SAFIRE迭代重建技術(shù)在肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)低劑量高分辨率CT檢查中的應(yīng)用

張可名　王小紅　孫世元　劉淑霞　楊立強　陳　坤

(吉化集團公司總醫(yī)院CTMRI科，吉林　吉林　132021)

SAFIRE迭代重建技術(shù)在肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)低劑量高分辨率CT檢查中的應(yīng)用

張可名王小紅孫世元劉淑霞楊立強陳坤

(吉化集團公司總醫(yī)院CTMRI科，吉林吉林132021)

〔摘要〕目的探討胸部低劑量高分辨率CT(HRCT)半劑量SAFIRE迭代重建和常規(guī)劑量濾波反投影算法(FBP)重建圖像是否存在顯著性差異。方法初次掃描進行5 mm FBP重建，隨訪劑量降低一半，進行半劑量5 mm FBP重建、半劑量5 mm SAFIRE重建、半劑量2 mm SAFIRE重建，分別在圖像噪聲、信噪比、圖像主觀質(zhì)量評分、病變顯著性方面進行比較。結(jié)果與常規(guī)劑量5 mm FBP重建圖像相比，半劑量5 mm FBP重建、半劑量2 mm SAFIRE重建縱隔窗及肺窗圖像噪聲明顯增大，信噪比及圖像主觀質(zhì)量評分明顯降低，均有統(tǒng)計學(xué)意義，半劑量5 mm SAFIRE重建圖像噪聲、信噪比、圖像主觀質(zhì)量評分均未見顯著性差異。結(jié)論胸部HRCT半劑量SAFIRE迭代重建和常規(guī)劑量FBP重建圖像相比較，未見顯著性差異。

〔關(guān)鍵詞〕體層攝影術(shù)；X線計算機；輻射劑量；肺；磨玻璃密度結(jié)節(jié)；迭代重建

近年來肺磨玻璃密度結(jié)節(jié)(GGN)檢出率明顯提高，高危人群普查檢出率達2.9%～19%〔1〕。對于初次發(fā)現(xiàn)無法定性診斷的肺GGN，定期隨訪是確定病變性質(zhì)和決定進一步診治方案的有效手段。濾波反投影算法(FBP)是濾波函數(shù)的一種，是標準的CT重建技術(shù)，設(shè)計簡單，運算速度快，但對圖像噪聲和偽影較為敏感，在一定程度上限制了輻射劑量的降低。SAFIER迭代重建是最新迭代重建技術(shù)之一，它利用矩陣代數(shù)，通過一種數(shù)學(xué)模型選擇性地識別并去除圖像噪聲，能在較低劑量檢查的情況下獲得較好的圖像質(zhì)量。筆者通過半劑量5 mm FBP重建圖像、半劑量5 mm及2 mm SAFIER重建圖像與常規(guī)劑量FBP重建圖像比較，探討SAFIRE重建技術(shù)降低輻射劑量的潛力，為制定胸部低劑量高分辨率CT(HRCT)掃描方案提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究對象搜集我院2014年1月至2015年4月98例肺GGN患者，其中男42例，女56例，年齡29～78〔平均(53.4±8.2)〕歲。所有病人初次檢查均行常規(guī)劑量HRCT，隨訪行低劑量HRCT。其中單發(fā)肺GGN 75例，多發(fā)肺GGN 23例，肺GGN病灶總計127處，病灶大小均≤3.0 cm。所有患者體重指數(shù)均為中等指數(shù)，體重超重或過輕者未納入本研究，2次檢查時間間隔6個月，此時間隔內(nèi)體重?zé)o顯著性變化(<5 kg)。經(jīng)我院倫理委員會批準，在沒有增加輻射劑量前提下，選擇不同重建算法進行圖像重建不需要患者簽署知情同意書，患者資料的使用遵循匿名原則。

1.2儀器與方法所有病例常規(guī)劑量胸部HRCT檢查和隨訪低劑量胸部HRCT檢查均應(yīng)用Siemens Somatom Definition Flash CT，所有病例都進行雙球管單能掃描模式掃描，掃描前去除患者掃描區(qū)域的金屬物并對病人進行屏氣訓(xùn)練指導(dǎo)，仰臥位，頭先進，雙手抱頭，深吸氣末單次屏氣掃描，掃描范圍從胸廓入口至肺底。隨訪低劑量胸部HRCT檢查的劑量減少根據(jù)定位像掃描后自動給出的參考劑量長度乘積(DLP)來進行調(diào)整，將DLP修改到初始掃描的50%。Care KV關(guān)閉，Care dose打開。首次CT掃描管電壓：120 kV，隨訪CT掃描管電壓：100 kV，動態(tài)管電流分別為(87.32±16.38)mAs，(71.25±17.32)mAs，球管旋轉(zhuǎn)時間0.5 s，準直(64×2×0.6)mm3，螺距1.2，掃描層厚0.6 mm。首次CT掃描重建層厚5 mm，重建間隔5 mm，劑量長度乘積(PLP)(179.61±39.29)mGyXcm,有效劑量(ED)(2.69±0.84)mSv，DLP(90.96±24.31)mGyXcm，ED(1.31±0.45)mSv，隨訪CT掃描重建層厚及重建間隔分別為5 mm、2 mm。

1.3圖像重建首次檢查均行常規(guī)劑量胸部HRCT采集數(shù)據(jù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的FBP算法進行圖像重建，肺窗釆用高分辨率卷積核B60f，縱隔窗采用軟組織算法卷積核B31f。6個月后隨訪低劑量胸部HRCT采集數(shù)據(jù)分別采用FBP算法與SAFIRE算法進行圖像重建。SAFIR迭代重建權(quán)重選3級，肺窗釆用高分辨率卷積核150 f，縱隔窗采用軟組織算法卷積核I31f。肺窗窗寬1 600 Hu，窗位-600 Hu，縱隔窗窗寬3 500 Hu，窗位35 Hu。

1.4CT輻射劑量評價評價CT輻射劑量的參數(shù)包括DLP及ED，記錄受檢者的DLP，ED由公式ED(mSv)=DLP(mGycm)×k算出，式中轉(zhuǎn)換系數(shù)k與受檢者身體的不同部位有關(guān)，參考最新歐盟委員會CT質(zhì)量標準指南〔2〕，胸部掃描時k=0.014 mSv/(mGycm)。

1.5不同層厚及重建方式感興趣區(qū)噪聲、信噪比測量在不同重建方式同一層面測量CT值與噪聲，選取的感興趣區(qū)包含100個像素，測量3次取平均值，感興趣區(qū)分別位于：縱隔窗肺動脈主干水平升主動脈和肺窗氣管分叉上方氣管。

1.6主觀圖像質(zhì)量分析將常規(guī)劑量5 mm FBP重建和半劑量5 mm FBP重建、半劑量5 mm SAFIRE重建、半劑量2 mm SAFIRE重建所得的圖像經(jīng)PACS網(wǎng)傳至工作站，由2名10年以上胸部疾病影像診斷工作經(jīng)驗醫(yī)師盲法(未知掃描參數(shù)及重建方法)進行評閱，觀察內(nèi)容包括是否發(fā)現(xiàn)肺GGN、肺GGN的數(shù)目、大小、位置、邊緣(分葉、毛刺或尖角)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)(空泡或蜂窩、支氣管充氣征)、鄰近結(jié)構(gòu)(血管集束征、胸膜凹陷征)等特點。對圖像按以下標準進行4級評分：4分，結(jié)節(jié)顯示清楚，并能清晰顯示病變特征；3分，結(jié)節(jié)能夠觀察，不影響診斷，但邊界稍模糊；2分，結(jié)節(jié)能檢出，但邊緣模糊，不能準確判斷病變特征，不能滿足診斷；1分，結(jié)節(jié)僅隱約可見，病變特征不能評價。評分有分歧的結(jié)節(jié)最終評分共同協(xié)商確定。

1.7統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用SPSS19.0軟件進行方差分析、t檢驗、威爾克森(wilcoxon)秩和檢驗和χ2檢驗。

2結(jié)果

2.1圖像噪聲和信噪比評價以常規(guī)劑量5 mm FBP重建圖像作為對照〔縱隔窗開主動脈圖像噪聲(7.36±1.41)Hu，肺窗氣管(28.62±4.38)Hu；圖像信噪比為(5.99±1.12)、(34.05±5.06)〕，半劑量5 mm FBP重建、半劑量5 mm SAFIRE重建、半劑量2 mm SAFIRE重建縱隔窗肺動脈干水平升主動脈圖像信噪比為(2.89±0.70)、(5.46±0.79)、(3.14±1.17)；圖像噪聲為(16.28±2.19)Hu，(9.31±1.37)Hu、(14.38±3.45)Hu；肺窗氣管圖像信噪比為(16.39±3.48)、(31.95±4.24)、(15.87±4.09)，圖像噪聲為(55.25±5.76)Hu，(31.03±4.06)Hu，(59.14±6.14)Hu，半劑量5 mm SAFIRE重建圖像噪聲與信噪比無顯著差異，半劑量5 mm FBP重建、半劑量2 mm SAFIRE重建圖像噪聲明顯升高，信噪比明顯降低(P<0.001)。

2.2圖像主觀質(zhì)量評價與常規(guī)劑量5 mm FBP重建圖像相比，半劑量5 mm SAFIRE重建縱隔窗圖像和肺窗圖像主觀質(zhì)量評分均未見顯著性差異，而半劑量5 mm FBP重建、半劑量2 mm SAFIRE重建縱隔窗圖像和肺窗圖像主觀質(zhì)量評分均有明顯降低。見表1。

2.3肺窗病灶顯著性比較肺GGN病變顯著性分析以常規(guī)劑量5 mm FBP重建肺窗圖像作為參考，分析項目包括分葉、毛刺或尖角、空泡或蜂窩、支氣管狹窄或截斷、胸膜凹陷、血管集束6個方面，半劑量5 mm FBP重建、半劑量5 mm SAFIRE重建、半劑量2 mm SAFIRE重建各種征象比較均無顯著差異，其中半劑量2 mm SAFIRE重建在空泡或蜂窩、支氣管狹窄或截斷的檢出率有所提高(45.7%、43.3% vs 38.5%、35.4%)。見表2。

表1　圖像主觀質(zhì)量評分〔n(%)〕

表2　肺窗病灶顯著性比較(n)

3討論

胸部HRCT能顯示常規(guī)CT診斷困難的密度淺淡的病變，是肺GGN的首選檢查方法，但其高輻射風(fēng)險越來越受到重視。影響CT輻射劑量因素很多，包括X線球管的管電壓、管電流、X線的能量分布、掃描層厚、間隔層厚、螺距、掃描儀的幾何尺寸、前置濾線器的結(jié)構(gòu)以及準直器的大小等。自1990年Naidich等〔3〕首先提出低劑量CT技術(shù)以來，國內(nèi)外學(xué)者不斷探討降低CT檢查輻射劑量的技術(shù)和方法，隨著近年來低劑量CT研究的開展與深入，研究重點已從前期單純改變掃描條件發(fā)展到了改進圖像重建技術(shù)，以期在更低的劑量下尋求輻射劑量和圖像質(zhì)量方面達到最佳平衡點。

既往低劑量HRCT〔4〕主要以降低管電流的方式來大幅度降低輻射劑量，應(yīng)用傳統(tǒng)FBP算法時降低管電流最主要的后果就是圖像噪聲的增加，嚴重影響圖像質(zhì)量，輻射劑量的降低與CT圖像質(zhì)量之間存在明顯制衡關(guān)系，而SAFIRE迭代重建算法是最新的迭代重建算法之一，重建后的圖像噪聲可以顯著降低，但目前情況下臨床應(yīng)用研究大多集中在增強掃描方面，在胸部HRCT方面應(yīng)用較少，尤其在肺GGN方面的臨床應(yīng)用少有報道，因此需要進行臨床實驗研究，進一步探討合理的掃描參數(shù)，以期更好地適應(yīng)低劑量HRCT影像診斷要求。

目前情況下低劑量CT常規(guī)用于肺癌的篩查，但在一定程度上低劑量CT并不能完全反映純GGN的特征，管電流過低，圖像噪聲增大，易造成假象或漏診。Zwirewich等〔4〕學(xué)者進行管電流20 mAs胸部低劑量HRCT掃描時，有20%的肺GGN漏診，Koyama等〔5〕研究表明重建算法是影響肺GGN檢出的一個重要因素，并且管電流低于25 mAs的標準重建圖像肺GGN檢出率明顯降低。Funama等〔6〕對含模擬肺GGN的體模CT掃描研究顯示，低劑量(21 mAs、45 mAs)CT掃描時，CT值>-650 Hu的模擬肺GGN的漏診率約為17%、8%，CT值≤-800 Hu的模擬肺GGN漏診率可達60%、36%。因此，合理的CT掃描參數(shù)對肺GGN的檢出和鑒別診斷非常重要，劑量過低時肺GGN的檢出及定性診斷有一定限度〔7〕。

肺GGN是一種非特異性影像學(xué)表現(xiàn)，往往同病異影，同影異病，詳細觀察肺GGN的各種征象可為鑒別診斷提供依據(jù)，其中包括病灶形態(tài)、邊緣、密度、支氣管血管走行、鄰近胸膜情況。Li等〔8〕研究83例病理學(xué)證實的肺癌中，39%的肺GGN就因能見度低、病變顯著性方面評價差被誤診。本研究表明，在胸部HRCT肺窗圖像中，圖像噪聲及信噪比雖然是決定圖像質(zhì)量的決定因素，但空間分辨率也應(yīng)在工作中應(yīng)給于適當(dāng)關(guān)注。

本研究具有以下局限性：(1)本研究僅研究了單能掃描的數(shù)據(jù)，未對雙能掃描數(shù)據(jù)進行分析；(2)本研究僅分析了劑量降低50%的數(shù)據(jù)，未對進一步降低劑量的可行性詳細分析。

4參考文獻

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3Naidich PP，Marshall CH，Gribbin C，etal.Low-dose CT of the lung：preliminary observations〔J〕.Radiology,1990；175(13)：729-31.

4Zwirewich CV，Mayo JR，Muller NL.Low-dose high-resolution CT of lung parenchyma〔J〕.Radiology，1991；180(2)：413-7.

5Koyama H，Ohno Y，Kono AA，etal.Effect of reconstruction algorithm on image quality and identification of ground-glass opacities and partly solid nodules on low-dose thin-section CT：experimental study using chest phantom〔J〕.Eur J Radiol，2010；74(3)：500-7.

6Funama Y，Awai K，Liu D，etal.Detection of nodules showing ground-glass opacity in the lungs at low-dose multidetector computed tomography：phantom and clinical study〔J〕.J Comput Assist Tomogr，2009；33(1)：49-53.

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8Li F，Sone S，Abe H，etal.Lung cancers missed at low-dose helical CT screening in a general population：comparison of clinical，histopathologic，and imaging findings〔J〕.Radiology，2002;225(3)：673-83.

〔2015-08-10修回〕

(編輯袁左鳴)

〔中圖分類號〕R4

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)11-2736-03；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.11.078

第一作者：張可名(1977-)，男，醫(yī)學(xué)碩士，主治醫(yī)師，主要從事放射診斷研究。