前置自适应统计迭代重建技术对体模肺纯磨玻璃结节图像质量及辐射剂量的影响

李 莹，艾娜娜，张颖颖，付玉存，蒋 炯，牛丹丹，翟艳慧，贾守强*

(1.泰山医学院附属莱芜医院影像科，山东 莱芜 271199；2.聊城市人民医院影像科，山东 聊城 252002；3.GE中国CT影像研究中心，上海 201203)

随着MSCT的广泛应用及早期肺癌筛查工作的开展，肺小结节、特别是肺纯磨玻璃结节(pure ground glass nodule， pGGN)的检出率明显提高。pGGN是非特异性的影像学表现，可由良性病变引起，如肺淋巴组织回流障碍、局灶性肺间质纤维化、出血等；或是癌前病变，如非典型腺瘤样增生、原位腺癌；也可能为恶性病变，如浸润性腺癌[1]。对于初次发现的pGGN，如果根据形态学或强化特点无法判断良恶性，一般采用低剂量CT进行定期随访。目前应用低剂量CT的普遍方法为扫描时采用低辐射剂量的扫描条件，并在重建图像时应用迭代重建技术对图像质量进行补偿[2]。本研究分析高分辨率Revolution CT不同权重前置自适应统计迭代重建技术(prescribed adaptive statistical iterative reconstruction V， Pre-ASiR-V)对pGGN图像质量及辐射剂量的影响，以寻找最佳Pre-ASiR-V权重。

1 材料与方法

1.1 仪器与方法 采用仿真男性胸部体模(Multipurpose Chest Phantom N1“LUNGMAN”)，该体模由胸壁、纵隔、肺和椎体组成，以组织等效材料制成，各部位几何尺寸及X线衰减性能与人体组织等效，体模内含有4个pGGN，CT值为-630 HU，直径分别为5 mm、8 mm、10 mm和12 mm，随机分布于双侧肺野的上、中、下肺层面。

采用GE Revolution CT 16 cm宽体探测器，管电压120 kV，自动毫安技术(9～434 mA)，螺距0.992∶1，球管旋转速度0.5 s/rot，噪声指数(noise index， NI)预设为11，扫描层厚0.625 mm，分别以Pre-ASiR-V权重为0、20%、40%、60%、80%和100%进行扫描，扫描范围自胸廓入口至膈肌水平，获得6组图像。

1.2 图像处理 于GE AW4.6工作站以骨算法重建图像，重建层厚0.625 mm。选择圆形ROI，面积为20 mm2，放置于4个结节显示最大层面及其邻近上下层面的心脏部位，测量其SD值，取其平均值作为每组图像的平均噪声值。

1.3 辐射剂量 记录各组图像的容积CT剂量指数(CT dose index volume， CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product， DLP)，并计算有效辐射剂量(effective dose， ED)，计算公式为ED(mSv)=DLP(mGy·cm)×k，其中k为转换系数，胸部扫描时，k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.4 图像质量评价 由2名有10年以上工作经验的影像科医师采用盲法对各组肺窗图像中pGGN的图像质量进行主观评价。评价标准：4分，结节边界清晰；3分，结节可见，但边界稍模糊；2分，结节边界不清，但尚可见；1分，结节不可见。以评分≥3分为符合诊断标准。

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。计量资料以±s表示。6组图像间平均噪声的比较采用单因素方差分析。以Kappa检验评价2名医师主观评分的一致性，Kappa≥0.75为一致性较好，0.40≤Kappa<0.75为一致性中等，Kappa<0.40为一致性较差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像平均噪声 Pre-ASiR-V为0、20%、40%、60%、80%和100%的6组图像平均噪声分别为(17.93±2.20)HU、(17.30±3.68)HU、(18.20±3.44)HU、(18.80±0.20)HU、(19.87±2.56)HU和(15.90±4.56)HU，组间总体差异无统计学意义(F=0.568，P=0.723)。

2.2 辐射剂量 Pre-ASiR-V为0、20%、40%、60%、80%和100%时，图像ED分别为7.40 mSv、5.16 mSv、3.36 mSv、1.97 mSv、0.97 mSv和0.33 mSv，随着Pre-ASiR-V权重的升高而逐渐降低。与Pre-ASiR-V权重为0的图像比较，Pre-ASiR-V为20%、40%、60%、80%和100%的图像ED分别降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%(表1)。

表1 Pre-ASiR-V为0、20%、40%、60%、80%和100%时图像辐射剂量

2.3 图像主观评分的一致性 2名医师对pGGO图像的主观评分一致性较好(Kappa=0.778，P=0.003)。6组图像评分均≥3分，符合临床诊断标准。Pre-ASiR-V权重为80%及100%图像的主观评分略低(图1)。Pre-ASiR-V权重为0～60%图像的主观评分均为4分；Pre-ASiR-V权重为80%组图像有3个结节评分为3分，1个结节为4分；Pre-ASiR-V权重为100%图像的主观评分均为3分。

3 讨论

胸部CT广泛应用于临床，CT检查中的辐射剂量成为临床关注的热点。1998年，Sone等[3]报道采用低剂量CT进行肺癌筛查，发现肺癌检出率较常规X线胸片可提高约10倍。2012年，美国国立综合癌症网更新了肺癌筛查指南，推荐肺癌筛查采用非增强低剂量CT扫描[4]，辐射剂量为标准剂量的10%～30%。

低剂量检查虽可降低辐射剂量，但不可避免地伴随着图像质量的降低，可能导致漏诊或误诊病变。Funama等[5]以MSCT对含pGGN的体模进行扫描，结果发现低剂量CT(管电流分别为21 mAs和45 mAs)图像中，CT值>-650 HU的pGGN的漏检率分别为17%和8%，提示低剂量CT对体模中pGGN的检出存在一定限度。本研究结果显示，随着Pre-ASiR-V权重增加，在保证图像质量的同时，可降低辐射剂量。既往研究[6-9]结果表明，在胸、腹部CT检查中，迭代重建技术可在保持图像质量的基础上有效降低辐射剂量，但以往的迭代重建技术多为后置迭代重建技术。而Revolution CT的Pre-ASiR-V可在制定扫描计划时即设定前置权重，在NI不变的前提下降低管电流，并达到降低辐射剂量的效果[10]。因此，选择最佳前置权重十分重要。

有学者[11]采用320层容积CT、低剂量方案扫描仿真体模内模拟肺实性小结节，认为限制低剂量CT肺小结节检出的因素是图像噪声，而非空间分辨率。本研究结果表明，随着Pre-ASiR-V权重增大，图像的平均噪声差异无显著变化(F=0.568，P=0.723)，但ED依次降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%，提示Pre-ASiR-V权重的增大对图像质量影响较小，但可显著降低辐射剂量。然而Pre-ASiR-V权重并非越大越好。已有研究[10,12]表明，权重增大到一定程度后，纵隔窗图像可出现蜡像样伪影，肺内细小结构边缘出现台阶样伪影，减弱组织结构界面的对比，从而导致主观评分下降。本研究的主观评分结果表明，随着Pre-ASiR-V权重增大，pGGN图像的主观评分有下降趋势，边界逐渐模糊，Pre-ASiR-V 80%及100%的主观评分较0、20%、40%、60%略低，但均可满足临床诊断要求。

图1 不同Pre-ASiR-V权重下仿真男性胸部体模图像 A～F.分别为Pre-ASiR-V为0、20%、40%、60%、80%和100%的图像，结节位于右肺下叶背段胸膜下，A～D图像主观评分均为4分，E、F图像评分为3分

本研究结果表明，NI设定为11时，Pre-ASiR-V的设置对高分辨率图像的图像质量无显著影响，但可显著降低辐射剂量。Pre-ASiR-V权重为60%时，图像评分为4分，但辐射剂量已降至权重为0时的26.62%，提示Pre-ASiR-V最佳权重为60%。

本研究的局限性：由于模型限制，仅模拟了直径≥5 mm的pGGN，未将直径<5 mm的pGGN纳入研究。人体实际扫描中，肺内结构更加复杂，且呼吸、心脏搏动等运动伪影均可影响对结节的检出，有待临床研究加以评估。

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