基于能谱CT虚拟平扫与常规平扫在肺内部分实性结节图像质量的对照研究

摘要：目的 "探讨双能量CT（DECT）获得的虚拟非对比增强（VNC）图像在评估肺内部分实性结节（PSN）方面的可行性，并与真实非增强（TNC）图像质量进行比较。方法 "回顾性收集我院2022年1月～2023年1月46例孤立性肺结节患者，同时行TNC扫描和增强DECT扫描（动脉期和静脉期），并根据双期DECT重建双期VNC图像。在双期VNC和TNC图像中测量PSN和同侧竖脊肌的CT值、噪声及病变直径，计算PSN的信噪比和对比度噪声比。记录TNC和VNC模式下的有效辐射剂量。由2位经验丰富的放射科医生使用5分量表进行主观评分。采用非参数检验比较不同扫描阶段图像的主观、客观参数和有效辐射剂量，采用Kappa检验用于评估两位医生主观评分的一致性。结果 "动、静脉期VNC与TNC图像的客观评价指标（直径、CT值、噪声、信噪比、对比度噪声比）的差异无统计学意义（Pgt;0.05）。TNC图像主观评分均值最高，静脉期VNC图像次之，动脉期主观评分最低，3组评分差异有统计学意义（Plt;0.001），但双期VNC均满足诊断要求。2位医生主观评分一致性较强（0.63～0.73）。VNC代替TNC约降低30%的辐射剂量。结论 "双瞬切能谱增强静脉期虚拟平扫技术能够提供与常规平扫相似的图像质量，且能显著减少患者辐射剂量，尤其适用于需要多次复查的患者。

关键词：部分实性结节；虚拟平扫；能谱CT；辐射剂量；图像质量

Comparative study on the image quality of partial solid nodules in the lungs based on energy spectrum CT virtual plain scan and conventional plain scan

HONG Jingjing1， WEN Ge2， ZHANG Fei1， ZHANG Lianlian1， LIU Disi1， HUANG Weikang1

1Department of Medical Imaging， Zengcheng Campus， Nanfang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510000， China; 2Department of Medical Imaging， Nanfang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510515， China

Abstract： Objective To investigate the feasibility of utilizing virtual non-contrast enhanced （VNC） images derived from dual-energy computed tomography （DECT） for the assessment of part-solid nodules （PSN） within the lung， and compare the image quality with that of true non-enhanced （TNC） images. Methods A retrospective analysis was conducted on 46 patients with solitary pulmonary nodules at our institution from January 2022 to January 2023. Patients underwent both TNC scanning and contrast-enhanced DECT scanning during the arterial and venous phases， with dual-phase VNC images reconstructed from the dual-phase DECT data. CT values， noise （standard deviation）， and lesion diameters of PSN and the ipsilateral erector spinae muscle were measured on both dual-phase VNC and TNC images. The signal-to-noise ratio and contrast-to-noise ratio for PSN were calculated. Effective radiation doses in TNC and VNC modes were recorded. Subjective scoring was performed by two experienced radiologists using a 5-point scale. Non-parametric tests were employed to compare the subjective and objective parameters， as well as the effective radiation doses， of images obtained at different scanning phases. Kappa tests were utilized to evaluate the inter-rater agreement of the subjective scores provided by the two radiologists. Results The objective evaluation metrics （diameter， CT value， standard deviation， signal-to-noise ratio， contrast-to-noise ratio） between arterial and venous phase VNC and TNC images were not statistically significant （Pgt;0.05）. The mean subjective score for TNC images was the highest， followed by venous phase VNC images， with arterial phase scores being the lowest. There was a statistically significant difference in the scores among the three groups （Plt;0.001）， yet both phases of VNC met diagnostic requirements. The inter-rater agreement for the subjective scores between the two radiologists was strong， with a range of 0.63 to 0.73. The use of VNC in place of TNC resulted in an approximate 30% reduction in radiation dose. Conclusion The dual-phase spectral CT with virtual non-contrast venous phase imaging provides image quality comparable to conventional non-contrast imaging and significantly reduces patient radiation exposure， making it particularly suitable for patients requiring multiple follow-up examinations.

Keywords： part-solid nodule; virtual non-contrast; spectral CT; radiation dose; image quality

肺癌是我国乃至世界范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一［1-2］ ，早期可表现为肺的孤立性结节［3-4］。部分实性结节（PSN）的直径lt;30 mm，其内既有磨玻璃成分，也有实性成分［5-6］。研究表明，持续存在的PSN，恶性风险较高［7］。肺结节病理性质不同，其治疗方式、术后管理及预后均存在一定的差异性［8-10］。术前对肺结节病理分型进行正确鉴别诊断，有利于指导临床医生采取合理治疗方案。常规增强CT检查通过比较结节增强前后平均CT值以及实性成分大小的变化对结节病理亚型作出预判，诊断准确率明显提高［11］。而近几年出现的能谱CT技术实现了多参数成像，打破了传统常规CT单一参数成像的模式，其通过单次扫描即可同时获得混合能量图像、40～140 keV单能量图像、基物质图像等，为疾病诊断提供更多的信息，提高了疾病诊断的准确率［12-14］。但是随之增加的辐射剂量问题也被国内外学者密切关注［15-16］。虚拟平扫技术作为能谱CT检査的重要应用之一，可基于对比增强数据同时获得CT平扫图像，实现虚拟平扫重建［17-18］，以此图像来代替常规平扫图像，通过该技术有望省去CT检查过程中的平扫环节，从而减少暴露于患者的辐射剂量。

既往虚拟平扫的研究对象多在腹部［19-21］，而仅有数篇肺部虚拟平扫相关文献，主要研究对象是纯磨玻璃样结节和实性结节，研究证实虚拟平扫与普通平扫质量相当，且辐射剂量明显减低［22-31］。目前暂无针对肺内部分实性结节研究。由于部分实性结节有重要的临床意义，本研究创新性地将能谱CT虚拟平扫技术应用于肺内部分实性结节的诊断研究，旨在通过对肺内部分实性结节虚拟平扫图像与常规平扫图像质量的对比，得到虚拟平扫在降低辐射剂量的同时还能保证图像质量，以期替代常规平扫图像。

1 "资料与方法

1.1 "一般资料

回顾性分析我院2022年1月～2023年1月因体检发现肺内结节、拟行肺部增强CT检查的患者。纳入标准：同时完成胸部常规平扫和能谱CT增强检查；肺内存在孤立性部分实性结节；排除标准：图像质量不佳，不能满足诊断需求。最终纳入46例患者，其中男性26例，年龄53.00±15.16岁；女性20例，年龄63.05±15.73岁。本研究为回顾性研究，且不涉及患者隐私，依规豁免伦理审查和患者知情同意。

1.2 "数据采集

采用256排GE Revolution Apex CT进行常规平扫及能谱双期（动脉期、静脉期）增强扫描。3期扫描范围一致，均为自肺尖至肺底层面，嘱患者每次扫描屏气程度尽量保持一致。首先行胸部平扫检查，管电压120 kVp、自动管电流技术（100～600 mAs），噪声指数为11。然后采用螺旋扫描、GSI Assist扫描模式行胸部能谱双期增强扫描，管电压80/140 kVp瞬时切换，管电流405 mAs，扫描触发方式采用自动检测、阈值触发，检测兴趣区为降主动脉水平动脉内，触发阈值150 Hu。对比剂浓度采用350 mgI/mL，用量为1.1 mL/kg，速率为3.0 mL/s，动脉期30 s后进行静脉期扫描。常规扫描及能谱双期增强扫描均为探测器宽度80 mm，螺距0.992：1，扫描野32 cm×32 cm，扫描层厚及层间距5 mm。图像重建层厚、层间距0.625 mm，用GSI后处理软件基于MMD算法，获得虚拟平扫图像（图1）。

1.3 "图像客观评价和主观评价

将TNC图像、双期VNC图像及能谱双期增强图像传输到ADW4.7（GE HealthCare）工作站进行相关分析。根据成像方式组合可分为：常规平扫+双期动态增强、虚拟平扫+双期动态增强2种模式。首先由2位从事呼吸系统影像诊断工作10年以上的医师分别在PACS工作站上调阅0.625 mm层厚的图像，判断结节的密度并选择符合要求的部分实性结节纳入研究，记录和测量结节的CT值、SD值和直径（病灶最大径），当两位医师对结节参数判断存在分歧时，由第3位更高年资医师进行裁定。观察图像的窗宽为1500 Hu、窗位为-550 Hu。在客观评价方面，所有感兴趣区均测量3次，取平均值。在VNC和TNC图像中测量PSN和同层面水平病灶同侧竖脊肌（ESM）的CT值、噪声（SD）、病变直径。计算PSN的信噪比（SNR，SNR=CTPSN/SDPSN）及对比度噪声比[CNR，CNR=（CTESM-CTPSN）/SDESM]。在主观评价方面，由2位工作经验丰富的放射科医生采用5分制对采集的图像质量进行双盲主观评分，3分以上者可以满足临床诊断要求，低于2分图像质量极差，不纳入研究。整体图像质量评分标准如下［32-33］：5分（优异）：解剖结构及细节非常清楚，噪声不明显，无明显伪影；4分（良好）：解剖结构及细节比较清晰，噪声、伪影略多；3分（中等）：解剖结构及细节欠清晰，噪声和伪影较明显，但尚可接受，可以满足诊断；2分（较差）：解剖结构及细节显示较差，噪声和伪影很重，影响图像诊断；1分（极差）：解剖结构及细节显示极差，无法辨识，噪声和伪影极大，无法用于诊断。

1.4 "X线辐射剂量

查阅每位患者剂量报告，并记录平扫CTDIvol（容积CT剂量指数）和DLP（总辐射剂量），并计算有效剂量（ED）：ED＝DLP×0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.5 "统计学分析

采用SPSS 22.0软件进行数据的统计分析。符合正态分布的计量资料用均数±标准差表示，非正态性分布的计量资料采用中位数（上、下四分位数）表示。当参数符合正态分布时，进一步采用单因素方差分析；当参数不符合正态分布，则采用非参数Wilcoxon 秩和检验方法，以Plt;0.05为差异有统计学意义。Kappa检验用于评估组间主观评分的一致性。

2 "结果

2.1 "不同组主、客观参数比较

动、静脉期VNC图像的客观评价指标直径、CT值、SD、SNR及CNR与 TNC图像的差异无统计学意义（Pgt;0.05） 。主观评分方面，2位观察者主观评分在动、静脉期VNC及TNC之间的差异有统计学意义（Plt;0.001）。TNC图像主观评分均值最高；静脉期VNC图像主观评分仅次于TNC图像，动脉期VNC图像主观评分最差（表1）。3组图像Kappa 值分别为73%、63%、72%，主观评分一致性较强。右肺上叶部分实性结节（箭头）在3种模式下图像质量相当，其中静脉期虚拟平扫最接近常规胸部（图1）。

2.2 "不同组别辐射剂量比较

VNC扫描模式与常规模式下辐射剂量比较，结果显示在满足临床诊断需求下，VNC模式有效辐射剂量小于常规模式，降低了约30%（DLP：740.09±64.88 vs 1049.89±131.51 mGy·cm；ED：10.74±0.93 vs 15.21±1.89 mSv）。

3 "讨论

本研究探讨能谱CT虚拟平扫技术在肺内部分实性结节诊断中的应用价值。由于肺内部分实性结节具有很重要的临床意义，而能谱增强CT比常规CT能带来更多的诊断信心。能谱CT检査的虚拟平扫技术（基于对比增强数据同时获得虚拟平扫图像［17-18］）有望省去CT检查过程中的平扫环节，从而达到减少暴露于患者的辐射剂量。通过常规平扫与动、静脉期虚拟平扫成像的图像质量比较，表明动、静脉期虚拟平扫的图像均满足临床诊断要求，且以静脉期虚拟平扫图像质量较佳，为虚拟平扫在肺内部分实性结节的应用提供更多可行性经验。

能谱CT增强检查在肺部检查中日益增多，通过增强扫描获得病变的血供特点等，另外可以通过分析不同物质的衰减信息，从而能有效识别、分离物质［34］，即识别、分离CT增强图像中碘对比剂后获得虚拟平扫。双期虚拟平扫和真实平扫病变组织的CT值具有较高的一致性，差异无统计学意义，但动脉期虚拟平扫图像中病变的CT值略低于真实平扫，而静脉期虚拟平扫图像中病变的CT值略高于真实平扫，且静脉期虚拟平扫CT值更接近于真实平扫。这与既往研究［22-24］基本一致，肺部虚拟平扫技术能提供各部位较准确的CT值，病灶在虚拟平扫中的CT值均高于真实平扫，差异无统计学意义，能获得良好的影像质量，满足临床诊断需求。不同的是本研究动脉期病变的CT值略低于虚拟平扫CT值，推测可能是观察对象、样本量、扫描设备参数设置等导致结果细微差异。另外，由于本研究对象的范围较小，在形态学上面只比较了病灶直径（最大径），双期虚拟平扫和真实平扫病变组织的直径比较接近，差异无统计学意义，且静脉期虚拟平扫图像中病变的直径更接近于真实平扫。这与既往研究［30， 34-36］一致；而不同的是，既往研究的观察对象是实性结节、肿块或者纯磨玻璃样密度结节。本研究不足在于对于钙化没有纳入研究，本研究46例结节中均无钙化成分；有研究表明虚拟平扫对细小钙化显示欠佳，推测图像噪声导致虚拟平扫中细小钙化观察受限［23］，另外病灶细小钙化容易被计算机归类到碘图中，而导致细小钙化不被显示。本研究中动脉期虚拟平扫噪声值高于常规真实平扫图像，而静脉期虚拟平扫噪声值优于真实平扫。在以后虚拟平扫相关研究的应用中，细小钙化需要给予关注。

另外虚拟平扫能否替代真实平扫还取决于其图像质量是否良好。SNR和CNR作为客观评价图像质量的关键参数，其数值越高表示图像质量越高。本研究发现，双期VNC与TNC影像上各组织的SNR和CNR值差异无统计学意义，这与既往研究［34-36］结果一致。且静脉期虚拟平扫图像SNR和CNR均高于常规真实平扫和动脉期虚拟平扫。另有研究发现，在双源能谱CT中，虚拟平扫图像的主、客观影像质量均低于真实平扫图像［37］，推测可能是因为CT 扫描设备不同以及虚拟平扫技术不同等原因造成物质分离、抑碘不足或数据丢失等，从而出现部分碘物质仍存在于虚拟平扫中且图像中而无法完全抑制的情况。

此外，2位医师使用5分法对常规真实平扫与双期虚拟平扫3组图像进行主观评分，结果发现评分均值均在4分以上，并且3组图像组间评分差异无统计学意义，这表示虚拟平扫具有良好的影像质量，完全满足临床诊断需求。这与以往研究结果基本一致［22-30， 34-37］ ，为虚拟平扫取代常规平扫提供理论依据。

本研究还显示，在肺部双期增强扫描时，使用虚拟平扫技术替代常规平扫，扫描剂量可减少约1/3，这与以往研究［38］结果相仿。

本研究是一项回顾性、单中心研究且样本量较少；只评估了肺内部分实性结节，未对其他类型结节及含钙化病变进行分析。未来需要进行多中心、大样本、前瞻性研究，对病种类型扩充，进一步对本研究结论进行支持与补充。

综上所述，肺内部分实性结节患者虚拟平扫图像在降低辐射剂量的同时还能保证图像质量，具有替代常规真实平扫的潜质，值得推广。

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（编辑：熊一凡）