四種品牌CT設(shè)備成像質(zhì)量的研究

韓 倩 侯 陽(yáng)

1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院資產(chǎn)管理部 (遼寧 沈陽(yáng) 110001)

2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科 (遼寧 沈陽(yáng) 110001)

目前我國(guó)CT市場(chǎng)正處于穩(wěn)步增長(zhǎng)期，由于診斷新冠肺炎的作用，CT市場(chǎng)需求量不斷增長(zhǎng)：2020年，因?yàn)橐咔椋珖?guó)新增CT飛躍式突破7000臺(tái)，漲幅約90%。2021年雖減少約200臺(tái)，但新增仍突破7000臺(tái)。但是，超高端和高端CT仍以進(jìn)口為主，本研究選用了四臺(tái)比較有代表性的高端CT設(shè)備作為研究對(duì)象，即：飛利浦公司的256iCT(Brilliance iCT 256)、東芝公司的640CT(Aquilion ONE 320)、西門子公司的新雙源CT(SOMATOM Force)、通用電氣公司的寶石CT(Discovery HD-750)。這些品牌高端CT機(jī)，目前在沈陽(yáng)的幾家大型三甲醫(yī)院的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，分析這幾個(gè)品牌CT機(jī)的成像質(zhì)量對(duì)臨床使用和新設(shè)備的選購(gòu)有很大的指導(dǎo)價(jià)值[1-4]。

本研究探討了四種品牌CT設(shè)備在采用不同劑量進(jìn)行掃描且采用兩種不同種類重建算法的情況下，四臺(tái)CT機(jī)產(chǎn)生的圖像質(zhì)量的差異，并分析了不同品牌廠家的CT設(shè)備和重建算法對(duì)成像質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象本研究選用專門用于CT機(jī)質(zhì)量檢測(cè)的Catphan500CT頭部模體(phantom laboratory，cambridge，NY)做為研究對(duì)象。此模體由：CTP401、CTP528、CTP515、CTP486四個(gè)檢測(cè)模塊組成，其中CTP401模塊內(nèi)嵌兩組23°的金屬斜線(X方向、Y方向)及四個(gè)密度不同的小圓柱體，實(shí)際掃描圖像見(jiàn)下圖1，用來(lái)測(cè)量層厚、對(duì)比度標(biāo)度、CT值線性等性能參數(shù)。本研究中數(shù)據(jù)的測(cè)量均在CTP401模塊中進(jìn)行。

圖1 CTP401CT模塊實(shí)際掃描圖像

1.2 儀器設(shè)備本研究采用的CT機(jī)為：飛利浦公司的Brilliance 256iCT(自帶iDose迭代重建算法)、東芝公司的Aquilion One 640CT(配備AIDR-3D迭代重建算法)、西門子公司的SOMATOM Force新雙源CT(配備ADMIRE迭代重建算法)、通用電氣公司的DiscoveryHD-750寶石CT(配備ASIR迭代重建算法)[1-4]。

1.3 掃描方法常規(guī)劑量的掃描參數(shù)分別為：飛利浦256iCT：350mAs/層；東芝640CT：400mAs/層；西門子新雙源Force CT：360mAs/層；GE寶石CT：220mAs/層。其余掃描參數(shù)設(shè)為：頭部軸掃，頭部腦實(shí)質(zhì)窗，管電壓120kV，旋轉(zhuǎn)時(shí)間1s，層厚5mm，層間距5mm，F(xiàn)OV=250mm，掃描長(zhǎng)度125mm，采集矩陣512×512，重建矩陣512×512[1-4]。其他掃描參數(shù)一致，在四種品牌CT機(jī)上分別用兩種不同管電流值(臨床常規(guī)mAs和100mAs)對(duì)模體進(jìn)行掃描，共得到八組圖像數(shù)據(jù)。對(duì)每組圖像數(shù)據(jù)分別采用傳統(tǒng)FBP重建算法和機(jī)器配備的迭代算法(飛利浦256iCT：iDose算法；東芝640CT：AIDR-3D算法；西門子新雙源Force CT：ADMIRE算法；GE寶石CT：ASIR算法)進(jìn)行重建。迭代等級(jí)設(shè)為L(zhǎng)3，重建層厚5mm，重建間隔5mm，得到16組重建后的圖像數(shù)據(jù)。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)量指標(biāo)：噪聲，CTDIvol(CT dose index volume)，DLP(dose-length product)[5]。

噪聲值定義為：CTP401模塊中心層面上S1(面積65mm2的圓形區(qū)域)的CT值標(biāo)準(zhǔn)差(SD)。Z軸方向上連續(xù)10幅圖像的噪聲值取均值作為圖像背景的噪聲。在特氟龍小體中，選擇面積為65mm2的感興趣區(qū)域作為S2。CNR=(Mean HU2-Mean HU1)/SD1；其中HU2和HU1分別為S2和S1的平均CT值，SD2和SD1分別是S2和S1的噪聲。將DLP值轉(zhuǎn)換成有效輻射劑量ED，算法為：ED=DLP×0.0023；其中0.0023為頭部劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)。則圖像優(yōu)良指數(shù)FOM值計(jì)算方法為：FOM=CNR2/ED；為了減小誤差，本研究選擇每組圖像的Z軸同一位置的中心層面進(jìn)行指標(biāo)的測(cè)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，所有指標(biāo)均用均值±標(biāo)準(zhǔn)差()來(lái)表示。用K-S正態(tài)性檢驗(yàn)法(顯著性水平為a=0.05)進(jìn)行數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn)。方差齊性檢驗(yàn)，方差不齊的進(jìn)行對(duì)數(shù)變換使方差齊。先用單因素方差分析法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然后用Bonferroni檢驗(yàn)，以校正后的P＜0.0083為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。最后采用配對(duì)T檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)分組如下：組1：臨床常規(guī)劑量組采用FBP算法重建；組2：臨床常規(guī)劑量組采用自帶的迭代算法重建；組3：低劑量組采用FBP算法重建；組4：低劑量組采用自帶的迭代算法重建。

2 結(jié)果

所有圖像數(shù)據(jù)均通過(guò)正態(tài)性檢驗(yàn)。4組數(shù)據(jù)的差異分析結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，每組數(shù)據(jù)均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。每組數(shù)據(jù)之間的配對(duì)比較用Bonferroni檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2～表5。傳統(tǒng)FBP重建、常規(guī)掃描劑量下，可以看出，256iCT、寶石CT的FOM值存在顯著性差異，256iCT和640CT之間的FOM值也存在顯著性差異，即成像質(zhì)量排序?yàn)椋?56iCT ＞寶石CT、640CT，見(jiàn)表2。迭代重建、常規(guī)掃描劑量下，可以看出，新雙源CT和寶石CT之間的FOM值存在顯著性差異，新雙源CT和640CT之間的FOM值也存在顯著性差異，即成像質(zhì)量排序?yàn)椋盒码p源Force CT＞寶石CT、640CT，見(jiàn)表3。傳統(tǒng)FBP重建、低劑量下，可以看出，新雙源CT和寶石CT之間的FOM值存在顯著性差異，即成像質(zhì)量排序?yàn)椋盒码p源Force CT＞寶石CT，見(jiàn)表4。迭代重建、低劑量下，可以看出，寶石CT與256iCT、640CT、新雙源CT之間均存在顯著性差異，即成像質(zhì)量排序?yàn)椋簩毷疌T＜其它三臺(tái)CT，見(jiàn)表5。從表6迭代算法的影響分析可以看出：(1)在低劑量條件下，采用迭代算法與使用傳統(tǒng)FBP算法重建相比，這四臺(tái)CT設(shè)備的圖像質(zhì)量有顯著性的提高；(2)在常規(guī)劑量條件下，采用迭代算法與使用傳統(tǒng)FBP算法重建相比，除256iCT以外，其它三臺(tái)CT圖像質(zhì)量有顯著性的提高。

表1 四組FOM值的單因素方差分析結(jié)果

表2 組1的FOM值兩兩比較結(jié)果XvsY

表3 組2的FOM值兩兩比較結(jié)果XvsY

表4 組3的FOM值兩兩比較結(jié)果XvsY

表5 組4的FOM值兩兩比較結(jié)果XvsY

表6 每臺(tái)機(jī)器同一劑量組之間FOM值配對(duì)T檢驗(yàn)結(jié)果：FBPvsIR

3 討論

本研究是對(duì)于四大進(jìn)口CT生產(chǎn)廠家的CT機(jī)頭部成像質(zhì)量的基于體模的橫向比較性研究。目前，超高端和高端CT仍以進(jìn)口為主，即東芝、飛利浦、西門子和通用電氣這四大品牌。本研究的一大優(yōu)勢(shì)是涵蓋了四大品牌的高端CT機(jī)型來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究，因此能夠代表目前臨床使用中最先進(jìn)的CT機(jī)的圖像性能水平。

未來(lái)的CT顯然應(yīng)該朝著“更高效的檢查、更標(biāo)準(zhǔn)的圖像、更高清的圖像、更低的輻射、更強(qiáng)大的功能”這幾個(gè)方向繼續(xù)精進(jìn)。為了達(dá)到這些目標(biāo)，各個(gè)品牌所采用的主要技術(shù)特點(diǎn)也不盡相同。從心臟CT發(fā)展開始，CT發(fā)展也開始“分道揚(yáng)鑣”，一種是西門子研發(fā)的雙源CT和其他廠家的寬體CT。2008年，GE在北美放射年會(huì)發(fā)布具有單源瞬時(shí)kVp切換功能的寶石CT，開啟CT能譜成像時(shí)代[6]。隨后，所有整機(jī)廠家也均將賽道轉(zhuǎn)向了能量CT[7]。

CT機(jī)的成像質(zhì)量主要受掃描劑量、成像處理方法和設(shè)備性能的影響，因此所有影響掃描劑量的參數(shù)都會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，從而干擾研究結(jié)果[8-9]。為了盡可能的排除其它掃描參數(shù)對(duì)研究結(jié)果的影響，我們?cè)谒袙呙璺桨钢惺筴V、掃描長(zhǎng)度、層數(shù)、層厚、視野、重建間隔等參數(shù)保持固定值。然而，由于各個(gè)品牌CT機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造和技術(shù)特性不盡相同，它們之間的掃描劑量值不可避免會(huì)存在差異。為了排除輻射劑量對(duì)結(jié)果的干擾，根據(jù)Ndson RC、Schindera ST、Mukundan Jr S[10-11]等學(xué)者的研究方法，本研究采用優(yōu)良指數(shù)FOM(figure of merit)值作為代表圖像質(zhì)量的指標(biāo)。

根據(jù)本研究結(jié)果：在常規(guī)劑量條件下，飛利浦的256iCT和西門子的新雙源Force CT圖像質(zhì)量表現(xiàn)更好，產(chǎn)生差異的原因可能是：兩門子新雙源Force CT是一款2×96排2×192層的雙源CT[12-14]，也就是在機(jī)架內(nèi)整合了2套成像系統(tǒng)。作為業(yè)界最頂級(jí)的高端CT之一，它更新了球管、探測(cè)器等一系列軟硬件，F(xiàn)orce采用Edge和UHR技術(shù)的全息光子探測(cè)器使相鄰探測(cè)器之間的電子串?dāng)_減少，獨(dú)創(chuàng)5檔雙源雙能量成像技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)有效減少噪聲，成像更精準(zhǔn)；飛利浦256iCT采用了動(dòng)態(tài)4焦點(diǎn)iMRC管球系統(tǒng)及納米球面高清探測(cè)器，由于采用了球面平板探測(cè)器的設(shè)計(jì)，在z軸上的每個(gè)探測(cè)器模塊均與球管光源垂直[15-17]，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)自帶的三維濾線器同時(shí)過(guò)濾掉X、Y、Z軸的散射線，完全消除探測(cè)器增寬帶來(lái)的散射線、錐形線束、邊緣效應(yīng)等問(wèn)題，能大大消除散射線產(chǎn)生的偽影，減少噪聲，提高信噪比。

根據(jù)本研究結(jié)果：在低劑量掃描下，飛利浦的256iCT、西門子的新雙源Force CT、東芝的640CT的圖像質(zhì)量表現(xiàn)更好。由此可見(jiàn)，飛利浦256iCT、西門子新雙源Force CT和東芝640CT在低劑量下的成像技術(shù)方面比GE寶石CT表現(xiàn)更為出色。

關(guān)于重建算法對(duì)成像質(zhì)量的影響。目前，CT機(jī)配備的重建算法主要為：傳統(tǒng)的濾波反投影FBP算法和各個(gè)廠家研發(fā)的迭代算法[18-20]。在本研究中，在低劑量條件下，采用迭代算法與使用傳統(tǒng)FBP算法重建相比，這四臺(tái)CT設(shè)備的圖像質(zhì)量都有顯著性的提高。因此在低劑量掃描下，采用迭代算法重建比FBP重建能獲得更佳的圖像質(zhì)量[18]。這與O.Rapalino[21]等人、張宗銳[22]等人的研究結(jié)果一致。在本研究中，在常規(guī)劑量條件下，采用迭代算法與使用傳統(tǒng)FBP算法重建相比，飛利浦256iCT的圖像質(zhì)量沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。這可能是由于本研究所測(cè)量樣本量較小所導(dǎo)致。

本研究也存在一些缺點(diǎn)和局限，首先我們只針對(duì)頭部這一檢查部位的成像質(zhì)量進(jìn)行了比較，未來(lái)需要對(duì)更多檢查部位進(jìn)行不同品牌圖像質(zhì)量的比較；其次，本實(shí)驗(yàn)采用體模做為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，導(dǎo)致樣本量較小，結(jié)果可能會(huì)跟實(shí)際情況有所差異。

綜上所述，這四種品牌CT機(jī)都有各自成像的長(zhǎng)處和短板，不存在各方面都表現(xiàn)完美的CT。在臨床實(shí)際工作中，為了獲得最佳質(zhì)量的CT圖像，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況，選擇最適合的CT品牌和型號(hào)，并選用適當(dāng)?shù)膾呙鑴┝亢椭亟ㄋ惴?。?duì)于頭部軸位的CT掃描：在常規(guī)劑量的條件下，本研究建議選擇西門子新雙源Force CT、飛利浦Brilliance-256iCT；在低劑量(100mAs)條件下，本研究建議選擇飛利浦256iCT、西門子新雙源Force CT和東芝640CT；同時(shí)為了獲得最佳的成像質(zhì)量，建議選擇迭代算法進(jìn)行圖像重建。但是由于臨床檢查患者的實(shí)際情況比較復(fù)雜，還需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

4 結(jié)論

在常規(guī)劑量的條件下，本研究建議選擇西門子新雙源Force CT、飛利浦Brilliance-256iCT；在低劑量(100mAs)條件下，本研究建議選擇飛利浦256iCT、西門子新雙源Force CT和東芝640CT；為了獲得最佳的成像質(zhì)量，建議選擇迭代算法進(jìn)行圖像重建。