前置自適應統計迭代重建技術對體模肺純磨玻璃結節圖像質量及輻射劑量的影響

李 瑩，艾娜娜，張穎穎，付玉存，蔣 炯，牛丹丹，翟艷慧，賈守強*

(1.泰山醫學院附屬萊蕪醫院影像科，山東 萊蕪 271199；2.聊城市人民醫院影像科，山東 聊城 252002；3.GE中國CT影像研究中心，上海 201203)

隨著MSCT的廣泛應用及早期肺癌篩查工作的開展，肺小結節、特別是肺純磨玻璃結節(pure ground glass nodule， pGGN)的檢出率明顯提高。pGGN是非特異性的影像學表現，可由良性病變引起，如肺淋巴組織回流障礙、局灶性肺間質纖維化、出血等；或是癌前病變，如非典型腺瘤樣增生、原位腺癌；也可能為惡性病變，如浸潤性腺癌[1]。對于初次發現的pGGN，如果根據形態學或強化特點無法判斷良惡性，一般采用低劑量CT進行定期隨訪。目前應用低劑量CT的普遍方法為掃描時采用低輻射劑量的掃描條件，并在重建圖像時應用迭代重建技術對圖像質量進行補償[2]。本研究分析高分辨率Revolution CT不同權重前置自適應統計迭代重建技術(prescribed adaptive statistical iterative reconstruction V， Pre-ASiR-V)對pGGN圖像質量及輻射劑量的影響，以尋找最佳Pre-ASiR-V權重。

1 材料與方法

1.1 儀器與方法 采用仿真男性胸部體模(Multipurpose Chest Phantom N1“LUNGMAN”)，該體模由胸壁、縱隔、肺和椎體組成，以組織等效材料制成，各部位幾何尺寸及X線衰減性能與人體組織等效，體模內含有4個pGGN，CT值為-630 HU，直徑分別為5 mm、8 mm、10 mm和12 mm，隨機分布于雙側肺野的上、中、下肺層面。

采用GE Revolution CT 16 cm寬體探測器，管電壓120 kV，自動毫安技術(9～434 mA)，螺距0.992∶1，球管旋轉速度0.5 s/rot，噪聲指數(noise index， NI)預設為11，掃描層厚0.625 mm，分別以Pre-ASiR-V權重為0、20%、40%、60%、80%和100%進行掃描，掃描范圍自胸廓入口至膈肌水平，獲得6組圖像。

1.2 圖像處理 于GE AW4.6工作站以骨算法重建圖像，重建層厚0.625 mm。選擇圓形ROI，面積為20 mm2，放置于4個結節顯示最大層面及其鄰近上下層面的心臟部位，測量其SD值，取其平均值作為每組圖像的平均噪聲值。

1.3 輻射劑量 記錄各組圖像的容積CT劑量指數(CT dose index volume， CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product， DLP)，并計算有效輻射劑量(effective dose， ED)，計算公式為ED(mSv)=DLP(mGy·cm)×k，其中k為轉換系數，胸部掃描時，k=0.014 mSv/(mGy·cm)。

1.4 圖像質量評價 由2名有10年以上工作經驗的影像科醫師采用盲法對各組肺窗圖像中pGGN的圖像質量進行主觀評價。評價標準：4分，結節邊界清晰；3分，結節可見，但邊界稍模糊；2分，結節邊界不清，但尚可見；1分，結節不可見。以評分≥3分為符合診斷標準。

1.5 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。計量資料以±s表示。6組圖像間平均噪聲的比較采用單因素方差分析。以Kappa檢驗評價2名醫師主觀評分的一致性，Kappa≥0.75為一致性較好，0.40≤Kappa<0.75為一致性中等，Kappa<0.40為一致性較差。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 圖像平均噪聲 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%的6組圖像平均噪聲分別為(17.93±2.20)HU、(17.30±3.68)HU、(18.20±3.44)HU、(18.80±0.20)HU、(19.87±2.56)HU和(15.90±4.56)HU，組間總體差異無統計學意義(F=0.568，P=0.723)。

2.2 輻射劑量 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%時，圖像ED分別為7.40 mSv、5.16 mSv、3.36 mSv、1.97 mSv、0.97 mSv和0.33 mSv，隨著Pre-ASiR-V權重的升高而逐漸降低。與Pre-ASiR-V權重為0的圖像比較，Pre-ASiR-V為20%、40%、60%、80%和100%的圖像ED分別降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%(表1)。

表1 Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%時圖像輻射劑量

2.3 圖像主觀評分的一致性 2名醫師對pGGO圖像的主觀評分一致性較好(Kappa=0.778，P=0.003)。6組圖像評分均≥3分，符合臨床診斷標準。Pre-ASiR-V權重為80%及100%圖像的主觀評分略低(圖1)。Pre-ASiR-V權重為0～60%圖像的主觀評分均為4分；Pre-ASiR-V權重為80%組圖像有3個結節評分為3分，1個結節為4分；Pre-ASiR-V權重為100%圖像的主觀評分均為3分。

3 討論

胸部CT廣泛應用于臨床，CT檢查中的輻射劑量成為臨床關注的熱點。1998年，Sone等[3]報道采用低劑量CT進行肺癌篩查，發現肺癌檢出率較常規X線胸片可提高約10倍。2012年，美國國立綜合癌癥網更新了肺癌篩查指南，推薦肺癌篩查采用非增強低劑量CT掃描[4]，輻射劑量為標準劑量的10%～30%。

低劑量檢查雖可降低輻射劑量，但不可避免地伴隨著圖像質量的降低，可能導致漏診或誤診病變。Funama等[5]以MSCT對含pGGN的體模進行掃描，結果發現低劑量CT(管電流分別為21 mAs和45 mAs)圖像中，CT值>-650 HU的pGGN的漏檢率分別為17%和8%，提示低劑量CT對體模中pGGN的檢出存在一定限度。本研究結果顯示，隨著Pre-ASiR-V權重增加，在保證圖像質量的同時，可降低輻射劑量。既往研究[6-9]結果表明，在胸、腹部CT檢查中，迭代重建技術可在保持圖像質量的基礎上有效降低輻射劑量，但以往的迭代重建技術多為后置迭代重建技術。而Revolution CT的Pre-ASiR-V可在制定掃描計劃時即設定前置權重，在NI不變的前提下降低管電流，并達到降低輻射劑量的效果[10]。因此，選擇最佳前置權重十分重要。

有學者[11]采用320層容積CT、低劑量方案掃描仿真體模內模擬肺實性小結節，認為限制低劑量CT肺小結節檢出的因素是圖像噪聲，而非空間分辨率。本研究結果表明，隨著Pre-ASiR-V權重增大，圖像的平均噪聲差異無顯著變化(F=0.568，P=0.723)，但ED依次降低30.27%、54.59%、73.38%、86.89%和95.54%，提示Pre-ASiR-V權重的增大對圖像質量影響較小，但可顯著降低輻射劑量。然而Pre-ASiR-V權重并非越大越好。已有研究[10,12]表明，權重增大到一定程度后，縱隔窗圖像可出現蠟像樣偽影，肺內細小結構邊緣出現臺階樣偽影，減弱組織結構界面的對比，從而導致主觀評分下降。本研究的主觀評分結果表明，隨著Pre-ASiR-V權重增大，pGGN圖像的主觀評分有下降趨勢，邊界逐漸模糊，Pre-ASiR-V 80%及100%的主觀評分較0、20%、40%、60%略低，但均可滿足臨床診斷要求。

圖1 不同Pre-ASiR-V權重下仿真男性胸部體模圖像 A～F.分別為Pre-ASiR-V為0、20%、40%、60%、80%和100%的圖像，結節位于右肺下葉背段胸膜下，A～D圖像主觀評分均為4分，E、F圖像評分為3分

本研究結果表明，NI設定為11時，Pre-ASiR-V的設置對高分辨率圖像的圖像質量無顯著影響，但可顯著降低輻射劑量。Pre-ASiR-V權重為60%時，圖像評分為4分，但輻射劑量已降至權重為0時的26.62%，提示Pre-ASiR-V最佳權重為60%。

本研究的局限性：由于模型限制，僅模擬了直徑≥5 mm的pGGN，未將直徑<5 mm的pGGN納入研究。人體實際掃描中，肺內結構更加復雜，且呼吸、心臟搏動等運動偽影均可影響對結節的檢出，有待臨床研究加以評估。

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