迭代重建技術(shù)在HRCT低劑量下診斷肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)的可行性應(yīng)用

劉雯輝 曹黎明 黎良山 李斌

[摘要] 目的 評(píng)價(jià)不同水平的iDose4迭代重建技術(shù)在HRCT低劑量的條件下診斷肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)（pGGN）的可行性。 方法 選擇2014年10月1日～2016年4月1日在平湖市中醫(yī)院行常規(guī)胸部CT檢查并確診為pGGN的患者40例，應(yīng)用16排螺旋CT，設(shè)置4種不同的劑量條件（管電壓120 kV；管電流100、50、25、10 mAs）對(duì)40個(gè)5～13 mm的pGGN進(jìn)行HRCT檢查，分別應(yīng)用iDose4迭代重建技術(shù)和傳統(tǒng)的濾波反投影（FBP）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，并且有兩名有豐富經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行對(duì)不同劑量水平和不同重建技術(shù)的影像進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)利用Kappa分析進(jìn)行一致性評(píng)價(jià)以及測(cè)量每次檢查的圖像噪聲（MSD）、有效輻射量（ED）。 結(jié)果 不同管電流和圖像重建技術(shù)的條件下SD值比較，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；相同管電流條件下和不同重建技術(shù)的條件下SD值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；在不同管電流和圖像重建技術(shù)下肺實(shí)質(zhì)CT值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）；兩名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)分，Kappa=0.601，P = 0.000，一致性尚可；應(yīng)用傳統(tǒng)的FBP及iDose4技術(shù)，100 mAs對(duì)pGGN的可見度在4分等級(jí)上顯著高于50、25、10 mAs，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）；在50、25、10 mAs條件下，iDose4-4/7重建技術(shù)在高評(píng)分上顯示結(jié)節(jié)的數(shù)量顯著高于傳統(tǒng)的FBP重建技術(shù)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。 結(jié)論 應(yīng)用16排螺旋CT能夠在10 mAs的條件下檢查出pGGN，聯(lián)合iDose4迭代重建技術(shù)可以保證圖像并且滿足臨床診斷需求，同時(shí)可以進(jìn)一步減少對(duì)患者的輻射劑量，在早期肺癌篩查中值得臨床推廣。

[關(guān)鍵詞] 迭代重建技術(shù)；濾波反投影；肺磨玻璃密度；輻射劑量

[中圖分類號(hào)] R655.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2018）06（a）-0118-05

[Abstract] Objective To evaluate the feasibility of diagnosing pulmonary grinded glass nodule （pGGN） by different levels of iDose4 iterative reconstruction technology under low HRCT conditions. Methods Selected 40 cases of patients who was diagnosed as a glass-polluted nodule by conventional chest CT examination in Traditional Chinese Medicine Hospital of Pinghu City， from October 1 2014 to April 1 2016. 16-slice spiral CT was performed on 40 pulmonary nodular nodules whose diameter were 5 to 13 mm， took four different dose conditions （tube voltage 120 kV； tube current 100， 50， 25， 10 mAs）， reconstructed all the data by iDose4 iteration reconstruction techniques and traditional filtered backprojection （FBP）. Two experienced physicians were asked to evaluate images at different dose levels and different reconstruction techniques. Consistency assessment was conducted by Kappa analysis， and the image noise （MSD） and effective radiation dose （ED） was measured for each examination. Results The difference was statistically significant （P < 0.05） in SD values under different tube currents and image reconstruction techniques. The difference was statistically significant （P < 0.05） in SD values under the same tube current conditions and different reconstruction techniques. There was no significant difference（P > 0.05） in CT values of lung parenchyma under different tube currents and image reconstruction techniques. The consistency was good（Kappa=0.601， P = 0.000） between the two doctors， under traditional FBP and iDose4 technology， there was a statistically significant difference （P < 0.05） in the comparison of the visibility of pGGN at 100， 50， 25， 10 mAs. Under the condition of 50， 25， 10 mAs， there was a statistically significant difference （P < 0.05） in the number of nodules on the high score under the iDose4-4/7 reconstruction technique. Conclusion 16-slice spiral CT can be used to detect lung-dense glass nodules at 10 mAs， it can ensure images in the clinical combine with iDose4 iterative reconstruction technology. The radiation dose to the patient can be further reduced， and it is worthy of clinical promotion in early lung cancer screening.

[Key words] Iterative reconstruction technique； Filtered backprojection； Lung grinding glass density； Radiation dose

]

相關(guān)數(shù)據(jù)表示[1]：CT在普查高危人群肺癌的過程中，出現(xiàn)肺結(jié)節(jié)的比例為2.98%～19.24%，主要表現(xiàn)為肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)（pGGN）。pGGN屬于一種不具有特異性的影像學(xué)表現(xiàn)，其可能由多種病因引發(fā)，有的屬于良性病變，有的則是癌前病變，如：原位癌、惡性腫瘤等[2]。在檢查過程中，對(duì)于首次發(fā)現(xiàn)pGGN的患者，如果根據(jù)其影像學(xué)表現(xiàn)、強(qiáng)化特征暫時(shí)無法確診，而隨訪確實(shí)至關(guān)重要[3]。掃描過程中電離輻射對(duì)患者有著致癌的風(fēng)險(xiǎn)，并且也可以使pGGN惡變，因此，低劑量的CT掃描至關(guān)重要[4]。pGGN表現(xiàn)為肺局部密度增加，可以顯示出血管和支氣管，而低劑量的HRCT在其他掃描條件不變時(shí)，降低管電流來實(shí)現(xiàn)降低輻射劑量，若是降低輻射量，圖像質(zhì)量會(huì)相應(yīng)的變差，迭代重建技術(shù)恰好彌補(bǔ)了這一局限性，在胸部、腹部進(jìn)行CT掃描，可以結(jié)合迭代重建技術(shù)在降低輻射劑量的同時(shí)滿足診斷所需的圖像質(zhì)量[5]。本研究主要探究不同水平的iDose4迭代重建技術(shù)，評(píng)價(jià)HRCT低劑量掃描pGGN的可行性，現(xiàn)報(bào)道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2014年10月1日～2016年4月1日在平湖市中醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“我院”）行常規(guī)胸部CT檢查并確診為pGGN的患者40例，共64個(gè)結(jié)節(jié)，其中男25例，女15例，年齡39～74歲，平均（56.52±17.50）歲；體重指數(shù)≤22 kg/m2者共18例，體重指數(shù)16.47～22.14 kg/m2，平均（20.54±0.96）kg/m2，體重指數(shù)>22 kg/m2者共22例，體重指數(shù)22.45～35.62 kg/m2，平均（28.56±6.53）kg/m2。本次研究經(jīng)過我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有納入研究對(duì)象均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)[6]：患者肺內(nèi)存在確切的病灶，直徑≤30 mm（算出病灶橫斷面長(zhǎng)、寬值的平均值）并且病灶的長(zhǎng)寬直徑比≤3：2；患者結(jié)節(jié)的數(shù)量≤3個(gè)；患者身體具有一定強(qiáng)度的耐受性；患者5年內(nèi)未患有肺癌等其他惡性腫瘤的病史；患者及家屬對(duì)研究表示支持且簽定相關(guān)協(xié)議書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：患者精神狀態(tài)異常，不能夠積極配合研究人員實(shí)驗(yàn)；患者伴有嚴(yán)重心、肝、腎等臟器功能障礙；患者及家屬對(duì)研究表示反對(duì)，拒絕簽訂協(xié)議書。

1.3 方法

1.3.1 CT掃描方法 研究應(yīng)用SOMATOM Emotion 16-slice configuration螺旋CT給予患者進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：管電壓維持不變（120 kV），管電流分別為100、50、25、10 mAs，探測(cè)器準(zhǔn)直為128 mm×0.625 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.33 s，螺距為0.399，層厚1 mm，矩陣512×512，視野為3500 mm，采用高分辨率算法，給予每位患者掃描3次，每次掃描范圍相同，分別應(yīng)用iDose4-4、iDose4-7迭代重建技術(shù)和傳統(tǒng)的濾波反投影對(duì)圖像進(jìn)行相應(yīng)的重建。

1.3.2 圖像的分析 患者的圖像在CT圖像工作站上進(jìn)行閱讀，由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)師進(jìn)行閱片，采用醫(yī)師盲法，縱隔窗圖像窗位：60 HU，窗寬：400 HU，肺窗圖像的窗位：-450 HU，窗寬1400 HU。

1.3.3 輻射劑量計(jì)算 在掃描過程中分別記錄劑量下的CT劑量容積指數(shù)（CTDIvol）以及掃描長(zhǎng)度（L），參照公式①和公式②進(jìn)行計(jì)算有效劑量（ED）和劑量長(zhǎng)度乘積（DLP），①：DLP（ mGy·cm）=CTDIvol（ mGy） ×L （cm） ：②：ED （ mSv） =DLP（mGy·cm）×k；公式①的參考系數(shù)k和患者自身的體位相關(guān)，具體詳細(xì)參考文獻(xiàn)，常規(guī)胸部掃描的k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.4 觀察指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

觀察指標(biāo)[7]：①由兩名具有豐富的經(jīng)驗(yàn)醫(yī)師，對(duì)圖像重建技術(shù)完全不知情的條件下定量隨機(jī)抽取的重建序列，分別有上、中、下3個(gè)層面軸位1 mm圖像的標(biāo)準(zhǔn)差（SD）及CT值，具體包括：肺尖胸鎖關(guān)節(jié)水平面、靠近主動(dòng)脈肺動(dòng)脈窗水平面和右下肺靜脈水平面，每一層水平面分別劃分3個(gè)感興趣區(qū)（ROI≈10 mm2），記錄患者的SD值和CT值，最后計(jì)算出CT值的標(biāo)準(zhǔn)差平均值（MSD）。②根據(jù)兩名閱片醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定表格，并且由Kappa分析對(duì)兩者評(píng)估的一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)。③最后對(duì)比由于應(yīng)用iDose4-4、iDose4-7迭代重建技術(shù)和傳統(tǒng)的濾波反投影對(duì)pGGN的可見度評(píng)分。

結(jié)節(jié)圖像顯示分標(biāo)準(zhǔn)：參照Nahorecki等[8]的相關(guān)文獻(xiàn)：結(jié)節(jié)不可見，完全不能夠滿足圖像診斷需求，臨床評(píng)價(jià)為1分；結(jié)節(jié)邊界模糊但可見，臨床評(píng)分2分；結(jié)節(jié)可見但邊界稍模糊，臨床評(píng)分3分；結(jié)節(jié)清晰可見，臨床評(píng)分4分。

圖像質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：圖像質(zhì)量差，縱膈和胸壁結(jié)構(gòu)噪聲大，縱膈邊緣模糊不能滿足臨床診斷，判定為1分；圖像質(zhì)量一般，部分存在偽影，臨床判定為2分；圖像模棱兩可，臨床判定為3分；圖像質(zhì)量較好，能夠滿足臨床診斷，判定為4分；圖像質(zhì)量非常好，臨床判定為5分。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，正態(tài)多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)，非正態(tài)分布采用秩和檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)；以P < 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。統(tǒng)計(jì)不同技術(shù)在4種不同電流條件的SD值，并繪制成折線統(tǒng)計(jì)圖；針對(duì)于兩名醫(yī)師對(duì)圖像評(píng)估采用Kappa檢驗(yàn)，評(píng)估主觀圖像質(zhì)量的一致性（P < 0.4，認(rèn)為一致性較差；0.4 ≤ P < 0.75，認(rèn)為一致性尚可；P ≥ 0.75認(rèn)為一致性較好）。

2 結(jié)果

2.1 不同條件下輻射量

管電流分別為100、50、25、5 mAs條件下，分別對(duì)應(yīng)的CTDI vol（mGy）：6.4、3.2、1.6、0.6；DLP（mGy·cm）：209.1、104.6、52.3、20.9；ED（mSv）：2.93、1.46、0.73、0.29。

2.2 同管電流及重建技術(shù)下的圖像噪聲MSD值比較

MSD值在不同管電流和相同圖像重建技術(shù)的條件比較，以及在相同管電流和不同圖像重建技術(shù)的比較中，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），并且可以看出管電流越小，MSD值越高。分別進(jìn)行組間兩兩比較：相同重建技術(shù)，不同管電流下兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）：相同管電流，不同重建技術(shù)兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。見表1。

2.3 不同管電流及重建技術(shù)下的圖像CT值對(duì)比

患者掃描肺實(shí)質(zhì)CT值在不同管電流和圖像重建技術(shù)中，各組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P > 0.05）。見表2。

2.4 兩名閱片醫(yī)師的對(duì)圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)一致性

同一組圖像重建技術(shù)內(nèi)，隨著管電流的減少，圖像質(zhì)量評(píng)分降低，而采用iDose4重建技術(shù)的算法較傳統(tǒng)的FBP技術(shù)評(píng)分相對(duì)較高，兩名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)分，Kappa=0.601，P = 0.000，兩者一致性尚可（0.4 ≤ P < 0.75）。見表3。

2.5 不同重建技術(shù)及管電流的肺結(jié)節(jié)評(píng)分

應(yīng)用傳統(tǒng)的FBP及iDose4技術(shù)，100 mAs對(duì)pGGN的可見度在4分等級(jí)上顯著高于50、25、10 mAs，與相同重建技術(shù)100、50、25、10 mAs比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05）。見表4。

3 討論

臨床上，檢查肺部疾病應(yīng)用的諸多影像學(xué)方法中，CT屬于最敏感的檢查手段，并且也屬于最具有診斷價(jià)值的方法之一[9]。近幾年來，隨著多層螺旋CT的的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件和多種圖像處理技術(shù)的改善，臨床應(yīng)用的頻率也越來越多，而CT檢查所帶來的輻射致癌和放射防護(hù)的安全問題開始成為相關(guān)研學(xué)者的研究熱點(diǎn)[10]。有關(guān)報(bào)道表明[11]：若是患者在標(biāo)準(zhǔn)輻射量的基礎(chǔ)上，每增加10 mSv的輻射量，其死亡率會(huì)相應(yīng)的增加0.05%。另有外國(guó)文獻(xiàn)顯示[12]：美國(guó)人群中，癌癥病例中的2%～3%可能是屬于CT掃描輻射所造成的。關(guān)于輻射劑量的問題，應(yīng)該符合國(guó)際放射防護(hù)協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)原則：實(shí)踐輻射防護(hù)的最優(yōu)化、個(gè)人劑量限制化。因此，低劑量條件下，獲得的圖像能否滿足臨床需要，是國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員的重要課題。低劑量的迭代重建技術(shù)如今在CT領(lǐng)域?qū)儆谳^新的研究熱點(diǎn)，它具有降低噪聲、保證圖像質(zhì)量的前提下明顯減少輻射劑量，和常規(guī)的濾波反投影相比較有著重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和前景。國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者表明[13-16]：行胸部、腹部的掃描，應(yīng)用自適應(yīng)的迭代重建技術(shù)可以在顯著減少的輻射劑量的條件下[17-18]獲得滿足臨床需求的圖像質(zhì)量。

由于肺組織的天然高對(duì)比和肺組織放射線的低吸收性，肺部的低劑量CT的實(shí)施是完全可行的。CT掃描的輻射量和管電流、管電壓、層厚、曝光時(shí)間和掃描容積等參數(shù)相關(guān)，隨著多層螺旋CT的發(fā)展，其曝光時(shí)間逐漸減少，曝光時(shí)間約2 s，管電壓決定X線的穿透性，若是降低管電壓則會(huì)使輻射劑量降低，同時(shí)也降低了X線的劑量，而患者吸收的輻射比例隨著增加，導(dǎo)致受照劑量和圖像質(zhì)量的比例破壞。Prakash 等[19]研究報(bào)道：發(fā)射極亮和管電流存在相關(guān)慣性，X線的管電流主要決定陰極發(fā)射的電子數(shù)目，若是管電流減少，電子數(shù)目隨著減少，在保持管電壓不變的條件下，可以有效的達(dá)到降低輻射劑量的目的。Hara等[20]研究表示：若是管電流小于20 mAs，圖像則會(huì)出現(xiàn)偽影，并且不能夠滿足臨床診斷，容易出現(xiàn)漏診。Leipsic等[21]表示：CT檢查中，若CT值低于-800 HU，檢查出肺小結(jié)節(jié)的漏診率可高達(dá)60%以上。

本研究結(jié)果中可以看出應(yīng)用不同的管電流（100、50、25、10 mAs），患者所接受的輻射劑量會(huì)出現(xiàn)差異，隨著管電流的減低，其受輻射劑量也會(huì)相應(yīng)的減低。表1顯示SD值在不同管電流和圖像重建技術(shù)的條件相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P < 0.05），并且可以看出管電流越小，SD值越高。相同管電流條件下，SD值在不同重建技術(shù)中的差別較為顯著（P < 0.05），表明了迭代重建算法iDose4技術(shù)能夠顯著降低SD值，iDose4水平越高，SD值降低越明顯；表2可以看出患者掃描肺實(shí)質(zhì)CT值在不同管電流和圖像重建技術(shù)中，各組差別不顯著（P > 0.05），CT值屬于X線穿透機(jī)體衰減的測(cè)量值，屬于檢測(cè)對(duì)X線吸收劑量的間接數(shù)據(jù)，研究采用了不同管電流和重建技術(shù)后，測(cè)量肺實(shí)質(zhì)的CT，證實(shí)了兩者的變化對(duì)肺實(shí)質(zhì)的CT值測(cè)量無影響；表3顯示兩名醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)分，Kappa = 0.601，P = 0.000，兩者一致性尚可（0.4 ≤ P < 0.75），說明了同一組圖像重建技術(shù)內(nèi)，隨著管電流的減少，圖像質(zhì)量評(píng)分降低，而采用iDose4重建技術(shù)的算法較傳統(tǒng)的FBP技術(shù)評(píng)分相對(duì)較高，另一方面表明本研究對(duì)圖像質(zhì)量的評(píng)估降低了一定的人為因素，增加了研究的準(zhǔn)確性；表4可出應(yīng)用傳統(tǒng)的FBP及iDose4技術(shù)，100 mAs對(duì)pGGN的可見度在4分等級(jí)上顯著高于50、25、10 mAs，而在50、25、10 mAs條件下，iDose4-4/7重建技術(shù)在高評(píng)分上顯示結(jié)節(jié)的數(shù)量顯著高于傳統(tǒng)的FBP重建技術(shù)（P < 0.05），表明了隨著管電流的下降，結(jié)節(jié)的可見度也隨著下降，而在管電壓不變，管電流為10 mAs結(jié)合iDose4迭代重建技術(shù)時(shí)，圖像中結(jié)節(jié)的可見度可以滿足臨床診斷的需求，并且可以有效的降低患者收的輻射劑量，降低了致癌率。

綜上所述，應(yīng)用16排螺旋CT能夠在10 mAs的條件下檢查出pGGN，聯(lián)合iDose4迭代重建技術(shù)可以保證圖像并且滿足臨床診斷需求，同時(shí)可以進(jìn)一步減少對(duì)患者的輻射量，在早期肺癌篩查中值得臨床推廣。

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