第3代双源CT能谱纯化大螺距扫描技术在肺部结节筛查中的运用价值

赵朝祥 余鑫 陆泓宇 鲍婕 王荣品 施辉友 王玉权

(贵州省人民医院放射科/贵州省智能医学影像分析与精准诊断重点实验室，贵州 贵阳 550002)

本次研究拟评估第3代双源CT能谱纯化大螺距扫描技术与传统100kV扫描技术在病灶检出率、图像质量水平和患者所受辐射剂量间的差异，旨在探究能谱纯化大螺距扫描技术在肺部结节筛查中的可行性。

1 资料与方法

1.1对象 收集2016年1月至2018年1月70例于贵州省人民医院进行胸部CT检查后发现孤立结节需定期复查(随访时间6个月后)的病例，其中男32例，女38例，年龄16～65岁，平均(43±13)岁，体重指数(BMI)18～25 kg/m2，平均(21.7±2.1) kg/m2。纳入标准为既往均无明确肺部疾病病史。初次CT检查成阳性需定期复查者做为对照组，同一患者后期第1次复查作为研究组。

1.2扫描方法及重建参数 两组方案均采用第3代双源CT扫描，患者取仰卧位。研究组：使用能谱纯化大螺距扫描技术，管电压Sn100kV，CARE Dose4D[1]开启(参考管电流96 mAs)，准直器宽度192×0.6 mm，参考扫描时间0.4～0.6 s，旋转时间，0.25 s/r，螺距(Pitch值)3.0，重建算法采用高级模拟迭代重建(ADMIRE)3级强度[2-5]，薄层重建层厚1.0 mm，层间距0.7 mm，厚层重建层厚5.0 mm，层间距5.0 mm，肺标准重建算法，卷积核(Kernel)BI57，纵隔窗Br40。受检者无需屏气完成整个胸部扫描，扫描范围从胸廓入口至肺底层面。对照组：使用Force CT常规胸部扫描技术，管电压100kV，CARE Dose4D开启(参考管电流62mAs)，准直器宽度192×0.6 mm，参考扫描时间2～3 s，旋转时间，0.5 s/r，螺距(Pitch值)1.2，ADMIRE 3级强度迭代重建，薄层重建层厚1.0 mm， 层间距0.7 mm；厚层重建层厚5.0mm，层间距5.0 mm；肺标准重建算法，卷积核BI57，纵隔窗Br40。受检者屏气1次完成整个胸部扫描，扫描范围从胸廓入口至肺底层面。

1.3辐射剂量 辐射剂量的评估是通过CT机自身的计算机及系统对其自己的参数统计分析，主要参数包括CT容积剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)、全身有效剂量(ED)，其中ED值根据2011年美国医学物理师学会给出的不同年龄组胸部换算系数k与DLP乘积估算出来，成人k值为0.014。

1.4客观图像质量评价 所选用图像均传至本科室PACS系统，掩盖患者基本信息及扫描相关参数，选择统一的窗宽窗位，肺窗窗宽1 500 Hu，窗位-600 Hu， 纵隔窗窗宽 350 Hu，窗位80 Hu。由2名5年以上工作经验的放射科技术员各自在每幅图像气管分叉上方1 cm层面的气管内及肺动脉主干最宽层面处分别放置1 cm2及3 cm2的感兴趣区(ROI)进行CT值(HU)及标准差(SD)的测定。计算公式：信噪比(SNR)SNR=气管内CT值/气管内噪声，对比噪声比(CNR)CNR=(肺动脉主干CT值-气管内CT值)/气管内噪声。

1.5主观图像质量评价及运动伪影 由两名高年资的影像诊断医师采用双盲法在肺窗及纵膈窗对两组的横截面图像进行评价，并以1～5分对图像进行打分评估：1分：差，图像噪声很大，伪影重、模糊不清，组织结构显示不清，完全不能满足诊断要求；2分：较差，图像噪声较大，组织结构显示欠清楚，不能满足诊断要求；3分：中等，图像噪声较小，组织结构显示清楚，基本满足诊断要求；4分：良，图像噪声小，组织结构显示清楚，可以满足诊断要求；5分：优，图像噪声很小，组织结构显示清楚，可以完全满足诊断要求。评分3分及以上才符合临床诊断要求[6-8]。运动伪影则由2名医师协商打分(0～2分)，包括呼吸运动伪影及心脏搏动伪影，分为无伪影(0分)、轻度伪影(1分)、明显伪影(2分)。

2 结 果

2.1辐射剂量 研究组的CTDIvol相比对照组的下降了87%(P=0.000)；研究组的DLP较对照组的下降了87%(P=0.000)；研究组的ED相比对照组的下降了87%(P=0.000)。见表1。

表1 两组患者辐射剂量比较

2.2客观图像质量 研究组的SNR为(-14.07±0.73)，对照组为(-34.14±3.86)，差异有统计学意义(t=10.726，P=0.000)；研究组的CNR为(14.70±0.74)，对照组为(35.72±4.09)，差异有统计学意义(t=-10.513，P=0.000)。

2.3主观图像质量 两组病例肺窗图像质量评分为(医师1：U=2670，P=0.348；医师2：U=2746，P=0.210)，研究组图像质量中位评分为4分(4～5分)，对照组图像质量中位评分为4分(4～5分)，图像质量评分差异无统计学意义，且两组所有图像均能满足诊断要求；两组病例纵隔窗图像质量评分为(医师1：U=4789，P=0.000；医师2：U=4813，P=0.000)。见表3。研究组图像质量中位评分为3分(1～3分)，对照组图像质量中位评分为5分(3～5分)，图像质量评分差异有统计学意义，研究组部分图像质量未能满足诊断要求(评分1～2分，医师1评分34例，占比48.6%，医师2评分38例，占比54.3%)。两名高年资的影像诊断医师图像质量分级的一致性检验：肺窗图像质量，医师1、2之间的k=0.883，一致性较好；纵隔窗图像质量，医师1、2之间的k=0.801，一致性较好(k>0.75，一致性好，0.75>k>0.4，一致性一般，k<0.4，一致性差)。

表2 两组患者主观图像质量评分比较(n=70)

2.4运动伪影 呼吸运动伪影评分分别为研究组0.057，对照组0.514(χ2=54.9，P=0.000)；心脏搏动伪影评分分别为研究组0.114，对照组1.314(χ2=41.6P=0.000)。研究组的呼吸运动伪影及心脏搏动伪影均均明显低于对照组，且均有统计学意义。见表3。

表3 两组患者运动伪影评分比较(n=70)

3 讨 论

肺部CT检查对于临床科室对病人病情的判断、制定治疗方案及手术计划有着极高的价值其优势显著。然而，随着CT应用的日益普及，电离辐射作用于机体后，会以直接作用和间接作用使细胞分子发生反应，造成其损伤。传统CT相比胸片较高的辐射剂量的危害也引起了人们的关注，随着辐射剂量的增加可能会出现细胞损伤、组织癌变等情况[9]使其成为一把双刃剑。胸片剂量虽然低，但由于胸片对小结节及微小病变检出能力有限，而CT却能敏感的检出肺部小结节及其他微小病变。有研究[10]显示CT的病灶出率比普通X 胸片高3倍。多数早期肺癌表现为直径<20 mm的肺部结节，而胸部范围内结构如骨骼、肺血管、心脏及大血管都会对胸部X片中结节及细小病灶的诊断造成影响，所以在结节及细小病变的检出方面很容易漏诊。而CT这在这方面有着明显的优势，美国国家肺癌筛查试验研究[11]证实，低剂量 CT 肺癌早期筛查可降低20%的死亡率。本研究中，研究组对比对照组剂量减少近87%，ED为(0.16±0.03)mSv相当于一张胸片的辐射剂量[12]。因降低管电流会使辐射剂量明显下降，但同时也会因低剂量而产生一定量的图像噪声及空间分辨率和图像质量的下降[13]，但由于肺部病变的发现依赖于病变与周围正常肺组织的对比(肺部内基本为空气)，因此对于低或等密度病变，其在肺组织中的显示要比实质性脏器中的显示明显。并且应用第3代双源CT扫描时采用了全新的ADMIRE算法，它是对原始图像进行重建，将原始数据中的噪声投射到图像中，得到的图像是多次迭代重建后的组合，然后将原始数据进行精确的图像校正，对原始数据域进行去噪及去除伪影，最后进行图像域的校正，随着迭代次数的增多，图像噪声越来越低，空间分辨率不受影响[15-16]。

本研究中应用到的能谱纯化技术是将X射线等辐射能量频谱图中低能量部分等截止能量从30keV提高到50keV，从而使得X射线的能量谱更窄，射线能量更高，更接近CT成像理论要求的X射线光子能量等均一性。其特征是高千伏高毫安条件下的低剂量CT扫描成像。是目前业界最先进的两种CT低辐射剂量扫描技术之一。能谱纯化技术目前已运用于儿童的胸部检查、泌尿系虚拟平扫、颅内动脉瘤诊断，均能保证图像质量的同时大幅度降低辐射剂量。

综上所述，在肺部结节筛查方面运用能谱纯化大螺距扫描技术可有效的降低辐射剂量的同时病灶检出率与常规胸部CT无明显差别对诊断方面没有明显影响，并因其快速的扫描时间最大程度的降低了膈肌运动、心脏及血管的搏动伪影，因此能谱纯化大螺距扫描技术可应用于肺部结节筛查。