探討SAFIRE技術(shù)在降低胸部掃描劑量中的應(yīng)用價(jià)值

曹新志，沈君姝，郭輝，李昂，潘永泉

1.南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 a.醫(yī)學(xué)影像科；b.放療科， 江蘇 南京 210002；2.南京航空航天大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程系，江蘇南京 210016

0 前言

CT具有較高的密度分辨率且具備無組織重疊顯影等優(yōu)點(diǎn)，較X線平片而言，對(duì)肺部疾病的診斷具有較高的敏感性和特異性，是篩選肺癌的可靠手段。雖然CT檢查能夠獲得明確的診斷，但X線對(duì)患者也產(chǎn)生了一定的輻射損害。如何在獲得滿足診斷要求圖像的前提下，使受檢者接受盡可能低的輻射劑量，是近年來CT設(shè)備改進(jìn)和臨床探求的目標(biāo)之一[1]。肺部是含氣器官，組織對(duì)比度較高，射線吸收率很低，對(duì)胸部低劑量掃描提供了有利條件。過去應(yīng)用的是傳統(tǒng)的濾波反投影（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）重建算法，變動(dòng)管電壓或管電流會(huì)增加圖像噪聲和偽影，導(dǎo)致圖像質(zhì)量明顯下降[2]。而有研究表明，正弦圖確定迭代重建（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）技術(shù)相較于傳統(tǒng)的FBP算法可以有效降低圖像噪聲，提高圖像對(duì)比度，正在向臨床推廣[3]。本文旨在探討低劑量胸部CT結(jié)合SAFIRE（Strength 3級(jí)）技術(shù)在胸部掃描中的應(yīng)用價(jià)值，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

隨機(jī)選取2013年11月于我科進(jìn)行胸部CT檢查的80例患者，隨機(jī)分為兩組（對(duì)照組和低劑量組），每組各40例，無兒科患者被納入此研究。對(duì)照組：男23例，女17例，年齡20～70歲，平均（41.15±14.80）歲。低劑量組：男22例，女18例，年齡18～81歲，平均（40.38±18.71）歲?；颊呔鶡o呼吸系統(tǒng)癥狀，有能力完成屏氣掃描。測量并記錄患者的身高、體重，并計(jì)算其體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI），BMI= 體質(zhì)量（kg）/身高（m2）。根據(jù) 2001年中國成年人超重肥胖診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]，BMI＜18.5為瘦體型，18.5≤BMI＜24.0為中等體型，BMI≥24.0為肥胖體型。本研究所有患者的體質(zhì)量指數(shù)均＜25 kg/m2。

1.2 儀器與方法

采用Simens SOMATOM Perspective 64排128層螺旋CT。掃描范圍自胸廓入口至肺底，掃描前去除病人身上所有的金屬類物品，并對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，掃描時(shí)患者雙手舉過頭頂，開啟實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(shù)CARE Dose 4D[5]。對(duì)照組采用常規(guī)管電壓130 kV，最大管電流70 mAs，螺距1.3 cm，F(xiàn)OV 330 mm，轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，采用傳統(tǒng)的FBP重建技術(shù)，重建圖像層厚及間隔均為6 mm。低劑量組采用管電壓80 kV，其他掃描參數(shù)與對(duì)照組相同，采用SAFIRE（Strength3級(jí)）技術(shù)。重建數(shù)據(jù)傳至后處理工作站進(jìn)行最大密度投影（Maximal Intensity Projection，MIP）、容積重組（Volume Reformation，VR）、多平面重建（Multiple Planar Reconstruction，MPR）、最小密度投影（Mininum Intensity Projection，MinP）?；颊叩妮椛鋭┝繑?shù)據(jù)包括CT劑量指數(shù)（CT Dose Index，CTDI）和劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP），均自動(dòng)生成。

1.3 圖像分析

由1名經(jīng)驗(yàn)豐富的診斷醫(yī)師測量氣管分杈層面降主動(dòng)脈的CT值及其標(biāo)準(zhǔn)方差（Standard Deviation，SD），以及同層背部肌肉的CT值及其SD值，感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）＜1.0 cm2，各參數(shù)均在同一層面上重復(fù)測量3次，取平均數(shù)作為最終結(jié)果[6]。在降低管電壓進(jìn)行胸部低劑量掃描時(shí)，影響圖像質(zhì)量最主要的因素是縱隔中血管、肌肉等軟組織，因此測量時(shí)選擇的是縱隔窗而非肺窗[7]。通過測量上述參數(shù)，計(jì)算氣管分杈層面降主動(dòng)脈的信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）和對(duì)比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。CNR=（ROI降主動(dòng)脈-ROI背部肌肉）/背部肌肉SD值，SNR=ROI降主動(dòng)脈/背部肌肉SD值。

記錄每例患者的CTDI和DLP，并計(jì)算有效劑量（Effective Dose，ED）。ED=DLP×k，k為標(biāo)準(zhǔn)胸部轉(zhuǎn)換因子，根據(jù)2009年歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，k=0.0145。

所有圖像均在GE Centricity RA600圖像工作站顯示器上閱讀?？v隔窗觀察窗位40 HU，窗寬350 HU，肺窗窗位-520 HU，窗寬1450 HU。由兩名具有副高以上職稱的CT醫(yī)師采用雙盲法閱片，對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，主觀評(píng)價(jià)內(nèi)容包括圖像偽影、噪聲和病變檢出情況。采用5分制評(píng)分法[8-9]：① 5分為優(yōu)秀；② 4分為良好；③ 3分為可以接受；④ 2分為較差；⑤ 1分為不合格。意見不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商得出統(tǒng)一結(jié)論。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料均以均值±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較兩組患者CTDI、DLP、ED、SNR、CNR以及輻射劑量、噪聲的差異[10]，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用Kappa檢驗(yàn)比較不同醫(yī)師評(píng)分結(jié)果之間的一致性，Kappa≥0.75表示一致性較好，0.4≤Kappa＜0.75表示一致性中等，Kappa＜0.4表示一致性較差[11]。

2 結(jié)果

2.1 對(duì)照組和低劑量組輻射劑量比較

對(duì)照組的CTDI、DLP和ED均大于低劑量組，且差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組輻射劑量比較

2.2 對(duì)照組和低劑量組圖像質(zhì)量比較

2.2.1 氣管分杈層面降主動(dòng)脈CT值及其SD值比較

分析結(jié)果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動(dòng)脈CT值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），其SD值差異也無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見表2。

表2 兩組氣管分杈層面降主動(dòng)脈CT值及其SD值比較

2.2.2 氣管分杈層面降主動(dòng)脈SNR值比較

分析結(jié)果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動(dòng)脈SNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），相較于常規(guī)130 kV，低劑量80 kV下圖像噪聲會(huì)增加，但是采用SAFIRE（Strength 3級(jí)）技術(shù)后，圖像的信噪比與常規(guī)FBP重建圖像相比并未顯著下降，見表3。

表3 兩組氣管分杈層面降主動(dòng)脈SNR值比較

2.2.3 氣管分杈層面降主動(dòng)脈CNR值比較

分析結(jié)果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動(dòng)脈CNR值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。相較于常規(guī)130 kV和FBP重建方式，采用低劑量80 kV和SAFIRE（Strength 3級(jí)）技術(shù)獲取的圖像的對(duì)比噪聲比未顯著下降，見表4。

表4 兩組氣管分杈層面降主動(dòng)脈CNR值比較

2.2.4 兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分比較

所有患者的圖像質(zhì)量評(píng)分均≥3，可滿足醫(yī)生的診斷要求（圖1～2）。分析結(jié)果顯示，兩組圖像間主觀評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。兩名醫(yī)生對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性較好（Kappa=0.764），見表5。

圖1 低劑量組SAFIRE圖像，圖像質(zhì)量評(píng)分4.2

圖2 對(duì)照組FBP圖像，圖像質(zhì)量評(píng)分4.3

表5 兩組圖像間主觀評(píng)分比較

3 討論

由于肺部結(jié)構(gòu)自然對(duì)比度高，胸部低劑量CT掃描可以在降低輻射劑量的同時(shí)不影響病變檢出率。因此，胸部CT低劑量掃描的研究日益增多。1998年Sone等[12]報(bào)道，應(yīng)用低劑量CT普查肺癌的檢出率比常規(guī)X線胸片提高約10倍。如何在降低輻射劑量的同時(shí)獲得滿足診斷要求的圖像，是放射界一直以來關(guān)注的熱點(diǎn)課題。

近年來CT技術(shù)不斷完善，如機(jī)架采用短幾何設(shè)計(jì)，探測器采用稀土陶瓷材料，大大提高了光電轉(zhuǎn)換效率；探測器采用多通道設(shè)計(jì)，并使用飛焦點(diǎn)技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)采集量。這些技術(shù)的應(yīng)用使CT機(jī)的整機(jī)效率較之前有了很大的提高，從而為低劑量CT檢查奠定了技術(shù)基礎(chǔ)[13]。CT制造商也研發(fā)了各種降低CT輻射劑量的方法，如檢查模式、噪聲過濾器、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)技術(shù)CARE Dose 4D、后處理重建算法等。

SAFIRE技術(shù)早在40年前就已經(jīng)被推薦使用，直到最近幾年隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的提高才得到推廣。傳統(tǒng)的FBP算法必須在圖像銳利度和噪聲之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，圖像的噪聲與圖像細(xì)節(jié)的顯示不能同時(shí)得到改善，很難真正有效地降低輻射劑量[14]。而SAFIRE算法是一種基于原始數(shù)據(jù)空間的CT圖像迭代重建算法，與傳統(tǒng)的FBP算法相比，它可以不斷地與原始圖像進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)檢查類型不斷循環(huán)，具有較高的分辨率和較低的圖像噪聲，可最大限度地保留圖像的細(xì)節(jié)，從而重建出最佳的圖像質(zhì)量[15]。

Kalra等[16]研究認(rèn)為，與FBP重建技術(shù)相比，SAFIRE技術(shù)可在降低50%～70%輻射劑量的同時(shí)，更有效地去除圖像偽影、保證圖像質(zhì)量，使圖像更加細(xì)膩。Winklehner等研究表明[17]，在主動(dòng)脈CT血管成像中，SAFIRE技術(shù)可較常規(guī)FBP重建技術(shù)降低＞50%的輻射劑量，同時(shí)保證圖像質(zhì)量。

本研究在行80 kV低劑量胸部CT平掃時(shí)結(jié)合SAFIRE（Strength 3級(jí)）技術(shù)。結(jié)果表明，與管電壓130 kV并采用傳統(tǒng)的FBP重建方式相比，在其他掃描參數(shù)相同的情況下，SAFIRE（Strength 3級(jí)）技術(shù)可以降低約33%的有效劑量（與Kalra等研究結(jié)果基本一致）；經(jīng)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，兩組圖像的信噪比（SNR）與對(duì)比噪聲比（CNR）無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。通過對(duì)照組和低劑量組圖像質(zhì)量的比較發(fā)現(xiàn)，對(duì)于炎癥性病灶及其征象，如病灶密度、邊緣、鈣化、胸膜粘連增厚等，兩組圖像的顯示均無顯著差異；對(duì)于結(jié)節(jié)性病灶的顯示，如分葉、毛刺、鈣化、淋巴腫大、胸膜凹陷等，兩者也無顯著差異。

但本研究也有一定的局限性：① 本研究僅局限于西門子的一臺(tái)機(jī)器，并沒有在其他型號(hào)的機(jī)器上進(jìn)行測量比較；② 本研究只是通過少量患者得到的初步經(jīng)驗(yàn)；③ SAFIRE的強(qiáng)度等級(jí)共有5個(gè)[18]，而本實(shí)驗(yàn)采用的是強(qiáng)度3，不同強(qiáng)度等級(jí)之間是否存在差異還有待進(jìn)一步探討。

綜上所述，SAFIRE技術(shù)在低劑量胸部CT掃描中，可顯著降低圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量，具有一定的推廣意義。

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