能谱纯化结合高级模拟迭代重建在成人胸部低剂量CT中的应用

唐 雷，刘 莉，曾宪春，王玉权，王荣品

(贵州省人民医院放射科，贵州 贵阳 550002)

胸部低剂量CT(low-dose CT， LDCT)除可用于筛查肺癌高危人群外，还可用于其他肺部疾病(如感染性病变、肺气肿、转移瘤等)的筛查及随访、胸部外伤的诊断及复查以及特殊人群(如婴幼儿、孕妇、老年人)的肺部检查等[1-3]。针对不同人群、不同疾病，如何合理选择适宜的胸部LDCT扫描方案是目前研究的热点。第3代双源CT配备能谱纯化技术及高级模拟迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction， ADMIRE)技术进一步拓展了LDCT的临床应用[3-5]。本研究探讨能谱纯化结合ADMIRE技术在成人胸部LDCT的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017年1月1日—9月30日于我院接受胸部CT扫描的成年体检者共100名，随机均分为A组和B组。A组男27名，女23名，年龄39～83岁，平均(52.2±19.2)岁；B组男31名，女19名，年龄29～82岁，平均(54.3±13.3)岁。所有受检者CT检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Force双源CT扫描仪。对A组行常规方案扫描，即100 kV扫描结合ADMIRE (强度3级)重建[6-7]，获得A-ADMIRE图像；B组行能谱纯化(Sn 100 kV)方案扫描，分别采用ADMIRE 1～5级强度进行重建，获得B-ADMIRE1、B-ADMIRE2、B-ADMIRE3、B-ADMIRE4、B-ADMIRE5图像。A组管电流 62 mAs，B组管电流 96 mAs；2组其余扫描参数相同：探测器宽度192 mm×0.6 mm，螺距1.2，球管旋转时间0.5 s，层厚 5.0 mm，层间距5.0 mm，肺窗卷积核BI57，纵隔窗卷积核Br40。

1.3 辐射剂量评估 扫描完成后仪器自动生成辐射剂量表。记录CT剂量指数(CT dose index volume， CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product， DLP)；计算有效剂量(effective dose， ED)，ED=k×DLP，其中胸部转换系数k=0.014 mSv/(mGy·cm)[8]。

1.4 图像分析及评价 所有图像数据均传至医学影像存档与传输系统(picture archiving and communication systems， PACS)进行测量分析。在气管杈水平肺窗图像中，选择一侧肺组织(尽量避开较大血管、支气管及肺内病灶)、背部皮下脂肪、背景空气为ROI，并于纵隔窗图像选择胸主动脉、竖脊肌、背部皮下脂肪及背景空气为ROI，大小均为30～32 mm2。分别记录平均CT值及噪声，并计算图像信噪比(signal-to-noise ratio， SNR及对比噪声比(contrast-to-noise ratio， CNR)。

由2名高年资影像诊断医师对肺窗及纵隔窗重建图像质量进行主观评价。基于肺窗图像重点观察肺纹理、亚段支气管及远端细支气管、叶间裂、肺部病变显示的清晰程度及边缘锐利度，基于纵隔窗图像主要观察纵隔内解剖结构、纵隔淋巴结显示的清晰程度。采用5分法进行评分：1分，肺内、纵隔内解剖结构及病变显示不清，边缘模糊，伪影严重，无法用于诊断；2分，肺内、纵隔内解剖结构及病变边缘模糊，存在伪影，不符合诊断要求；3分，肺内、纵隔内解剖结构及病变边缘较锐利，存在轻度伪影，基本满足诊断要求；4分，肺内、纵隔内解剖结构及病变边缘显示清晰，无明显伪影，图像质量良好；5分：肺内、纵隔内解剖结构及病变显示清晰、边缘锐利，无明显伪影，图像质量优。取2名医师评分的平均值作为最终评分，≥3分时认为图像可用于临床诊断。

1.5 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。A组与B组间辐射剂量指标比较采用两独立样本t检验，2组不同ADMIRE图像间客观评价指标(噪声、SNR、CNR)、主观图像质量评分比较采用单因素方差分析(ANOVA)，两两比较采用SNK-q检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量 A组与B组间CTDIvol、DLP及ED差异均有统计学意义(P均<0.01，表1)。

表1 2组间辐射剂量指标比较(±s)

表1 2组间辐射剂量指标比较(±s)

组别CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)A组3.03±0.59108.16±23.101.51±0.32B组0.62±0.2022.18±8.040.31±0.11t值18.11116.48916.489P值<0.01<0.01<0.01

2.2 噪声 2组不同ADMIRE图像间肺窗及纵隔窗各ROI图像噪声差异均有统计学意义(P均<0.01，表2)。B-ADMIRE1图像各ROI噪声均高于其他ADMIRE图像(P均<0.05)；B组中ADMIRE1～5图像噪声呈逐级递减趋势(P均<0.05)。

2.3 SNR及CNR 2组不同ADMIRE图像间肺组织、胸主动脉、竖脊肌SNR及肺组织-背部皮下脂肪、胸主动脉-竖脊肌、胸主动脉-背部皮下脂肪CNR差异均有统计学意义(P均<0.01，表3)。A-ADMIRE图像SNR、CNR均高于其他ADMIRE图像(P均<0.05)；B组中ADMIRE1～5图像SNR及CNR均呈逐级递增趋势(P均<0.05)。

2.4 主观图像质量评分 2组不同ADMIRE图像间肺窗及纵隔窗图像质量评分差异均有统计学意义(P均<0.01，表4)。A-ADMIRE图像质量评分均高于其他ADMIRE图像(P均<0.05)；B组中ADMIRE1～5图像质量评分差异均有统计学意义(P均<0.05)，评分由高到低依次为：B-ADMIRE3>B-ADMIRE5>B-ADMIRE4>B-ADMIRE2>B-ADMIRE1，B-ADMIRE3图像肺窗及纵隔窗图像质量评分均≥3分(图1)。

3 讨论

胸部CT检查广泛应用于胸部健康体检、外伤及肺部疾病的筛查及随访。长期、多次、重复CT检查对受检者存在潜在的危害，可能导致白血病及一些实体肿瘤(如甲状腺癌、乳腺癌和肺癌等)。通过改良设备硬件性能、降低kV、降低mAs、增大螺距、采用不同的迭代重建算法等，可不同程度减低CT辐射剂量[9-11]。

表2 2组间不同ADMIRE图像噪声比较(±s)

表2 2组间不同ADMIRE图像噪声比较(±s)

组别肺窗肺组织背部皮下脂肪背景空气纵隔窗胸主动脉竖脊肌背部皮下脂肪背景空气A组(A-ADMIRE)42.18±6.2640.2±7.1217.79±3.987.01±1.589.77±1.888.39±1.334.13±1.19B组 B-ADMIRE176.76±7.8283.24±8.7350.22±8.1221.23±3.6123.93±3.2523.24±3.2712.81±1.66 B-ADMIRE266.57±7.0569.29±7.3142.90±7.3318.94±3.1021.59±2.8120.97±2.7211.82±1.84 B-ADMIRE356.45±7.6759.51±8.4333.57±8.1916.24±2.6818.98±2.6818.30±2.6510.60±1.79 B-ADMIRE443.19±4.7840.80±4.8527.88±6.5113.24±2.2416.00±2.4915.27±2.569.00±1.44 B-ADMIRE528.90±3.6526.11±2.9520.12±6.5010.84±3.8113.26±3.6012.57±3.517.47±2.58F值179.949223.345106.491114.956119.296145.493117.166P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表3 2组间不同ADMIRE图像SNR及CNR比较(±s)

表3 2组间不同ADMIRE图像SNR及CNR比较(±s)

组别SNR肺组织胸主动脉竖脊肌CNR肺组织-背部皮下脂肪胸主动脉-竖脊肌胸主动脉-背部皮下脂肪A组(A-ADMIRE)52.25±12.1511.07±3.2714.65±4.7746.02±10.973.58±2.4816.07±5.21B组 B-ADMIRE117.72±2.943.46±0.763.98±0.5715.77±2.740.53±0.594.31±1.23 B-ADMIRE220.79±3.483.77±0.854.35±0.7118.54±3.270.59±0.644.69±1.42 B-ADMIRE327.12±5.134.22±0.974.89±0.8524.20±4.770.67±0.715.25±1.62 B-ADMIRE432.37±5.834.98±1.175.78±1.0228.91±5.430.80±0.826.15±1.87 B-ADMIRE545.66±8.896.29±1.817.32±1.8340.82±8.281.03±1.087.75±2.76F值86.29772.48478.98279.81523.72471.017P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表4 2组间不同ADMIRE图像主观图像质量评分比较(分，±s)

表4 2组间不同ADMIRE图像主观图像质量评分比较(分，±s)

组别肺窗纵隔窗A组(A-ADMIRE)4.52±0.444.29±0.25B组 B-ADMIRE13.16±0.242.45±0.34 B-ADMIRE23.23±0.252.59±0.37 B-ADMIRE33.89±0.263.00±0.15 B-ADMIRE43.36±0.282.77±0.30 B-ADMIRE53.75±0.262.98±0.11F值85.644236.348P值<0.01<0.01

图1 男性，34岁，能谱纯化结合ADMIRE技术胸部LDCT图像 A.ADMIRE 3级强度重建肺窗图像，右肺下叶肿块显示良好，边缘光滑、锐利，可见空泡征，主观图像质量评分为4分； B.ADMIRE 3级强度重建纵隔窗图像，右肺下叶肿块显示清晰，纵隔结构稍模糊，但仍可清楚显示增大的右下肺门影，主观图像质量评分为3分

Siemens Force双源CT(第3代双源CT)针对LDCT配有一系列新技术，其中能谱纯化技术的原理是利用放置在X线球管前方的特殊锡滤过板选择性滤过低能级光子，提高X线利用率，从而减少人体的吸收剂量[12]。能谱纯化技术扫描有2种管电压模式可供选择，即Sn 100 kV和Sn 150 kV；其中Sn 150 kV较Sn 100 kV具有更高的X线穿透能力，可用于扫查颅底、颞骨等部位，Sn 100 kV穿透能力较弱，适用于肺部扫查[12-13]。有学者[13]采用Sn 100 kV对60例患者行胸部CT检查，与第2代双源CT(100 kV扫描)对比，发现辐射剂量降低约90%。本研究采用Sn 100 kV能谱纯化方案进行成人胸部LDCT检查，结果显示CTDIvol、DLP及ED均明显低于100 kV常规扫描方案(P均<0.05)，表明能谱纯化技术可显著减低人体吸收的辐射剂量；但大幅度降低辐射剂量必然导致图像噪声增大、空间分辨率降低，影响图像质量。本研究中，B-ADMIRE1图像肺组织、胸主动脉、竖脊肌、皮下脂肪、背景空气的噪声均明显高于A-ADMIRE图像，同时其SNR、CNR及主观图像质量评分均明显减低(P均<0.05)。

LDCT检出肺部病灶有赖于病灶与周围正常肺组织的对比度，而病灶清晰程度、病灶边缘的锐利度则与图像噪声有关。ADMIRE技术具有良好的降噪功能，采用“统计模型”和迭代解码芯片，对虚拟数据域、图像域、模型域的统计数据进行高效整合，通过多次迭代法去除伪影、减少噪声，可实现实时高清迭代成像[14-15]。本研究结果显示，能谱纯化结合ADMIRE技术进行重建后，随重建强度逐级增大，图像噪声逐渐减低，图像SNR、CNR逐渐增高，提示ADMIRE技术具有在低剂量条件下显著降噪、改善图像质量的潜能。

本研究2组所有ADMIRE图像中肺窗图像质量评分均>3分，满足诊断要求；纵隔窗图像中，虽然由于纵隔结构、心脏大血管、胸背部软组织之间对比度较低，且在低辐射剂量条件下更为显著，但能谱纯化结合ADMIRE技术进行重建后仍然可显示1例肺内肿块及增大的肺门影，且B-ADMIRE3图像质量评分达(3.00±0.15)分，可满足临床诊断需要。

本研究B组ADMIRE重建强度分为1～5级，而国外研究[6-7]多推荐选择3级重建。本研究结果显示，随重建强度逐级增大，B组ADMIRE图像噪声逐级递减，SNR、CNR逐级递增，提示ADMIRE重建强度越高，对噪声的抑制能力越强。主观图像质量评分方面，本研究发现B组中不同ADMIRE图像肺窗及纵隔窗图像质量评分由高至低依次为：B-ADMIRE3>B-ADMIRE5>B-ADMIRE4>B-ADMIRE2>B-ADMIRE1，其中B-ADMIRE3图像质量最佳，与国外研究[6-7]结果一致。

本研究的不足之处：①未分析受检者体质量指数对辐射剂量及图像质量造成的影响；②观察对象为健康体检者，未能就LDCT对肺部具体病变的诊断效能进行评价。

综上所述，对以肺部疾病筛查为主要目的的成人胸部LDCT检查，采用第3代双源CT能谱纯化结合ADMIRE技术可在满足诊断要求的前提下有效降低辐射剂量，且ADMIRE重建强度为3级时图像质量最佳。