高分辨靶重建模式優(yōu)化寶石CT成像

陳麥林，李曉婷，孫應(yīng)實(shí)

(北京大學(xué)腫瘤醫(yī)院暨北京市腫瘤防治研究所醫(yī)學(xué)影像科 惡性腫瘤發(fā)病機(jī)制及轉(zhuǎn)化研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100142)

在多排CT成像中，臨床常利用小焦點(diǎn)、縮小掃描野等方式來(lái)提高空間分辨率[1-4]，但存在隨著CT探測(cè)器增寬，錐形束偽影加重、亞秒級(jí)速度難以繼續(xù)提高及輻射劑量高等問(wèn)題。寶石CT利用大小焦點(diǎn)瞬時(shí)切換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的容積采集，可大大提高空間分辨率，解決改善圖像質(zhì)量和降低輻射劑量之間的矛盾[5]。本研究對(duì)體模進(jìn)行寶石CT容積掃描，探討小顯示視野(display field of view, DFOV)成像時(shí)不同掃描視野(scanning field of view, SFOV)或分辨模式對(duì)圖像質(zhì)量的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器與方法 采用GE Discovery CT750 HD掃描儀及Catphan 500模體(由CTP 528模塊、CTP 515模塊、CTP 401模塊、CTP 486模塊組成)。以不同大小SFOV(50 cm及32 cm)對(duì)模體進(jìn)行高分辨或非高分辨成像。參數(shù)：管電壓120 kV，管電流50 mA、噪聲指數(shù)12，掃描類型為螺旋掃描，探頭覆蓋40 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間40 s，層厚5 mm，螺距0.516。根據(jù)掃描模式不同分4組：A組，SFOV 50 cm+非高分辨成像；B組，SFOV 50 cm+高分辨成像；C組，SFOV 32 cm+非高分辨成像；D組，SFOV 32 cm+高分辨成像。每組重復(fù)掃描3次，對(duì)原始數(shù)據(jù)以DFOV 25 cm進(jìn)行 STAND算法重建。每次選4套圖像，每組共12套圖像均傳至GE AW 4.4后處理工作站。

1.2 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 所有圖像均隨機(jī)顯示，且不顯示掃描參數(shù)。由2名具有5年以上診斷經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立盲法測(cè)量并評(píng)價(jià)圖像。

空間分辨率：在標(biāo)準(zhǔn)算法重建圖像上，窗寬調(diào)至0，調(diào)節(jié)窗位來(lái)分辨出一組最小的線對(duì)卡，記錄其對(duì)應(yīng)的分辨率尺寸，此時(shí)空間分辨率的數(shù)值越小說(shuō)明空間分辨率越高。密度分辨率：參考胡敏霞等[6]進(jìn)行模體實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)密度分辨率的主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，選對(duì)比度為1%、直徑為9.0 mm的小球作為觀察對(duì)像，2名醫(yī)師分別記錄分辨率尺寸，取平均值。窗寬、窗位按以下公式計(jì)算：WL=(CTW+CTM)/2，WW=(CTW-CTM)+5SDMAX(WL：窗位；WW：窗寬；CTW：水的CT值；CTM：低對(duì)比物質(zhì)的CT值；SDMAX：2種物質(zhì)ROI中較大的標(biāo)準(zhǔn)差)；測(cè)量CTP 401模塊中4種感光度靶面的CT值時(shí)，ROI取70 mm×70 mm，采用標(biāo)準(zhǔn)算法。圖像噪聲為2個(gè)ROI CT值標(biāo)準(zhǔn)差的均值，即噪聲=(SDROI1+SDROI2)/2；CNR=(CTROI1-CTROI2)/噪聲；SNR=CTROI1/噪聲；ROI置于模塊CTP 486中央，固定ROI的面積為4 006 mm×4 006 mm。各參數(shù)均在連續(xù)層面上重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。各組的輻射劑量以CT容積劑量指數(shù)(CT dose index, CTDIvol)表示。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示。4組間噪聲、CNR、SNR、空間分辨率和密度分辨率的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法。2名醫(yī)師對(duì)圖像主觀評(píng)價(jià)的一致性比較采用Kappa檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 4組噪聲、SNR和CNR比較 A、B、C、D組圖像噪聲逐漸增高，且4組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。兩兩比較顯示，C、D組較A組增大(P均<0.01)；B、C組較D組減低(P均<0.05)；B與C組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

A、B、C、D組CNR逐漸減低，且4組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。兩兩比較顯示，除C組與A組、D組與A組外，余組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

A、B、C、D組SNR逐漸減低，且4組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。兩兩比較顯示，除A組與C、D組，B與D組外，余組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

2.2 4組間空間分辨率及密度分辨率比較 4組圖像空間分辨率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。兩兩比較，除A與B組、C組與B組外(P<0.01，圖1)，其余組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。2名觀察者對(duì)4組圖像空間分辨率測(cè)量的一致性為83.3%～100%。

4組圖像密度分辨率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.03)。兩兩比較，除B與D組外(P=0.02,圖2)，其余組間比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。2名觀察者間對(duì)4組圖像密度分辨率測(cè)量的一致性為78.4%～83.2%。

2.3 4組間輻射劑量 A、B、C、D組CTDIvol值分別為3.07、3.26、2.55、2.85 mGy。與A組相比，B組輻射劑量增加了6.19%，C組和D組的輻射劑量分別下降了16.94%、7.17%。

表1 4組圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的比較(±s)

表1 4組圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的比較(±s)

組別噪聲(HU)CNRSNR空間分辨率(Lp/cm)密度分辨率(mm)A組12．24±1．2062．63±10．0072．78±10．980．83±0．005．25±1．06B組13．55±0．7857．03±6．6466．17±7．180．75±0．065．83±0．83C組14．29±1．3853．31±7．7161．60±8．420．83±0．005．17±0．83D組15．74±1．4248．34±6．6555．90±7．280．79±0．064．75±0．62F值17．267．048．2310．083．30P值<0．01<0．01<0．01<0．010．03

注：空間分辨率數(shù)值越小，說(shuō)明空間分辨率越高

圖1 Catphan 500模體CTP 528模塊空間分辨率線對(duì)圖 A.A組； B.B組； C.C組； D.D組 圖2 Catphan 500模體CTP 515模塊密度分辨率圖(對(duì)比度1%) A.A組； B.B組； C.C組； D.D組

3 討論

CT成像中常利用小焦點(diǎn)、縮小SFOV、減少層厚等“靶掃描”或“高分辨掃描”方法，以進(jìn)一步提高空間分辨率[1-4]。但模體研究[7]發(fā)現(xiàn)，多排螺旋CT和單排螺旋CT的高分辨掃描圖像質(zhì)量相同，當(dāng)層厚<5 mm時(shí)，多排MSCT對(duì)低對(duì)比物質(zhì)的顯示較單排CT差[8]。本研究通過(guò)寶石CT對(duì)Catphan 500模體掃描，觀察靶重建模式對(duì)于優(yōu)化寶石CT成像的價(jià)值。

圖像噪聲是指在均勻物質(zhì)影像中，給定區(qū)域CT值相對(duì)其平均值的變異。圖像噪聲與CT探測(cè)器接收的光子數(shù)成反比。在圖像層厚、螺距、管電壓、劑量等相同的情況下，圖像噪聲與像素大小明顯相關(guān)[9]。隨著SFOV的縮小，像素大小也相應(yīng)縮小，像素內(nèi)包含的光子數(shù)減少，而圖像噪聲與CT探測(cè)器接收的光子數(shù)呈反比[7，9]，故圖像噪聲增加，可解釋SFOV 32 cm時(shí)高/非高分辨成像時(shí)圖像噪聲較SFOV 50 cm時(shí)高/非高分辨成像增加的原因。

本研究發(fā)現(xiàn)，層厚、矩陣、管電壓及管電流等掃描參數(shù)相同，不開啟高分辨模式時(shí)，SFOV 50 cm圖像的SNR，均高于SFOV 32 cm成像;開啟高分辨模式時(shí)，SFOV 50 cm圖像的SNR較SFOV 32 cm也明顯增加。

空間分辨率主要受球管焦點(diǎn)大小、探測(cè)器孔徑大小、掃描層厚、矩陣等因素影響。在其他掃描參數(shù)相同時(shí)，開啟高分辨模式，圖像空間分辨率增加，本研究中SFOV 50 cm+高分辨成像時(shí)空間分辨率高于SFOV 50 cm+非高分辨成像；且SFOV 50 cm掃描時(shí)較SFOV 32 cm時(shí)射線的濾過(guò)相對(duì)少[3-4，10]，有效光子數(shù)增多，噪聲減低，故SFOV 50 cm+高分辨成像的空間分辨率也高于SFOV 32 cm的非高分辨成像。

密度分辨率大小取決于X線束的能量分布[9，11-13]。本研究SFOV 32 cm+高分辨成像的密度分辨率小于SFOV 50 cm+高分辨成像，可能是由于SFOV 32 cm的X線束能量較SFOV 50 cm能量分布相對(duì)集中;此外，噪聲、模體大小[12]、重建算法[3-4,13]和系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函等影響也不可避免。

本研究發(fā)現(xiàn)，在保證相對(duì)較高CNR和SNR的基礎(chǔ)上，采用SFOV 50 cm+高分辨成像方式，可明顯提高寶石CT圖像的空間分辨率。上述結(jié)果提示，在實(shí)際工作中，對(duì)于密度分辨率要求不高的部位，如肺組織，SFOV 50 cm+高分辨模式可能明顯優(yōu)于其他成像方式，且僅需采用寶石CT進(jìn)行常規(guī)大SFOV的高分辨掃描，而不必單獨(dú)增加小SFOV掃描，可減少曝光次數(shù)、降低輻射劑量。

本研究?jī)H為模體實(shí)驗(yàn)，且僅采用單一的標(biāo)準(zhǔn)重建算法，而未采用高分辨成像傳統(tǒng)骨算法或其他算法，為其主要局限性。臨床工作中，人體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，觀察不同病變時(shí)對(duì)于圖像質(zhì)量要求的側(cè)重點(diǎn)不同，且對(duì)不同體型受檢者，在特定觀察目的下如何搭配大、小SFOV，以及是否加用高分辨模式，均需詳加考察。

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《磁共振成像技術(shù)手冊(cè)》(第4版)出版發(fā)行

《磁共振成像技術(shù)手冊(cè)》(第4版)出版發(fā)行由南京軍區(qū)南京總醫(yī)院王駿主譯的《磁共振成像技術(shù)手冊(cè)》(第4版)出版發(fā)行。該書原著作者凱琳·韋斯特布魯克。本書納入了磁共振成像新技術(shù)和新進(jìn)展，是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)工作所必不可少的。本書論述精辟，可以引導(dǎo)初學(xué)者直接了解掃描技術(shù)，幫助更多有經(jīng)驗(yàn)的放射技師提高圖像質(zhì)量。該書詳細(xì)介紹了與掃描相關(guān)的主要理論，同時(shí)也包括操作技巧、門控技術(shù)、設(shè)備的使用、患者的防護(hù)與安全以及對(duì)比劑的應(yīng)用等。循序漸進(jìn)地指導(dǎo)操作者如何對(duì)每個(gè)解剖部位進(jìn)行檢查，包括檢查的適應(yīng)證、患者的定位、脈沖序列、偽影和優(yōu)化圖像質(zhì)量的技巧等。

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