SAFIRE迭代重建技术在肺磨玻璃密度结节低剂量高分辨率CT检查中的应用

张可名　王小红　孙世元　刘淑霞　杨立强　陈　坤

(吉化集团公司总医院CTMRI科，吉林　吉林　132021)

SAFIRE迭代重建技术在肺磨玻璃密度结节低剂量高分辨率CT检查中的应用

张可名王小红孙世元刘淑霞杨立强陈坤

(吉化集团公司总医院CTMRI科，吉林吉林132021)

〔摘要〕目的探讨胸部低剂量高分辨率CT(HRCT)半剂量SAFIRE迭代重建和常规剂量滤波反投影算法(FBP)重建图像是否存在显著性差异。方法初次扫描进行5 mm FBP重建，随访剂量降低一半，进行半剂量5 mm FBP重建、半剂量5 mm SAFIRE重建、半剂量2 mm SAFIRE重建，分别在图像噪声、信噪比、图像主观质量评分、病变显著性方面进行比较。结果与常规剂量5 mm FBP重建图像相比，半剂量5 mm FBP重建、半剂量2 mm SAFIRE重建纵隔窗及肺窗图像噪声明显增大，信噪比及图像主观质量评分明显降低，均有统计学意义，半剂量5 mm SAFIRE重建图像噪声、信噪比、图像主观质量评分均未见显著性差异。结论胸部HRCT半剂量SAFIRE迭代重建和常规剂量FBP重建图像相比较，未见显著性差异。

〔关键词〕体层摄影术；X线计算机；辐射剂量；肺；磨玻璃密度结节；迭代重建

近年来肺磨玻璃密度结节(GGN)检出率明显提高，高危人群普查检出率达2.9%～19%〔1〕。对于初次发现无法定性诊断的肺GGN，定期随访是确定病变性质和决定进一步诊治方案的有效手段。滤波反投影算法(FBP)是滤波函数的一种，是标准的CT重建技术，设计简单，运算速度快，但对图像噪声和伪影较为敏感，在一定程度上限制了辐射剂量的降低。SAFIER迭代重建是最新迭代重建技术之一，它利用矩阵代数，通过一种数学模型选择性地识别并去除图像噪声，能在较低剂量检查的情况下获得较好的图像质量。笔者通过半剂量5 mm FBP重建图像、半剂量5 mm及2 mm SAFIER重建图像与常规剂量FBP重建图像比较，探讨SAFIRE重建技术降低辐射剂量的潜力，为制定胸部低剂量高分辨率CT(HRCT)扫描方案提供依据。

1材料与方法

1.1研究对象搜集我院2014年1月至2015年4月98例肺GGN患者，其中男42例，女56例，年龄29～78〔平均(53.4±8.2)〕岁。所有病人初次检查均行常规剂量HRCT，随访行低剂量HRCT。其中单发肺GGN 75例，多发肺GGN 23例，肺GGN病灶总计127处，病灶大小均≤3.0 cm。所有患者体重指数均为中等指数，体重超重或过轻者未纳入本研究，2次检查时间间隔6个月，此时间隔内体重无显著性变化(<5 kg)。经我院伦理委员会批准，在没有增加辐射剂量前提下，选择不同重建算法进行图像重建不需要患者签署知情同意书，患者资料的使用遵循匿名原则。

1.2仪器与方法所有病例常规剂量胸部HRCT检查和随访低剂量胸部HRCT检查均应用Siemens Somatom Definition Flash CT，所有病例都进行双球管单能扫描模式扫描，扫描前去除患者扫描区域的金属物并对病人进行屏气训练指导，仰卧位，头先进，双手抱头，深吸气末单次屏气扫描，扫描范围从胸廓入口至肺底。随访低剂量胸部HRCT检查的剂量减少根据定位像扫描后自动给出的参考剂量长度乘积(DLP)来进行调整，将DLP修改到初始扫描的50%。Care KV关闭，Care dose打开。首次CT扫描管电压：120 kV，随访CT扫描管电压：100 kV，动态管电流分别为(87.32±16.38)mAs，(71.25±17.32)mAs，球管旋转时间0.5 s，准直(64×2×0.6)mm3，螺距1.2，扫描层厚0.6 mm。首次CT扫描重建层厚5 mm，重建间隔5 mm，剂量长度乘积(PLP)(179.61±39.29)mGyXcm,有效剂量(ED)(2.69±0.84)mSv，DLP(90.96±24.31)mGyXcm，ED(1.31±0.45)mSv，随访CT扫描重建层厚及重建间隔分别为5 mm、2 mm。

1.3图像重建首次检查均行常规剂量胸部HRCT采集数据，应用传统的FBP算法进行图像重建，肺窗釆用高分辨率卷积核B60f，纵隔窗采用软组织算法卷积核B31f。6个月后随访低剂量胸部HRCT采集数据分别采用FBP算法与SAFIRE算法进行图像重建。SAFIR迭代重建权重选3级，肺窗釆用高分辨率卷积核150 f，纵隔窗采用软组织算法卷积核I31f。肺窗窗宽1 600 Hu，窗位-600 Hu，纵隔窗窗宽3 500 Hu，窗位35 Hu。

1.4CT辐射剂量评价评价CT辐射剂量的参数包括DLP及ED，记录受检者的DLP，ED由公式ED(mSv)=DLP(mGycm)×k算出，式中转换系数k与受检者身体的不同部位有关，参考最新欧盟委员会CT质量标准指南〔2〕，胸部扫描时k=0.014 mSv/(mGycm)。

1.5不同层厚及重建方式感兴趣区噪声、信噪比测量在不同重建方式同一层面测量CT值与噪声，选取的感兴趣区包含100个像素，测量3次取平均值，感兴趣区分别位于：纵隔窗肺动脉主干水平升主动脉和肺窗气管分叉上方气管。

1.6主观图像质量分析将常规剂量5 mm FBP重建和半剂量5 mm FBP重建、半剂量5 mm SAFIRE重建、半剂量2 mm SAFIRE重建所得的图像经PACS网传至工作站，由2名10年以上胸部疾病影像诊断工作经验医师盲法(未知扫描参数及重建方法)进行评阅，观察内容包括是否发现肺GGN、肺GGN的数目、大小、位置、边缘(分叶、毛刺或尖角)、内部结构(空泡或蜂窝、支气管充气征)、邻近结构(血管集束征、胸膜凹陷征)等特点。对图像按以下标准进行4级评分：4分，结节显示清楚，并能清晰显示病变特征；3分，结节能够观察，不影响诊断，但边界稍模糊；2分，结节能检出，但边缘模糊，不能准确判断病变特征，不能满足诊断；1分，结节仅隐约可见，病变特征不能评价。评分有分歧的结节最终评分共同协商确定。

1.7统计学方法应用SPSS19.0软件进行方差分析、t检验、威尔克森(wilcoxon)秩和检验和χ2检验。

2结果

2.1图像噪声和信噪比评价以常规剂量5 mm FBP重建图像作为对照〔纵隔窗开主动脉图像噪声(7.36±1.41)Hu，肺窗气管(28.62±4.38)Hu；图像信噪比为(5.99±1.12)、(34.05±5.06)〕，半剂量5 mm FBP重建、半剂量5 mm SAFIRE重建、半剂量2 mm SAFIRE重建纵隔窗肺动脉干水平升主动脉图像信噪比为(2.89±0.70)、(5.46±0.79)、(3.14±1.17)；图像噪声为(16.28±2.19)Hu，(9.31±1.37)Hu、(14.38±3.45)Hu；肺窗气管图像信噪比为(16.39±3.48)、(31.95±4.24)、(15.87±4.09)，图像噪声为(55.25±5.76)Hu，(31.03±4.06)Hu，(59.14±6.14)Hu，半剂量5 mm SAFIRE重建图像噪声与信噪比无显著差异，半剂量5 mm FBP重建、半剂量2 mm SAFIRE重建图像噪声明显升高，信噪比明显降低(P<0.001)。

2.2图像主观质量评价与常规剂量5 mm FBP重建图像相比，半剂量5 mm SAFIRE重建纵隔窗图像和肺窗图像主观质量评分均未见显著性差异，而半剂量5 mm FBP重建、半剂量2 mm SAFIRE重建纵隔窗图像和肺窗图像主观质量评分均有明显降低。见表1。

2.3肺窗病灶显著性比较肺GGN病变显著性分析以常规剂量5 mm FBP重建肺窗图像作为参考，分析项目包括分叶、毛刺或尖角、空泡或蜂窝、支气管狭窄或截断、胸膜凹陷、血管集束6个方面，半剂量5 mm FBP重建、半剂量5 mm SAFIRE重建、半剂量2 mm SAFIRE重建各种征象比较均无显著差异，其中半剂量2 mm SAFIRE重建在空泡或蜂窝、支气管狭窄或截断的检出率有所提高(45.7%、43.3% vs 38.5%、35.4%)。见表2。

表1　图像主观质量评分〔n(%)〕

表2　肺窗病灶显著性比较(n)

3讨论

胸部HRCT能显示常规CT诊断困难的密度浅淡的病变，是肺GGN的首选检查方法，但其高辐射风险越来越受到重视。影响CT辐射剂量因素很多，包括X线球管的管电压、管电流、X线的能量分布、扫描层厚、间隔层厚、螺距、扫描仪的几何尺寸、前置滤线器的结构以及准直器的大小等。自1990年Naidich等〔3〕首先提出低剂量CT技术以来，国内外学者不断探讨降低CT检查辐射剂量的技术和方法，随着近年来低剂量CT研究的开展与深入，研究重点已从前期单纯改变扫描条件发展到了改进图像重建技术，以期在更低的剂量下寻求辐射剂量和图像质量方面达到最佳平衡点。

既往低剂量HRCT〔4〕主要以降低管电流的方式来大幅度降低辐射剂量，应用传统FBP算法时降低管电流最主要的后果就是图像噪声的增加，严重影响图像质量，辐射剂量的降低与CT图像质量之间存在明显制衡关系，而SAFIRE迭代重建算法是最新的迭代重建算法之一，重建后的图像噪声可以显著降低，但目前情况下临床应用研究大多集中在增强扫描方面，在胸部HRCT方面应用较少，尤其在肺GGN方面的临床应用少有报道，因此需要进行临床实验研究，进一步探讨合理的扫描参数，以期更好地适应低剂量HRCT影像诊断要求。

目前情况下低剂量CT常规用于肺癌的筛查，但在一定程度上低剂量CT并不能完全反映纯GGN的特征，管电流过低，图像噪声增大，易造成假象或漏诊。Zwirewich等〔4〕学者进行管电流20 mAs胸部低剂量HRCT扫描时，有20%的肺GGN漏诊，Koyama等〔5〕研究表明重建算法是影响肺GGN检出的一个重要因素，并且管电流低于25 mAs的标准重建图像肺GGN检出率明显降低。Funama等〔6〕对含模拟肺GGN的体模CT扫描研究显示，低剂量(21 mAs、45 mAs)CT扫描时，CT值>-650 Hu的模拟肺GGN的漏诊率约为17%、8%，CT值≤-800 Hu的模拟肺GGN漏诊率可达60%、36%。因此，合理的CT扫描参数对肺GGN的检出和鉴别诊断非常重要，剂量过低时肺GGN的检出及定性诊断有一定限度〔7〕。

肺GGN是一种非特异性影像学表现，往往同病异影，同影异病，详细观察肺GGN的各种征象可为鉴别诊断提供依据，其中包括病灶形态、边缘、密度、支气管血管走行、邻近胸膜情况。Li等〔8〕研究83例病理学证实的肺癌中，39%的肺GGN就因能见度低、病变显著性方面评价差被误诊。本研究表明，在胸部HRCT肺窗图像中，图像噪声及信噪比虽然是决定图像质量的决定因素，但空间分辨率也应在工作中应给于适当关注。

本研究具有以下局限性：(1)本研究仅研究了单能扫描的数据，未对双能扫描数据进行分析；(2)本研究仅分析了剂量降低50%的数据，未对进一步降低剂量的可行性详细分析。

4参考文献

1Felix L，Lantuejoul S，Jankowski A，etal.Localized pure or mixed ground-glass lung opacities〔J〕.J Radiol，2009；90(11-2)：1869.

2European Study Group of Radiologists and physicists.European guidelines on quality criteria for computed tomography〔EB/OL〕.〔2009-09-12〕.http://www.drs.dk/guidelines/cll guality/dyumload/eur16262.w51

3Naidich PP，Marshall CH，Gribbin C，etal.Low-dose CT of the lung：preliminary observations〔J〕.Radiology,1990；175(13)：729-31.

4Zwirewich CV，Mayo JR，Muller NL.Low-dose high-resolution CT of lung parenchyma〔J〕.Radiology，1991；180(2)：413-7.

5Koyama H，Ohno Y，Kono AA，etal.Effect of reconstruction algorithm on image quality and identification of ground-glass opacities and partly solid nodules on low-dose thin-section CT：experimental study using chest phantom〔J〕.Eur J Radiol，2010；74(3)：500-7.

6Funama Y，Awai K，Liu D，etal.Detection of nodules showing ground-glass opacity in the lungs at low-dose multidetector computed tomography：phantom and clinical study〔J〕.J Comput Assist Tomogr，2009；33(1)：49-53.

7Pontana F，Pagniez J，Flohr T，etal.Chest computed tomography using iterative reconstruction vs filtered back projection(part 1)：evaluation of image noise reduction in 32 patients〔J〕.Eur Radiol，2011;21：627-35.

8Li F，Sone S，Abe H，etal.Lung cancers missed at low-dose helical CT screening in a general population：comparison of clinical，histopathologic，and imaging findings〔J〕.Radiology，2002;225(3)：673-83.

〔2015-08-10修回〕

(编辑袁左鸣)

〔中图分类号〕R4

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)11-2736-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.11.078

第一作者：张可名(1977-)，男，医学硕士，主治医师，主要从事放射诊断研究。