数字乳腺三维断层摄影技术平均腺体剂量与图像质量的关系

蔡冬鹭，蔡思清，颜丽笙，许清江，黄淑娟

福建医科大学附属第二医院放射科，福建泉州362000

前言

近年来，乳腺癌在女性恶性肿瘤疾病中占据前列，其发病率逐年增长，且呈现年轻化趋势［1］。目前公认的预防和发现乳腺癌的有效方式是进行乳腺筛查，其中乳腺X线摄影是乳腺筛查的重要手段［2］。X射线对人体有辐射作用，乳腺对射线极其敏感，故其辐射剂量问题很受重视。同时，X射线成像的图像质量好坏对于乳腺筛查的准确率有很大影响。数字乳腺三维断层摄影技术（Digital Breast Tomosynthesis，DBT）通过改变X线球管角度来减少或消除组织重叠的影响，检测出腺体中的实质性部分，进而实现乳腺癌的早期发现和诊断［3-4］。三维成像时间较长，辐射剂量相较于二维成像稍高，但是，辐射剂量较少会影响图像质量。因此，本研究针对DBT 中辐射剂量与图像质量之间的关系进行分析探讨。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2016年11月至2018年5月在福建医科大学附属第二医院接受乳腺三维断层摄影技术检查的236 例患者的临床资料，并对其进行回顾性分析研究。根据患者乳腺厚度的不同，分为4 组，分别是≤29 mm、30～45 mm、46～59 mm、≥60 mm，每组各59人；并把每组分为a类、b类、c类、d类，以研究相同乳腺厚度下不同平均腺体剂量（AGD）与信噪比（SNR）的相关性。年龄38～65岁，平均年龄（47.2±8.3）岁。患者的纳入标准如下：（1）乳腺触及肿物；（2）彩超检查显示有病变存在；（3）无其他影响检测的禁忌症；（4）患者及其家属知情同意，并签订知情书。两组患者在年龄、病情等方面差异无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 仪器设备 采用美国Hologic 公司生产的Selenia®Dimensions®数字乳腺三维断层成像系统。扫描角度为15°，扫描时间＜4 s，采集模式为COMBO模式（同一压迫状态下同时完成二维和三维图像采集），重建层厚1 mm，重建时间为2～5 s，像素尺寸为70 μm。

1.2.2 图像采集 采用自动曝光控制模式［5］，所有患者均摄头尾位及内外斜位。每次球管在15°内旋转，每旋转1°，低剂量曝光1 次，所获得的图像重建成一系列高分辨率的断层影像，在同一压迫体位下获得全数字化乳腺摄影及DBT图像，即COMBO模式［6］。

1.2.3 图像SNR 采集到图像后，利用SNR 测试软件计算图像的SNR。其中，SNR的计算公式如下［7］：

其中，mean(background)为背景区域的信号强度平均值；std(background)为背景区域的信号强度标准差；DC(offset)为DC的偏移量。

1.3 观察指标

比较成像系统自动显示的每侧头尾位及内外斜位获得的乳腺厚度（mm）、曝光条件（mAs）与AGD，并利用SNR测试软件计算相应图像的SNR。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0 软件进行统计学处理，曝光条件与AGD等资料采用均数±标准差表示，并进行相关性分析检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同乳腺厚度下曝光条件和AGD相关性分析

本研究中，随着乳腺厚度的增加，曝光条件和AGD值均随之增加（表1）。经相关性分析后，发现曝光条件和AGD的相关性系数为0.977，相关性具有统计学意义（P＜0.01）。

表1 不同乳腺厚度的曝光条件和AGD（±s）Tab.1 Exposure conditions and average glandular dose(AGD)for different breast thicknesses(Mean±SD)

表1 不同乳腺厚度的曝光条件和AGD（±s）Tab.1 Exposure conditions and average glandular dose(AGD)for different breast thicknesses(Mean±SD)

乳腺厚度/mm≤29 30～45 46～59≥60曝光条件/mAs 48.73±9.12 48.78±8.59 60.32±6.12 70.07±5.46 AGD/mGy 1.21±0.23 1.28±0.19 1.73±0.15 2.23±0.18

2.2 相同乳腺厚度下AGD与SNR相关性分析

本研究中，对于相同的乳腺厚度，图像SNR的数值随着AGD的增加而提高。两者间的相关性系数分别为0.977、0.994、0.998、0.980，相关性均具有统计学意义（P＜0.05）。详见表2。

2.3 病例影像分析

在本研究中，对于相同厚度的乳腺，随着AGD增加，图像的SNR也随之增加，两者之间具有非常高的相关性，如图1所示。患者，女，年龄36岁，RCC位乳腺压迫厚度为31 mm，Rmlo位乳腺压迫厚度为33 mm，影像诊断结果为BI-RADS 4A。

3 讨论

乳腺X线摄影仍是乳腺癌早期发现的最有效的检查方法，但是常规的二维X线摄影，由于乳腺与正常组织的重叠，会导致假阴性和一些不必要的召回［8］。DBT是一种新型的成像技术，能够显著提高乳腺癌的早期诊断水平，目前已经在欧美国家临床乳腺疾病的筛查及部分检查中普及［9-11］。DBT 在一定时间里围绕乳房进行转动，从不同角度得到一系列的低剂量图像，通过三维后处理重建软件，获取高分辨率的断层影像，可减少重叠的影响，提高检出率和降低召回率［12］。

一般而言，乳腺X线摄影得到的图像质量与辐射剂量具有密切联系［13］。辐射剂量越高，图像质量越好，越能提高乳腺癌的检出率，提高良恶性的鉴别并降低漏诊率。但是，X线摄影所接受的电离辐射易带来潜在射线致癌的风险，因此，辐射剂量与图像质量之间的平衡是临床上亟待解决的重要问题。本研究中，系统均采用自动曝光模式（Automatic Exposure Control, AEC）恰当地控制X 线量及感光量，基本可以代表DBT 最佳成像状态［14-15］。本研究中，系统能够自动根据乳腺厚度的大小，改变曝光条件以及AGD的大小，曝光条件与AGD之间具有非常高的相关性，分析其原因，乳腺厚度越大，X射线的穿透效果就会越弱，因此，只有提高其曝光条件才能取得较好的成像效果；曝光条件的提高，乳腺受到的辐射剂量就会提高，进而提高AGD的数值。

表2 相同乳腺厚度的AGD（mGy）与SNR（%）相关关系分析（±s）Tab.2 Correlation analysis between AGD(mGy)and SNR(%)of the same breast thickness(Mean±SD)

乳腺厚度/mm≤29相关性系数P值指标AGD SNR AGD SNR AGD SNR AGD SNR a类1.02±0.11 33.26±1.26 1.21±0.09 36.29±1.27 1.51±0.06 32.45±1.29 2.13±0.08 31.01±1.23 b类1.11±0.09 39.42±1.28 1.32±0.08 43.27±1.24 1.62±0.07 36.21±1.25 2.24±0.09 32.52±1.27 c类1.26±0.08 45.26±1.32 1.42±0.09 51.23±1.31 1.71±0.09 40.57±1.24 2.32±0.07 34.13±1.25 d类1.35±0.09 55.73±1.31 1.53±0.10 62.34±1.28 1.82±0.07 45.21±1.32 2.45±0.05 35.02±1.28 0.977 0.023 30～45 0.994 0.006 46～59 0.998 0.002≥60 0.980 0.020

图1 相同乳腺厚度图像SNR随AGD变化图Fig.1 Image SNR of the same breast thickness varies with AGD

乳腺摄影的最大问题是乳腺组织结构间的密度差异很小，其中腺体和纤维组织很难肉眼区分。而实质肿块的密度结构也和正常腺体间的密度结构相似，尤其是致密型乳腺，因此乳腺摄影质量对诊断具有重要意义［16］。对于图像质量来说，噪声降低图像的细微处分辨率，减少诊断正确性。图像SNR 能够反映噪声和图像信号的相对幅度，一般而言，图像SNR的值越大，图像的质量越好。有研究表明，在一定范围内，随着AGD 的增加，图像质量也会随之增加，超过一定范围后，图像质量增加不明显［17-18］。分析其原因，系统采用自动曝光模式，能够自动地选择恰当的曝光条件和辐射剂量，因此，在此范围内，随着AGD的增加，能够提高X射线的穿透性，进而提高图像质量，即提高SNR。

综上所述，采用自动曝光模式的乳腺三维断层摄影技术成像，乳腺的厚度越厚，其曝光条件与AGD就越大；对同一厚度的乳腺，AGD 越高，成像的图像SNR越高，图像质量越好。