不同CT劑量肺結(jié)節(jié)檢出率的體模研究

杜煜 時高峰 王琦 王亞寧 馮會 蘇景偉 楊潔 劉晶 李如迅

肺癌是世界上引起癌癥相關(guān)死亡的主要原因。早期使用常規(guī)胸部X線檢查作為早期診斷的篩查工具，但低劑量CT(LDCT)被證明更為優(yōu)越。美國癌癥協(xié)會將篩查對象規(guī)定為吸煙者及過去15年內(nèi)戒煙的吸煙者，年齡55～74歲，至少有30年的吸煙史[1]。肺癌篩查的主要問題是受檢者會暴露于電離輻射。降低劑量CT的需求產(chǎn)生了超低劑量CT掃描協(xié)議，目前在CT成像中通常結(jié)合迭代重建算法,可以將X射線劑量低至胸部X線水平。本研究量化分析超低劑量和不同的低劑量CT掃描協(xié)議的輻射劑量，探討不同的輻射劑量如何影響體模中模擬肺結(jié)節(jié)的檢出率。

1 材料與方法

1.1 體模與模擬肺結(jié)節(jié) 采用胸部模型(Lungman，Kyoto Kagaku，Tokyo，日本),可精確模擬人體解剖學尺寸，具有人造縱隔、氣管的男性(體重70 kg)人體軀干模型，包括肺血管(雙側(cè)，且肺血管在空間上是可追蹤的)和上腹部(橫膈膜)。胸壁的厚度也是根據(jù)臨床數(shù)據(jù)來確定的。模擬人體軟組織的替代材料(聚氨酯)和模擬骨骼(環(huán)氧樹脂)與人體組織X線吸收率非常近似。上臂處于外展體位保證軀干位置適合CT胸部檢查。模型尺寸為43 cm×40 cm×48 cm。本研究使用了8個表面光滑的球形模擬結(jié)節(jié)，直徑分別為3、5、8、10 mm，體積分別為14.1、65、268和523 mm3,CT衰減值分別為 100、-630 Hu(管電壓120 kVp)，實性結(jié)節(jié)(+100 Hu，solid nodule,S)由聚氨酯樹脂制成，磨玻璃結(jié)節(jié)(-630 Huground glass nodule，GGN)均由聚氨酯泡沫樹脂制成。

1.2 方法

1.2.1 CT掃描參數(shù):采用GE Revolution CT掃描儀(GE公司，美國)對體模分別采用不同管電壓(kV)和管電流(mA)組合掃描方案，具體如下：低劑量組分別為80(第1組)、100(第2組)、100(第3組)、120 kVp/40 mA(第4組)；常規(guī)劑量組為 120 kVp/200 mA(第5組)。其余掃描參數(shù)相同：螺旋掃描(Helical),螺距0.992∶1，機架旋轉(zhuǎn)時間：0.5 s,掃描FOV (SFOV)Large Body,顯示FOV(DFOV)40 cm，探測器寬度(Detector Coverage)80 mm，床速(Coverage Speed)158.75 mm/s。確保每次掃描的范圍相同，自胸廓入口至肋膈角層面，掃描范圍包括整個體模。采用Stand及Bone算法進行迭代重建(ASIR)獲得軸位圖像，其中ASIR比例為40%，重建層厚、間隔均為0.625 mm。使用雙面膠將模擬肺結(jié)節(jié)分別固定在體模中的血管束上，隨機放置位置為上、中、下肺部及左右兩肺內(nèi)放置后進行掃描，1次掃描可放置8個結(jié)節(jié)，變換結(jié)節(jié)位置后再進行掃描，每個kV和mA組合掃描12次，因此每個組合掃描得到的結(jié)節(jié)總數(shù)為96個。見表1。

表1 不同掃描協(xié)議的具體參數(shù)

1.2.2 圖像分析:所有圖像由4位至少有10年的胸部放射學經(jīng)驗的放射科醫(yī)生閱讀，時間為4周。放射科醫(yī)生需要記錄確認肺結(jié)節(jié)的數(shù)目及具體位置。圖像均以肺窗顯示，窗寬窗位設定同臨床實際工作保持一致(窗寬WW/窗位 WL∶600/1 200)。觀察者也可根據(jù)自身習慣對窗寬窗位進行調(diào)整。圖像觀察均在300萬像素，最大亮度500 cd/m2的顯示器上(巴可醫(yī)療顯示器，德盧斯，美國)完成。

1.2.3 輻射劑量:不同掃描組合的輻射劑量參數(shù)：CT劑量加權(quán)指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP )。CTDIvol單位為mGy。DLP = CTDIvol(mGy)×掃描長度(cm)。ED(effective dose)表示患者在檢查過程中接受有效輻射劑量，通過以下公式計算：ED =DLP×k，單位：mSv，k為組織權(quán)重因子，按照歐盟“CT圖像質(zhì)量標準指南”中標準胸部適當組織權(quán)重因子為0.017。分別記錄和計算不同組合的CTDIvol、DLP，并計算ED。

1.3 統(tǒng)計學分析 應用SPSS 21.0統(tǒng)計軟件，不符合正態(tài)分布資料使用非參數(shù)方法評價顯著性區(qū)間，肺結(jié)節(jié)檢出率均采用Kruskal-Wallis檢驗，應用McNemar檢驗判斷配對檢驗差異，同時計算不同觀察者和不同掃描方案的κ值(κ值0～0.2：差；0.21～0.4：一般；0.41～0.6:中等；0.61～0.8：可靠；0.81～1：優(yōu)秀),P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 掃描劑量 方案1～4的掃描劑量為0.53～1.05 mSv，方案5的掃描劑量為4.24 mSv。見表2。

表2 掃描劑量

2.2 結(jié)節(jié)檢出率 方案1結(jié)節(jié)檢出率為(63.2±4.5)%，方案2為(67.7±5.5)%，方案3為(68.5±4.9)%，方案4為(70.6±6.6)%，方案5為(86.2±3.8)%。總結(jié)所有放射科醫(yī)師在每個方案中檢測到的結(jié)節(jié)總數(shù)。見表3。

表3 所有放射科醫(yī)師檢出結(jié)節(jié)總數(shù)比較

2.2.1 不同掃描方案的詳細檢出率：方案1中，51個模擬結(jié)節(jié)(53%)被所有放射科醫(yī)師檢出，9個結(jié)節(jié)(9%)被3名放射科醫(yī)師檢出，4個結(jié)節(jié)(4%)被2名放射科醫(yī)生檢出，4個結(jié)節(jié)(4%)僅被1名醫(yī)師檢出，所有放射科醫(yī)師漏診24個結(jié)節(jié)(25%)。方案2中，54模擬結(jié)節(jié)(56%)被所有放射科醫(yī)師檢出， 9個結(jié)節(jié)(9%)由3名放射科醫(yī)師檢出，6個結(jié)節(jié)(6%)由2名放射科醫(yī)師檢出，5個結(jié)節(jié)(5%)僅由1名放射科醫(yī)師檢出，21個結(jié)節(jié)(21%)被所有放射科醫(yī)師漏診。方案3中，59個模擬結(jié)節(jié)(61%)被所有放射科醫(yī)師檢出，4個結(jié)節(jié)(4%)被3名放射科醫(yī)師檢出， 3個結(jié)節(jié)(3%)經(jīng)兩位放射科醫(yī)師檢出， 9個結(jié)節(jié)(9%)只由1名放射科醫(yī)師檢出，18個結(jié)節(jié)(18%)被所有放射科醫(yī)師遺漏。方案4中，56個模擬結(jié)節(jié)(58%)被所有放射科醫(yī)師檢出， 8個結(jié)節(jié)(8%)由3名放射科醫(yī)師檢出，8個結(jié)節(jié)(8%)由2名放射科醫(yī)師檢出，7個結(jié)節(jié)(7%)僅由1名放射科醫(yī)師檢出，19個結(jié)節(jié)(20%)被所有的放射科醫(yī)師遺漏。方案5中，75個模擬結(jié)節(jié)(78%)被所有放射科醫(yī)師檢測到，6個結(jié)節(jié)(6%)由3名放射科醫(yī)師檢出，3個結(jié)節(jié)(3%)由2名放射科醫(yī)師發(fā)現(xiàn)，7個結(jié)節(jié)(7%)僅由1名放射科醫(yī)師發(fā)現(xiàn)，6個結(jié)節(jié)(6%)被所有放射科醫(yī)師漏診。

2.2.2 所有5個掃描方案比較：方案1、2、3和4肺結(jié)節(jié)檢出率差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。然而，以上每個掃描方案均與方案5差異有統(tǒng)計學意義(P<0.001)。44個模擬結(jié)節(jié)(45%)在所有方案中均由所有放射科醫(yī)師檢出，且只有4個結(jié)節(jié)(4%)未被任何放射科醫(yī)師發(fā)現(xiàn)。只有6個結(jié)節(jié)(6%)在第5方案中由1個或多個放射科醫(yī)師檢出。每個放射科醫(yī)師對于磨玻璃結(jié)節(jié)(-630和-800 Hu)的檢出率在至少1個低劑量或超低劑量序列與常規(guī)CT序列有顯著性差異。放射科醫(yī)師1，方案3與5不同(P<0.024)。放射科醫(yī)師2，方案1、2與5有顯著性差異(P<0.03)。放射科醫(yī)生3，全部方案與5不同(P<0.007)。對于4號放射科醫(yī)生，方案1、2、4與方案5不同(P<0.003，P<0.004和P<0.001)。

2.3 觀察者間一致性比較 評估觀察者之間的一致性的κ值表明在所有掃描方案中，至少有中等程度的一致性(κ值>0.41，范圍0.532～1.000)。在所有低劑量協(xié)議相互比較時，都是較為可靠的(κ值范圍0.613～0.761)；但以上方案與常規(guī)CT(方案5)相互比較時，它們的一致性水平僅為一般或中等(κ 值范圍0.382～0.412)。見表4。

表4 不同掃描協(xié)議檢出率比較

3 討論

肺結(jié)節(jié)的定義是一種直徑<3 cm圓形或不規(guī)則形的陰影，邊緣可以是光滑或不光滑的，在影像上被充氣的肺組織包繞；其中<3 mm的結(jié)節(jié)病變稱為微結(jié)節(jié)[2]。隨著CT的廣泛應用，被檢測出的肺結(jié)節(jié)數(shù)量已經(jīng)大大增加[3]。

薄層CT掃描可以減少部分容積效應，而后者會導致結(jié)節(jié)邊緣以及密度識別誤差；文獻研究結(jié)果證實，使用薄層連續(xù)的CT掃描技術(shù)可以更好地檢測和描述結(jié)節(jié)[4,5]。有研究強調(diào)，薄層圖像可提高磨玻璃結(jié)節(jié)檢測靈敏度，同時避免將實性結(jié)節(jié)誤認為部分實性結(jié)節(jié)。另一個影響結(jié)節(jié)測量精度的參數(shù)是較低的管電流，尤其是在CT篩查項目中需要注意，低劑量CT圖像噪聲的增加表現(xiàn)為磨玻璃影，可能會掩蓋部分實性結(jié)節(jié)的邊緣，從而導致病變誤讀和測量的不準確[6]。

有不同的國外研究使用了相同的超低劑量掃描方案進行試驗，有效劑量分別為0.31和0.29 mSv[7]。國家肺癌篩查實驗中使用的低劑量掃描方案，平均有效劑量約為1.5 mSv[8]。由于使用了不同的kV和mA參數(shù)，以往文獻顯示了不同的低劑量范圍(1.06～2.7 mSv)[9]。有研究在測定有效劑量時采用了熱敏發(fā)光劑量測定法，直接在體模放置設備進行測量，可以增加研究的可重復性[10]，這種方法在測定劑量方面更為直觀準確，但在臨床實際工作中難以推廣。

肺窗相比于縱隔窗，在部分實性結(jié)節(jié)分類和測量實體成分方面有更高的可重復性和準確性。此外，有研究表明，肺窗顯示的實性部分的大小與結(jié)節(jié)浸潤部分有較好的相關(guān)性[11]。相反，使用縱隔窗設置時，只能檢測到>160 Hu的實性成分，從而導致對實性成分大小的低估。因此，根據(jù)最新文獻，F(xiàn)leischner協(xié)會的建議使用肺窗設置和高空間分辨率濾過函數(shù)，以便來更準確判斷部分實性結(jié)節(jié)中實性成分的存在，以及測量其中的實性和非實性成分[12]。在本研究中，觀察圖像檢出肺結(jié)節(jié)時,均使用了相同的窗寬窗位設置。

在評價觀察者間一致性方面，此前的研究顯示，即使國家肺癌篩查實驗的參與者也存在假陽性率的顯著變化[8]。磨玻璃結(jié)節(jié)與周圍肺組織的對比度較低，結(jié)節(jié)邊緣往往界限不清，憑肉眼評估比較困難；并且結(jié)節(jié)邊緣難以描繪和結(jié)節(jié)密度不均，不僅導致結(jié)節(jié)測量存在不確定性，也會在結(jié)節(jié)形態(tài)特征的分類上存在困難。研究表明LDCT可能導致κ值低至0.120[13]。然而，我們的一致程度與最近的研究更為接近(80 kV低劑量掃描 kappa 值為0.848)。本研究中低劑量的最低κ值為0.613，仍舊達到了中等程度的一致水平。本研究在評價不同參數(shù)組合的LD協(xié)議之間發(fā)現(xiàn)一致性(κ值為0.613～0.761)，說明盡管有一小部分的異質(zhì)性，但在不同協(xié)議中的最終表現(xiàn)是相當?shù)摹?/p>

輻射劑量對磨玻璃結(jié)節(jié)的檢出率也有很大影響。文獻證實伏壁式生長的腺癌CT衰減值為-651～-447 Hu[14]。本研究中，模擬磨玻璃肺結(jié)節(jié)的CT衰減值(-630 Hu)介于此范圍內(nèi)。對于CT衰減值低于-630 Hu的結(jié)節(jié)，雖然幾種LD協(xié)議具有相似的檢出率，但是相比常規(guī)劑量CT的檢出率仍有顯著性差異。有研究發(fā)現(xiàn)較低的毫安設置(21和45 mA)可以降低模擬磨玻璃肺結(jié)節(jié)(-650 Hu)的檢出率[16]。說明使用LDCT掃描協(xié)議時，可能存在對小的伏壁式生長的腺癌造成漏診的風險。