前置自適應統(tǒng)計迭代重建技術對體模肺純磨玻璃結(jié)節(jié)圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響

李 瑩，艾娜娜，張穎穎，付玉存，蔣 炯，牛丹丹，翟艷慧，賈守強*

(1.泰山醫(yī)學院附屬萊蕪醫(yī)院影像科，山東 萊蕪 271199；2.聊城市人民醫(yī)院影像科，山東 聊城 252002；3.GE中國CT影像研究中心，上海 201203)

隨著MSCT的廣泛應用及早期肺癌篩查工作的開展，肺小結(jié)節(jié)、特別是肺純磨玻璃結(jié)節(jié)(pure ground glass nodule， pGGN)的檢出率明顯提高。pGGN是非特異性的影像學表現(xiàn)，可由良性病變引起，如肺淋巴組織回流障礙、局灶性肺間質(zhì)纖維化、出血等；或是癌前病變，如非典型腺瘤樣增生、原位腺癌；也可能為惡性病變，如浸潤性腺癌[1]。對于初次發(fā)現(xiàn)的pGGN，如果根據(jù)形態(tài)學或強化特點無法判斷良惡性，一般采用低劑量CT進行定期隨訪。目前應用低劑量CT的普遍方法為掃描時采用低輻射劑量的掃描條件，并在重建圖像時應用迭代重建技術對圖像質(zhì)量進行補償[2]。本研究分析高分辨率Revolution CT不同權(quán)重前置自適應統(tǒng)計迭代重建技術(prescribed adaptive statistical iterative reconstruction V， Pre-ASiR-V)對pGGN圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響，以尋找最佳Pre-ASiR-V權(quán)重。

1 材料與方法

1.1 儀器與方法 采用仿真男性胸部體模(Multipurpose Chest Phantom N1“LUNGMAN”)，該體模由胸壁、縱隔、肺和椎體組成，以組織等效材料制成，各部位幾何尺寸及X線衰減性能與人體組織等效，體模內(nèi)含有4個pGGN，CT值為-630 HU，直徑分別為5 mm、8 mm、10 mm和12 mm，隨機分布于雙側(cè)肺野的上、中、下肺層面。

采用GE Revolution CT 16 cm寬體探測器，管電壓120 kV，自動毫安技術(9～434 mA)，螺距0.992∶1，球管旋轉(zhuǎn)速度0.5 s/rot，噪聲指數(shù)(noise index， NI)預設為11，掃描層厚0.625 mm，分別以Pre-ASiR-V權(quán)重為0、20%、40%、60%、80%和100%進行掃描，掃描范圍自胸廓入口至膈肌水平，獲得6組圖像。

1.2 圖像處理 于GE AW4.6工作站以骨算法重建圖像，重建層厚0.625 mm。選擇圓形ROI，面積為20 mm2，放置于4個結(jié)節(jié)顯示最大層面及其鄰近上下層面的心臟部位，測量其SD值，取其平均值作為每組圖像的平均噪聲值。

1.3 輻射劑量 記錄各組圖像的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index volume， CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product， DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose， ED)，計算公式為ED(mSv)=DLP(mGy·cm)×k，其中k為轉(zhuǎn)換系數(shù)，胸部掃描時，k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.4 圖像質(zhì)量評價 由2名有10年以上工作經(jīng)驗的影像科醫(yī)師采用盲法對各組肺窗圖像中pGGN的圖像質(zhì)量進行主觀評價。評價標準：4分，結(jié)節(jié)邊界清晰；3分，結(jié)節(jié)可見，但邊界稍模糊；2分，結(jié)節(jié)邊界不清，但尚可見；1分，結(jié)節(jié)不可見。以評分≥3分為符合診斷標準。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。6組圖像間平均噪聲的比較采用單因素方差分析。以Kappa檢驗評價2名醫(yī)師主觀評分的一致性，Kappa≥0.75為一致性較好，0.40≤Kappa<0.75為一致性中等，Kappa<0.40為一致性較差。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像平均噪聲 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%的6組圖像平均噪聲分別為(17.93±2.20)HU、(17.30±3.68)HU、(18.20±3.44)HU、(18.80±0.20)HU、(19.87±2.56)HU和(15.90±4.56)HU，組間總體差異無統(tǒng)計學意義(F=0.568，P=0.723)。

2.2 輻射劑量 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%時，圖像ED分別為7.40 mSv、5.16 mSv、3.36 mSv、1.97 mSv、0.97 mSv和0.33 mSv，隨著Pre-ASiR-V權(quán)重的升高而逐漸降低。與Pre-ASiR-V權(quán)重為0的圖像比較，Pre-ASiR-V為20%、40%、60%、80%和100%的圖像ED分別降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%(表1)。

表1 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%時圖像輻射劑量

2.3 圖像主觀評分的一致性 2名醫(yī)師對pGGO圖像的主觀評分一致性較好(Kappa=0.778，P=0.003)。6組圖像評分均≥3分，符合臨床診斷標準。Pre-ASiR-V權(quán)重為80%及100%圖像的主觀評分略低(圖1)。Pre-ASiR-V權(quán)重為0～60%圖像的主觀評分均為4分；Pre-ASiR-V權(quán)重為80%組圖像有3個結(jié)節(jié)評分為3分，1個結(jié)節(jié)為4分；Pre-ASiR-V權(quán)重為100%圖像的主觀評分均為3分。

3 討論

胸部CT廣泛應用于臨床，CT檢查中的輻射劑量成為臨床關注的熱點。1998年，Sone等[3]報道采用低劑量CT進行肺癌篩查，發(fā)現(xiàn)肺癌檢出率較常規(guī)X線胸片可提高約10倍。2012年，美國國立綜合癌癥網(wǎng)更新了肺癌篩查指南，推薦肺癌篩查采用非增強低劑量CT掃描[4]，輻射劑量為標準劑量的10%～30%。

低劑量檢查雖可降低輻射劑量，但不可避免地伴隨著圖像質(zhì)量的降低，可能導致漏診或誤診病變。Funama等[5]以MSCT對含pGGN的體模進行掃描，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低劑量CT(管電流分別為21 mAs和45 mAs)圖像中，CT值>-650 HU的pGGN的漏檢率分別為17%和8%，提示低劑量CT對體模中pGGN的檢出存在一定限度。本研究結(jié)果顯示，隨著Pre-ASiR-V權(quán)重增加，在保證圖像質(zhì)量的同時，可降低輻射劑量。既往研究[6-9]結(jié)果表明，在胸、腹部CT檢查中，迭代重建技術可在保持圖像質(zhì)量的基礎上有效降低輻射劑量，但以往的迭代重建技術多為后置迭代重建技術。而Revolution CT的Pre-ASiR-V可在制定掃描計劃時即設定前置權(quán)重，在NI不變的前提下降低管電流，并達到降低輻射劑量的效果[10]。因此，選擇最佳前置權(quán)重十分重要。

有學者[11]采用320層容積CT、低劑量方案掃描仿真體模內(nèi)模擬肺實性小結(jié)節(jié)，認為限制低劑量CT肺小結(jié)節(jié)檢出的因素是圖像噪聲，而非空間分辨率。本研究結(jié)果表明，隨著Pre-ASiR-V權(quán)重增大，圖像的平均噪聲差異無顯著變化(F=0.568，P=0.723)，但ED依次降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%，提示Pre-ASiR-V權(quán)重的增大對圖像質(zhì)量影響較小，但可顯著降低輻射劑量。然而Pre-ASiR-V權(quán)重并非越大越好。已有研究[10,12]表明，權(quán)重增大到一定程度后，縱隔窗圖像可出現(xiàn)蠟像樣偽影，肺內(nèi)細小結(jié)構(gòu)邊緣出現(xiàn)臺階樣偽影，減弱組織結(jié)構(gòu)界面的對比，從而導致主觀評分下降。本研究的主觀評分結(jié)果表明，隨著Pre-ASiR-V權(quán)重增大，pGGN圖像的主觀評分有下降趨勢，邊界逐漸模糊，Pre-ASiR-V 80%及100%的主觀評分較0、20%、40%、60%略低，但均可滿足臨床診斷要求。

圖1 不同Pre-ASiR-V權(quán)重下仿真男性胸部體模圖像 A～F.分別為Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%的圖像，結(jié)節(jié)位于右肺下葉背段胸膜下，A～D圖像主觀評分均為4分，E、F圖像評分為3分

本研究結(jié)果表明，NI設定為11時，Pre-ASiR-V的設置對高分辨率圖像的圖像質(zhì)量無顯著影響，但可顯著降低輻射劑量。Pre-ASiR-V權(quán)重為60%時，圖像評分為4分，但輻射劑量已降至權(quán)重為0時的26.62%，提示Pre-ASiR-V最佳權(quán)重為60%。

本研究的局限性：由于模型限制，僅模擬了直徑≥5 mm的pGGN，未將直徑<5 mm的pGGN納入研究。人體實際掃描中，肺內(nèi)結(jié)構(gòu)更加復雜，且呼吸、心臟搏動等運動偽影均可影響對結(jié)節(jié)的檢出，有待臨床研究加以評估。

[參考文獻]

[1] Lim HJ, Ahn S, Lee KS, et al. Persistent pure ground-glass opacity lung nodules≥10 mm in diameter at CT scan: Histopathologic comparisions and prognostic implications. Chest, 2013,144(4):1291-1299.

[2] Ohno Y, Yaguchi A, Okazaki T, et al. Comparative evaluation of newly developed model-based and commercially available hybrid-type iterative construction methods and filter back projection method in terms of accuracy of computer-aided volumetry (CADv) for low-dose CT protocols in phantom study. Eur J Radiol, 2016,85(8):1375-1382.

[3] Sone S, Takashima S, Li F, et al. Mass screening for lung cancer with mobile spiral computed tomography scanner. Lancet, 1998,351(9111):1242-1245.

[4] 周瑩，劉士遠.美國國立綜合癌癥網(wǎng)肺癌篩查指南解讀(2012).腫瘤影像學，2013，22(4)：331-335.

[5] Funama Y, Awai K, Liu D, et al. Detection of nodules showing ground-glass opacity in the lungs at low-dose multidetector computed tomography: Phantom and clinical study. J Comput Assist Tomogr, 2009,33(1):49-53.

[6] Wenz H, Maros ME, Meyer M, et al. Intra-individual diagnostic image quality and organ-specific-radiation dose comparison between spiral cCT with iterative image reconstruction and z-axis automated tube current modulation and sequential cCT. Eur J Radiol Open, 2016,3:182-190.

[7] Hara AK, Paden RG, Silva AC, et al. Iterative reconstruction technique for reducing body radiation dose at CT: Feasibility study. AJR Am J Roentgenol, 2009,193(3):764-771.

[8] Leipsic J, Nguyen G, Brown J, et al. A prospective evaluation of dose reduction and image quality in chest CT using adaptive statistical iterative Reconstruction. AJR Am J Roentgenol, 2010,195(5):1095-1099.

[9] Prakash P, Kalra MK, Kambadakone AK, et al. Reducing abdominal CT radiation dose with adaptive statistical iterative reconstruction technique. Invest Radiol, 2010,45(4):202-210.

[10] 張卓璐，劉卓，綦維維，等．基于多模型的迭代重建算法在胸部低劑量CT篩查中的應用．中國介入影像與治療學，2015，12(11)：691-695．

[11] Silverman JD, Paul NS, Siewerdsen JH. Investigation of lung nodule detectability in low-dose 320-slice computed tomography. Med Phys, 2009,36(5):1700-1710.

[12] 王艷，史大鵬，朱紹成，等．比較以自適應性統(tǒng)計迭代重建技術和濾過反投影重建的低劑量腹部CT的圖像質(zhì)量．中國醫(yī)學影像技術，2012，28(10)：1902-1905．