雙源CT不同胸部掃描模式對圖像質(zhì)量的影響：仿真體模研究

暴云鋒，單春輝，黃曉穎，王鵬朝，張承澤，陳英敏

(河北省人民醫(yī)院醫(yī)學影像科，河北 石家莊 050051)

2018年全世界新發(fā)肺癌210萬例、死亡180萬例，均居新發(fā)腫瘤首位[1]。目前胸部CT是篩查肺癌、診斷、分期及評價療效等最常用的影像學方法之一[2]。雙源CT胸部掃描有常規(guī)和大螺距Turbo Flash(TF)兩種掃描模式。本研究利用仿真體模對比2種模式不同螺距下掃描參數(shù)及圖像質(zhì)量的差異，以優(yōu)選最佳掃描方案。

1 資料與方法

1.1 仿真體模 采用Kyoto Kagaku PBU-60全身CT仿真體模(圖1)，長165 cm，質(zhì)量50 kg，內(nèi)無金屬零件及液體，以聚氨酯基礎(chǔ)樹脂替代軟組織和器官，環(huán)氧基樹脂替代骨組織，接頭附件材質(zhì)為環(huán)氧樹脂和帶碳纖維的聚氨酯，螺絲為聚碳酸酯，輻射吸收和HU值及肺部結(jié)構(gòu)與人體相似。

圖1 PBU-60全身CT仿真體模外觀

1.2 儀器與方法 采用Siemens多層雙源Somatom Force CT儀，將體模置于掃描野中心，肺尖至肺底行軸位胸部CT掃描，管電壓120 kVp，自動管電流調(diào)節(jié)CARE Dose 4D技術(shù)，設(shè)置參考管電流為72 mAs，轉(zhuǎn)速0.28 s/r，長度330 mm。采用單源常規(guī)螺旋掃描和雙源大螺距TF掃描模式，前者螺距0.8～1.5，間隔0.1，共8組；后者螺距1.6～3.2，間隔0.1，共17組；重建視野350 mm，重建層厚及層間距均為5 mm，縱隔窗重建窗寬350 HU，窗位40 HU，卷積核Br40，高級模型迭代重建算法重建強度為Strength3。以上述25組方案重復(fù)掃描3次，記錄每次掃描時間、容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)及劑量長度乘積(dose-length product，DLP)，以平均值作為結(jié)果。

1.3 圖像質(zhì)量

1.3.1 主觀評價 將數(shù)據(jù)傳至專用圖像后處理工作站，由2名具有5年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師采用5分制分別對每組圖像的5個不同層面圖像進行雙盲評分(圖2)：邊緣、肺紋理及分支清晰，完全滿足診斷要求為5分；邊緣略模糊，肺紋理及分支清晰，可滿足診斷要求為4分；邊緣模糊，肺紋理及分支尚可，基本滿足診斷要求為3分；邊緣模糊，肺紋理及分支模糊，不能滿足診斷要求為2分；邊緣不清，不能顯示正常結(jié)構(gòu)，完全不能滿足診斷要求為1分。以2名醫(yī)師評分的平均值作為結(jié)果。

圖2 仿真體模軸位CT肺窗圖像 A.常規(guī)模式、螺距1.4；B.TF模式、螺距2.7

1.3.2 客觀評價 由1名具有5年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師于3次掃描的相同層面的相同位置設(shè)置圓形ROI(100 mm2)，4個層面包括右側(cè)肺尖水平軟組織(胸鎖關(guān)節(jié)上方2個層面)、主動脈弓、膈肌腔靜脈孔水平椎體(T10)及肝右葉膈頂無血管紋理處(圖3)，記錄組織和背景ROI的CT值及標準差(standard deviation，SD)，以SD代表噪聲；計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比度噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)，SNR=CT組織/SD組織，CNR=(CT組織-CT背景)/SD背景。以所測參數(shù)的均值作為結(jié)果。

圖3 仿真體模軸位CT縱隔窗圖像 A～D.于常規(guī)模式、螺距1.4方案所獲圖像中肺尖軟組織、主動脈弓、T10、肝右葉膈頂下無血管紋理處勾畫ROI；E～H.于TF模式、螺距2.7所獲圖像相應(yīng)位置勾畫ROI (圈1：組織ROI；圈2：背景ROI)

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 24.0統(tǒng)計分析軟件，以Kappa檢驗評價2名醫(yī)師主觀評分的一致性，Kappa≤0.20為一致性較差，0.200.80幾乎完全一致；采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient，ICC)評價掃描參數(shù)的一致性，ICC<0.40為一致性差，0.40≤ICC<0.75為一致性良好，ICC≥0.75為高度一致。以中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示不符合正態(tài)分布的計量資料，以四分位數(shù)間距反映數(shù)據(jù)的離散趨勢；采用Mann-WhitneyU檢驗比較2種模式下各指標差異。以一元線性回歸分析螺距與各指標的相關(guān)性，B>0呈正相關(guān)，B<0呈負相關(guān)。采用TOPSIS法綜合12種因素，并對2種模式中25組數(shù)據(jù)進行優(yōu)劣排名。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析 2名醫(yī)師對圖像質(zhì)量的主觀評分的一致性較高(Kappa=0.85，P<0.05)。常規(guī)掃描模式下CTDIvol和DLP的ICC為0.98及0.99，TF模式下為0.98及0.99(P均<0.05)，具有高度一致性；常規(guī)模式下4個層面CT值的ICC分別為0.63、0.80、0.78及0.69，TF模式為0.70、0.85、0.79及0.73(P均<0.05)，一致性良好或高。

2.2 差異性比較 TF模式下掃描時間、CTDIvol及DLP均明顯低于常規(guī)模式(P均<0.05)；2種模式圖像質(zhì)量主觀評分差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；TF模式下，除T10 SNR外，其余SNR均高于常規(guī)模式(P均<0.05)，CNR均低于常規(guī)模式(P均<0.05)。離散趨勢分析顯示，TF模式下掃描時間、CTDIvol及DLP的離散程度均低于常規(guī)模式；2種模式主觀評分離散趨勢相近；客觀評分中，TF模式下SNR及CNR離散程度均高于常規(guī)模式。見表1。

表1 常規(guī)及TF模式下掃描參數(shù)及圖像質(zhì)量評價比較及離散趨勢分析

2.3 相關(guān)性分析 2種模式下，螺距與掃描時間、CTDIvol及DLP均呈明顯線性關(guān)系(P均<0.05，表2)，與其余各指標無明顯相關(guān)(P均>0.05)。

表2 常規(guī)及TF模式下螺距與各指標的線性回歸分析

2.4 綜合評價 常規(guī)模式下螺距1.5最優(yōu)，1.4最劣，且在全部方案中亦屬最劣。TF模式下螺距2.7最優(yōu)，且在全部方案為最優(yōu)，掃描時間相比于常規(guī)模式下最優(yōu)方案降47.89%，CTDIvol下降26.84%，DLP下降29.93%，圖像質(zhì)量客觀評價相差1.74%。見表3。

表3 常規(guī)及TF模式下不同螺距TOPSIS分析結(jié)果

3 討論

本研究以仿真體模為觀察對象，其X線吸收率和HU值與人體相似，可保證數(shù)據(jù)可信度及試驗的可重復(fù)性。成像設(shè)備在常規(guī)模式中螺距最低0.8、最高1.5，TF模式下最小1.6、最大3.2，故本研究觀察螺距范圍為0.8～3.2。

掃描時間、輻射劑量及圖像質(zhì)量均為CT檢查的重要因素。自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)可在保證圖像質(zhì)量的前提下有效降低輻射劑量，管電壓通常為120 kVp[3]。在此前提下，掃描模式和螺距成為關(guān)鍵性因素。本研究中TF模式下掃描時間、CTDIvol及DLP明顯低于常規(guī)模式，且伴隨螺距增加，輻射劑量的離散度輕微，原因在于雙源CT具有2組曝光和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可顯著縮減曝光時間，時間、空間分辨率更高[4]，且前置濾線器可消除“過掃描”X線，有效控制輻射劑量[5]。本研究針對軟組織、大血管、骨質(zhì)和臟器4個層面評價圖像客觀質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)TF模式下的CNR均低于常規(guī)模式，SNR水平則除T10層面外均高于常規(guī)模式，可能原因是雙源掃描的劑量利用效率更高[6]。TF模式下前置濾線器可提升作用于受檢組織的射線分布，削減背景射線分布，使SNR升高而CNR降低。本研究2種模式下T10層面SNR無顯著差異，可能由于X線穿透力與線量無關(guān)，組織密度越高，殘留X線差異越小，故SNR無明顯區(qū)別；2種模式圖像的主觀質(zhì)量評分無明顯差異，均可滿足診斷要求，與既往研究[7]相符。

本研究發(fā)現(xiàn)螺距與掃描時間、輻射劑量均呈線性關(guān)系。DE ZORDO等[8]認為增加螺距可顯著縮短掃描時間、減少數(shù)據(jù)重疊，大螺距可減少輻射劑量。本研究結(jié)果顯示常規(guī)掃描模式下螺距與CTDIvol呈正相關(guān)，TF模式與其呈負相關(guān)，提示不同模式下螺距對輻射劑量的影響存在差別，可能與本研究應(yīng)用了管電流調(diào)節(jié)技術(shù)有關(guān)：隨著螺距提高，實際管電流增加，導致常規(guī)模式CTDIvol增高[9]；不同的是TF的前置濾線器與常規(guī)模式略有區(qū)別，可更有效地控制輻射劑量，CTDIvol會隨螺距增加而呈下降趨勢，且幅度輕微。

盡管如此，TF模式中螺距與CTDIvol成反比，與DLP成正比，且與兩者的R2也不相同，提示實際掃描范圍出現(xiàn)變化，可能因螺距不斷提升使掃描床運動逐漸加快，導致制動能力不足而出現(xiàn)“過掃描”。雖然雙源CT的“非對稱屏蔽采集”技術(shù)可消除“過掃描”[10]，但在螺距超出限度時該技術(shù)能力明顯不足，使螺距提升幅度受限。本研究發(fā)現(xiàn)螺距與圖像質(zhì)量均無明顯相關(guān)，與既往研究[11]相符，可能與雙源CT完善的硬件性能和內(nèi)插算法有關(guān)。促使掃描時間和輻射劑量縮減的主要因素是大螺距掃描，其次為TF模式，而造成圖像質(zhì)量差異的主要因素是掃描模式；但受技術(shù)限制，目前唯有雙源模式可實現(xiàn)大螺距掃描。

本研究對原始數(shù)據(jù)進行同趨勢和歸一化處理后，以TOPSIS分析法綜合評價25組數(shù)據(jù)，計算其與最優(yōu)、最劣方案的接近程度并加以排名[12]，得出最優(yōu)方案為TF模式、螺距2.7，與既往研究[13]相近；而最劣方案為常規(guī)模式、螺距1.4，不建議臨床使用。

本研究的主要不足：①仿真體模模型單一，無法模擬呼吸運動，但大螺距TF掃描模式對患者配合度的要求較低[14]；②無法模擬肺部結(jié)節(jié)、淋巴結(jié)或腫瘤等結(jié)構(gòu)，評價圖像質(zhì)量存在偏倚。

綜上，雙源CT兩種胸部掃描模式圖像均可滿足觀察仿真體模需求，且大螺距TF模式的掃描時間、輻射劑量及SNR均優(yōu)于常規(guī)模式，但其CNR不及常規(guī)模式，TF模式、螺距2.7為最優(yōu)方案。