腰椎间盘突出症低剂量CT迭代模型重建的诊断效能分析

范尚文 丁海军 江毅军

腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation，LDH）作为一类临床常见疾患，其发病主要由椎间盘遭受外力或发生退变引起髓核脱出所致，使相邻脊神经根受到压迫，最终导致患者出现腰部疼痛、下肢放射痛、下肢麻木等症状表现[1,2]。目前椎间盘退变逐渐呈现年轻化态势，及时诊断患者LDH 病情并予以治疗极为重要。而目前LDH 诊断多由患者症状表现、多种影像学检查结果相互补充确诊，在诸多影像学检查方式中，MRI 具备较佳的诊断效能[3,4]，但存在价格昂贵、检查时间长、制动要求高等局限性，难以全面普及。而CT 检查作为LDH 常规诊查手段，其具有明显的诊断价值，但CT检查过程中可对患者造成电离辐射损伤[5,6]，对患者危害性较大。低剂量CT 扫描虽可降低辐射损伤，但可能对图像质量造成负面影响，无法保证诊断的准确性。而正弦图确定迭代重建作为一类新型迭代技术，可有效提升CT图像质量[7]，故使CT 扫描实现低剂量、较高诊断准确度成为可能。本次研究将进一步探究LDH 患者术前采用低剂量CT下迭代模型重建的诊断效能，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2017 年1 月至2020 年12 月期间于浙江省皮肤病医院接受术前CT 扫描及迭代模型重建检查的172 例疑似LDH受检者临床资料，纳入标准为：①均于本院接受CT相关检查；②均符合LDH 相关诊断标准[8]；③存在腰痛、下肢放射痛、肌力减弱、反射异常等症状。排除标准为：①存在血液系统疾病；②存在风湿免疫系统疾病；③检查过程中存在明显操作失误，或临床资料不完整。172 例中男性104 例、女性68 例；年龄20～47 岁，平均年龄（33.63±8.69）岁；体重指数平均（22.56±2.32）kg/m2。患者均知情同意，且本次研究经医院伦理委员会审批通过。依据CT 剂量不同分为低剂量组65 例和常规剂量组107 例，低剂量组男性42 例、女性23 例；年龄20～45 岁，平均（32.82±6.75）岁；体重指数平均（22.72±1.96）kg/m2；常规剂量组男性62 例、女性45 例；年龄22～47 岁，平均（34.12±7.85）岁；体重指数平均（22.46±2.14）kg/m2。两组受检者基线资料比较，差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

1.2 方法 使用GE16 排螺旋CT 扫描仪（由美国通用电气公司生产）对患者疑似病变区域进行CT 平扫，行容积扫描的范围为第1 骶椎水平至第12 胸椎水平。低剂量组设置管电流为150 mA，管电压为120 kV，常规剂量组则设置管电流为350 mA，管电压为120 kV。两组均将层厚、层间距设置为1～2 mm，探测器物理宽度则设置为0.6 mm，获得图像后，低剂量组采用正弦图确定迭代重建进行图像重建，将重建等级设置为5。

获取扫描图像后，将图像传送至GE 工作站，对椎间盘、黄韧带在图中的部位进行噪声测定，并将感兴趣区（region of interest，ROI）划定，测量得出CT密度值（signal intensity，SI）、标准差（standard deviation，SD），随后以SI/SD 计算信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）。并从仪器中收集所有患者容积CT 剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose-length product，DLP）等参数，测算有效辐射剂量（effective dose，ED）。

1.3 观察指标 比较两组受检查的图像质量（椎间盘噪声、椎间盘SNR、黄韧带噪声、黄韧带SNR）、辐射剂量（CTDIvol、DLP、ED）；以临床诊断结果作为LDH 诊断的金标准，评估低剂量CT 下迭代模型重建检查、常规剂量CT 检查诊断LDH 的效能（灵敏度、特异度、准确度）。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0 对数据进行分析，计量资料以均数±标准差（）表示，采用独立样本t 检验进行组间比较，计数资料以例数（%）表示，组间比较采用χ2检验。诊断一致性检验采用Kappa检验，Kappa值＞0.7表示一致性良好。设P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组图像质量比较见表1

表1 两组图像质量比较

由表1 可见，两组椎间盘噪声、椎间盘SNR、黄韧带噪声、黄韧带SNR比较，差异均无统计学意义（t分别=1.32、1.15、0.90、0.27，P均＞0.05）。

2.2 两组辐射剂量比较见表2

表2 两组辐射剂量比较

由表2可见，低剂量组CTDIvol、DLP、ED明显低于常规剂量组，差异均有统计学意义（t 分别=78.97、53.40、42.41，P均＜0.05）。

2.3 低剂量CT 下迭代模型重建和常规剂量CT 检查诊断LDH效能分析见表3

表3 低剂量CT下迭代模型重建和常规剂量CT检查诊断LDH效能分析/例

由表3 可见，低剂量CT 下迭代模型重建检查诊断LDH 的灵敏度为89.47%（34/38），特异度为88.88%（24/27），准确率为89.23%（58/65），Kappa 值为0.78；常规剂量CT 检查诊断LDH 的灵敏度为92.53%（62/67），特异度为92.50%（37/40），准确率为92.52%（99/107），与低剂量组相比，差异均无统计学意义（χ2=0.03、0.01、0.55，P 均＞0.05），Kappa 值为0.84，与低剂量组相近。

3 讨论

LDH 患者发病后可出现腰痛、下肢反射痛等症状，亦可造成神经反射改变、感觉障碍、肌力下降，甚至可引起大小便异常、瘫痪，及早诊断对此类患者意义重大[9]，MRI在该病诊断中具有多序列对方位成像、软组织分辨力高、无辐射等优势，但亦存在扫描禁忌证繁多、检查时间长等弊端，故其在LDH 诊断中应用并不广泛。而CT 诊断LDH 可兼顾椎间盘、腰椎骨质结构等信息的获取，具有较高的诊断效能，其弊端在于图像质量与辐射剂量呈正比[10]，故寻求一种可兼顾图像质量、减少辐射的CT检查方法极为必要。

迭代模型重建作为一类新型图像重建算法，其可从初始估计值对实测结果、估计结果进行循环反复的比较、修正，直至两类结果误差缩小至预定范围，主要用于提升临床扫描图像的质量，目前已应用于多种疾病CT 诊断中[11,12]，并取得良好成效。迭代模型重建技术通过结合统计、系统模型等方法对数据和图像统计模型进行了准确定位，在低剂量CT扫描条件下，其亦可产生明显的降噪效果，有助于SNR 提升及图像质量改善。相关研究显示，将迭代模型重建应用于CT 扫描检查后可在降低扫描剂量情况下保持较高的图像质量，使图像噪声维持在较低的水平[13，14]。本次研究中，两组椎间盘噪声、椎间盘SNR、黄韧带噪声、黄韧带SNR 均未表现出明显差异，提示接受120 kv、150 mA 低剂量CT 下迭代模型重建检查相较于常规剂量虽降低了CT剂量，但对图像质量并未造成明显的负面影响，其原因在于迭代模型重建不同于传统重建方式，其重建以结构化知识模型为基础，可在重建过程中实现多次反复迭代，有效避免所收集原始数据与扫描模型的差异显著问题，使二者可有效耦合，从而规避了传统重建方法图像噪声高、条纹伪影多、对比度低等不足，有效提高图像质量。此外，迭代模型重建下CT扫描可表现出空间分辨力、组织分辨力的提升，有助于低剂量CT扫描的适应，从而促使图像质量改善。

CT 属于临床常见疾病诊断方式，其可凭借X 线束、γ 射线围绕被检者身体某一部位进行连续断层扫描，具备图像清晰、扫描时间快等特点，可用于多种疾病诊断。常规CT 扫描通常将管电流设置在300 mA 及以上，以保证图像质量，提高诊断准确度，但该水平的管电流所产生的辐射剂量较大，一定程度上限制了CT 的应用，而随着管电流的下降，虽可使辐射剂量降低，但无法保证图像质量及诊断准确度[15]。本次研究中，低剂量组CTDIvol、DLP、ED 明显低于常规剂量组；低剂量CT 下迭代模型重建检查、常规剂量CT 检查诊断LDH 的灵敏度分别为89.47%、92.53%，特异度分别为88.88%、92.50%，准确率分别为89.23%、92.52%，两种方法一致性检验Kappa 值分别为0.78，0.84，诊断灵敏度、特异度、准确率均经检验证实无显著差异，提示120 kv、150 mA低剂量CT 下迭代模型重建较120 kv、350 mA 常规剂量CT检查的优势在于可有效降低辐射剂量，但二者在LDH 诊断效能中的表现均较为良好，从而更凸显出低剂量CT下迭代模型重建兼顾低辐射损伤、高诊断准确度的优势，分析其原因在于管电流与辐射剂量直接相关，低剂量组管电流较低，故可有效降低辐射剂量，而该组亦通过借助迭代模型重建技术提升低剂量情况下的图像质量，使患者椎间盘、神经根、硬膜囊间结构关系得到清晰显示，有利于LDH 准确诊断。同时，低剂量CT 扫描图像经迭代模型重建后亦可对椎管内髓核破片游离情况、神经根受压情况进行反映，同时可反映硬膜外脂肪层受压或变性情况，均有利于LDH正确诊断。

综上所述，将低剂量CT下迭代模型重建应用于LDH 患者术前诊断可有效降低辐射剂量，同时保证图像质量、诊断效能与常规剂量CT 相当，临床应用价值较高。