掃描及重建參數(shù)對肺磨玻璃結(jié)節(jié)體積測量影響的體模研究

李 艷，程 勇，馮茜茜，沈 倩，蘭永樹

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，四川 瀘州 646000)

隨著CT篩查的普及CT技術(shù)的發(fā)展，小、中等肺結(jié)節(jié)的檢出率越來越高，其中多數(shù)為良性[1]，無需進(jìn)一步的臨床干預(yù)，因此需長期隨訪觀察來評估肺結(jié)節(jié)。Walter等[2]認(rèn)為，結(jié)節(jié)處理是以體積和倍增時(shí)間為基礎(chǔ)，因此結(jié)節(jié)體積測量的可重復(fù)性及準(zhǔn)確率尤為重要。相較于人工測量，利用后處理軟件進(jìn)行三維體積測量更具準(zhǔn)確性[3]，但在復(fù)查隨訪的臨床工作中掃描及重建的條件不一致可能會影響肺結(jié)節(jié)體積測量的準(zhǔn)確率。本研究采用不同掃描及重建參數(shù)對肺磨玻璃結(jié)節(jié)體模進(jìn)行掃描并測量，探討其對結(jié)節(jié)容積測量的影響，以期為肺磨玻璃結(jié)節(jié)的隨訪條件提供參考。

表1 掃描參數(shù)

圖1 肺體模(A)及8個(gè)磨玻璃結(jié)節(jié)(B)

1 材料與方法

1.1 材料 體模采用島津公司研制的多用途男性胸部模型N1及8個(gè)球形小結(jié)節(jié)體模(圖1)，該仿真體模長40 cm、寬43 cm、高48 cm，質(zhì)量18 kg，胸圍94 cm。根據(jù)2017版Fleischer Society指南[4]：對于偶發(fā)直徑<6 mm(體積<100 mm2)結(jié)節(jié)的人群，無論有無肺癌高危因素，都無需常規(guī)隨訪，因此本研究中采用直徑≥5 mm的結(jié)節(jié)。8個(gè)結(jié)節(jié)：2種CT值(-800 HU、-630 HU)、4種直徑(5 mm、8 mm、10 mm、12 mm)。將8個(gè)結(jié)節(jié)隨機(jī)放置于體模的左側(cè)肺。

1.2 掃描及重建參數(shù) 采用GE light speed VCT，掃描范圍自體模頭端至足端，以螺旋方式掃描。在Philips portal工作站進(jìn)行重建，探究某一種影響因素時(shí)，其他條件不變。根據(jù)影響因素的不同分為管電壓組及管電流組，探究掃描參數(shù)時(shí)重建參數(shù)固定為：重建層厚0.625 mm，重建野36 cm，重建算法Standard，結(jié)果顯示80 kV、150 mA組絕對錯(cuò)誤率(absolute percentage error，APE)值最小，因此對80 kV、150 mA的原始數(shù)據(jù)行不同層厚、算法及重建野進(jìn)行重建，分別為不同層厚組、不同算法組、不同重建野組，重建野為18 cm時(shí)只重建左側(cè)肺。具體掃描及重建參數(shù)設(shè)定見表1、2，其余參數(shù)：采用濾波反投影重建算法，螺距0.984，轉(zhuǎn)速0.6 s/rot，矩陣512 ×512。

1.3 數(shù)據(jù)測量及容積分析 將掃描所得圖像上傳至Philips portal工作站，在工作站自動(dòng)肺窗(WL=-600 HU，WW=1 500 HU)利用Lung nodule assessment軟件對磨玻璃結(jié)節(jié)進(jìn)行體積測量，由2名高年資放射科醫(yī)師獨(dú)立選取結(jié)節(jié)顯示的最大直徑層面及其鄰近上下層面共3個(gè)層面，在3個(gè)層面連續(xù)分割3次并自動(dòng)顯示結(jié)節(jié)的三維圖像及結(jié)節(jié)的信息，記錄其體積V測量(圖2)。每個(gè)結(jié)節(jié)可測得3個(gè)數(shù)據(jù)，由于結(jié)節(jié)為規(guī)則球形，實(shí)際體積可以根據(jù)公式計(jì)算：V實(shí)際=(3/4)πr3。結(jié)節(jié)容積測量的APE：APE=[(V測量-V實(shí)際)]/V實(shí)際×100%。

1.4 輻射劑量 記錄不同掃描參數(shù)組合的輻射劑量長度乘積(dose-length product， DLP)，并通過公式計(jì)算有效劑量(effect dose， ED)，ED=DLP×k(成人胸部權(quán)重因子k=0.014)。

表2 80 kV、150 mA組重建參數(shù)

圖2 磨玻璃結(jié)節(jié)(CT=-630 HU，直徑12 mm)的三維圖像及信息圖 A.Philips portal工作站用Lung nodule assessment軟件進(jìn)行分割后所形成的三維圖像，顯示結(jié)節(jié)邊緣毛糙，但結(jié)節(jié)、血管及胸膜三者關(guān)系更清楚、立體； B.顯示結(jié)節(jié)的基本信息

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。經(jīng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，計(jì)量資料以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。不同管電流、管電壓及重建算法的比較采用Friedman檢驗(yàn)，兩兩比較用q檢驗(yàn)，不同重建野及重建層厚比較采用Wilcoxon符號秩和檢驗(yàn)。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)評估2名診斷醫(yī)師對肺磨玻璃結(jié)節(jié)體積測量結(jié)果的一致性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

隨著管電壓或管電流增大，有效輻射劑量增大； 固定管電流為200 mA時(shí)，管電壓為120 kV比80 kV時(shí)有效輻射劑量高65.6%；固定管電壓為80 kV時(shí)，管電流為200 mA時(shí)較150 mA有效輻射劑量提高25.1%，見表1。2名醫(yī)師對肺磨玻璃結(jié)節(jié)體積測量的ICC值為0.98。管電壓為80 kV、100 kV、120 kV時(shí)對各小結(jié)節(jié)的APE值分別為4.20%(2.26%,8.68%)、6.08%(3.08%，12.48%)、4.70%(3.04%,10.33%)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.056)。管電流為100 mA、150 mA、200 mA時(shí)，APE值分別為5.22%(2.23%,9.45%)、3.84%(1.90%,8.84%)、4.20%(2.26%,8.68%)(P=0.02)，兩兩比較示100 mA vs 150 mA(調(diào)整P=0.012)、150 mA vs 200 mA(調(diào)整P=0.004)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；100 mA vs 200 mA(調(diào)整P=1.0)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用80 kV、150 mA原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，0.625 mm、1.250 mm層厚各結(jié)節(jié)的APE值分別為3.84%(1.90%,8.84%)、4.12%(1.11%，6.56%)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.91)。當(dāng)重建野為18 cm、36 cm時(shí)，APE值分別為1.59%(0.43%，5.51%)、3.84%(1.90%,8.84%)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。采用soft、standard、lung、bone重建算法時(shí)結(jié)節(jié)APE值分別為4.49%(1.99%,9.50%)、3.84%(1.90%，8.84%)、1.78%(1.14%,5.36%)、3.82%(2.51%,8.91%)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.005)，兩兩比較，除lung vs bone(調(diào)整P=0.007)、lung vs soft(調(diào)整P=0.031)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余兩兩比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)；lung算法APE值較小，更接近結(jié)節(jié)真實(shí)值。低密度小結(jié)節(jié)(CT值為-800 HU，直徑5 mm)在各種條件的APE值均>10%。不同管電壓、不同重建野及不同重建算法條件下磨玻璃結(jié)節(jié)圖像見圖3。

3 討論

肺磨玻璃結(jié)節(jié)包括純磨玻璃結(jié)節(jié)及部分磨玻璃結(jié)節(jié)，多數(shù)為良性。Henschke等[5]認(rèn)為部分實(shí)性磨玻璃結(jié)節(jié)惡性率為63%，純磨玻璃結(jié)節(jié)惡性率為18%，遠(yuǎn)高于實(shí)性結(jié)節(jié)，因此對磨玻璃結(jié)節(jié)良惡性的鑒別是臨床診斷中的一個(gè)挑戰(zhàn)。Kim等[6]研究報(bào)道，結(jié)節(jié)邊緣分葉或毛刺更傾向于惡性，而王海燕等[7]認(rèn)為以磨玻璃結(jié)節(jié)的CT征象來預(yù)測病理結(jié)果不準(zhǔn)確，因此以CT征象預(yù)測磨玻璃結(jié)節(jié)的性質(zhì)還需進(jìn)一步驗(yàn)證。臨床目前常用結(jié)節(jié)的體積變化及倍增時(shí)間來隨訪和評估結(jié)節(jié)的良惡性，傳統(tǒng)的二維軸向測量難以準(zhǔn)確評估結(jié)節(jié)的生長，且觀察者之間的可重復(fù)性差也是其中一個(gè)缺點(diǎn)[3,8]。目前三維測量逐漸成為評價(jià)肺結(jié)節(jié)生長速度的首選方法[9-10]。然而，這種三維方法測量受許多因素的影響，如掃描和重建參數(shù)、分割軟件和結(jié)節(jié)特性。研究[11]報(bào)道顯示，需要同樣的機(jī)器設(shè)備對肺結(jié)節(jié)進(jìn)行隨訪，且Botelho等[12]研究認(rèn)為迭代重建算法更適合用于肺結(jié)節(jié)的三維容積分析。

圖3 不同條件下2枚結(jié)節(jié)(CT=-630 HU，直徑10、12 mm)的軸位CT A～C.分別顯示管電壓為80 kV(A)、 100 kV(B)、120 kV(C)的磨玻璃結(jié)節(jié)，人眼未見確切變化； D.18 cm重建野重建的左側(cè)肺，較36 cm重建野的圖像視野放大，結(jié)節(jié)邊緣及細(xì)節(jié)顯示更清楚； E～H.分別示soft(E)、standard(F)、lung(G)、bone(H)重建算法下的磨玻璃結(jié)節(jié)，肺算法時(shí)顯示結(jié)節(jié)的邊緣更銳利

本研究對掃描參數(shù)進(jìn)行探究時(shí)發(fā)現(xiàn)不同管電壓對肺磨玻璃結(jié)節(jié)的APE值無影響，但不同管電流條件下，150 mA時(shí)APE值最小。楊文潔等[13]研究認(rèn)為，不同掃描參數(shù)不會影響肺結(jié)節(jié)容積測量的準(zhǔn)確率；蘇大同等[14]也認(rèn)為不同管電流對肺實(shí)性結(jié)節(jié)容積定量無影響。可能是因?yàn)榉文ゲＡЫY(jié)節(jié)密度很低，對X線的衰減也較低，因而超過80 kV的管電壓并不會明顯影響結(jié)節(jié)對X線的衰減，結(jié)節(jié)分割準(zhǔn)確性也不會改變，反而會大幅增加輻射劑量；而管電流150 mA時(shí)肺磨玻璃結(jié)節(jié)的測量準(zhǔn)確率較高，可能是因?yàn)?00 mA管電流會使圖像噪聲增加，從而影響軟件的分割，而管電流超過200 mA時(shí)可能是機(jī)器自動(dòng)使用大焦點(diǎn)，導(dǎo)致肺磨玻璃結(jié)節(jié)周圍的半影增大，邊緣變得模糊，使軟件不能準(zhǔn)確識別邊界，造成體積測得不準(zhǔn)確。因此對于磨玻璃結(jié)節(jié)使用適當(dāng)?shù)蛣┝康膾呙鑵?shù)可以提高肺磨玻璃結(jié)節(jié)容積測量的準(zhǔn)確性，并降低輻射劑量，而且對于需要多次隨訪的磨玻璃結(jié)節(jié)可以明顯減少受檢者所受的累加輻射劑量。

在重建參數(shù)方面，本研究結(jié)果顯示肺算法的APE值更小，所測得體積更接近真實(shí)值，而孫海寧等[15]采用FUYO模型分析不同重建層厚及重建算法對實(shí)性結(jié)節(jié)容積測量準(zhǔn)確性的影響，結(jié)果顯示肺算法誤差最大，而1.25 mm層厚與0.625 mm層厚的容積測量結(jié)果無差異。本研究與孫海寧等[15]結(jié)果不同，可能原因是本研究使用的材料為仿真體模及模擬肺磨玻璃結(jié)節(jié)，與實(shí)性結(jié)節(jié)不同的是肺算法使磨玻璃結(jié)節(jié)邊界更銳利，因此各自適宜的算法可能不一致；兩種層厚未影響其APE值，與上述結(jié)果相符，但在臨床工作中0.625 mm層厚會使后處理工作更加繁重，數(shù)據(jù)更多，因此建議使用1.25 mm層厚進(jìn)行重建。隨著重建野縮小，容積測量準(zhǔn)確率提高，可能因?yàn)橹亟ㄒ翱s小從而每個(gè)結(jié)節(jié)的像素?cái)?shù)目增多、體積變小，軟件分析時(shí)受部分容積效應(yīng)的影響也變小，結(jié)節(jié)分割更準(zhǔn)確，因此需要結(jié)合靶重建對肺磨玻璃結(jié)節(jié)進(jìn)行分析。因?yàn)楸狙芯啃枰ＷC8個(gè)結(jié)節(jié)參數(shù)的一致，故僅比較了36 cm(全肺)和18 cm(左肺)兩種FOV，但在臨床中可以根據(jù)磨玻璃結(jié)節(jié)的具體情況，設(shè)置更小的FOV。低密度小結(jié)節(jié)在各種條件的APE值均大于10，可能是軟件自動(dòng)勾畫時(shí)包含了結(jié)節(jié)周圍的肺組織或血管，低密度小結(jié)節(jié)所受影響會更明顯，從而造成測量體積過大，因此認(rèn)為在臨床隨訪中低密度小結(jié)節(jié)不適合用肺結(jié)節(jié)分析軟件來測量容積。

本研究的局限性：①使用的仿真體模不能完全模擬臨床中患者的呼吸及心臟活動(dòng)對測量的影響，而且體模研究獲取的研究數(shù)據(jù)較少；②所使用的磨玻璃結(jié)節(jié)密度均勻且為規(guī)則球形，難以對其他密度不均勻、形態(tài)不規(guī)則的結(jié)節(jié)進(jìn)行分析，因此在以后的研究中將對臨床中的肺磨玻璃結(jié)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步研究。

綜上所述，在肺磨玻璃結(jié)節(jié)隨訪時(shí)低劑量掃描結(jié)合靶重建、肺算法可以在盡量減少輻射劑量的情況下，提高肺磨玻璃結(jié)節(jié)的軟件測量的準(zhǔn)確率。低密度小結(jié)節(jié)不適合用肺結(jié)節(jié)分析軟件分析。