NeuViz 64En CT與Philips Brilliance iCT在兒童胸部低劑量掃描中圖像質量對比與輻射劑量評估研究*

謝 安 張建良 劉 鵬 孫文杰 何維凌 陳 浩 鐘倩男 劉建濱*

隨著現代醫療技術的發展，CT已成為肺部疾病最重要的影像學檢查手段，同時CT掃描輻射劑量以及對檢查者的危害也越來越引起人們的關注。由于患兒體質弱，較大的放射劑量對患兒的身體有很大的損害，在降低肺部CT掃描的放射劑量的同時又能獲得滿意的CT圖像，是臨床放射診療中的重要課題。目前，關于國產CT與高端進口CT輻射劑量對比研究較少。為此，本研究通過比較在掃描條件相近的前提下國產64排CT及進口256排CT在患兒胸部低劑量掃描中圖像質量及輻射劑量的差異，為臨床CT診斷提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016年6月至2017年12月在湖南省人民醫院行胸部低劑量掃描的80例患兒，其中男患兒49例，女患兒31例；年齡3～6歲，平均年齡(4.5±1.2)歲。按照隨機數表法隨機將其分為觀察組和對照組，每組40例。觀察組采用NeuViz 64En型CT掃描，對照組采用Brilliance 256層iCT掃描，所有患兒監護人在胸部低劑量掃描前均簽署知情同意書。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①年齡3～6歲；②臨床需要行肺部CT檢查；③無CT檢查禁忌癥。

(2)排除標準:①患兒躁動圖像不清晰；②感興趣區內有肺部病變；③患兒體外帶有儀器設備。

1.3 儀器設備

觀察組采用NeuViz 64En型CT(沈陽東軟醫療系統有限公司)，對照組采用Philips Brilliance iCT型256層螺旋CT(荷蘭Philips公司)。NeuViz 64En型CT探測器寬度為2 cm，Philips Brilliance iCT探測器寬度為8 cm。

1.4 檢查方法

患者取仰臥位，雙手水平上舉或置于身體兩側，掃描范圍從胸廓入口到后肋膈角尖端水平，自由呼吸掃描。掃描協議均采用高級應用功能--低劑量掃描模式，掃描參數:①觀察組，管電壓為100 kV，管電流為30 mA，旋轉時間為0.6 s，螺距為0.9，視野(field of vision，FOV)為180 mm×180 mm，層厚及層間距均為5 mm，重建層厚及層間距均勻1.25 mm，矩陣為512×512，采用30%權重的Clearview迭代算法重建圖像；②對照組，管電壓為100 kV，管電流為30 mA，旋轉時間為0.75 s，螺距為0.585，FOV為180 mm×180 mm，層厚及層間距均為5 mm，重建層厚及層間距均勻為1 mm，矩陣為512×512，采用自適應統計迭代重組算法iDose重建圖像，選擇Level3權重。

1.5 圖像后處理及數據分析

(1)圖像后處理:將NeuViz 64En型CT上采集的圖像傳至東軟AVW1.0.6專業工作站進行數據處理；Brilliance iCT設備上采集圖像，用自帶的EBW工作站(版本號:V4.5.5.51035)進行數據處理。

(2)測量及計算:選擇感興趣區域(region of interes，ROI)密度均勻區域，面積為8～10 mm2，每個ROI重復測量3次，取平均值作為最終測量值，由于患兒低劑量CT主要是觀察肺窗的情況，因此只測量肺窗的數據，選取氣管分叉處層面肺組織的CT值及鄰近前胸壁表面空氣的CT值，避開血管影、肺大泡、肺氣腫及其他病變區域，同時避開衣物表面。鄰近前胸壁表面空氣的CT值的標準差(standard deviation，SD)為圖像噪聲；信噪比(signal noise ratio，SNR)=肺組織CT值(取絕對值)÷SD；對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)=(肺組織CT值-空氣的CT值)÷SD。

1.6 評價指標

(1)客觀評價指標:記錄機器自動計算生成的容積CT劑量指數(CT dose index volume，CTDIvol)、劑量長度乘積(Dose length product，DLP)，并計算出有效輻射劑量(effective dose，ED)，計算為公式1:

式中k值為歸一化的有效劑量轉化因子，單位為mSv/(mGy·cm)，參照歐盟委員會推薦標準[1]其數值與年齡有關，＜1歲為0.039，1～5歲為0.026，5～10歲為0.018，10～18歲為0.013。

(2)主觀評分標準:由4名放射科高職稱醫師在雙盲條件下進行，同時觀察橫軸位和冠狀位。肺窗通過觀察肺血管支氣管、主氣管、肺門大血管、肺裂及肺內病變邊緣的銳利程度進行評價。評分標準參照徐健等[2]5分制:①1分為大量偽影，正常結構顯示不清，無法診斷；②2分為邊緣模糊，中等量偽影，影響診斷；③3分為邊緣略模糊，少量偽影；④4分為邊緣略模糊，但無偽影；⑤5分為邊緣銳利清晰，無偽影。

1.7 統計學方法

采用SAS9.4軟件對數據進行統計分析，所有的統計檢驗均采用雙側檢驗，兩組間ROI的CNR、SNR、SD、DLP和ED組間比較采用成組t檢驗，CTDIvol和圖像質量的主觀評分采用Wilcoxon秩和檢驗，兩組1～3分和4～5分評分情況組間比較采用校正卡方檢驗，以P＜0.05為差異有統計意義。

2 結果

2.1 兩組圖像SNR、CNR及SD比較

對照組圖像的SNR和SD高于觀察組，其差異均有統計學意義(t=2.13，t=4.09；P＜0.05)。而對照組的CNR低于觀察組，但差異無統計學意義(t=-1.71，P＞0.05)，見表1。

表1 兩組圖像肺窗SD、SCN和CNR比較(±s)

表1 兩組圖像肺窗SD、SCN和CNR比較(±s)

注：表中SD為噪聲指數；SNR為信噪比；CNR為對比度噪聲比

2.2 兩組圖像CTDIvol、DLP和ED比較分析

對照組圖像的CTDIvol、DLP和ED均高于觀察組，兩組比較差異均有統計學意義(Z=8.88，t=2.82，t=3.50；P＜0.01)，見表2。

表2 兩組圖像輻射劑量對比分析

2.3 兩組圖像主觀評價分析

80例患者中肺血管支氣管、主氣管、肺血管、胸壁骨、肌肉及縱隔內各結構如氣管、食管等與周圍組織的對比度良好，邊緣稍模糊，無偽影，滿足臨床診斷要求。根據評價標準，采用等級資料的秩和檢驗，兩組圖像的主觀評分差異無統計學意義(Z=-0.585，P＞0.05)，主觀評價分段統計采用校正卡方檢驗，兩組圖像主觀評分差異無統計學意義(x2=0.00，P＞0.05)，見表3。

表3 兩組圖像質量主觀評價對比分析(分)

3 討論

兒童處于生長發育的關鍵時期，細胞分裂速度較旺盛，對射線輻射的敏感性亦高于成人。盡管CT輻射強度高于X射線，但成像速度快、斷層顯像且圖像清晰度高，使得CT診斷的利大于弊，在臨床診斷工作中得到廣泛的應用。隨著公眾對放射防護知識的了解，在不影響檢查質量的前提下，降低輻射劑量已成為專家和公眾關注的焦點。因此，低劑量CT技術已經成為研究與應用的熱點。在實際操作過程中，輻射劑量較常規劑量降低20%為低劑量掃描。對于越高端的CT輻射劑量是否越小，國產的相對性價比較高的CT在保證圖像質量的前提下，是否亦能達到類似的效果的研究國內做的比較少，本研究對此進行了對比分析。

雖然進口高端CT在提高圖像質量、降低輻射劑量方面都做出了巨大努力，亦得到了放射醫學界的廣泛認可，但是近年來，國產CT在該方面也做出了巨大的努力，并取得良好的成績，在硬件和軟件方面進行了創新，盡管途徑不一樣，但均達到了良好的臨床應用效果。國產NeuViz 64En型CT采用第三代高效率的稀土陶瓷探測器，具有余暉時間短、穩定性好、讀取投影速度快(每圈最快可達4640次)、光電轉換效率高(99.99%)以及能實現低劑量掃描的特點。配給新的臨床功能和關鍵部件在掃描流程優化、圖像重建與校正以及圖像后處理方面都進行了新的設計。如Quad-sampling采樣技術，大幅度消弱了螺旋掃描因采樣不足帶來的偽影；提出的基于物質能譜特性的金屬偽影校正技術，大幅度消弱了因高衰減物質引起的偽影。在數據采集系統方面突破國際專利上多采用的柔性連接模式，利用專用高密接插件的硬性連接方式，將模擬信息的路徑做到最短，使信號串擾做到最小，極大提高了前端信息采集的信噪比。同時，能夠實現無損數據傳輸，最大程度保障圖像采集原始數據更完整[3]。進口Brilliance iCT通過應用急速氣墊軸承掃描(最快旋轉速度達到2.7 s/圈)、納米球面探測器、立可銳濾線柵、超高分辨率重建技術、智能快捷EBW4.5工作站等有效的控制和管理散射線、改善圖像信噪比、減少圖像偽影、提高旋轉速度等實現了圖像的高清掃描，尤其是心血管系統方面。同時通過應用快速旋轉和大面積球面探測器、高速數據轉換集成芯片THAC2，降低影像鏈中電子噪聲，較普通模擬轉換系統可降低86%的噪聲，改善圖像信噪比，提高影像質量，進而可減少X射線的初始劑量，降低掃描對患者的輻射損傷[4]。

胸部天然的組織對比使之成為CT低劑量研究中最廣泛的領域，而國產CT與進口CT在此方面最大的突破在于迭代重建(iterative reconstruction，IR)技術的應用[5-9]。國產NeuViz 64En型CT設備在適應性統計IR、基于模型的IR及圖像空間IR技術基礎上搭載了ClearView+第4代雙域IR技術，能將非線性問題轉化為線性迭代問題，通過反復迭代不斷修改初始的解，如強制性將超出解的數據映射到已知范圍。同時對每次迭代后的圖像采用鄰點算術加權平均的方法進行平滑處理，并以此作為初始值進行下一次迭代，但迭代結束前兩次的圖像不再進行平滑處理，這就保證了圖像的清晰度和邊緣的銳利度。另外雙域IR技術從時間域和頻率域的結合點開始迭代，同時還具有全新設計的O-Dose平臺，百萬像素平臺等優勢，可對圖像數據進行100%深度迭代，從而進一步提升了診斷圖像的細節分辨力、清晰度和準確性，射線劑量可減少60%～74%[10-12]。進口256層CT設備采用i-Dose4重建技術，通過構造噪聲模型對噪聲加以抑制和消除，以提高圖像質量，同時采取解剖模型加速重建過程，可保持圖像的真實性，消除異樣圖像(如蠟像狀偽)，射線劑量可以降低約50%～80%[13-14]。

本研究重點探討兩種設備在相似胸部低劑量掃描條件下，圖像質量及輻射劑量的差異。對圖像進行主觀評分時，兩組的結果差異無統計學意義，圖像質量均能滿足臨床診斷需求。圖像客觀質量評分(CNR、SNR和SD值)比較時，對照組和觀察組的SNR及SD差異具有統計學差異，兩組CNR差異無統計學差異，但是對照組CNR比觀察組數值要小，而CNR更能代表圖像的整體噪聲狀態，表明256層CT在圖像質量方面仍具有一定的優勢，如果考慮到臨床需求和性價比的話，64層CT也是較好的選擇。在射線劑量方面，觀察組的CTDIvol低于對照組，且差異具有統計學意義，并且兩組CTDIvol的控制均保持穩定狀態，可能原因是觀察組螺距稍高于對照組，并且在掃描過程中設備均不會進行螺距的自動微調節，因為使用小的螺距可以提高圖像掃描質量，但是增加了患者的曝光計量。DLP及ED代表輻射劑量的綜合性指標，觀察組均低于對照組，并且差異具有統計學意義，表明通過參數的調整和優化，國產CT在輻射劑量控制方面也能達到甚至優于進口CT的標準。當然這并不能完全排除觀察組在螺距、旋轉速度參數選定上的輕微優勢的影響[15]。

本研究表明，NeuViz 64En型CT與Philips Brilliance iCT在相似掃描條件下，獲得了相近的圖像質量，并且未增加輻射劑量，NeuViz 64En型CT通過優化掃描參數和圖像重建算法，甚至劑量還有所降低，滿足了臨床診斷需求。因此本研究為臨床的選擇提供一定的參考，同時為設備的改進提供一定的方向。但本研究仍存在一定的局限性，研究中主要選取肺動脈干-支氣管分叉層面為代表層進行研究，胸廓入口、上肺野及肺底等層面由于各組織結構間間距較小，尤其是胸廓入口處多發骨質干擾，容易產生帶狀偽影，在圖像噪聲上可能會有細微差別，而且這方面高檔次螺旋CT能產生更好的圖像質量，這需要更深入詳盡的評估。此外，本研究樣本量較少，固定管電壓100 kV，管電流和曝光時間的乘積為30 mAs，但該掃描條件能否作為兩組患兒胸部低劑量掃描的最佳掃描參數也還有待進一步分析研究。