兒童胸部低劑量CT掃描中最佳KARL迭代重建等級(jí)的研究＊

延安大學(xué)附屬醫(yī)院影像科(陜西 延安 716000)

趙凡惠 王 雷 李建龍郭佑民 黃曉旗

CT掃描越來(lái)越多地用于檢查兒童胸部疾病。兒童器官尚未發(fā)育完善，細(xì)胞分裂更新快，對(duì)電離輻射的致癌作用更敏感，尤其是眼晶狀體、甲狀腺、性腺、血液等組織器官，受到射線照射后發(fā)生癌變的概率大為提高[1]。如何在獲得良好的CT圖像質(zhì)量的同時(shí)盡可能減少患兒所受劑量已成為當(dāng)前的研究重點(diǎn)。降低掃描劑量會(huì)導(dǎo)致濾波反投影(filtered back projection，F(xiàn)BP)法重建的圖像噪聲增大，不利于檢出細(xì)微病變[2]。KARL迭代重建技術(shù)是聯(lián)影公司開發(fā)的新型圖像重建技術(shù)，可在降低輻射劑量的同時(shí)獲得高質(zhì)量圖像[3]，但KARL迭代等級(jí)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用聯(lián)影uCT-760 128層螺旋CT機(jī)對(duì)兒童胸部進(jìn)行低劑量掃描，使用不同等級(jí)(KARL1～9)迭代技術(shù)與FBP法進(jìn)行圖像重建，比較各組圖像的質(zhì)量和噪聲，找到兒童胸部低劑量CT掃描中最佳KARL迭代等級(jí)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年2月至11月間在我科進(jìn)行胸部CT檢查的患兒，根據(jù)年齡分為3組，分別為0～12個(gè)月組，1～2歲組，3～6歲組。每組30例，共90例；男52例，女38例，年齡5周～6歲(中位年齡3.2歲)。排除體質(zhì)過胖或過瘦、肺部嚴(yán)重病變、雙臂不能上舉、患有心臟病及進(jìn)行過胸部手術(shù)的患兒。

表1 0～12個(gè)月組FBP法與不同等級(jí)KARL迭代重建法圖像質(zhì)量

表2 1～2歲組FBP法與不同等級(jí)KARL迭代重建法圖像質(zhì)量

表3 3～6歲組FBP法與不同等級(jí)KARL迭代重建法圖像質(zhì)量

表4 不同年齡組患者所受輻射劑量

1.2 儀器與方法 采用聯(lián)影uCT-760 128層螺旋CT機(jī)，患兒仰臥位，雙臂上舉并抱頭，掃描范圍自胸廓入口至肋膈角。對(duì)于嬰幼兒和不能配合的患兒，鎮(zhèn)靜后進(jìn)行掃描，掃描時(shí)自由呼吸。掃描參數(shù)：管電壓100kV，uDose智能動(dòng)態(tài)管電流，準(zhǔn)直40mm，螺距1.0875，0.5s/r，層厚1mm，重建間隔1mm，F(xiàn)OV35mm，矩陣512×512。將原始數(shù)據(jù)經(jīng)KARL迭代(1～9級(jí))和FBP法進(jìn)行肺窗和縱隔窗重建，共得到20組圖像。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 圖像客觀分析：選取肺動(dòng)脈分叉水平層面，在升主動(dòng)脈處設(shè)置感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，0～12個(gè)月組、1～2歲組、3～6歲組ROI的大小分別設(shè)定為0.2cm2、0.3cm2、0.5cm2，選取ROI的層面、大小、位置保持一致。測(cè)量升主動(dòng)脈CT值及標(biāo)準(zhǔn)差(SD)，SD代表客觀噪聲，并計(jì)算信噪比(signal to noise，SNR)，SNR=升主動(dòng)脈CT值/SD。

1.3.2 圖像主觀評(píng)分：由兩位副主任醫(yī)師對(duì)每組圖像進(jìn)行評(píng)分。肺窗主要觀察肺野、肺紋理和細(xì)小支氣管壁；縱隔窗主要觀察心臟、縱隔組織和胸壁。5分：優(yōu)秀，結(jié)構(gòu)顯示滿意，對(duì)比良好；4分：良好，結(jié)構(gòu)顯示尚清晰，對(duì)比度尚可；3分：中等，可顯示組織結(jié)構(gòu)，但邊緣模糊；2分：不良，結(jié)構(gòu)顯示一般，有偽影；1分：差，結(jié)構(gòu)顯示不清，偽影明顯。≥3分的圖像可滿足診斷需求。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料用表示。對(duì)各組圖像的升主動(dòng)脈CT值、SD、SNR及圖像質(zhì)量主觀評(píng)分進(jìn)行Levene方差齊性檢驗(yàn)，P＞0.05表明方差齊。再進(jìn)行單因素方差分析，均數(shù)間差別多重比較采用LSD檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.5 輻射劑量評(píng)價(jià) 以劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)、容積CT劑量指數(shù)(volumetric CT dose index，CTDIvol)和有效劑量(effective dose，ED)作為評(píng)價(jià)輻射劑量的指標(biāo)。DLP、CTDIvol可準(zhǔn)確反映組織吸收的X線劑量，CT機(jī)可直接計(jì)算并顯示其值。ED=DLP*k，其中k為轉(zhuǎn)換因子，0～12個(gè)月組k值取0.039；1～3歲組k值取0.026；3～6歲組k值取0.018[4]。

2 結(jié) 果

2.1 客觀評(píng)價(jià)結(jié)果 各年齡組1～9級(jí)KARL迭代與FBP法重建圖像SD、SNR的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(表1-3)，CT值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=1)。KARL迭代組圖像SD均低于FBP法組，SNR均高于FBP法組。隨著KARL迭代等級(jí)的升高，SD減低，SNR升高。

2.2 主觀評(píng)分結(jié)果 各年齡組1～9級(jí)KARL迭代與FBP法重建圖像的主觀評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(表1-3)?？v隔窗圖像評(píng)分高于肺窗，高年齡組圖像評(píng)分高于低年齡組。0～12個(gè)月組肺窗圖像迭代等級(jí)為5時(shí)評(píng)分最高，縱隔窗為4；1～2歲組和3～6歲組的肺窗圖像迭代等級(jí)為6時(shí)評(píng)分最高、縱隔窗為5。高于最佳迭代等級(jí)的重建圖像評(píng)分下降，各組圖像評(píng)分最低均為KARL9級(jí)(圖1，圖2)。同一年齡組內(nèi)兩相鄰迭代等級(jí)的圖像評(píng)分、FBP組與KARL9組的圖像評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

2.3 輻射劑量評(píng)價(jià)CTDIvol、DLP和ED均隨年齡的增大逐漸上升(表4)。

3 討 論

降低管電壓、管電流等方法已廣泛應(yīng)用于臨床，但易造成線束硬化偽影并增加噪聲，使圖像質(zhì)量下降[5]。相關(guān)設(shè)備公司研發(fā)出迭代重建(iterative reconstruction，IR)技術(shù)，它通過對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代重建，可提升低劑量掃描條件下的圖像質(zhì)量[6-8]。IR技術(shù)應(yīng)用于肺部[9]和肺動(dòng)脈[10]的低劑量CT掃描可顯著改善圖像質(zhì)量。聯(lián)影uCT-760 128層螺旋CT使用uDose智能電流調(diào)節(jié)技術(shù)和KARL迭代重建技術(shù)，且成像速度快，呼吸運(yùn)動(dòng)偽影少，可在大幅降低劑量的同時(shí)確保高清成像。KARL迭代共分為9個(gè)等級(jí)，較其他IR分級(jí)更多，對(duì)圖像質(zhì)量的調(diào)整更精確。較高等級(jí)的迭代使圖像客觀噪聲降低、信噪比升高，但同時(shí)可使圖像邊緣平滑、甚至模糊，導(dǎo)致解剖結(jié)構(gòu)難以分辨，尤其對(duì)于發(fā)育差異大的兒童患者，找到客觀噪聲最低且滿足主觀診斷需求的重建等級(jí)已成為目前臨床工作中的迫切需求。已有學(xué)者研究了其他IR技術(shù)重建權(quán)重的最佳閾值[4]，但國(guó)內(nèi)外鮮有KARL迭代應(yīng)用于兒童胸部CT的研究。

圖像客觀評(píng)價(jià)：迭代等級(jí)為5、6和9時(shí),肺窗圖像噪聲較FBP組分別下降了23.2%、30.8%和43.4%，縱隔窗圖像分別下降了20.5%、25.3%和36.8%；肺窗圖像SNR較FBP組分別上升了37.5%、42.5%和73.0%，縱隔窗圖像分別上升了33.1%、36.4%和70.1%。小年齡組設(shè)定的劑量等級(jí)較低，管電流相對(duì)較低，且嬰幼兒解剖結(jié)構(gòu)小，縱隔組織的層次不明顯，因此圖像客觀噪聲值高于大年齡組。同一等級(jí)的迭代重建對(duì)肺窗圖像降噪的程度優(yōu)于縱隔窗，肺窗SNR的提升更為明顯，可提高肺內(nèi)病變的診斷率。圖像主觀評(píng)分：FBP組圖像顆粒粗大，但邊緣清晰銳利。隨著迭代等級(jí)的升高，圖像逐漸平滑，但過高等級(jí)可使圖像質(zhì)地紋理過于細(xì)膩，邊緣模糊，不利于觀察[11]。0～12個(gè)月組患兒組織器官尚處于發(fā)育初期，解剖細(xì)節(jié)難以辨認(rèn)，縱隔窗圖像的組織分界不明顯，迭代等級(jí)高于5時(shí)圖像主觀評(píng)分下降；其余兩組患兒隨年齡增大脂肪層逐漸增厚，組織分界較清晰，迭代等級(jí)高于6時(shí)圖像主觀評(píng)分下降。9級(jí)圖像組織分界十分模糊，“蠟像感”明顯，不滿足診斷需求。最佳迭代等級(jí)應(yīng)選擇圖像客觀噪聲較低且組織分界清晰的等級(jí)。因此，應(yīng)降低0～12個(gè)月組的迭代等級(jí)以保證組織邊緣清晰，其余兩組則選用稍高等級(jí)。

圖1 不同KARL迭代等級(jí)的肺窗圖像質(zhì)量：女，5歲，咳嗽1周。隨著KARL迭代等級(jí)的增高，圖像噪聲減低，肺野及支氣管壁顯示更清晰，KARL6級(jí)以上的圖像邊緣逐漸模糊，KARL9級(jí)圖像細(xì)小支氣管壁顯示不清。圖2 不同KARL迭代等級(jí)縱隔窗圖像質(zhì)量：女，5歲，咳嗽1周。隨著KARL迭代等級(jí)的增高，圖像噪聲減低，解剖結(jié)構(gòu)清晰，KARL5級(jí)以上圖像邊緣逐漸模糊，KARL9圖像組織結(jié)構(gòu)分界不清。

輻射劑量方面：IR不僅可以提升圖像質(zhì)量，其更重要的意義在于大幅減少輻射劑量。既往研究[12]將IR應(yīng)用于嬰兒、2歲、5歲和10歲兒童的胸部CT掃描，輻射劑量分別降至10%、58%、63%和74%。甚至有學(xué)者提出IR聯(lián)合輻射劑量小于0.5mSv的極低劑量胸部CT掃描方案[13]。彭薇等[3]將KARL5級(jí)迭代應(yīng)用于成人胸部CT掃描，低劑量組(120kV，83mAs)的ED較標(biāo)準(zhǔn)劑量(120kV，150mAs)組減少了51.1%；本研究將該技術(shù)應(yīng)用于兒童胸部CT掃描，0～12個(gè)月組、1～2歲組和3～6歲組的ED較標(biāo)準(zhǔn)劑量分別減少了77.22%、61.86%和50.89%。所以KARL迭代技術(shù)應(yīng)用于兒童胸部CT掃描可大幅減低輻射劑量。

本研究未按照體重進(jìn)行更細(xì)致的分類，僅初步研究了最佳KARL迭代等級(jí)，下一步研究團(tuán)隊(duì)將針對(duì)不同年齡和不同體重的兒童做更細(xì)致的調(diào)整劑量等級(jí)研究。

綜上所述，KARL迭代技術(shù)應(yīng)用于兒童胸部低劑量CT掃描可降低圖像噪聲、提高SNR，迭代等級(jí)為4～6時(shí)圖像質(zhì)量最佳。