不同CT剂量肺结节检出率的体模研究

杜煜 时高峰 王琦 王亚宁 冯会 苏景伟 杨洁 刘晶 李如迅

肺癌是世界上引起癌症相关死亡的主要原因。早期使用常规胸部X线检查作为早期诊断的筛查工具，但低剂量CT(LDCT)被证明更为优越。美国癌症协会将筛查对象规定为吸烟者及过去15年内戒烟的吸烟者，年龄55～74岁，至少有30年的吸烟史[1]。肺癌筛查的主要问题是受检者会暴露于电离辐射。降低剂量CT的需求产生了超低剂量CT扫描协议，目前在CT成像中通常结合迭代重建算法,可以将X射线剂量低至胸部X线水平。本研究量化分析超低剂量和不同的低剂量CT扫描协议的辐射剂量，探讨不同的辐射剂量如何影响体模中模拟肺结节的检出率。

1 材料与方法

1.1 体模与模拟肺结节 采用胸部模型(Lungman，Kyoto Kagaku，Tokyo，日本),可精确模拟人体解剖学尺寸，具有人造纵隔、气管的男性(体重70 kg)人体躯干模型，包括肺血管(双侧，且肺血管在空间上是可追踪的)和上腹部(横膈膜)。胸壁的厚度也是根据临床数据来确定的。模拟人体软组织的替代材料(聚氨酯)和模拟骨骼(环氧树脂)与人体组织X线吸收率非常近似。上臂处于外展体位保证躯干位置适合CT胸部检查。模型尺寸为43 cm×40 cm×48 cm。本研究使用了8个表面光滑的球形模拟结节，直径分别为3、5、8、10 mm，体积分别为14.1、65、268和523 mm3,CT衰减值分别为 100、-630 Hu(管电压120 kVp)，实性结节(+100 Hu，solid nodule,S)由聚氨酯树脂制成，磨玻璃结节(-630 Huground glass nodule，GGN)均由聚氨酯泡沫树脂制成。

1.2 方法

1.2.1 CT扫描参数:采用GE Revolution CT扫描仪(GE公司，美国)对体模分别采用不同管电压(kV)和管电流(mA)组合扫描方案，具体如下：低剂量组分别为80(第1组)、100(第2组)、100(第3组)、120 kVp/40 mA(第4组)；常规剂量组为 120 kVp/200 mA(第5组)。其余扫描参数相同：螺旋扫描(Helical),螺距0.992∶1，机架旋转时间：0.5 s,扫描FOV (SFOV)Large Body,显示FOV(DFOV)40 cm，探测器宽度(Detector Coverage)80 mm，床速(Coverage Speed)158.75 mm/s。确保每次扫描的范围相同，自胸廓入口至肋膈角层面，扫描范围包括整个体模。采用Stand及Bone算法进行迭代重建(ASIR)获得轴位图像，其中ASIR比例为40%，重建层厚、间隔均为0.625 mm。使用双面胶将模拟肺结节分别固定在体模中的血管束上，随机放置位置为上、中、下肺部及左右两肺内放置后进行扫描，1次扫描可放置8个结节，变换结节位置后再进行扫描，每个kV和mA组合扫描12次，因此每个组合扫描得到的结节总数为96个。见表1。

表1 不同扫描协议的具体参数

1.2.2 图像分析:所有图像由4位至少有10年的胸部放射学经验的放射科医生阅读，时间为4周。放射科医生需要记录确认肺结节的数目及具体位置。图像均以肺窗显示，窗宽窗位设定同临床实际工作保持一致(窗宽WW/窗位 WL∶600/1 200)。观察者也可根据自身习惯对窗宽窗位进行调整。图像观察均在300万像素，最大亮度500 cd/m2的显示器上(巴可医疗显示器，德卢斯，美国)完成。

1.2.3 辐射剂量:不同扫描组合的辐射剂量参数：CT剂量加权指数(volume CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product,DLP )。CTDIvol单位为mGy。DLP = CTDIvol(mGy)×扫描长度(cm)。ED(effective dose)表示患者在检查过程中接受有效辐射剂量，通过以下公式计算：ED =DLP×k，单位：mSv，k为组织权重因子，按照欧盟“CT图像质量标准指南”中标准胸部适当组织权重因子为0.017。分别记录和计算不同组合的CTDIvol、DLP，并计算ED。

1.3 统计学分析 应用SPSS 21.0统计软件，不符合正态分布资料使用非参数方法评价显著性区间，肺结节检出率均采用Kruskal-Wallis检验，应用McNemar检验判断配对检验差异，同时计算不同观察者和不同扫描方案的κ值(κ值0～0.2：差；0.21～0.4：一般；0.41～0.6:中等；0.61～0.8：可靠；0.81～1：优秀),P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 扫描剂量 方案1～4的扫描剂量为0.53～1.05 mSv，方案5的扫描剂量为4.24 mSv。见表2。

表2 扫描剂量

2.2 结节检出率 方案1结节检出率为(63.2±4.5)%，方案2为(67.7±5.5)%，方案3为(68.5±4.9)%，方案4为(70.6±6.6)%，方案5为(86.2±3.8)%。总结所有放射科医师在每个方案中检测到的结节总数。见表3。

表3 所有放射科医师检出结节总数比较

2.2.1 不同扫描方案的详细检出率：方案1中，51个模拟结节(53%)被所有放射科医师检出，9个结节(9%)被3名放射科医师检出，4个结节(4%)被2名放射科医生检出，4个结节(4%)仅被1名医师检出，所有放射科医师漏诊24个结节(25%)。方案2中，54模拟结节(56%)被所有放射科医师检出， 9个结节(9%)由3名放射科医师检出，6个结节(6%)由2名放射科医师检出，5个结节(5%)仅由1名放射科医师检出，21个结节(21%)被所有放射科医师漏诊。方案3中，59个模拟结节(61%)被所有放射科医师检出，4个结节(4%)被3名放射科医师检出， 3个结节(3%)经两位放射科医师检出， 9个结节(9%)只由1名放射科医师检出，18个结节(18%)被所有放射科医师遗漏。方案4中，56个模拟结节(58%)被所有放射科医师检出， 8个结节(8%)由3名放射科医师检出，8个结节(8%)由2名放射科医师检出，7个结节(7%)仅由1名放射科医师检出，19个结节(20%)被所有的放射科医师遗漏。方案5中，75个模拟结节(78%)被所有放射科医师检测到，6个结节(6%)由3名放射科医师检出，3个结节(3%)由2名放射科医师发现，7个结节(7%)仅由1名放射科医师发现，6个结节(6%)被所有放射科医师漏诊。

2.2.2 所有5个扫描方案比较：方案1、2、3和4肺结节检出率差异无统计学意义(P>0.05)。然而，以上每个扫描方案均与方案5差异有统计学意义(P<0.001)。44个模拟结节(45%)在所有方案中均由所有放射科医师检出，且只有4个结节(4%)未被任何放射科医师发现。只有6个结节(6%)在第5方案中由1个或多个放射科医师检出。每个放射科医师对于磨玻璃结节(-630和-800 Hu)的检出率在至少1个低剂量或超低剂量序列与常规CT序列有显著性差异。放射科医师1，方案3与5不同(P<0.024)。放射科医师2，方案1、2与5有显著性差异(P<0.03)。放射科医生3，全部方案与5不同(P<0.007)。对于4号放射科医生，方案1、2、4与方案5不同(P<0.003，P<0.004和P<0.001)。

2.3 观察者间一致性比较 评估观察者之间的一致性的κ值表明在所有扫描方案中，至少有中等程度的一致性(κ值>0.41，范围0.532～1.000)。在所有低剂量协议相互比较时，都是较为可靠的(κ值范围0.613～0.761)；但以上方案与常规CT(方案5)相互比较时，它们的一致性水平仅为一般或中等(κ 值范围0.382～0.412)。见表4。

表4 不同扫描协议检出率比较

3 讨论

肺结节的定义是一种直径<3 cm圆形或不规则形的阴影，边缘可以是光滑或不光滑的，在影像上被充气的肺组织包绕；其中<3 mm的结节病变称为微结节[2]。随着CT的广泛应用，被检测出的肺结节数量已经大大增加[3]。

薄层CT扫描可以减少部分容积效应，而后者会导致结节边缘以及密度识别误差；文献研究结果证实，使用薄层连续的CT扫描技术可以更好地检测和描述结节[4,5]。有研究强调，薄层图像可提高磨玻璃结节检测灵敏度，同时避免将实性结节误认为部分实性结节。另一个影响结节测量精度的参数是较低的管电流，尤其是在CT筛查项目中需要注意，低剂量CT图像噪声的增加表现为磨玻璃影，可能会掩盖部分实性结节的边缘，从而导致病变误读和测量的不准确[6]。

有不同的国外研究使用了相同的超低剂量扫描方案进行试验，有效剂量分别为0.31和0.29 mSv[7]。国家肺癌筛查实验中使用的低剂量扫描方案，平均有效剂量约为1.5 mSv[8]。由于使用了不同的kV和mA参数，以往文献显示了不同的低剂量范围(1.06～2.7 mSv)[9]。有研究在测定有效剂量时采用了热敏发光剂量测定法，直接在体模放置设备进行测量，可以增加研究的可重复性[10]，这种方法在测定剂量方面更为直观准确，但在临床实际工作中难以推广。

肺窗相比于纵隔窗，在部分实性结节分类和测量实体成分方面有更高的可重复性和准确性。此外，有研究表明，肺窗显示的实性部分的大小与结节浸润部分有较好的相关性[11]。相反，使用纵隔窗设置时，只能检测到>160 Hu的实性成分，从而导致对实性成分大小的低估。因此，根据最新文献，Fleischner协会的建议使用肺窗设置和高空间分辨率滤过函数，以便来更准确判断部分实性结节中实性成分的存在，以及测量其中的实性和非实性成分[12]。在本研究中，观察图像检出肺结节时,均使用了相同的窗宽窗位设置。

在评价观察者间一致性方面，此前的研究显示，即使国家肺癌筛查实验的参与者也存在假阳性率的显著变化[8]。磨玻璃结节与周围肺组织的对比度较低，结节边缘往往界限不清，凭肉眼评估比较困难；并且结节边缘难以描绘和结节密度不均，不仅导致结节测量存在不确定性，也会在结节形态特征的分类上存在困难。研究表明LDCT可能导致κ值低至0.120[13]。然而，我们的一致程度与最近的研究更为接近(80 kV低剂量扫描 kappa 值为0.848)。本研究中低剂量的最低κ值为0.613，仍旧达到了中等程度的一致水平。本研究在评价不同参数组合的LD协议之间发现一致性(κ值为0.613～0.761)，说明尽管有一小部分的异质性，但在不同协议中的最终表现是相当的。

辐射剂量对磨玻璃结节的检出率也有很大影响。文献证实伏壁式生长的腺癌CT衰减值为-651～-447 Hu[14]。本研究中，模拟磨玻璃肺结节的CT衰减值(-630 Hu)介于此范围内。对于CT衰减值低于-630 Hu的结节，虽然几种LD协议具有相似的检出率，但是相比常规剂量CT的检出率仍有显著性差异。有研究发现较低的毫安设置(21和45 mA)可以降低模拟磨玻璃肺结节(-650 Hu)的检出率[16]。说明使用LDCT扫描协议时，可能存在对小的伏壁式生长的腺癌造成漏诊的风险。