NeuViz 64En CT與Philips Brilliance iCT在兒童胸部低劑量掃描中圖像質(zhì)量對(duì)比與輻射劑量評(píng)估研究*

謝 安 張建良 劉 鵬 孫文杰 何維凌 陳 浩 鐘倩男 劉建濱*

隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，CT已成為肺部疾病最重要的影像學(xué)檢查手段，同時(shí)CT掃描輻射劑量以及對(duì)檢查者的危害也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。由于患兒體質(zhì)弱，較大的放射劑量對(duì)患兒的身體有很大的損害，在降低肺部CT掃描的放射劑量的同時(shí)又能獲得滿意的CT圖像，是臨床放射診療中的重要課題。目前，關(guān)于國(guó)產(chǎn)CT與高端進(jìn)口CT輻射劑量對(duì)比研究較少。為此，本研究通過(guò)比較在掃描條件相近的前提下國(guó)產(chǎn)64排CT及進(jìn)口256排CT在患兒胸部低劑量掃描中圖像質(zhì)量及輻射劑量的差異，為臨床CT診斷提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年6月至2017年12月在湖南省人民醫(yī)院行胸部低劑量掃描的80例患兒，其中男患兒49例，女患兒31例；年齡3～6歲，平均年齡(4.5±1.2)歲。按照隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)將其分為觀察組和對(duì)照組，每組40例。觀察組采用NeuViz 64En型CT掃描，對(duì)照組采用Brilliance 256層iCT掃描，所有患兒監(jiān)護(hù)人在胸部低劑量掃描前均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn):①年齡3～6歲；②臨床需要行肺部CT檢查；③無(wú)CT檢查禁忌癥。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn):①患兒躁動(dòng)圖像不清晰；②感興趣區(qū)內(nèi)有肺部病變；③患兒體外帶有儀器設(shè)備。

1.3 儀器設(shè)備

觀察組采用NeuViz 64En型CT(沈陽(yáng)東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司)，對(duì)照組采用Philips Brilliance iCT型256層螺旋CT(荷蘭Philips公司)。NeuViz 64En型CT探測(cè)器寬度為2 cm，Philips Brilliance iCT探測(cè)器寬度為8 cm。

1.4 檢查方法

患者取仰臥位，雙手水平上舉或置于身體兩側(cè)，掃描范圍從胸廓入口到后肋膈角尖端水平，自由呼吸掃描。掃描協(xié)議均采用高級(jí)應(yīng)用功能--低劑量掃描模式，掃描參數(shù):①觀察組，管電壓為100 kV，管電流為30 mA，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.6 s，螺距為0.9，視野(field of vision，F(xiàn)OV)為180 mm×180 mm，層厚及層間距均為5 mm，重建層厚及層間距均勻1.25 mm，矩陣為512×512，采用30%權(quán)重的Clearview迭代算法重建圖像；②對(duì)照組，管電壓為100 kV，管電流為30 mA，旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.75 s，螺距為0.585，F(xiàn)OV為180 mm×180 mm，層厚及層間距均為5 mm，重建層厚及層間距均勻?yàn)? mm，矩陣為512×512，采用自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重組算法iDose重建圖像，選擇Level3權(quán)重。

1.5 圖像后處理及數(shù)據(jù)分析

(1)圖像后處理:將NeuViz 64En型CT上采集的圖像傳至東軟AVW1.0.6專業(yè)工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；Brilliance iCT設(shè)備上采集圖像，用自帶的EBW工作站(版本號(hào):V4.5.5.51035)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

(2)測(cè)量及計(jì)算:選擇感興趣區(qū)域(region of interes，ROI)密度均勻區(qū)域，面積為8～10 mm2，每個(gè)ROI重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為最終測(cè)量值，由于患兒低劑量CT主要是觀察肺窗的情況，因此只測(cè)量肺窗的數(shù)據(jù)，選取氣管分叉處層面肺組織的CT值及鄰近前胸壁表面空氣的CT值，避開(kāi)血管影、肺大泡、肺氣腫及其他病變區(qū)域，同時(shí)避開(kāi)衣物表面。鄰近前胸壁表面空氣的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)為圖像噪聲；信噪比(signal noise ratio，SNR)=肺組織CT值(取絕對(duì)值)÷SD；對(duì)比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)=(肺組織CT值-空氣的CT值)÷SD。

1.6 評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)客觀評(píng)價(jià)指標(biāo):記錄機(jī)器自動(dòng)計(jì)算生成的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index volume，CTDIvol)、劑量長(zhǎng)度乘積(Dose length product，DLP)，并計(jì)算出有效輻射劑量(effective dose，ED)，計(jì)算為公式1:

式中k值為歸一化的有效劑量轉(zhuǎn)化因子，單位為mSv/(mGy·cm)，參照歐盟委員會(huì)推薦標(biāo)準(zhǔn)[1]其數(shù)值與年齡有關(guān)，＜1歲為0.039，1～5歲為0.026，5～10歲為0.018，10～18歲為0.013。

(2)主觀評(píng)分標(biāo)準(zhǔn):由4名放射科高職稱醫(yī)師在雙盲條件下進(jìn)行，同時(shí)觀察橫軸位和冠狀位。肺窗通過(guò)觀察肺血管支氣管、主氣管、肺門大血管、肺裂及肺內(nèi)病變邊緣的銳利程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照徐健等[2]5分制:①1分為大量偽影，正常結(jié)構(gòu)顯示不清，無(wú)法診斷；②2分為邊緣模糊，中等量偽影，影響診斷；③3分為邊緣略模糊，少量偽影；④4分為邊緣略模糊，但無(wú)偽影；⑤5分為邊緣銳利清晰，無(wú)偽影。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SAS9.4軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)均采用雙側(cè)檢驗(yàn)，兩組間ROI的CNR、SNR、SD、DLP和ED組間比較采用成組t檢驗(yàn)，CTDIvol和圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)，兩組1～3分和4～5分評(píng)分情況組間比較采用校正卡方檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組圖像SNR、CNR及SD比較

對(duì)照組圖像的SNR和SD高于觀察組，其差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.13，t=4.09；P＜0.05)。而對(duì)照組的CNR低于觀察組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.71，P＞0.05)，見(jiàn)表1。

表1 兩組圖像肺窗SD、SCN和CNR比較(±s)

表1 兩組圖像肺窗SD、SCN和CNR比較(±s)

注：表中SD為噪聲指數(shù)；SNR為信噪比；CNR為對(duì)比度噪聲比

2.2 兩組圖像CTDIvol、DLP和ED比較分析

對(duì)照組圖像的CTDIvol、DLP和ED均高于觀察組，兩組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=8.88，t=2.82，t=3.50；P＜0.01)，見(jiàn)表2。

表2 兩組圖像輻射劑量對(duì)比分析

2.3 兩組圖像主觀評(píng)價(jià)分析

80例患者中肺血管支氣管、主氣管、肺血管、胸壁骨、肌肉及縱隔內(nèi)各結(jié)構(gòu)如氣管、食管等與周圍組織的對(duì)比度良好，邊緣稍模糊，無(wú)偽影，滿足臨床診斷要求。根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用等級(jí)資料的秩和檢驗(yàn)，兩組圖像的主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.585，P＞0.05)，主觀評(píng)價(jià)分段統(tǒng)計(jì)采用校正卡方檢驗(yàn)，兩組圖像主觀評(píng)分差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(x2=0.00，P＞0.05)，見(jiàn)表3。

表3 兩組圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)對(duì)比分析(分)

3 討論

兒童處于生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，細(xì)胞分裂速度較旺盛，對(duì)射線輻射的敏感性亦高于成人。盡管CT輻射強(qiáng)度高于X射線，但成像速度快、斷層顯像且圖像清晰度高，使得CT診斷的利大于弊，在臨床診斷工作中得到廣泛的應(yīng)用。隨著公眾對(duì)放射防護(hù)知識(shí)的了解，在不影響檢查質(zhì)量的前提下，降低輻射劑量已成為專家和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，低劑量CT技術(shù)已經(jīng)成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。在實(shí)際操作過(guò)程中，輻射劑量較常規(guī)劑量降低20%為低劑量掃描。對(duì)于越高端的CT輻射劑量是否越小，國(guó)產(chǎn)的相對(duì)性價(jià)比較高的CT在保證圖像質(zhì)量的前提下，是否亦能達(dá)到類似的效果的研究國(guó)內(nèi)做的比較少，本研究對(duì)此進(jìn)行了對(duì)比分析。

雖然進(jìn)口高端CT在提高圖像質(zhì)量、降低輻射劑量方面都做出了巨大努力，亦得到了放射醫(yī)學(xué)界的廣泛認(rèn)可，但是近年來(lái)，國(guó)產(chǎn)CT在該方面也做出了巨大的努力，并取得良好的成績(jī)，在硬件和軟件方面進(jìn)行了創(chuàng)新，盡管途徑不一樣，但均達(dá)到了良好的臨床應(yīng)用效果。國(guó)產(chǎn)NeuViz 64En型CT采用第三代高效率的稀土陶瓷探測(cè)器，具有余暉時(shí)間短、穩(wěn)定性好、讀取投影速度快(每圈最快可達(dá)4640次)、光電轉(zhuǎn)換效率高(99.99%)以及能實(shí)現(xiàn)低劑量掃描的特點(diǎn)。配給新的臨床功能和關(guān)鍵部件在掃描流程優(yōu)化、圖像重建與校正以及圖像后處理方面都進(jìn)行了新的設(shè)計(jì)。如Quad-sampling采樣技術(shù)，大幅度消弱了螺旋掃描因采樣不足帶來(lái)的偽影；提出的基于物質(zhì)能譜特性的金屬偽影校正技術(shù)，大幅度消弱了因高衰減物質(zhì)引起的偽影。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方面突破國(guó)際專利上多采用的柔性連接模式，利用專用高密接插件的硬性連接方式，將模擬信息的路徑做到最短，使信號(hào)串?dāng)_做到最小，極大提高了前端信息采集的信噪比。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損數(shù)據(jù)傳輸，最大程度保障圖像采集原始數(shù)據(jù)更完整[3]。進(jìn)口Brilliance iCT通過(guò)應(yīng)用急速氣墊軸承掃描(最快旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到2.7 s/圈)、納米球面探測(cè)器、立可銳濾線柵、超高分辨率重建技術(shù)、智能快捷EBW4.5工作站等有效的控制和管理散射線、改善圖像信噪比、減少圖像偽影、提高旋轉(zhuǎn)速度等實(shí)現(xiàn)了圖像的高清掃描，尤其是心血管系統(tǒng)方面。同時(shí)通過(guò)應(yīng)用快速旋轉(zhuǎn)和大面積球面探測(cè)器、高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換集成芯片THAC2，降低影像鏈中電子噪聲，較普通模擬轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可降低86%的噪聲，改善圖像信噪比，提高影像質(zhì)量，進(jìn)而可減少X射線的初始劑量，降低掃描對(duì)患者的輻射損傷[4]。

胸部天然的組織對(duì)比使之成為CT低劑量研究中最廣泛的領(lǐng)域，而國(guó)產(chǎn)CT與進(jìn)口CT在此方面最大的突破在于迭代重建(iterative reconstruction，IR)技術(shù)的應(yīng)用[5-9]。國(guó)產(chǎn)NeuViz 64En型CT設(shè)備在適應(yīng)性統(tǒng)計(jì)IR、基于模型的IR及圖像空間IR技術(shù)基礎(chǔ)上搭載了ClearView+第4代雙域IR技術(shù)，能將非線性問(wèn)題轉(zhuǎn)化為線性迭代問(wèn)題，通過(guò)反復(fù)迭代不斷修改初始的解，如強(qiáng)制性將超出解的數(shù)據(jù)映射到已知范圍。同時(shí)對(duì)每次迭代后的圖像采用鄰點(diǎn)算術(shù)加權(quán)平均的方法進(jìn)行平滑處理，并以此作為初始值進(jìn)行下一次迭代，但迭代結(jié)束前兩次的圖像不再進(jìn)行平滑處理，這就保證了圖像的清晰度和邊緣的銳利度。另外雙域IR技術(shù)從時(shí)間域和頻率域的結(jié)合點(diǎn)開(kāi)始迭代，同時(shí)還具有全新設(shè)計(jì)的O-Dose平臺(tái)，百萬(wàn)像素平臺(tái)等優(yōu)勢(shì)，可對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行100%深度迭代，從而進(jìn)一步提升了診斷圖像的細(xì)節(jié)分辨力、清晰度和準(zhǔn)確性，射線劑量可減少60%～74%[10-12]。進(jìn)口256層CT設(shè)備采用i-Dose4重建技術(shù)，通過(guò)構(gòu)造噪聲模型對(duì)噪聲加以抑制和消除，以提高圖像質(zhì)量，同時(shí)采取解剖模型加速重建過(guò)程，可保持圖像的真實(shí)性，消除異樣圖像(如蠟像狀偽)，射線劑量可以降低約50%～80%[13-14]。

本研究重點(diǎn)探討兩種設(shè)備在相似胸部低劑量掃描條件下，圖像質(zhì)量及輻射劑量的差異。對(duì)圖像進(jìn)行主觀評(píng)分時(shí)，兩組的結(jié)果差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷需求。圖像客觀質(zhì)量評(píng)分(CNR、SNR和SD值)比較時(shí)，對(duì)照組和觀察組的SNR及SD差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，兩組CNR差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但是對(duì)照組CNR比觀察組數(shù)值要小，而CNR更能代表圖像的整體噪聲狀態(tài)，表明256層CT在圖像質(zhì)量方面仍具有一定的優(yōu)勢(shì)，如果考慮到臨床需求和性價(jià)比的話，64層CT也是較好的選擇。在射線劑量方面，觀察組的CTDIvol低于對(duì)照組，且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且兩組CTDIvol的控制均保持穩(wěn)定狀態(tài)，可能原因是觀察組螺距稍高于對(duì)照組，并且在掃描過(guò)程中設(shè)備均不會(huì)進(jìn)行螺距的自動(dòng)微調(diào)節(jié)，因?yàn)槭褂眯〉穆菥嗫梢蕴岣邎D像掃描質(zhì)量，但是增加了患者的曝光計(jì)量。DLP及ED代表輻射劑量的綜合性指標(biāo)，觀察組均低于對(duì)照組，并且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明通過(guò)參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化，國(guó)產(chǎn)CT在輻射劑量控制方面也能達(dá)到甚至優(yōu)于進(jìn)口CT的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然這并不能完全排除觀察組在螺距、旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)選定上的輕微優(yōu)勢(shì)的影響[15]。

本研究表明，NeuViz 64En型CT與Philips Brilliance iCT在相似掃描條件下，獲得了相近的圖像質(zhì)量，并且未增加輻射劑量，NeuViz 64En型CT通過(guò)優(yōu)化掃描參數(shù)和圖像重建算法，甚至劑量還有所降低，滿足了臨床診斷需求。因此本研究為臨床的選擇提供一定的參考，同時(shí)為設(shè)備的改進(jìn)提供一定的方向。但本研究仍存在一定的局限性，研究中主要選取肺動(dòng)脈干-支氣管分叉層面為代表層進(jìn)行研究，胸廓入口、上肺野及肺底等層面由于各組織結(jié)構(gòu)間間距較小，尤其是胸廓入口處多發(fā)骨質(zhì)干擾，容易產(chǎn)生帶狀偽影，在圖像噪聲上可能會(huì)有細(xì)微差別，而且這方面高檔次螺旋CT能產(chǎn)生更好的圖像質(zhì)量，這需要更深入詳盡的評(píng)估。此外，本研究樣本量較少，固定管電壓100 kV，管電流和曝光時(shí)間的乘積為30 mAs，但該掃描條件能否作為兩組患兒胸部低劑量掃描的最佳掃描參數(shù)也還有待進(jìn)一步分析研究。