低剂量恒流控制CT扫描在初治继发性肺结核随访中的价值

陈艳琼，吴 斌，王耀彬，张春平，周毅方，李 龙

初治继发性肺结核在诊治过程中需要多次进行胸部CT扫描，以观察病情和评估疗效，其辐射剂量成为这些患者面临的问题之一[1]。胸部低剂量CT扫描已经在肺癌筛查中得到广泛应用，既能保证良好的诊断效能，又可大幅度地降低辐射剂量[2, 3]。管电流是影响辐射剂量的主要扫描参数，自动管电流调制(automatic tube current modulation，ATCM)和低剂量恒流控制(low-dose constant current control，LD-CCC)CT扫描是两种常见的胸部低剂量CT扫描方式[4]。自动管电流调制技术已经被多家设备制造商作为标准配置提供给用户[4]，而低剂量恒流控制技术已经被临床实践指南推荐作为胸部低剂量CT的扫描方案[2, 3]。本研究比较了156例随访中的初治继发性肺结核患者行胸部自动管电流调制和低剂量恒流控制CT扫描的辐射剂量和图像质量，旨在为初治继发性肺结核的随访中合理地使用低剂量胸部CT提供扫描方案。

1 对象与方法

1.1 对象 本研究经医院伦理委员会批准并与患者及其家属签署知情同意书。病例来源于3家武警部队医院门诊或住院的156例初治继发性肺结核患者，就诊时间为2018-01至2019-12。继发性肺结核诊断标准参照国家肺结核诊断标准[5]，初治患者是指从未因结核病应用过抗结核药物治疗者。156例中，男93例，女63例，年龄18～70岁，平均35.65±17.02岁；体重45～80 kg(体重指数18.5～25.5 kg/m2)。就诊首次CT检查行自动管电流调制扫描，在治疗期间的前3个月随访时行低剂量恒流控制扫描。

1.2 CT扫描方法 采用GE LightSpeed VCT XT 64排螺旋CT机(GE Healthcare, Chicago, IL, USA)，扫描范围自胸廓入口至后肋膈角水平。自动管电流调制CT扫描参照美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)发布的设备制造商操作说明书进行[6]。低剂量恒流控制CT扫描采用中华医学会放射学分会心胸学组推荐的胸部低剂量CT扫描方案[3]，结合设备制造商操作说明书[6]，设置管电流为50 mA，其余参数同自动管电流调制CT扫描。

1.3 辐射剂量评估方法 扫描结束后分别记录各组扫描方案的辐射剂量指标：容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)(mGy)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)(mGy×cm)。分别计算体型特异性剂量估计值(size-specific dose estimates，SSDE)(mGy)和辐射有效剂量(effective dose，ED)(mSv)：

SSDE=f×CTDIvol，f为体型相关转换系数，在CT图像上于乳头层面测量患者的最大胸廓横径和前后径，查阅美国医学物理学家协会204报告中的个体剂量转换系数表可得[7]。

ED=k×DLP，k为转换因子，管电压120 kV时k值为0.0145 mSv/(mGy· cm)[8]。

1.4 图像质量分析方法

1.4.1 客观图像质量分析 所有的数据传到图像后处理工作站adw4.6，测定信号强度(CT值)和噪声，计算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio，CNR)。将圆形的感兴趣区域(regions of interest，ROIs)手动放置在主动脉弓和气管分叉水平正常肺实质的均质区域内。该ROI至少占据主动脉腔的三分之二，且不包含主动脉壁。小心避开钙化、大血管和支气管及有明显条纹伪影的区域。所有测量均在工作站上应用复制和粘贴功能进行，确保在不同图像序列之间ROI的大小、形状和位置都是恒定的。噪声定义为ROI中CT值的标准差(standard deviation，SD)[9]。使用以下公式计算SNR：CNR = CT值/ SD[10]。使用以下公式计算肺实质相对于主动脉的CNR：CNR=|ROI1-ROIa|/N，其中ROI1是双侧肺实质的平均CT值，ROIa是主动脉的平均CT值，N是图像平均噪声[11, 12]。通过使用噪声的品质因数(figure of merit for the noise，FOMN)将噪声标准化为辐射有效剂量(ED)，定义如下：FOMN=1/N2×ED[11]。

1.4.2 主观图像质量分析 由2名高年资放射科医师在未被告知扫描条件的情况下采用双盲法评价和记录继发性肺结核CT基本病变的图像质量评分。

继发性肺结核CT基本病变包括气腔结节、树芽征、大结节影、肺实变(小叶性实变、亚段性实变、段性实变)、肿块性病变、空洞性病变(厚壁空洞、薄壁空洞和和虫蚀样空洞)、磨玻璃密度影、肺间质改变和支气管扩张等9种征象，其规范化描述参照相关文献[12]。由2名高年资放射科医师采用5分法对图像质量进行评分，评定标准参照相关文献[10, 11]。以图像质量最佳层面评分为最终结果，取2名医师评分的均值，≥3分的图像为临床诊断可接受。

2 结 果

2.1 辐射剂量的比较 从表1可知，与自动管电流调制CT扫描相比，低剂量恒流控制CT扫描的CTDIvol、DLP、ED和SSDE分别下降了68.2%(6.60/2.10 mGy)、69.9%(222.61/66.98 mGy×cm)、70.0%(3.23/0.97 mSv)和67.8%(8.66/2.79 mGy)(P<0.001)。

表1 初治继发性肺结核患者自动管电流调制与低剂量恒流控制CT扫描辐射剂量的比较

2.2 客观图像质量评价的比较 从表2可知，两种CT扫描方式的主动脉弓和肺实质CT值无统计学差异(P>0.05)。与自动管电流调制CT扫描相比，低剂量恒流控制CT扫描的主动脉噪声增加了56.2%(40.52/92.46)(P<0.001)而信噪比降低了98.2%(1.04/0.44)(P<0.001)，肺实质噪声增加了47.9%(48.84/93.82)(P<0.001)，主动脉与肺实质的对比噪声比降低了95.0%(20.12/9.70)(P<0.001)，噪声品质因数降低了94.2%(21.89/1.26)(P<0.001)。

表2 156例初治继发性肺结核患者自动管电流调制与低剂量恒流控制CT扫描客观图像质量的比较

2.3 主观图像质量评价的比较 两名放射科医师对图像质量评价的一致性好(Kappa值=0.833，P<0.05)。两种CT扫描方式的主观图像质量评分见表3，初治继发性肺结核患者9种CT基本病变的图像质量评分无统计学差异。

表3 初治继发性肺结核患者自动管电流调制与低剂量恒流控制CT扫描主观图像质量评分的比较 分)

3 讨 论

胸部CT扫描是肺结核的主要影像检查方法，已经广泛地用于监测结核病的治疗效果[13]。因此，如何减少辐射剂量也就成为肺结核患者面临的重要问题之一，而胸部低剂量CT扫描显示出独特的优势。

降低管电流是目前降低CT扫描辐射剂量的主要方式，也是低剂量CT检查的主要方法[4]。肺部属于含气组织，肺泡内空气与肺实质之间存在着良好的自然对比，低剂量CT扫描时只要保证一定的X线穿透力(管电压)，仅降低管电流对空间分辨率影响较小，均可获得比较满意的图像。自动管电流调制技术根据定位像所记录的扫描区域内不同组织构成的X线衰减差异，应用预设的噪声指数和剂量步长，自动精准地为每一个扫描层面调节不同的管球输出毫安值，在降低辐射剂量的同时保证不同层面图像质量的一致性[14]。现今，自动管电流调制技术已经被广泛地应用于全身各部位的CT扫描。低剂量恒流控制扫描方式是在保证图像质量的前提下，尽可能地将管球输出毫安值降至最低点，应用低剂量的恒定管电流使患者免受过多射线的幅射损害，同时也明显地降低CT球管损耗以延长CT球管的寿命，减少CT检查的支出成本[14]。中华医学会放射学分会心胸学组推荐低剂量恒流控制扫描作为低剂量CT肺癌筛查的扫描方案，建议无迭代重建技术时可使用120 kVp、30～50 mAs 的扫描参数，在有新一代迭代重建技术时可使用100～120 kVp、低于30 mAs作为扫描参数[2]。

降低辐射剂量是低剂量CT扫描的目标，CTDIvol、DLP和ED是评价CT辐射剂量的常用指标[15, 16]。CTDIvol、DLP和ED并未考虑患者体型的差异，因此不能直接用来评估患者接收的辐射剂量；如果简单地将CTDIvol作为患者的辐射剂量，则可能导致对患者辐射剂量低估2～3倍[15, 16]。患者实际所接受的CT辐射剂量取决于患者的体型和扫描设备的辐射输出水平。体型特异性剂量估计值(size-specific dose estimates，SSDE)是美国医学物理学家协会提出的使用有效直径和水当量直径结合CTDIvol来估算患者所接受的辐射剂量，以此来弥补体型对CTDIvol和DLP的影响[7]。在CT图像上测量患者体型参数(最大横径、最大前后径和有效直径)后，计算被扫描患者个体剂量SSDE，或者查阅美国医学物理学家协会204报告中的个体剂量转换系数来估算SSDE[7]。本研究中，笔者使用了CTDIvol、DLP、ED和SSDE等指标来评估患者所接受的辐射剂量。结果显示，与自动管电流调制CT扫描相比，低剂量恒流控制CT扫描的CTDIvol、DLP、ED和SSDE分别下降了68.2%、69.9%、70.0%和67.8%(P<0.001)。表明低剂量恒流控制CT扫描比自动管电流调制更加显著地降低了辐射剂量。

保证图像质量是低剂量CT扫描的前提。CT图像质量取决于图像对比度、空间分辨率、图像噪声和伪影等4个因素，这些因素相互作用，最终决定了图像对低对比度结构的显示能力和图像细节的可读性[17]。在管电压保持恒定时，CT值并不随辐射剂量的改变而发生变化，但是图像噪声则与辐射剂量成反比，随着管电流的降低而显著增加[18]。本研究显示，与自动管电流调制CT扫描相比，低剂量恒流控制CT扫描的主动脉噪声增加了56.2%而信噪比降低了98.2%，肺实质噪声增加了47.9%。但是，在采用窗技术(肺窗)时，肺内病变的影像学表现不易受图像噪声的影响；同时，低剂量扫描时硬X线较少, 使高密度物质结构如纵隔和肩背部软组织显示不清, 而肺血管则在低密度含气肺实质的对比下而显得清晰[17]。因此，在本研究中，尽管低剂量恒流控制CT扫描时主动脉与肺实质对比噪声比降低了95.0%，噪声品质因数降低了94.2%，但是自动管电流调制CT扫描和低剂量恒流控制CT扫描对初治继发性肺结核患者9种CT基本病变的主观图像质量评分无统计学差异。考虑到自动管电流调制CT扫描显著地降低了纵隔的对比噪声比，笔者认为对于首诊初治继发性肺结核患者，需要尽可能准确且足够详细的影像质量来判断病灶的性质和病变，因此不推荐运用低剂量恒流控制CT扫描，应使用自动管电流调制CT扫描为宜；对于已经确诊肺结核且处于治疗后随访期的患者，肺内病变已经具有明确的定位和定性，随访的目的主要时为了观察治疗后病灶的变化情况，因此可使用低剂量恒流控制CT扫描，这也充分肯定了低剂量CT 扫描技术的临床使用价值。

综上所述，低剂量恒流控制CT扫描方式显著地降低了辐射剂量，尽管对初治继发性肺结核患者9种CT基本病变的主观图像质量评分无明显影响，但也显著地降低了主动脉的信噪比、对比噪声比和噪声品质因数。因此，笔者建议在继发型肺结核的首次CT检查应使用自动管电流调制扫描，在较低辐射剂量下确保足够的图像质量，以利病灶的识别和鉴别诊断，而在随访中可使用低剂量恒流控制扫描，在进一步降低辐射剂量的同时也足以观察病灶的变化。