探讨SAFIRE技术在降低胸部扫描剂量中的应用价值
2014-08-07曹新志沈君姝郭辉李昂潘永泉
曹新志,沈君姝,郭辉,李昂,潘永泉
1.南京军区南京总医院 a.医学影像科;b.放疗科, 江苏 南京 210002;2.南京航空航天大学 生物医学工程系,江苏南京 210016
0 前言
CT具有较高的密度分辨率且具备无组织重叠显影等优点,较X线平片而言,对肺部疾病的诊断具有较高的敏感性和特异性,是筛选肺癌的可靠手段。虽然CT检查能够获得明确的诊断,但X线对患者也产生了一定的辐射损害。如何在获得满足诊断要求图像的前提下,使受检者接受尽可能低的辐射剂量,是近年来CT设备改进和临床探求的目标之一[1]。肺部是含气器官,组织对比度较高,射线吸收率很低,对胸部低剂量扫描提供了有利条件。过去应用的是传统的滤波反投影(Filtered Back Projection,FBP)重建算法,变动管电压或管电流会增加图像噪声和伪影,导致图像质量明显下降[2]。而有研究表明,正弦图确定迭代重建(Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction,SAFIRE)技术相较于传统的FBP算法可以有效降低图像噪声,提高图像对比度,正在向临床推广[3]。本文旨在探讨低剂量胸部CT结合SAFIRE(Strength 3级)技术在胸部扫描中的应用价值,现报道如下。
1 材料与方法
1.1 临床资料
随机选取2013年11月于我科进行胸部CT检查的80例患者,随机分为两组(对照组和低剂量组),每组各40例,无儿科患者被纳入此研究。对照组:男23例,女17例,年龄20~70岁,平均(41.15±14.80)岁。低剂量组:男22例,女18例,年龄18~81岁,平均(40.38±18.71)岁。患者均无呼吸系统症状,有能力完成屏气扫描。测量并记录患者的身高、体重,并计算其体质量指数(Body Mass Index,BMI),BMI= 体质量(kg)/身高(m2)。根据 2001年中国成年人超重肥胖诊断标准[4],BMI<18.5为瘦体型,18.5≤BMI<24.0为中等体型,BMI≥24.0为肥胖体型。本研究所有患者的体质量指数均<25 kg/m2。
1.2 仪器与方法
采用Simens SOMATOM Perspective 64排128层螺旋CT。扫描范围自胸廓入口至肺底,扫描前去除病人身上所有的金属类物品,并对患者进行呼吸训练,扫描时患者双手举过头顶,开启实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D[5]。对照组采用常规管电压130 kV,最大管电流70 mAs,螺距1.3 cm,FOV 330 mm,转速0.6 s/rot,采用传统的FBP重建技术,重建图像层厚及间隔均为6 mm。低剂量组采用管电压80 kV,其他扫描参数与对照组相同,采用SAFIRE(Strength3级)技术。重建数据传至后处理工作站进行最大密度投影(Maximal Intensity Projection,MIP)、容积重组(Volume Reformation,VR)、多平面重建(Multiple Planar Reconstruction,MPR)、最小密度投影(Mininum Intensity Projection,MinP)。患者的辐射剂量数据包括CT剂量指数(CT Dose Index,CTDI)和剂量长度乘积(Dose-Length Product,DLP),均自动生成。
1.3 图像分析
由1名经验丰富的诊断医师测量气管分杈层面降主动脉的CT值及其标准方差(Standard Deviation,SD),以及同层背部肌肉的CT值及其SD值,感兴趣区(Region of Interest,ROI)<1.0 cm2,各参数均在同一层面上重复测量3次,取平均数作为最终结果[6]。在降低管电压进行胸部低剂量扫描时,影响图像质量最主要的因素是纵隔中血管、肌肉等软组织,因此测量时选择的是纵隔窗而非肺窗[7]。通过测量上述参数,计算气管分杈层面降主动脉的信噪比SNR(Signal to Noise Ratio)和对比噪声比(Contrast to Noise Ratio,CNR)。CNR=(ROI降主动脉-ROI背部肌肉)/背部肌肉SD值,SNR=ROI降主动脉/背部肌肉SD值。
记录每例患者的CTDI和DLP,并计算有效剂量(Effective Dose,ED)。ED=DLP×k,k为标准胸部转换因子,根据2009年欧洲CT质量标准指南,k=0.0145。
所有图像均在GE Centricity RA600图像工作站显示器上阅读。纵隔窗观察窗位40 HU,窗宽350 HU,肺窗窗位-520 HU,窗宽1450 HU。由两名具有副高以上职称的CT医师采用双盲法阅片,对图像进行评价,主观评价内容包括图像伪影、噪声和病变检出情况。采用5分制评分法[8-9]:① 5分为优秀;② 4分为良好;③ 3分为可以接受;④ 2分为较差;⑤ 1分为不合格。意见不一致时经协商得出统一结论。
1.4 统计学处理
所有数据均采用SPSS 16.0软件进行统计分析,计量资料均以均值±标准差(±s)表示。采用独立样本t检验比较两组患者CTDI、DLP、ED、SNR、CNR以及辐射剂量、噪声的差异[10],以P<0.05为差异有统计学意义。采用Kappa检验比较不同医师评分结果之间的一致性,Kappa≥0.75表示一致性较好,0.4≤Kappa<0.75表示一致性中等,Kappa<0.4表示一致性较差[11]。
2 结果
2.1 对照组和低剂量组辐射剂量比较
对照组的CTDI、DLP和ED均大于低剂量组,且差异均具有统计学意义(P<0.05),见表1。
表1 两组辐射剂量比较
2.2 对照组和低剂量组图像质量比较
2.2.1 气管分杈层面降主动脉CT值及其SD值比较
分析结果显示,两组间气管分杈层面降主动脉CT值差异无统计学意义(P>0.05),其SD值差异也无统计学意义(P>0.05),见表2。
表2 两组气管分杈层面降主动脉CT值及其SD值比较
2.2.2 气管分杈层面降主动脉SNR值比较
分析结果显示,两组间气管分杈层面降主动脉SNR值差异无统计学意义(P>0.05),相较于常规130 kV,低剂量80 kV下图像噪声会增加,但是采用SAFIRE(Strength 3级)技术后,图像的信噪比与常规FBP重建图像相比并未显著下降,见表3。
表3 两组气管分杈层面降主动脉SNR值比较
2.2.3 气管分杈层面降主动脉CNR值比较
分析结果显示,两组间气管分杈层面降主动脉CNR值差异无统计学意义(P>0.05)。相较于常规130 kV和FBP重建方式,采用低剂量80 kV和SAFIRE(Strength 3级)技术获取的图像的对比噪声比未显著下降,见表4。
表4 两组气管分杈层面降主动脉CNR值比较
2.2.4 两组图像质量主观评分比较
所有患者的图像质量评分均≥3,可满足医生的诊断要求(图1~2)。分析结果显示,两组图像间主观评分差异无统计学意义(P>0.05)。两名医生对图像质量评分的一致性较好(Kappa=0.764),见表5。
图1 低剂量组SAFIRE图像,图像质量评分4.2
图2 对照组FBP图像,图像质量评分4.3
表5 两组图像间主观评分比较
3 讨论
由于肺部结构自然对比度高,胸部低剂量CT扫描可以在降低辐射剂量的同时不影响病变检出率。因此,胸部CT低剂量扫描的研究日益增多。1998年Sone等[12]报道,应用低剂量CT普查肺癌的检出率比常规X线胸片提高约10倍。如何在降低辐射剂量的同时获得满足诊断要求的图像,是放射界一直以来关注的热点课题。
近年来CT技术不断完善,如机架采用短几何设计,探测器采用稀土陶瓷材料,大大提高了光电转换效率;探测器采用多通道设计,并使用飞焦点技术,提高了数据采集量。这些技术的应用使CT机的整机效率较之前有了很大的提高,从而为低剂量CT检查奠定了技术基础[13]。CT制造商也研发了各种降低CT辐射剂量的方法,如检查模式、噪声过滤器、实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D、后处理重建算法等。
SAFIRE技术早在40年前就已经被推荐使用,直到最近几年随着计算机计算速度的提高才得到推广。传统的FBP算法必须在图像锐利度和噪声之间找到一个平衡点,图像的噪声与图像细节的显示不能同时得到改善,很难真正有效地降低辐射剂量[14]。而SAFIRE算法是一种基于原始数据空间的CT图像迭代重建算法,与传统的FBP算法相比,它可以不断地与原始图像进行对比,根据检查类型不断循环,具有较高的分辨率和较低的图像噪声,可最大限度地保留图像的细节,从而重建出最佳的图像质量[15]。
Kalra等[16]研究认为,与FBP重建技术相比,SAFIRE技术可在降低50%~70%辐射剂量的同时,更有效地去除图像伪影、保证图像质量,使图像更加细腻。Winklehner等研究表明[17],在主动脉CT血管成像中,SAFIRE技术可较常规FBP重建技术降低>50%的辐射剂量,同时保证图像质量。
本研究在行80 kV低剂量胸部CT平扫时结合SAFIRE(Strength 3级)技术。结果表明,与管电压130 kV并采用传统的FBP重建方式相比,在其他扫描参数相同的情况下,SAFIRE(Strength 3级)技术可以降低约33%的有效剂量(与Kalra等研究结果基本一致);经独立样本t检验,两组图像的信噪比(SNR)与对比噪声比(CNR)无统计学差异。通过对照组和低剂量组图像质量的比较发现,对于炎症性病灶及其征象,如病灶密度、边缘、钙化、胸膜粘连增厚等,两组图像的显示均无显著差异;对于结节性病灶的显示,如分叶、毛刺、钙化、淋巴肿大、胸膜凹陷等,两者也无显著差异。
但本研究也有一定的局限性:① 本研究仅局限于西门子的一台机器,并没有在其他型号的机器上进行测量比较;② 本研究只是通过少量患者得到的初步经验;③ SAFIRE的强度等级共有5个[18],而本实验采用的是强度3,不同强度等级之间是否存在差异还有待进一步探讨。
综上所述,SAFIRE技术在低剂量胸部CT扫描中,可显著降低图像噪声,提高图像质量,具有一定的推广意义。
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