迭代重建技术在HRCT低剂量下诊断肺磨玻璃密度结节的可行性应用

刘雯辉 曹黎明 黎良山 李斌

[摘要] 目的 評价不同水平的iDose4迭代重建技术在HRCT低剂量的条件下诊断肺磨玻璃密度结节（pGGN）的可行性。 方法 选择2014年10月1日～2016年4月1日在平湖市中医院行常规胸部CT检查并确诊为pGGN的患者40例，应用16排螺旋CT，设置4种不同的剂量条件（管电压120 kV；管电流100、50、25、10 mAs）对40个5～13 mm的pGGN进行HRCT检查，分别应用iDose4迭代重建技术和传统的滤波反投影（FBP）对数据进行重建，并且有两名有丰富经验的医师进行对不同剂量水平和不同重建技术的影像进行评估，同时利用Kappa分析进行一致性评价以及测量每次检查的图像噪声（MSD）、有效辐射量（ED）。 结果 不同管电流和图像重建技术的条件下SD值比较，差别有统计学意义（P < 0.05）；相同管电流条件下和不同重建技术的条件下SD值比较，差异有统计学意义（P < 0.05）；在不同管电流和图像重建技术下肺实质CT值比较，差异无统计学意义（P > 0.05）；两名医师对图像质量的评分，Kappa=0.601，P = 0.000，一致性尚可；应用传统的FBP及iDose4技术，100 mAs对pGGN的可见度在4分等级上显著高于50、25、10 mAs，差别有统计学意义（P < 0.05）；在50、25、10 mAs条件下，iDose4-4/7重建技术在高评分上显示结节的数量显著高于传统的FBP重建技术，差异有统计学意义（P < 0.05）。 结论 应用16排螺旋CT能够在10 mAs的条件下检查出pGGN，联合iDose4迭代重建技术可以保证图像并且满足临床诊断需求，同时可以进一步减少对患者的辐射剂量，在早期肺癌筛查中值得临床推广。

[关键词] 迭代重建技术；滤波反投影；肺磨玻璃密度；辐射剂量

[中图分类号] R655.3 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）06（a）-0118-05

[Abstract] Objective To evaluate the feasibility of diagnosing pulmonary grinded glass nodule （pGGN） by different levels of iDose4 iterative reconstruction technology under low HRCT conditions. Methods Selected 40 cases of patients who was diagnosed as a glass-polluted nodule by conventional chest CT examination in Traditional Chinese Medicine Hospital of Pinghu City， from October 1 2014 to April 1 2016. 16-slice spiral CT was performed on 40 pulmonary nodular nodules whose diameter were 5 to 13 mm， took four different dose conditions （tube voltage 120 kV； tube current 100， 50， 25， 10 mAs）， reconstructed all the data by iDose4 iteration reconstruction techniques and traditional filtered backprojection （FBP）. Two experienced physicians were asked to evaluate images at different dose levels and different reconstruction techniques. Consistency assessment was conducted by Kappa analysis， and the image noise （MSD） and effective radiation dose （ED） was measured for each examination. Results The difference was statistically significant （P < 0.05） in SD values under different tube currents and image reconstruction techniques. The difference was statistically significant （P < 0.05） in SD values under the same tube current conditions and different reconstruction techniques. There was no significant difference（P > 0.05） in CT values of lung parenchyma under different tube currents and image reconstruction techniques. The consistency was good（Kappa=0.601， P = 0.000） between the two doctors， under traditional FBP and iDose4 technology， there was a statistically significant difference （P < 0.05） in the comparison of the visibility of pGGN at 100， 50， 25， 10 mAs. Under the condition of 50， 25， 10 mAs， there was a statistically significant difference （P < 0.05） in the number of nodules on the high score under the iDose4-4/7 reconstruction technique. Conclusion 16-slice spiral CT can be used to detect lung-dense glass nodules at 10 mAs， it can ensure images in the clinical combine with iDose4 iterative reconstruction technology. The radiation dose to the patient can be further reduced， and it is worthy of clinical promotion in early lung cancer screening.

[Key words] Iterative reconstruction technique； Filtered backprojection； Lung grinding glass density； Radiation dose

]

相关数据表示[1]：CT在普查高危人群肺癌的过程中，出现肺结节的比例为2.98%～19.24%，主要表现为肺磨玻璃密度结节（pGGN）。pGGN属于一种不具有特异性的影像学表现，其可能由多种病因引发，有的属于良性病变，有的则是癌前病变，如：原位癌、恶性肿瘤等[2]。在检查过程中，对于首次发现pGGN的患者，如果根据其影像学表现、强化特征暂时无法确诊，而随访确实至关重要[3]。扫描过程中电离辐射对患者有着致癌的风险，并且也可以使pGGN恶变，因此，低剂量的CT扫描至关重要[4]。pGGN表现为肺局部密度增加，可以显示出血管和支气管，而低剂量的HRCT在其他扫描条件不变时，降低管电流来实现降低辐射剂量，若是降低辐射量，图像质量会相应的变差，迭代重建技术恰好弥补了这一局限性，在胸部、腹部进行CT扫描，可以结合迭代重建技术在降低辐射剂量的同时满足诊断所需的图像质量[5]。本研究主要探究不同水平的iDose4迭代重建技术，评价HRCT低剂量扫描pGGN的可行性，现报道如下：

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2014年10月1日～2016年4月1日在平湖市中医院（以下简称“我院”）行常规胸部CT检查并确诊为pGGN的患者40例，共64个结节，其中男25例，女15例，年龄39～74岁，平均（56.52±17.50）岁；体重指数≤22 kg/m2者共18例，体重指数16.47～22.14 kg/m2，平均（20.54±0.96）kg/m2，体重指数>22 kg/m2者共22例，体重指数22.45～35.62 kg/m2，平均（28.56±6.53）kg/m2。本次研究经过我院医学伦理委员会批准，所有纳入研究对象均知情同意并签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

纳入标准[6]：患者肺内存在确切的病灶，直径≤30 mm（算出病灶横断面长、宽值的平均值）并且病灶的长宽直径比≤3：2；患者结节的数量≤3个；患者身体具有一定强度的耐受性；患者5年内未患有肺癌等其他恶性肿瘤的病史；患者及家属对研究表示支持且签定相关协议书。

排除标准：患者精神状态异常，不能够积极配合研究人员实验；患者伴有严重心、肝、肾等脏器功能障碍；患者及家属对研究表示反对，拒绝签订协议书。

1.3 方法

1.3.1 CT扫描方法 研究应用SOMATOM Emotion 16-slice configuration螺旋CT给予患者进行扫描，扫描参数：管电压维持不变（120 kV），管电流分别为100、50、25、10 mAs，探测器准直为128 mm×0.625 mm，旋转时间为0.33 s，螺距为0.399，层厚1 mm，矩阵512×512，视野为3500 mm，采用高分辨率算法，给予每位患者扫描3次，每次扫描范围相同，分别应用iDose4-4、iDose4-7迭代重建技术和传统的滤波反投影对图像进行相应的重建。

1.3.2 图像的分析 患者的图像在CT图像工作站上进行阅读，由两名经验丰富的医师进行阅片，采用医师盲法，纵隔窗图像窗位：60 HU，窗宽：400 HU，肺窗图像的窗位：-450 HU，窗宽1400 HU。

1.3.3 辐射剂量计算 在扫描过程中分别记录剂量下的CT剂量容积指数（CTDIvol）以及扫描长度（L），参照公式①和公式②进行计算有效剂量（ED）和剂量长度乘积（DLP），①：DLP（ mGy·cm）=CTDIvol（ mGy） ×L （cm） ：②：ED （ mSv） =DLP（mGy·cm）×k；公式①的参考系数k和患者自身的体位相关，具体详细参考文献，常规胸部扫描的k=0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.4 觀察指标与评价标准

观察指标[7]：①由两名具有丰富的经验医师，对图像重建技术完全不知情的条件下定量随机抽取的重建序列，分别有上、中、下3个层面轴位1 mm图像的标准差（SD）及CT值，具体包括：肺尖胸锁关节水平面、靠近主动脉肺动脉窗水平面和右下肺静脉水平面，每一层水平面分别划分3个感兴趣区（ROI≈10 mm2），记录患者的SD值和CT值，最后计算出CT值的标准差平均值（MSD）。②根据两名阅片医师对图像质量的评价标准制定表格，并且由Kappa分析对两者评估的一致性进行评价。③最后对比由于应用iDose4-4、iDose4-7迭代重建技术和传统的滤波反投影对pGGN的可见度评分。

结节图像显示分标准：参照Nahorecki等[8]的相关文献：结节不可见，完全不能够满足图像诊断需求，临床评价为1分；结节边界模糊但可见，临床评分2分；结节可见但边界稍模糊，临床评分3分；结节清晰可见，临床评分4分。

图像质量评分标准：图像质量差，纵膈和胸壁结构噪声大，纵膈边缘模糊不能满足临床诊断，判定为1分；图像质量一般，部分存在伪影，临床判定为2分；图像模棱两可，临床判定为3分；图像质量较好，能够满足临床诊断，判定为4分；图像质量非常好，临床判定为5分。

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，正态多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验，非正态分布采用秩和检验；计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验；以P < 0.05为差异有统计学意义。统计不同技术在4种不同电流条件的SD值，并绘制成折线统计图；针对于两名医师对图像评估采用Kappa检验，评估主观图像质量的一致性（P < 0.4，认为一致性较差；0.4 ≤ P < 0.75，认为一致性尚可；P ≥ 0.75认为一致性较好）。

2 结果

2.1 不同条件下辐射量

管电流分别为100、50、25、5 mAs条件下，分别对应的CTDI vol（mGy）：6.4、3.2、1.6、0.6；DLP（mGy·cm）：209.1、104.6、52.3、20.9；ED（mSv）：2.93、1.46、0.73、0.29。

2.2 同管电流及重建技术下的图像噪声MSD值比较

MSD值在不同管电流和相同图像重建技术的条件比较，以及在相同管电流和不同图像重建技术的比较中，差异均有统计学意义（P < 0.05），并且可以看出管电流越小，MSD值越高。分别进行组间两两比较：相同重建技术，不同管电流下两两比较，差异均有统计学意义（P < 0.05）：相同管电流，不同重建技术两两比较，差异均有统计学意义（P < 0.05）。见表1。

2.3 不同管电流及重建技术下的图像CT值对比

患者扫描肺实质CT值在不同管电流和图像重建技术中，各组差异无统计学意义（P > 0.05）。见表2。

2.4 两名阅片医师的对图像质量主观评价一致性

同一组图像重建技术内，随着管电流的减少，图像质量评分降低，而采用iDose4重建技术的算法较传统的FBP技术评分相对较高，两名医师对图像质量的评分，Kappa=0.601，P = 0.000，两者一致性尚可（0.4 ≤ P < 0.75）。见表3。

2.5 不同重建技术及管电流的肺结节评分

应用传统的FBP及iDose4技术，100 mAs对pGGN的可见度在4分等级上显著高于50、25、10 mAs，与相同重建技术100、50、25、10 mAs比较，差异均有统计学意义（P < 0.05）。见表4。

3 讨论

临床上，检查肺部疾病应用的诸多影像学方法中，CT属于最敏感的检查手段，并且也属于最具有诊断价值的方法之一[9]。近几年来，随着多层螺旋CT的的飞速发展，计算机软件和多种图像处理技术的改善，临床应用的频率也越来越多，而CT检查所带来的辐射致癌和放射防护的安全问题开始成为相关研学者的研究热点[10]。有关报道表明[11]：若是患者在标准辐射量的基础上，每增加10 mSv的辐射量，其死亡率会相应的增加0.05%。另有外国文献显示[12]：美国人群中，癌症病例中的2%～3%可能是属于CT扫描辐射所造成的。关于辐射剂量的问题，应该符合国际放射防护协会的标准原则：实践辐射防护的最优化、个人剂量限制化。因此，低剂量条件下，获得的图像能否满足临床需要，是国内外相关研究人员的重要课题。低剂量的迭代重建技术如今在CT领域属于较新的研究热点，它具有降低噪声、保证图像质量的前提下明显减少辐射剂量，和常规的滤波反投影相比较有着重要的临床应用价值和前景。国内相关学者表明[13-16]：行胸部、腹部的扫描，应用自适应的迭代重建技术可以在显著减少的辐射剂量的条件下[17-18]获得满足临床需求的图像质量。

由于肺组织的天然高对比和肺组织放射线的低吸收性，肺部的低剂量CT的实施是完全可行的。CT扫描的辐射量和管电流、管电压、层厚、曝光时间和扫描容积等参数相关，随着多层螺旋CT的发展，其曝光时间逐渐减少，曝光时间约2 s，管电压决定X线的穿透性，若是降低管电压则会使辐射剂量降低，同时也降低了X线的剂量，而患者吸收的辐射比例随着增加，导致受照剂量和图像质量的比例破坏。Prakash 等[19]研究报道：发射极亮和管电流存在相关惯性，X线的管电流主要决定阴极发射的电子数目，若是管电流减少，电子数目随着减少，在保持管电压不变的条件下，可以有效的达到降低辐射剂量的目的。Hara等[20]研究表示：若是管电流小于20 mAs，图像则会出现伪影，并且不能够满足临床诊断，容易出现漏诊。Leipsic等[21]表示：CT检查中，若CT值低于-800 HU，检查出肺小结节的漏诊率可高达60%以上。

本研究结果中可以看出应用不同的管电流（100、50、25、10 mAs），患者所接受的輻射剂量会出现差异，随着管电流的减低，其受辐射剂量也会相应的减低。表1显示SD值在不同管电流和图像重建技术的条件相比，差异有统计学意义（P < 0.05），并且可以看出管电流越小，SD值越高。相同管电流条件下，SD值在不同重建技术中的差别较为显著（P < 0.05），表明了迭代重建算法iDose4技术能够显著降低SD值，iDose4水平越高，SD值降低越明显；表2可以看出患者扫描肺实质CT值在不同管电流和图像重建技术中，各组差别不显著（P > 0.05），CT值属于X线穿透机体衰减的测量值，属于检测对X线吸收剂量的间接数据，研究采用了不同管电流和重建技术后，测量肺实质的CT，证实了两者的变化对肺实质的CT值测量无影响；表3显示两名医师对图像质量的评分，Kappa = 0.601，P = 0.000，两者一致性尚可（0.4 ≤ P < 0.75），说明了同一组图像重建技术内，随着管电流的减少，图像质量评分降低，而采用iDose4重建技术的算法较传统的FBP技术评分相对较高，另一方面表明本研究对图像质量的评估降低了一定的人为因素，增加了研究的准确性；表4可出应用传统的FBP及iDose4技术，100 mAs对pGGN的可见度在4分等级上显著高于50、25、10 mAs，而在50、25、10 mAs条件下，iDose4-4/7重建技术在高评分上显示结节的数量显著高于传统的FBP重建技术（P < 0.05），表明了随着管电流的下降，结节的可见度也随着下降，而在管电压不变，管电流为10 mAs结合iDose4迭代重建技术时，图像中结节的可见度可以满足临床诊断的需求，并且可以有效的降低患者收的辐射剂量，降低了致癌率。

综上所述，应用16排螺旋CT能够在10 mAs的条件下检查出pGGN，联合iDose4迭代重建技术可以保证图像并且满足临床诊断需求，同时可以进一步减少对患者的辐射量，在早期肺癌筛查中值得临床推广。

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