低劑量CT結(jié)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建測(cè)量體模肺結(jié)節(jié)

段海峰，賈永軍，馬光明，張喜榮，3，陳 靜，樊麗華，于 楠*，楊創(chuàng)勃

(1.陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，陜西 西安 710061；3.陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000)

圖1 含有9個(gè)圓球形結(jié)節(jié)的仿真男性胸部體模 A.胸部體膜； B.不同密度球形結(jié)節(jié)

CT主要依據(jù)病灶大小[1]、吸收特征[2]、形態(tài)、邊界、實(shí)性成分大小及其比例等診斷和鑒別肺結(jié)節(jié)，隨訪中需準(zhǔn)確測(cè)量肺結(jié)節(jié)大小并評(píng)價(jià)其形態(tài)變化、倍增時(shí)間等[3]。目前低劑量CT(low-dose CT, LDCT)越來(lái)越多地用于臨床檢查及健康查體[4]，對(duì)直徑>4 mm結(jié)節(jié)檢出率高[5]，已成為降低肺癌死亡率的有效手段[6]；但對(duì)于LDCT是否可能導(dǎo)致肺結(jié)節(jié)體積測(cè)量誤差增大尚存在爭(zhēng)論[7-8]。本研究采用Revolution CT掃描聯(lián)合自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR)[9]最佳迭代權(quán)重(60%)掃描仿真體模觀察LDCT測(cè)量肺部不同大小、密度結(jié)節(jié)的影響因素。

1 材料與方法

1.1 材料 仿真胸部體模(Chest Phantom N1，Kyoto Kagaku Co., Ltd)，高度45 cm，胸圍94 cm，質(zhì)量18 kg，胸壁、縱隔、肺、椎體等部位幾何大小及X線衰減性能與男性人體組織等效[10]。結(jié)節(jié)直徑8、10、12 mm，CT值：-800 HU(聚氨酯泡沫，低密度磨玻璃結(jié)節(jié))、-630 HU(聚氨酯泡沫，高密度磨玻璃結(jié)節(jié))、100 HU(聚氨酯和羥基磷灰石，實(shí)性結(jié)節(jié))，見(jiàn)圖1。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution CT掃描儀，8 cm探測(cè)器螺旋掃描模式，轉(zhuǎn)速0.5 s/rot，螺距1.531∶1，顯示視野36.0 cm，初始層厚5 mm，層間距5 mm，管電壓120 kVp，噪聲指數(shù)(noise index, NI)為14，分別以前置ASIR 0、20%、40%、60%調(diào)整管電流，60%后置ASIR 重建，共得到4組1.25 mm肺算法圖像。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)量與結(jié)節(jié)評(píng)價(jià) 由1名具有9年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師在GE AW 4.6工作站Reformat軟件上測(cè)量并記錄肺算法重建軸位圖像上各結(jié)節(jié)最大截面長(zhǎng)徑和短徑(mm)，窗寬/窗位：1450/-550 HU，并計(jì)算長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度：長(zhǎng)短徑誤差和=(長(zhǎng)徑-結(jié)節(jié)實(shí)際直徑)+(短徑-結(jié)節(jié)實(shí)際直徑)，失圓度=(最大徑-最小徑)/2。由分別具有9年和17年工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師各1名采用隨機(jī)順序盲法4分法對(duì)重建圖像內(nèi)結(jié)節(jié)清晰光滑度、失真度進(jìn)行主觀評(píng)分。清晰光滑度[11]：1分，明顯噪聲導(dǎo)致結(jié)節(jié)輪廓模糊；2分，噪聲導(dǎo)致結(jié)節(jié)邊緣顯示欠清晰；3分，少量噪聲使結(jié)節(jié)邊緣欠光滑；4分，噪聲小，結(jié)節(jié)邊緣平滑。失真度[12]：1分，失真嚴(yán)重，呈明顯不規(guī)則形；2分，失真較嚴(yán)重，呈不規(guī)則圓形；3分，輕度失真，呈類(lèi)圓形；4分，無(wú)失真，呈圓形。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示。采用單因素方差分析及LAD-t檢驗(yàn)比較不同密度、輻射劑量對(duì)肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差及失圓度的影響。以Kappa檢驗(yàn)評(píng)價(jià)醫(yī)師間主觀評(píng)分的一致性，Kappa值0.41～0.60為一致性一般，0.61～0.80為一致性良，0.81～1為一致性優(yōu)。對(duì)結(jié)節(jié)清晰光滑度、失真度評(píng)分行多個(gè)相關(guān)樣本間Friedman檢驗(yàn)，對(duì)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義則進(jìn)一步行兩相關(guān)樣本W(wǎng)ilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量 隨前置ASIR迭代權(quán)重增大(0～60%)，掃描管電流及輻射劑量逐漸減小。相比常規(guī)劑量(ASIR 0)，20%前置ASIR掃描有效劑量(effective dose, ED)減少約19.10%，40%前置ASIR掃描ED減少約50.61%，60%前置ASIR掃描ED減少約73.72%。見(jiàn)表1。

表1 不同權(quán)重前置ASIR掃描輻射劑量比較

2.2 客觀評(píng)價(jià) 不同輻射劑量ASIR圖像上肺結(jié)節(jié)的檢出敏感度為100%，未發(fā)現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)節(jié)。結(jié)節(jié)密度影響低劑量掃描結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差，磨玻璃密度結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差、失圓度均比實(shí)性結(jié)節(jié)明顯增大(P均<0.05)。輻射劑量影響各結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度，隨著輻射劑量減低，各結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度增大(圖2)，且前置ASIR 40%和60%條件下長(zhǎng)短徑誤差和、失圓度與常規(guī)劑量掃描間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，前置ASIR 60%條件下長(zhǎng)短徑誤差和與前置ASIR 20%間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)節(jié)密度及輻射劑量對(duì)肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和、失圓度的影響見(jiàn)表2、3。

表2 不同密度肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度均值比較(±s)

表2 不同密度肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度均值比較(±s)

不同密度肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和失圓度低密度磨玻璃結(jié)節(jié)1.14±0.520.41±0.27高密度磨玻璃結(jié)節(jié)0.91±0.39*0.33±0.16實(shí)性結(jié)節(jié)0.78±0.32*0.32±0.18F值3.3430.848P值0.0430.434

注：*：與低密度磨玻璃結(jié)節(jié)比較P<0.05

表3 不同輻射劑量重建各肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度比較(±s)

表3 不同輻射劑量重建各肺結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度比較(±s)

不同輻射劑量長(zhǎng)短徑誤差和失圓度常規(guī)劑量(ASIR 0)0.65±0.320.17±0.17低劑量 前置ASIR 20%0.77±0.260.24±0.20 前置ASIR 40%0.85±0.49*0.32±0.23* 前置ASIR 60%0.92±0.40*#0.42±0.16*F值3.4715.221P值0.0090.001

注：*：與常規(guī)劑量比較P<0.05；#：與前置ASIR 20%比較P<0.05

2.3 主觀評(píng)價(jià) 前置ASIR 60%條件下，2名醫(yī)師對(duì)結(jié)節(jié)清晰光滑度評(píng)分的一致性一般(Kappa值為0.561)，其余輻射劑量條件下對(duì)不同密度結(jié)節(jié)邊界噪聲與清晰度、失真度評(píng)分一致性均好(Kappa值>0.60)。輻射劑量和結(jié)節(jié)密度影響結(jié)節(jié)清晰光滑度和失真度；低劑量條件下不同密度磨玻璃結(jié)節(jié)噪聲與清晰光滑度、失真度評(píng)分減小，且輻射劑量越小評(píng)分越低(圖3)。輻射劑量相差≥40%時(shí)，各結(jié)節(jié)間噪聲與清晰度、失真度評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。見(jiàn)表4、5。

圖2 軸位最大層面圖像顯示不同密度肺結(jié)節(jié) A～D.分別為前置ASIR 0、20%、40%和60%掃描重建圖像顯示10 mm實(shí)性結(jié)節(jié)(箭)；E～F.分別為前置ASIR 0、20%、40%和60%掃描重建圖像顯示10 mm低密度磨玻璃結(jié)節(jié)(箭)

圖3 不同權(quán)重前置ASIR掃描條件下冠狀位重建圖像顯示低密度磨玻璃結(jié)節(jié) A～D.分別為前置ASIR 0、20%、40%和60%掃描重建圖像顯示8 mm(長(zhǎng)箭)和12 mm(短箭)低密度磨玻璃結(jié)節(jié)，隨輻射劑量逐漸降低，結(jié)節(jié)清晰度、失真度評(píng)分逐漸降低。2名醫(yī)師對(duì)4次掃描重建圖像中2枚球形結(jié)節(jié)清晰度/失真度評(píng)分的一致性：前置ASIR 0 3分/3分；前置ASIR 20% 2分/3分；前置ASIR 40% 2分/2分；前置ASIR 60% 1分/1分

表4 2名醫(yī)師對(duì)不同密度肺結(jié)節(jié)噪聲與清晰度及失真度主觀評(píng)分比較(±s)

表4 2名醫(yī)師對(duì)不同密度肺結(jié)節(jié)噪聲與清晰度及失真度主觀評(píng)分比較(±s)

醫(yī)師噪聲與清晰度低密度磨玻璃結(jié)節(jié)高密度磨玻璃結(jié)節(jié)實(shí)性結(jié)節(jié)Z值P值甲3.00±0.773.17±0.71*3.67±0.4918.000<0.001乙3.06±0.733.06±0.80*3.67±0.4915.846<0.001Kappa值0.7390.8291.000--醫(yī)師失真度低密度磨玻璃結(jié)節(jié)高密度磨玻璃結(jié)節(jié)實(shí)性結(jié)節(jié)Z值P值甲2.44±1.043.00±0.843.50±0.5123.532<0.001乙2.50±0.993.00±0.843.50±0.5123.000<0.001Kappa值0.7720.8331.000--

注：*：與低密度磨玻璃結(jié)節(jié)比較P>0.05，余兩兩比較P<0.05

表5 2名醫(yī)師對(duì)不同輻射劑量重建圖像中結(jié)節(jié)清晰度及失真度主觀評(píng)分比較(±s)

表5 2名醫(yī)師對(duì)不同輻射劑量重建圖像中結(jié)節(jié)清晰度及失真度主觀評(píng)分比較(±s)

醫(yī)師噪聲與清晰度常規(guī)劑量(ASIR 0)前置ASIR 20%前置ASIR 40%前置ASIR 60%Z值P值甲4.00±0.003.78±0.443.44±0.53*3.22±0.44*#14.5000.002乙4.00±0.003.67±0.503.44±0.53*2.89±0.60*#18.000<0.001Kappa值1.0000.7271.0000.561--醫(yī)師失真度常規(guī)劑量(ASIR 0)前置ASIR 20%前置ASIR 40%前置ASIR 60%Z值P值甲3.78±0.443.67±0.503.33±0.50*2.67±0.71*#18.536<0.001乙3.89±0.333.78±0.443.33±0.50*2.67±0.71*#19.918<0.001Kappa值0.6090.7271.0000.625--

注：*：與常規(guī)劑量比較P<0.05；#：與前置ASIR 20%比較P<0.05

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，增加前置ASIR智能降低管電流、進(jìn)而降低70%輻射劑量時(shí)，LDCT檢出≥8 mm磨玻璃結(jié)節(jié)(-800 HU、-630 HU)、實(shí)性結(jié)節(jié)(100 HU)的敏感性均為100%。結(jié)節(jié)密度影響低劑量掃描結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度。相對(duì)于實(shí)性結(jié)節(jié)，磨玻璃結(jié)節(jié)在低劑量條件下更可能變形而致長(zhǎng)短徑誤差和、失圓度增加，與KO等[7]的結(jié)論相同，原因可能為磨玻璃結(jié)節(jié)與正常肺實(shí)質(zhì)之間衰減差異小，確定邊界起止點(diǎn)時(shí)的準(zhǔn)確性通常不及實(shí)性結(jié)節(jié)[13]。通過(guò)降低固定管電流降低掃描輻射劑量可增大肺結(jié)節(jié)體積測(cè)量誤差[14]。本研究中輻射劑量影響結(jié)節(jié)長(zhǎng)短徑誤差和及失圓度，且輻射劑量相差≥40%時(shí)各結(jié)節(jié)噪聲與清晰度、失真度評(píng)分差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，原因是低劑量掃描導(dǎo)致圖像噪聲增大，導(dǎo)致重建圖像失真[15]。降低管電流后，探測(cè)器接收到的光子數(shù)量減少,轉(zhuǎn)換電子數(shù)據(jù)隨之減少，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降，出現(xiàn)較為明顯的條紋樣偽跡及顆粒狀斑點(diǎn)、網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)、雪花狀噪聲、條紋偽影和部分容積偽影。低劑量導(dǎo)致CT圖像小結(jié)構(gòu)變形的主要原因在于分布復(fù)雜的圖像噪聲和部分容積偽影。CT探測(cè)器單元具有一定寬度，同一探測(cè)器接收的病變邊緣區(qū)域各含有一定比例高、密度投影數(shù)據(jù)，輸出者則為其均值，導(dǎo)致部分容積偽影，對(duì)LDCT的影響較常規(guī)CT更大[16]。

本研究利用X線組織等效吸收仿真胸部體模掃描已知大小及吸收特征的球形結(jié)節(jié)，避免了患者體型不同及呼吸等因素的影響。臨床胸部掃描圖像質(zhì)量受骨骼硬化偽影、呼吸心跳運(yùn)動(dòng)干擾，且肺結(jié)節(jié)均非標(biāo)準(zhǔn)球形，分布于雙肺各部位，本研究所獲結(jié)論是否適用于臨床尚需探討。另外，本研究未對(duì)其他大小、形態(tài)(特別是≤8 mm)結(jié)節(jié)進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)；亦未對(duì)密度及均勻度等進(jìn)行分析。

總之，通過(guò)增加ASIR迭代權(quán)重降低約73.72%輻射劑量，胸部LDCT對(duì)直徑>8 mm結(jié)節(jié)的檢出敏感度為100%；過(guò)度降低輻射劑量將導(dǎo)致肺結(jié)節(jié)邊界清晰度下降和結(jié)節(jié)形態(tài)失真，且對(duì)磨玻璃結(jié)節(jié)影響更大。