不同CT設(shè)備肺結(jié)節(jié)掃描參數(shù)優(yōu)化的體模對照研究

劉俊七，程勇，陳瀾菁，沈倩，蘭永樹

肺癌是我國發(fā)病和死亡增長最快的惡性腫瘤，并已經(jīng)成為我國危害最嚴重的惡性腫瘤[1]。近年來，隨著體檢的臨床普及和肺癌早期篩查工作的開展，肺結(jié)節(jié)尤其是磨玻璃結(jié)節(jié)(ground-glass nodule，GGN)的檢出率不斷上升。在檢出的肺結(jié)節(jié)中，部分經(jīng)術(shù)后病理檢查證實為肺癌。對于首次發(fā)現(xiàn)的可疑肺結(jié)節(jié)，若無法判定其良、惡性，臨床上通常會采用定期復(fù)查的處置方式，進而產(chǎn)生更多的CT檢查需求，導(dǎo)致了醫(yī)療照射劑量日益增加，如何降低輻射劑量已成為研究的熱點。目前普遍運用的方法為調(diào)整掃描參數(shù)，但過低的掃描參數(shù)會降低圖像的密度和空間分辨率，從而可能導(dǎo)致圖像的模糊和病變的遺漏[2]。本文旨在探討通過對本院不同CT設(shè)備的肺結(jié)節(jié)掃描參數(shù)進行優(yōu)化，篩選用于肺結(jié)節(jié)CT篩查的最佳設(shè)備和參數(shù)，為臨床優(yōu)化肺結(jié)節(jié)CT篩查提供新方案及新思路。

材料與方法

1.胸部模型

采用Kyoto Kagaku多用途男性胸部模型N1-Lungman及9個小結(jié)節(jié)體模。胸部模型中的各個模塊(心臟、肺、肝臟)均可拆卸，仿真軟組織及骨骼X線衰減等效性與真人相似。胸部仿真模型的大小為40 cm×43 cm×48 cm，胸圍94 cm，其內(nèi)部肺紋理與人體無顯著差別(圖1a)。9個肺結(jié)節(jié)體模為3種直徑(0.8、0.5、0.3 cm)、3組標準CT值(分別為100、-630和-800 HU)的組合(圖1b)。將肺結(jié)節(jié)體模隨機置于胸部體模肺紋理之中。

2.檢查方法

分別采用聯(lián)影uCT 550(A組)、Philips iCT 256(B組)、GE optima CT 540(C組)CT機對胸部仿真模型進行掃描。體模置于檢查床上，其正中矢狀面與檢查床的正中線重合，掃描范圍自肺尖到肺底(上、下起止點相同)，3組的掃描參數(shù)相同：分別采用7組曝光量(10、15、20、30、50、100和200 mAs)進行掃描，管電壓120 kV，0.7 s/r，螺距1，視野350 mm×350 mm，層間距0.625 mm。記錄各組劑量報告中的CT容積劑量指數(shù)(volumetric CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product，DLP)。

3.圖像質(zhì)量評估

客觀評估：采用對比噪聲比(CNR)和信號噪聲比(SNR)來評估各組在不同曝光量時的圖像質(zhì)量[3]。在心臟中心層面測量心腔的CT值及對應(yīng)水平椎體的CT值，并獲得椎體CT值的標準差(SD)，ROI面積分別為3000和300 mm2，每個部位重復(fù)測量3次(圖2a、3a、4a)。按照下列公式計算CNR和SNR：

(1)

(2)

主觀評價：由兩位工作年限在5年以上的主治醫(yī)師采用單盲法獨立評價所有圖像。設(shè)置圖像的閱片條件：肺窗的窗寬1500 HU、窗位-400 HU，縱隔窗的窗寬400 HU、窗位40 HU。對圖像的整體質(zhì)量進行評價，評估內(nèi)容主要為肺血管、氣管束、縱隔及其它細微結(jié)構(gòu)的可視程度，評價標準：3分，圖像無偽影，肺血管、氣管束等細微結(jié)構(gòu)顯示清楚，完全滿足診斷要求；2分，圖像有偽影，肺血管、氣管束等細微結(jié)構(gòu)顯示較好，基本滿足診斷要求；1分，圖像有較大偽影，肺血管、氣管束等細微結(jié)構(gòu)顯示較差，不能滿足診斷要求。若出現(xiàn)不同意見，由兩位醫(yī)師經(jīng)過協(xié)商后達成一致意見。此外，對9個結(jié)節(jié)的顯示情況進行獨立評分(圖2b、3b、4b)，主觀評價采用4級評分：4分，結(jié)節(jié)清晰可見；3分，結(jié)節(jié)邊緣稍模糊；2分，結(jié)節(jié)邊界較模糊，但仍可見；1分，結(jié)節(jié)不可見。兩位醫(yī)師對每個結(jié)節(jié)分別評價3次，共計54次。

圖1 本研究中使用的體模示意圖。a)仿真胸部模型；b)9個肺結(jié)節(jié)模型的直徑和密度。 圖2 A組中在30 mAs條件下的體模掃描圖像。a)縱隔窗圖像，圖像噪聲較小，偽影少；b)肺窗圖像，肺血管顯示清晰，可見右肺上葉直徑3 mm的GGO(箭；6次評價時均被檢出)。 圖3 B組在30 mAs條件下的體模掃描圖像。a)縱隔窗圖像，圖像噪聲較大，偽影多；b)肺窗圖像，肺血管顯示清晰，右肺上葉直徑3 mm的GGO(箭)未被檢出(6次評價僅檢出1次)。 圖4 C組在30 mAs條件下的體模掃描圖像。a)縱隔窗圖像，圖像噪聲稍高，偽影稍多；b)肺窗圖像，肺血管顯示清晰程度中等，可見右肺上葉直徑3 mm的GGO(箭；6次評價時均被檢出)。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布的定量資料以均數(shù)±標準差表示。采用單因素方差分析比較相同曝光量時3組之間CNR和SNR(方差齊)的差異。應(yīng)用Kruskal-WallisH檢驗比較同一曝光量時3組之間肺結(jié)節(jié)顯示情況主觀評分(方差不齊)的差異，并計算各組的結(jié)節(jié)檢出率。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.輻射劑量

三組中不同曝光量時的輻射劑量指標值見表1。輻射量隨曝光量的減少而降低，在相同曝光量條件下，B組的CDTIvol最低，較A組降低了18.8%～34.0%，在曝光量為10 mAs時降低最多，在曝光量為200 mAs時降低最少。B組較C組降低了33.3%～46.1%，在曝光量為10 mAs時降低最多，在曝光量為15 mAs時降低最少。

表1 不同CT機型體模掃描時的輻射量

2.圖像質(zhì)量客觀評價

三組之間不同曝光量條件下圖像的客觀評價結(jié)果的比較見表2。各組中圖像質(zhì)量均隨曝光量的減少而降低。在同一曝光量條件下的三組間CNR和SNR的差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在相同曝光量條件下，A組的圖像質(zhì)量最高，C組次之，B組最差。

表2 不同曝光量條件3組圖像質(zhì)量的客觀評價指標值

3.圖像質(zhì)量的主觀評價

在不同曝光量條件下三組中肺結(jié)節(jié)顯示情況的主觀評分及檢出率、圖像的整體質(zhì)量評分見表3～4。圖像質(zhì)量隨曝光量的減少而降低。在曝光量為100、50、30和20 mAs時，三組之間肺結(jié)節(jié)主觀評分的差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。在曝光量為50 mAs及以上時，三組的肺結(jié)節(jié)檢出率均為100%；三組中均以曝光量為10 mAs時的結(jié)節(jié)檢出率最低，其中又以C組的檢出率最低，僅66.7%。低曝光量條件下微小磨玻璃結(jié)節(jié)的檢出受限，詳見表5。

表3 在不同曝光量條件下三組中肺結(jié)節(jié)顯示情況的主觀評分結(jié)果 /次

表4 不同曝光量條件下3組圖像的整體質(zhì)量評分和結(jié)節(jié)檢出率

表5 低曝光量條件下微小結(jié)節(jié)(直徑≤0.5cm)的檢出數(shù) /個

討 論

肺結(jié)節(jié)在臨床工作中較常見，其中鈣化結(jié)節(jié)的邊界清晰、以良性為主，而磨玻璃結(jié)節(jié)通常是鑒別的重點及難點，既可以是良性病變(如炎性改變、間質(zhì)性纖維化等)，也可能為原位腺癌(adenocarcinoma in situ，AIS)和微浸潤腺癌(minimally invasive adenocarcinoma，MIA)等[4]。若能早期發(fā)現(xiàn)肺部腫瘤性病變、早期治療，患者的生存率可顯著提高[5]，但當(dāng)鑒別GGN的良惡性較困難時，定期復(fù)查是主要處置方式。反復(fù)的胸部CT檢查所致輻射量的累積效應(yīng)，可能對被檢查者的身體產(chǎn)生危害。一般來說更大的CT曝光劑量會帶來更好的圖像質(zhì)量，但代價是被檢查者接受了更多的電離輻射，為了降低肺結(jié)節(jié)隨訪患者累計輻射劑量，對于CT圖像質(zhì)量應(yīng)該是滿足診斷要求即可而并非最高的圖像質(zhì)量。降低輻射劑量的方法有很多，如降低管電壓、管電流及增加螺距等。降低管電壓因兼具增加圖像對比及減少對比劑劑量的用途，通常應(yīng)用于CT血管成像的掃描方案中[6]，且管電壓的變化對腫瘤檢出率的影響程度高于管電流[7]，因此在肺結(jié)節(jié)篩查時不宜采用降低管電壓的方法；增加螺距也能在一定程度上減少被檢查者的輻射劑量，但當(dāng)螺距超過一定限度后，可能丟失小病灶或圖像細節(jié)[8]。故本研究采用固定管電壓的條件下通過降低曝光量以達到降低輻射量的目的，為臨床優(yōu)化肺結(jié)節(jié)CT篩查提供新思路及方案。

本研究以仿真胸部體模為研究對象，既排除了人體檢查中存在的生理運動、體重指數(shù)等因素的差異，保證了研究對象在掃描過程中的一致性，同時也有效避免了相應(yīng)倫理問題。本研究結(jié)果顯示，隨著曝光量的降低，輻射劑量和圖像質(zhì)量也相應(yīng)降低。當(dāng)曝光量在50 mAs及以上時各設(shè)備能將所有結(jié)節(jié)全部檢出。但在低曝光量條件下，對直徑小(3 mm)的GGN(-800和-630 HU)的檢出受限。A組中，在15和10 mAs條件下對直徑3 mm結(jié)節(jié)的檢出率僅為66%和33%；B組中，在30、20、15和10 mAs條件下對3 mm結(jié)節(jié)的檢出率約為三分之一，在10 mAs條件下直徑5 mm的GGO(-800 HU)的結(jié)節(jié)未被檢出；C組中，在20、15和10 mAs條件下直徑3 mm結(jié)節(jié)的檢出率分別為81%、39%及33%，在10 mAs條件下直徑5 mm的GGO(-800 HU)同樣未被檢出。這與Jin等[9]的研究結(jié)果類似，說明過低的曝光量對檢出微小磨玻璃肺結(jié)節(jié)的影響很大。造成這種現(xiàn)象的原因可能是以降低曝光量來降低輻射劑量，會造成圖像低對比分辨力降低，從而導(dǎo)致圖像密度分辨力降低[10]。

評價肺結(jié)節(jié)惡性潛能的兩大要素是肺結(jié)節(jié)的大小和生長方式，惡性的可能性與結(jié)節(jié)直徑呈正相關(guān)關(guān)系[11]。關(guān)于肺結(jié)節(jié)的一項隊列研究結(jié)果表明，當(dāng)肺結(jié)節(jié)直徑大于3.7 mm時癌變概率有增加的風(fēng)險，新發(fā)肺結(jié)節(jié)為癌癥的風(fēng)險高于原有肺結(jié)節(jié)，而新發(fā)結(jié)節(jié)中包括因體積較小而未在上一次診斷報告中提出的結(jié)節(jié)，上述結(jié)果提示對肺結(jié)節(jié)進行定期復(fù)查尤為重要[12]。本研究中肺結(jié)節(jié)體模的形態(tài)規(guī)則且密度均勻，與臨床工作中在患者人群中檢出的肺結(jié)節(jié)有一定差異，因此在進行體模CT掃描時，能檢出直徑3 mm的磨玻璃結(jié)節(jié)應(yīng)作為圖像質(zhì)量合格的評價要求之一。結(jié)合整體圖像質(zhì)量的主觀評價結(jié)果，A、B、C組中圖像質(zhì)量達2分(即達到基本滿足診斷條件)的最低曝光量分別為20、50和30 mAs。綜合評估，A、B、C組合格圖像質(zhì)量的最優(yōu)曝光量分別為20、50和30 mAs，對應(yīng)的CTDIvol分別為1.75、3.38和3.45 mGy。這充分說明在GGN的臨床篩查中聯(lián)影uCT 550是最優(yōu)化的CT設(shè)備，可能是近年來聯(lián)影使用了KARL迭代重建算法，該技術(shù)較常規(guī)使用的濾波反投影法(filtered back projection，F(xiàn)BP)能顯著降低圖像噪聲，從而達到降低曝光量的目的[13]。除此之外，CT設(shè)備之間探測器、濾過板及準直器等設(shè)備的不同也可能對掃描的輻射量和圖像質(zhì)量有一定影響[14-15]。

本研究的不足之處：①僅運用了模擬標準體型的人體模型，存在呼吸運動、心血管搏動的非標準體型的臨床病例是否適用相應(yīng)的CT掃描方案，本研究未涉及，尚需今后進一步進行深入研究；②僅僅針對本院現(xiàn)有的CT設(shè)備在進行胸部掃描時的情況進行了對比分析，對在其它部位的檢查情況未作進一步研究。因此，這些不足之處有待我們下一步更深入的研究。

綜上所述，隨著曝光量的降低，輻射劑量和圖像質(zhì)量也相應(yīng)降低。在使用不同CT設(shè)備篩查肺結(jié)節(jié)的對比中，聯(lián)影uCT 550較Philips iCT 256和GE optima CT 540的檢查性能更佳，在滿足基本診斷要求的前提下，聯(lián)影uCT 550螺旋CT機的曝光量最低、輻射劑量也最低，推薦作為臨床肺結(jié)節(jié)篩查的CT設(shè)備。