生理通气辅助超高分辨率CT扫描技术探讨

李 鲁 李惠民 舒锦尔 潘江峰 周绍斌 徐义斌

2 上海交通大学医学院附属新华医院放射科；

随着LDCT在早期肺癌筛查中的广泛应用，肺部局灶性磨玻璃密度影(focal ground glass opacity，fGGO)的检出率越来越高。fGGO是早期肺癌的主要表现之一，而2011年国际肺癌研究协会（IASLC）、美国胸科学会（ATS）及欧洲呼吸学会（ERS）肺腺癌的国际多学科分类[1]的推出，2013年Fleischner学会肺非实性结节处理指南的公布[2]，发现和正确处理fGGO已是影像工作者的热点和难点。如何更好显示fGGO的特征成为诊断和处理的关键。现代MDCT提供了更高的图像分辨率，采用靶扫描和大矩阵采集可以获得更小的像素，如果结合生理通气对磨玻璃病灶进行充分充气，可以更好地显示病灶内部特征、结节-肺界面及邻近结构改变等，有助于fGGO的定性诊断。据此，我们建立了一个“G-方案”(取GGO的第一个字母)，同时利用了生理通气、1024大矩阵和250mm小视野以及迭代重建算法，以期更好地显示磨玻璃肺结节的细节特征。

方 法

1.病例纳入

将常规肺部低剂量筛查中发现的连续20例fGGO患者纳入研究，前10例纳入A组，男5例，女5例，35～74岁，平均年龄52±9岁，确定病灶后在病灶范围进行常规1024矩阵超高分辨率扫描(A)和G-方案扫描（G）；后10例纳入B组，男性4例，女性6例，45～72岁，平均年龄55±8岁，确定病灶后利用低剂量筛查数据进行回顾性1024矩阵靶重建(B)，然后再对病灶进行G-方案扫描（G）。所有检查均经患者知情同意并签字，方案经医院伦理委员会通过。

2.CT扫描方式

采用Philips iCT 256机型，低剂量筛查扫描参数：常规仰卧位，广播“吸气-屏气”后采用螺旋扫描0.625mm×128，扫描矩阵512×512，FOV 500mm,重建层厚5mm/间隔5mm；电压120kV,40～100 mAs(智能D-right),FBP-D算法重建肺窗（C-500HU W 1500HU）。在肺窗图像上在线阅片，发现磨玻璃灶后进入下一步：

扫描前进行呼吸训练，全部完成深吸气下屏气扫描。扫描范围以病灶为中心，包括上下各加3cm长度；iDose44，重建矩阵512mm，肺窗，层厚1mm，间隔1mm。

G方案扫描参数：采用1024高分辨率扫描模式(FOV 250mm+矩阵1024×1024)，侧或斜侧卧位，使病灶尽量位于扫描肺野高处(通过呼吸生理使得病灶及其周围背景尽可能充气)；扫描定位像时视角（View angle）90°，120kV，250mAs；重建视野150～215mm，层厚0.67mm，间隔0.67mm，iDose44，低通滤过smooth（A）。

A方案扫描参数：采用1024高分辨率扫描模式(FOV 250mm+矩阵1024×1024)扫描，常规仰卧位，120kV,250mAs；重建视野150～215mm，重建视野149～215mm，层厚0.67mm，间隔0.67mm，iDose44，低通滤过smooth（A）。

B方案参数：利用筛查原始数据进行回顾性重建(无需重新扫描)，FOV 150～215mm(显示病灶及其定位结构)，层厚0.67mm，间隔0.67mm，iDose44，低通滤过smooth（A）。

3.评价方式

所有图像传送至PHILIPS EBW V4.5.5工作站进行在线处理，2位高年资胸部影像诊断医生共同评价各组图像。

磨玻璃灶细节显示主观评价：调节合适视窗后观察磨玻璃结节的边缘轮廓和内部密度结构(包括背景肺小血管的分布和清晰度)，并分为三等：3分-有效帮助诊断，2分-可以帮助诊断，1分-不能帮助诊断，确定是否适合诊断需求。

客观评价指标：典型层面的磨玻璃灶的区域CT值，fGGO所在肺野内、中、外、前、后侧5个兴趣区的CT值并进行比较(兴趣区面积取40mm2）。对相同层面磨玻璃病灶进行绝对密度和相对密度(背景CT值减去病灶CT值)值测量并进行比较（混合磨玻璃结节选取磨玻璃成分进行测量，背景CT值选用病灶肺门侧旁边1cm处）。

4.统计学方法

采用SPSS 19.0软件进行数据分析。采用配对t检验。检验水准为P=0.05。

结 果

选取0.67mm重建图像，fGGO所在相同层面的肺野，进行主客观评价。

1.主观评价

G组图像质量较A组和B组提高，表现为G组肺充气膨胀更充分，肺野透亮度、清晰度提高，肺血管充分舒展，肺内细小血管影显示清楚，仰卧位常见的背侧生理性坠积效应在G组未见，能清楚显示fGGO的结节-肺界面。G组中有效帮助诊断17例（85%），可以帮助诊断3例（15%），不能帮助诊断病例无；A组中有效帮助诊断3例（30%），可以帮助诊断4例（40%），不能帮助诊断3例（30%）；B组可以帮助诊断6例（60%），不能帮助诊断4例（40%）。各组病灶的细节分辨能力和总体诊断效能依次为G组、A组、B组。

2.客观指标

2.1 密度梯度比较(表1、表2)：客观评价G、A组较B组分辨率明显提高，测量两种不同扫描技术的fGGO所在相同层面肺野兴趣区的CT值，仰卧位时的CT值梯度变化为后、中、前侧逐步减低，侧卧位时改变为内、中、外侧逐步减低，侧卧位梯度变化幅度没有仰卧位明显，各兴趣区趋于一致。各兴趣区以后侧CT值相差最大，G组较A组低67HU、G组较B组低60HU，外侧次之，以G组低。相差最小的为前侧，前侧为仰卧位CT值最低处，也以G组为低。肺野平均CT值G组更低，G组与A组差44HU、G组与B组差45HU。G组和A组、G组和B组之间各兴趣区CT值及病灶所在层面肺野平均CT值均有显著性差异（P＜0.05）。

2.2 病灶绝对密度和相对密度比较：G组较A组和B组背景肺密度更低，病灶的绝对密度也更低，G组和A组差56HU，G组和B组差44HU，具有显著性差异（P＜0.05）。G组和A、B组病灶相对密度接近，无显著性差异（P＞0.05）。

表1 G与A组比较

表2 G与B组比较

图1 左肺上叶原位腺癌。A.C.E.为仰卧位超高分辨率扫描，B.D.F.为G.方案扫描；B图定位像较A图定位像左侧肺野容积增大，充气更充分；图C仰卧位时的CT值梯度变化后、中、前逐步减低，前、后侧兴趣区CT值相差大；图D侧卧生理通气辅助时CT值梯度变为内、中、外侧逐步减低，各兴趣区CT值接近，对照图C各兴趣区CT值均减低，以后侧减低最显著，外侧次之；图E.、F.是fGGO所在肺野平均CT值、GGO绝对CT值和GGO近肺门侧CT值的比较，G.方案扫描明显低于仰卧位超高分辨率扫描，有利于GGO内部特征及结节-肺界面特征的显示。

讨 论

肺内小病灶定性诊断的关键是细节特征显示，对应的影像技术要求主要是更高的空间分辨率和足够的对比分辨率。肺内小病灶尤其含磨玻璃密度病灶的诊断关键是内部细微结构特征（包括均匀度及其分布特征）、边缘形态特征以及与背景肺结构的相关性情况，充分显示这些特点的技术关键是高空间分辨率，即尽可能缩小构成图像的像素。具体的办法包括缩小扫描视野（靶扫描）、增大扫描矩阵（1024矩阵）和超薄层厚（亚mm），为了减少噪声对图像质量的影响，一般不采用低剂量。上述技术我们称为“超高分辨率靶扫描”。李惠民等[3-4]提出的螺旋CT靶扫描技术不同于靶重建，后者在常规螺旋CT数据的基础上回顾性改变重建参数，主要是缩小重建FOV，虽然图像显示细节有所提高，但较常规螺旋CT并不增加信息，因此认为小结节或疑难结节的细节显示以靶扫描为佳。随着MDCT设备的发展，靶扫描技术也在更新。“超高分辨率靶扫描”有更大的扫描矩阵（1024×1024）和小FOV（250mm），像素达到0.24mm，较常规扫描（像素0.98mm）明显提高了空间分辨率。但随着像素的缩小，噪声也同步明显增加，这种噪声的增加将使分辨力不能进一步提高，甚至会降低[3-4]，为此需要采用迭代算法如iDose4技术来降低图像噪声[5]，保证高图像质量的实现。

肺内小病灶特别是fGGO细节的显示与背景肺组织充气充分程度密切相关，当肺充分充气时（CT值减低），肺野透亮度和清晰度提高，肺内血管(包括病灶内的血管及其他结构)充分舒展，结节以及结节-肺界面得以充分显示。单纯深吸气状态可以使得肺充气良好，但如果能够进一步获得充气也就是过度充气，则更有利于肺结构与病灶的细节显示。本文提出一种新的扫描方式，主要是通过体位改变、利用生理通气特点，使得目标肺区得到过度充气的效果，具体采用侧卧位(病灶侧肺位于上方，有时采用斜侧卧位使病灶位于扫描肺野的最高处)结合深吸气状态下完成扫描，我们称为“生理通气辅助超高分辨率扫描”（简称G-方案）。研究结果显示采用G-方案获得的目标肺区的密度值明显低于其它两种方法，其CT梯度值5个中的4个在-900HU以下，接近或达到生理性“肺气肿”的程度[6]。后背侧的CT值变化最大，仰卧位常见的背侧坠积效应消失且在5个ROI中CT值仅次于外侧ROI，对位于该区域小病灶的细节显示改善明显。仰卧位时的CT值梯度变化为后、中、前逐步减低，侧卧位CT值梯度变化幅度没有仰卧位明显，各兴趣区CT值趋于一致。仰卧位最低处前侧ROI的CT值仍低于侧卧位前侧ROI的CT值。由于“G-方案”图像整个肺野的CT值梯度变化不大，且整个肺野的平均CT值明显低于常规检查，使得小病灶的细节显示得到改善，此时测得的磨玻璃灶密度值更低，明显低于仰卧位的2种扫描方式（P＜0.05），这种密度值测量上的变化可能有利于不同病变间密度差异的观察分析。Lee等[7]许多作者都已经看到纯磨玻璃结节的密度值高低是提示这些早早期肺腺癌的重要依据，优秀的技术将为这种差异提供更加可靠的证据。

同时我们发现几种检查技术中病灶的相对密度没有明显差异，此现象是否肯定尚需要更多证据，如果该现象确实存在，那么这个指标将是研究肺磨玻璃灶密度的更加可靠、更加具有可比性的参数。

生理通气辅助超高分辨率扫描技术，＋靶重建可以进一步将这些“优势化为胜势”，通常我们会重建二套图像数据，一套是1～2mm层厚的较高分辨率重建的肺窗，重点在于高空间分辨率，用于观察各种细节形态特征；另一套是最小层厚0.67mm(亚毫米)的低分辨率算法重建的图像，用于密度分析和三维后处理重建，包括MIP、minIP以及VR，可以分别从不同的视角分析病变特征。

综上所述，生理通气辅助超高分辨率扫描技术提供了优秀的原始数据，在提高空间分辨率的同时，使肺的充气量增加(过度充气)，提高了对比分辨率并使非实性肺结节充分舒展，肺内小病灶特别是fGGO获得了最佳的细节特征显示，有更多机会获得准确诊断。同时还发现相对密度的稳定性，这有可能成为评价纯磨玻璃灶的一个重要参数。

[1]Travis WD,Brambilla E,Noguchi M,et al.International association for the study of lung cancer/american thoracic society/european respiratory society international multidisciplinary classification of lung adenocarcinoma.J Thorac Oncol，2011，6:244-285.

[2]Naidich DP1,Bankier AA,MacMahon H,et al.Recommendations for the management of subsolid pulmonary nodules detected at CT:a statement from the Fleischner Society.Radiology,2013,266:304-317.

[3]李惠民,肖湘生,刘士远，等.螺旋CT靶扫描对肺部小结节的诊断价值,临床放射学杂志，2001,20:424-427

[4]李惠民，肖湘生.肺结节CT影像评价.中国医学计算机成像杂志，2001，17：30-40

[5]张 丽,于 红,刘士远，等.迭代重建技术对低剂量肺部平扫CT图像质量的影响，中华放射学杂志，2013，47:316-320.

[6]Gevenois PA,Vuyst PD,Sy M,et a1.Pulmonary emphysema:quantitative CT during expiration.Radiology,1996,199：825-9.

[7]Lee HY,Choi YL,Lee KS,et a1.Pure ground-glass opacity neoplastic lung nodules:histopathology,imaging,and management.AJR,2014,202:W224-33.