maven, jo mindre FOV næppe påvirket gastrisk præoperative CT-scanning.

Men med den nuværende teknologi DECT har flere begrænsninger. Først som tidligere forfattere har vist, calcium er ikke blandt de tre materialer (blødt væv, jod, og fedt) analyseres i nedbrydningsprocessen. Denne begrænsning kan potentielt være problematisk især til påvisning af mucinøs gastrisk carcinoma [20], [21], men det kan overvindes ved hjælp af en anden efterbehandling algoritme, der analyserer calcium, jod, og blødt væv [7]. For det andet kan dedikerede filtreringsalgoritmer anvendes til at reducere billedstøj, men igen, kan det være vanskeligere at løse små strukturer [22]. For det tredje, for yderligere at reducere strålingsdosis fra CT-scanning, læsionen kan være placeret på TNE billeder til at definere mindst muligt skanningsområde i arteriel fase; Desuden kan patienten drikke mere vand eller ændre placeringen efter TNE scanning, hvis ikke god nok udspilning mavevæggen og læsion blev fundet i TNE billeder. Udelade TNE scanning vil gøre disse umulige. Endelig overskridelse artefakt detekteres ved gas-væske-niveau var mere indlysende i VNE billeder. Selvom denne form for artefakt ikke har forringet billedkvaliteten, men det kunne være et vigtigt faldgrube i nogle tilfælde. Da dette ikke var blandt målene for vores undersøgelse, der kræves yderligere analyse.

Vores undersøgelse havde flere begrænsninger. Det blev udført for at bevise kvaliteten af ​​VNE billeder, og ikke for at vise mulighederne i DECT i nøjagtigheden af ​​præoperativ stadieinddeling af mavekræft. Derfor er den diagnostiske værdi af forskellige typer af visualisering af DE information, herunder farvekodning af iod distribution, blev ikke vurderet i dette studie. bør anbefales yderligere forskning for at vise, om DECT vil hjælpe vise og præcist præoperativ iscenesættelse i mavekræft. For det andet, vi ikke evaluere resultaterne af VNE billeder i detektering leverlæsioner hvilket er en vigtig rute for metastatisk mavekræft. i tidligere rapporter, VNE billeder viser dog en kvalitet sammenlignes med TNE billeder og potentiale til at erstatte TNE som del af en multifase lever imaging [8], [10] protokol, [12]. For det tredje, da ingen forkalkning i maven tumorer blev fundet i vores data, begrænsning af subtraktion af calcium i leveren VNC algoritmen kunne ikke vurderes.

Konklusioner

Vores tidlige erfaringer med gastrisk virtuelle non -forbedrede billeder ved hjælp af anden generation dual-source CT demonstrerer lovende resultater. Virtuelle ikke-forbedrede billeder genereret fra enten arteriel eller portal billeder venøse fase giver dæmpningsværdier og morfologiske parameter tæt på de sande ikke-forbedrede billeder, og vise god billedkvalitet. Det vil være potentielt muligt at udelade TNE scanning som led i en multifase gastrisk præoperativ stadieinddeling og follow-up undersøgelse imaging protokol, hvilket resulterer i en markant nedsættelse af dosis stråling.

• PLoS ONE: Sammenslutninger af genetiske varianter i PSCA, MUC1 og PLCE1 Gener med mavekræft Følsomhed i en kinesisk Befolkning
• PLoS ONE: Single-polymorfier af One-Carbon Metabolisme og kræft i spiserør, mavesæk og lever i en kinesisk Befolkning