能譜純化結(jié)合高級(jí)模擬迭代重建在成人胸部低劑量CT中的應(yīng)用

唐 雷，劉 莉，曾憲春，王玉權(quán)，王榮品

(貴州省人民醫(yī)院放射科，貴州 貴陽(yáng) 550002)

胸部低劑量CT(low-dose CT， LDCT)除可用于篩查肺癌高危人群外，還可用于其他肺部疾病(如感染性病變、肺氣腫、轉(zhuǎn)移瘤等)的篩查及隨訪、胸部外傷的診斷及復(fù)查以及特殊人群(如嬰幼兒、孕婦、老年人)的肺部檢查等[1-3]。針對(duì)不同人群、不同疾病，如何合理選擇適宜的胸部LDCT掃描方案是目前研究的熱點(diǎn)。第3代雙源CT配備能譜純化技術(shù)及高級(jí)模擬迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction， ADMIRE)技術(shù)進(jìn)一步拓展了LDCT的臨床應(yīng)用[3-5]。本研究探討能譜純化結(jié)合ADMIRE技術(shù)在成人胸部LDCT的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2017年1月1日—9月30日于我院接受胸部CT掃描的成年體檢者共100名，隨機(jī)均分為A組和B組。A組男27名，女23名，年齡39～83歲，平均(52.2±19.2)歲；B組男31名，女19名，年齡29～82歲，平均(54.3±13.3)歲。所有受檢者CT檢查前均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Force雙源CT掃描儀。對(duì)A組行常規(guī)方案掃描，即100 kV掃描結(jié)合ADMIRE (強(qiáng)度3級(jí))重建[6-7]，獲得A-ADMIRE圖像；B組行能譜純化(Sn 100 kV)方案掃描，分別采用ADMIRE 1～5級(jí)強(qiáng)度進(jìn)行重建，獲得B-ADMIRE1、B-ADMIRE2、B-ADMIRE3、B-ADMIRE4、B-ADMIRE5圖像。A組管電流 62 mAs，B組管電流 96 mAs；2組其余掃描參數(shù)相同：探測(cè)器寬度192 mm×0.6 mm，螺距1.2，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，層厚 5.0 mm，層間距5.0 mm，肺窗卷積核BI57，縱隔窗卷積核Br40。

1.3 輻射劑量評(píng)估 掃描完成后儀器自動(dòng)生成輻射劑量表。記錄CT劑量指數(shù)(CT dose index volume， CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product， DLP)；計(jì)算有效劑量(effective dose， ED)，ED=k×DLP，其中胸部轉(zhuǎn)換系數(shù)k=0.014 mSv/(mGy·cm)[8]。

1.4 圖像分析及評(píng)價(jià) 所有圖像數(shù)據(jù)均傳至醫(yī)學(xué)影像存檔與傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems， PACS)進(jìn)行測(cè)量分析。在氣管杈水平肺窗圖像中，選擇一側(cè)肺組織(盡量避開(kāi)較大血管、支氣管及肺內(nèi)病灶)、背部皮下脂肪、背景空氣為ROI，并于縱隔窗圖像選擇胸主動(dòng)脈、豎脊肌、背部皮下脂肪及背景空氣為ROI，大小均為30～32 mm2。分別記錄平均CT值及噪聲，并計(jì)算圖像信噪比(signal-to-noise ratio， SNR及對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio， CNR)。

由2名高年資影像診斷醫(yī)師對(duì)肺窗及縱隔窗重建圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。基于肺窗圖像重點(diǎn)觀察肺紋理、亞段支氣管及遠(yuǎn)端細(xì)支氣管、葉間裂、肺部病變顯示的清晰程度及邊緣銳利度，基于縱隔窗圖像主要觀察縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)、縱隔淋巴結(jié)顯示的清晰程度。采用5分法進(jìn)行評(píng)分：1分，肺內(nèi)、縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及病變顯示不清，邊緣模糊，偽影嚴(yán)重，無(wú)法用于診斷；2分，肺內(nèi)、縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及病變邊緣模糊，存在偽影，不符合診斷要求；3分，肺內(nèi)、縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及病變邊緣較銳利，存在輕度偽影，基本滿(mǎn)足診斷要求；4分，肺內(nèi)、縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及病變邊緣顯示清晰，無(wú)明顯偽影，圖像質(zhì)量良好；5分：肺內(nèi)、縱隔內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及病變顯示清晰、邊緣銳利，無(wú)明顯偽影，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)。取2名醫(yī)師評(píng)分的平均值作為最終評(píng)分，≥3分時(shí)認(rèn)為圖像可用于臨床診斷。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。A組與B組間輻射劑量指標(biāo)比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，2組不同ADMIRE圖像間客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)(噪聲、SNR、CNR)、主觀圖像質(zhì)量評(píng)分比較采用單因素方差分析(ANOVA)，兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量 A組與B組間CTDIvol、DLP及ED差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01，表1)。

表1 2組間輻射劑量指標(biāo)比較(±s)

表1 2組間輻射劑量指標(biāo)比較(±s)

組別CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)A組3.03±0.59108.16±23.101.51±0.32B組0.62±0.2022.18±8.040.31±0.11t值18.11116.48916.489P值<0.01<0.01<0.01

2.2 噪聲 2組不同ADMIRE圖像間肺窗及縱隔窗各ROI圖像噪聲差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01，表2)。B-ADMIRE1圖像各ROI噪聲均高于其他ADMIRE圖像(P均<0.05)；B組中ADMIRE1～5圖像噪聲呈逐級(jí)遞減趨勢(shì)(P均<0.05)。

2.3 SNR及CNR 2組不同ADMIRE圖像間肺組織、胸主動(dòng)脈、豎脊肌SNR及肺組織-背部皮下脂肪、胸主動(dòng)脈-豎脊肌、胸主動(dòng)脈-背部皮下脂肪CNR差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01，表3)。A-ADMIRE圖像SNR、CNR均高于其他ADMIRE圖像(P均<0.05)；B組中ADMIRE1～5圖像SNR及CNR均呈逐級(jí)遞增趨勢(shì)(P均<0.05)。

2.4 主觀圖像質(zhì)量評(píng)分 2組不同ADMIRE圖像間肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01，表4)。A-ADMIRE圖像質(zhì)量評(píng)分均高于其他ADMIRE圖像(P均<0.05)；B組中ADMIRE1～5圖像質(zhì)量評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，評(píng)分由高到低依次為：B-ADMIRE3>B-ADMIRE5>B-ADMIRE4>B-ADMIRE2>B-ADMIRE1，B-ADMIRE3圖像肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量評(píng)分均≥3分(圖1)。

3 討論

胸部CT檢查廣泛應(yīng)用于胸部健康體檢、外傷及肺部疾病的篩查及隨訪。長(zhǎng)期、多次、重復(fù)CT檢查對(duì)受檢者存在潛在的危害，可能導(dǎo)致白血病及一些實(shí)體腫瘤(如甲狀腺癌、乳腺癌和肺癌等)。通過(guò)改良設(shè)備硬件性能、降低kV、降低mAs、增大螺距、采用不同的迭代重建算法等，可不同程度減低CT輻射劑量[9-11]。

表2 2組間不同ADMIRE圖像噪聲比較(±s)

表2 2組間不同ADMIRE圖像噪聲比較(±s)

組別肺窗肺組織背部皮下脂肪背景空氣縱隔窗胸主動(dòng)脈豎脊肌背部皮下脂肪背景空氣A組(A-ADMIRE)42.18±6.2640.2±7.1217.79±3.987.01±1.589.77±1.888.39±1.334.13±1.19B組 B-ADMIRE176.76±7.8283.24±8.7350.22±8.1221.23±3.6123.93±3.2523.24±3.2712.81±1.66 B-ADMIRE266.57±7.0569.29±7.3142.90±7.3318.94±3.1021.59±2.8120.97±2.7211.82±1.84 B-ADMIRE356.45±7.6759.51±8.4333.57±8.1916.24±2.6818.98±2.6818.30±2.6510.60±1.79 B-ADMIRE443.19±4.7840.80±4.8527.88±6.5113.24±2.2416.00±2.4915.27±2.569.00±1.44 B-ADMIRE528.90±3.6526.11±2.9520.12±6.5010.84±3.8113.26±3.6012.57±3.517.47±2.58F值179.949223.345106.491114.956119.296145.493117.166P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表3 2組間不同ADMIRE圖像SNR及CNR比較(±s)

表3 2組間不同ADMIRE圖像SNR及CNR比較(±s)

組別SNR肺組織胸主動(dòng)脈豎脊肌CNR肺組織-背部皮下脂肪胸主動(dòng)脈-豎脊肌胸主動(dòng)脈-背部皮下脂肪A組(A-ADMIRE)52.25±12.1511.07±3.2714.65±4.7746.02±10.973.58±2.4816.07±5.21B組 B-ADMIRE117.72±2.943.46±0.763.98±0.5715.77±2.740.53±0.594.31±1.23 B-ADMIRE220.79±3.483.77±0.854.35±0.7118.54±3.270.59±0.644.69±1.42 B-ADMIRE327.12±5.134.22±0.974.89±0.8524.20±4.770.67±0.715.25±1.62 B-ADMIRE432.37±5.834.98±1.175.78±1.0228.91±5.430.80±0.826.15±1.87 B-ADMIRE545.66±8.896.29±1.817.32±1.8340.82±8.281.03±1.087.75±2.76F值86.29772.48478.98279.81523.72471.017P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表4 2組間不同ADMIRE圖像主觀圖像質(zhì)量評(píng)分比較(分，±s)

表4 2組間不同ADMIRE圖像主觀圖像質(zhì)量評(píng)分比較(分，±s)

組別肺窗縱隔窗A組(A-ADMIRE)4.52±0.444.29±0.25B組 B-ADMIRE13.16±0.242.45±0.34 B-ADMIRE23.23±0.252.59±0.37 B-ADMIRE33.89±0.263.00±0.15 B-ADMIRE43.36±0.282.77±0.30 B-ADMIRE53.75±0.262.98±0.11F值85.644236.348P值<0.01<0.01

圖1 男性，34歲，能譜純化結(jié)合ADMIRE技術(shù)胸部LDCT圖像 A.ADMIRE 3級(jí)強(qiáng)度重建肺窗圖像，右肺下葉腫塊顯示良好，邊緣光滑、銳利，可見(jiàn)空泡征，主觀圖像質(zhì)量評(píng)分為4分； B.ADMIRE 3級(jí)強(qiáng)度重建縱隔窗圖像，右肺下葉腫塊顯示清晰，縱隔結(jié)構(gòu)稍模糊，但仍可清楚顯示增大的右下肺門(mén)影，主觀圖像質(zhì)量評(píng)分為3分

Siemens Force雙源CT(第3代雙源CT)針對(duì)LDCT配有一系列新技術(shù)，其中能譜純化技術(shù)的原理是利用放置在X線球管前方的特殊錫濾過(guò)板選擇性濾過(guò)低能級(jí)光子，提高X線利用率，從而減少人體的吸收劑量[12]。能譜純化技術(shù)掃描有2種管電壓模式可供選擇，即Sn 100 kV和Sn 150 kV；其中Sn 150 kV較Sn 100 kV具有更高的X線穿透能力，可用于掃查顱底、顳骨等部位，Sn 100 kV穿透能力較弱，適用于肺部掃查[12-13]。有學(xué)者[13]采用Sn 100 kV對(duì)60例患者行胸部CT檢查，與第2代雙源CT(100 kV掃描)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)輻射劑量降低約90%。本研究采用Sn 100 kV能譜純化方案進(jìn)行成人胸部LDCT檢查，結(jié)果顯示CTDIvol、DLP及ED均明顯低于100 kV常規(guī)掃描方案(P均<0.05)，表明能譜純化技術(shù)可顯著減低人體吸收的輻射劑量；但大幅度降低輻射劑量必然導(dǎo)致圖像噪聲增大、空間分辨率降低，影響圖像質(zhì)量。本研究中，B-ADMIRE1圖像肺組織、胸主動(dòng)脈、豎脊肌、皮下脂肪、背景空氣的噪聲均明顯高于A-ADMIRE圖像，同時(shí)其SNR、CNR及主觀圖像質(zhì)量評(píng)分均明顯減低(P均<0.05)。

LDCT檢出肺部病灶有賴(lài)于病灶與周?chē)７谓M織的對(duì)比度，而病灶清晰程度、病灶邊緣的銳利度則與圖像噪聲有關(guān)。ADMIRE技術(shù)具有良好的降噪功能，采用“統(tǒng)計(jì)模型”和迭代解碼芯片，對(duì)虛擬數(shù)據(jù)域、圖像域、模型域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效整合，通過(guò)多次迭代法去除偽影、減少噪聲，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高清迭代成像[14-15]。本研究結(jié)果顯示，能譜純化結(jié)合ADMIRE技術(shù)進(jìn)行重建后，隨重建強(qiáng)度逐級(jí)增大，圖像噪聲逐漸減低，圖像SNR、CNR逐漸增高，提示ADMIRE技術(shù)具有在低劑量條件下顯著降噪、改善圖像質(zhì)量的潛能。

本研究2組所有ADMIRE圖像中肺窗圖像質(zhì)量評(píng)分均>3分，滿(mǎn)足診斷要求；縱隔窗圖像中，雖然由于縱隔結(jié)構(gòu)、心臟大血管、胸背部軟組織之間對(duì)比度較低，且在低輻射劑量條件下更為顯著，但能譜純化結(jié)合ADMIRE技術(shù)進(jìn)行重建后仍然可顯示1例肺內(nèi)腫塊及增大的肺門(mén)影，且B-ADMIRE3圖像質(zhì)量評(píng)分達(dá)(3.00±0.15)分，可滿(mǎn)足臨床診斷需要。

本研究B組ADMIRE重建強(qiáng)度分為1～5級(jí)，而國(guó)外研究[6-7]多推薦選擇3級(jí)重建。本研究結(jié)果顯示，隨重建強(qiáng)度逐級(jí)增大，B組ADMIRE圖像噪聲逐級(jí)遞減，SNR、CNR逐級(jí)遞增，提示ADMIRE重建強(qiáng)度越高，對(duì)噪聲的抑制能力越強(qiáng)。主觀圖像質(zhì)量評(píng)分方面，本研究發(fā)現(xiàn)B組中不同ADMIRE圖像肺窗及縱隔窗圖像質(zhì)量評(píng)分由高至低依次為：B-ADMIRE3>B-ADMIRE5>B-ADMIRE4>B-ADMIRE2>B-ADMIRE1，其中B-ADMIRE3圖像質(zhì)量最佳，與國(guó)外研究[6-7]結(jié)果一致。

本研究的不足之處：①未分析受檢者體質(zhì)量指數(shù)對(duì)輻射劑量及圖像質(zhì)量造成的影響；②觀察對(duì)象為健康體檢者，未能就LDCT對(duì)肺部具體病變的診斷效能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

綜上所述，對(duì)以肺部疾病篩查為主要目的的成人胸部LDCT檢查，采用第3代雙源CT能譜純化結(jié)合ADMIRE技術(shù)可在滿(mǎn)足診斷要求的前提下有效降低輻射劑量，且ADMIRE重建強(qiáng)度為3級(jí)時(shí)圖像質(zhì)量最佳。