NeuViz 64En CT与Philips Brilliance iCT在儿童胸部低剂量扫描中图像质量对比与辐射剂量评估研究*

谢 安 张建良 刘 鹏 孙文杰 何维凌 陈 浩 钟倩男 刘建滨*

随着现代医疗技术的发展，CT已成为肺部疾病最重要的影像学检查手段，同时CT扫描辐射剂量以及对检查者的危害也越来越引起人们的关注。由于患儿体质弱，较大的放射剂量对患儿的身体有很大的损害，在降低肺部CT扫描的放射剂量的同时又能获得满意的CT图像，是临床放射诊疗中的重要课题。目前，关于国产CT与高端进口CT辐射剂量对比研究较少。为此，本研究通过比较在扫描条件相近的前提下国产64排CT及进口256排CT在患儿胸部低剂量扫描中图像质量及辐射剂量的差异，为临床CT诊断提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年6月至2017年12月在湖南省人民医院行胸部低剂量扫描的80例患儿，其中男患儿49例，女患儿31例；年龄3～6岁，平均年龄(4.5±1.2)岁。按照随机数表法随机将其分为观察组和对照组，每组40例。观察组采用NeuViz 64En型CT扫描，对照组采用Brilliance 256层iCT扫描，所有患儿监护人在胸部低剂量扫描前均签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准:①年龄3～6岁；②临床需要行肺部CT检查；③无CT检查禁忌症。

(2)排除标准:①患儿躁动图像不清晰；②感兴趣区内有肺部病变；③患儿体外带有仪器设备。

1.3 仪器设备

观察组采用NeuViz 64En型CT(沈阳东软医疗系统有限公司)，对照组采用Philips Brilliance iCT型256层螺旋CT(荷兰Philips公司)。NeuViz 64En型CT探测器宽度为2 cm，Philips Brilliance iCT探测器宽度为8 cm。

1.4 检查方法

患者取仰卧位，双手水平上举或置于身体两侧，扫描范围从胸廓入口到后肋膈角尖端水平，自由呼吸扫描。扫描协议均采用高级应用功能--低剂量扫描模式，扫描参数:①观察组，管电压为100 kV，管电流为30 mA，旋转时间为0.6 s，螺距为0.9，视野(field of vision，FOV)为180 mm×180 mm，层厚及层间距均为5 mm，重建层厚及层间距均匀1.25 mm，矩阵为512×512，采用30%权重的Clearview迭代算法重建图像；②对照组，管电压为100 kV，管电流为30 mA，旋转时间为0.75 s，螺距为0.585，FOV为180 mm×180 mm，层厚及层间距均为5 mm，重建层厚及层间距均匀为1 mm，矩阵为512×512，采用自适应统计迭代重组算法iDose重建图像，选择Level3权重。

1.5 图像后处理及数据分析

(1)图像后处理:将NeuViz 64En型CT上采集的图像传至东软AVW1.0.6专业工作站进行数据处理；Brilliance iCT设备上采集图像，用自带的EBW工作站(版本号:V4.5.5.51035)进行数据处理。

(2)测量及计算:选择感兴趣区域(region of interes，ROI)密度均匀区域，面积为8～10 mm2，每个ROI重复测量3次，取平均值作为最终测量值，由于患儿低剂量CT主要是观察肺窗的情况，因此只测量肺窗的数据，选取气管分叉处层面肺组织的CT值及邻近前胸壁表面空气的CT值，避开血管影、肺大泡、肺气肿及其他病变区域，同时避开衣物表面。邻近前胸壁表面空气的CT值的标准差(standard deviation，SD)为图像噪声；信噪比(signal noise ratio，SNR)=肺组织CT值(取绝对值)÷SD；对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)=(肺组织CT值-空气的CT值)÷SD。

1.6 评价指标

(1)客观评价指标:记录机器自动计算生成的容积CT剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)、剂量长度乘积(Dose length product，DLP)，并计算出有效辐射剂量(effective dose，ED)，计算为公式1:

式中k值为归一化的有效剂量转化因子，单位为mSv/(mGy·cm)，参照欧盟委员会推荐标准[1]其数值与年龄有关，＜1岁为0.039，1～5岁为0.026，5～10岁为0.018，10～18岁为0.013。

(2)主观评分标准:由4名放射科高职称医师在双盲条件下进行，同时观察横轴位和冠状位。肺窗通过观察肺血管支气管、主气管、肺门大血管、肺裂及肺内病变边缘的锐利程度进行评价。评分标准参照徐健等[2]5分制:①1分为大量伪影，正常结构显示不清，无法诊断；②2分为边缘模糊，中等量伪影，影响诊断；③3分为边缘略模糊，少量伪影；④4分为边缘略模糊，但无伪影；⑤5分为边缘锐利清晰，无伪影。

1.7 统计学方法

采用SAS9.4软件对数据进行统计分析，所有的统计检验均采用双侧检验，两组间ROI的CNR、SNR、SD、DLP和ED组间比较采用成组t检验，CTDIvol和图像质量的主观评分采用Wilcoxon秩和检验，两组1～3分和4～5分评分情况组间比较采用校正卡方检验，以P＜0.05为差异有统计意义。

2 结果

2.1 两组图像SNR、CNR及SD比较

对照组图像的SNR和SD高于观察组，其差异均有统计学意义(t=2.13，t=4.09；P＜0.05)。而对照组的CNR低于观察组，但差异无统计学意义(t=-1.71，P＞0.05)，见表1。

表1 两组图像肺窗SD、SCN和CNR比较(±s)

表1 两组图像肺窗SD、SCN和CNR比较(±s)

注：表中SD为噪声指数；SNR为信噪比；CNR为对比度噪声比

2.2 两组图像CTDIvol、DLP和ED比较分析

对照组图像的CTDIvol、DLP和ED均高于观察组，两组比较差异均有统计学意义(Z=8.88，t=2.82，t=3.50；P＜0.01)，见表2。

表2 两组图像辐射剂量对比分析

2.3 两组图像主观评价分析

80例患者中肺血管支气管、主气管、肺血管、胸壁骨、肌肉及纵隔内各结构如气管、食管等与周围组织的对比度良好，边缘稍模糊，无伪影，满足临床诊断要求。根据评价标准，采用等级资料的秩和检验，两组图像的主观评分差异无统计学意义(Z=-0.585，P＞0.05)，主观评价分段统计采用校正卡方检验，两组图像主观评分差异无统计学意义(x2=0.00，P＞0.05)，见表3。

表3 两组图像质量主观评价对比分析(分)

3 讨论

儿童处于生长发育的关键时期，细胞分裂速度较旺盛，对射线辐射的敏感性亦高于成人。尽管CT辐射强度高于X射线，但成像速度快、断层显像且图像清晰度高，使得CT诊断的利大于弊，在临床诊断工作中得到广泛的应用。随着公众对放射防护知识的了解，在不影响检查质量的前提下，降低辐射剂量已成为专家和公众关注的焦点。因此，低剂量CT技术已经成为研究与应用的热点。在实际操作过程中，辐射剂量较常规剂量降低20%为低剂量扫描。对于越高端的CT辐射剂量是否越小，国产的相对性价比较高的CT在保证图像质量的前提下，是否亦能达到类似的效果的研究国内做的比较少，本研究对此进行了对比分析。

虽然进口高端CT在提高图像质量、降低辐射剂量方面都做出了巨大努力，亦得到了放射医学界的广泛认可，但是近年来，国产CT在该方面也做出了巨大的努力，并取得良好的成绩，在硬件和软件方面进行了创新，尽管途径不一样，但均达到了良好的临床应用效果。国产NeuViz 64En型CT采用第三代高效率的稀土陶瓷探测器，具有余晖时间短、稳定性好、读取投影速度快(每圈最快可达4640次)、光电转换效率高(99.99%)以及能实现低剂量扫描的特点。配给新的临床功能和关键部件在扫描流程优化、图像重建与校正以及图像后处理方面都进行了新的设计。如Quad-sampling采样技术，大幅度消弱了螺旋扫描因采样不足带来的伪影；提出的基于物质能谱特性的金属伪影校正技术，大幅度消弱了因高衰减物质引起的伪影。在数据采集系统方面突破国际专利上多采用的柔性连接模式，利用专用高密接插件的硬性连接方式，将模拟信息的路径做到最短，使信号串扰做到最小，极大提高了前端信息采集的信噪比。同时，能够实现无损数据传输，最大程度保障图像采集原始数据更完整[3]。进口Brilliance iCT通过应用急速气垫轴承扫描(最快旋转速度达到2.7 s/圈)、纳米球面探测器、立可锐滤线栅、超高分辨率重建技术、智能快捷EBW4.5工作站等有效的控制和管理散射线、改善图像信噪比、减少图像伪影、提高旋转速度等实现了图像的高清扫描，尤其是心血管系统方面。同时通过应用快速旋转和大面积球面探测器、高速数据转换集成芯片THAC2，降低影像链中电子噪声，较普通模拟转换系统可降低86%的噪声，改善图像信噪比，提高影像质量，进而可减少X射线的初始剂量，降低扫描对患者的辐射损伤[4]。

胸部天然的组织对比使之成为CT低剂量研究中最广泛的领域，而国产CT与进口CT在此方面最大的突破在于迭代重建(iterative reconstruction，IR)技术的应用[5-9]。国产NeuViz 64En型CT设备在适应性统计IR、基于模型的IR及图像空间IR技术基础上搭载了ClearView+第4代双域IR技术，能将非线性问题转化为线性迭代问题，通过反复迭代不断修改初始的解，如强制性将超出解的数据映射到已知范围。同时对每次迭代后的图像采用邻点算术加权平均的方法进行平滑处理，并以此作为初始值进行下一次迭代，但迭代结束前两次的图像不再进行平滑处理，这就保证了图像的清晰度和边缘的锐利度。另外双域IR技术从时间域和频率域的结合点开始迭代，同时还具有全新设计的O-Dose平台，百万像素平台等优势，可对图像数据进行100%深度迭代，从而进一步提升了诊断图像的细节分辨力、清晰度和准确性，射线剂量可减少60%～74%[10-12]。进口256层CT设备采用i-Dose4重建技术，通过构造噪声模型对噪声加以抑制和消除，以提高图像质量，同时采取解剖模型加速重建过程，可保持图像的真实性，消除异样图像(如蜡像状伪)，射线剂量可以降低约50%～80%[13-14]。

本研究重点探讨两种设备在相似胸部低剂量扫描条件下，图像质量及辐射剂量的差异。对图像进行主观评分时，两组的结果差异无统计学意义，图像质量均能满足临床诊断需求。图像客观质量评分(CNR、SNR和SD值)比较时，对照组和观察组的SNR及SD差异具有统计学差异，两组CNR差异无统计学差异，但是对照组CNR比观察组数值要小，而CNR更能代表图像的整体噪声状态，表明256层CT在图像质量方面仍具有一定的优势，如果考虑到临床需求和性价比的话，64层CT也是较好的选择。在射线剂量方面，观察组的CTDIvol低于对照组，且差异具有统计学意义，并且两组CTDIvol的控制均保持稳定状态，可能原因是观察组螺距稍高于对照组，并且在扫描过程中设备均不会进行螺距的自动微调节，因为使用小的螺距可以提高图像扫描质量，但是增加了患者的曝光计量。DLP及ED代表辐射剂量的综合性指标，观察组均低于对照组，并且差异具有统计学意义，表明通过参数的调整和优化，国产CT在辐射剂量控制方面也能达到甚至优于进口CT的标准。当然这并不能完全排除观察组在螺距、旋转速度参数选定上的轻微优势的影响[15]。

本研究表明，NeuViz 64En型CT与Philips Brilliance iCT在相似扫描条件下，获得了相近的图像质量，并且未增加辐射剂量，NeuViz 64En型CT通过优化扫描参数和图像重建算法，甚至剂量还有所降低，满足了临床诊断需求。因此本研究为临床的选择提供一定的参考，同时为设备的改进提供一定的方向。但本研究仍存在一定的局限性，研究中主要选取肺动脉干-支气管分叉层面为代表层进行研究，胸廓入口、上肺野及肺底等层面由于各组织结构间间距较小，尤其是胸廓入口处多发骨质干扰，容易产生带状伪影，在图像噪声上可能会有细微差别，而且这方面高档次螺旋CT能产生更好的图像质量，这需要更深入详尽的评估。此外，本研究样本量较少，固定管电压100 kV，管电流和曝光时间的乘积为30 mAs，但该扫描条件能否作为两组患儿胸部低剂量扫描的最佳扫描参数也还有待进一步分析研究。