能譜純化技術在成人胸部雙能量CT 掃描中的應用

馮愛平， 陳愛華， 張婷婷， 李 丹， 王夢莉

（湖北省宜昌市第一人民醫院放射科，宜昌 443001）

在高危人群中普及肺結節CT 篩查逐漸得到重視，但頻繁隨訪帶來的輻射劑量問題也讓人擔憂，既降低CT 輻射劑量又保證圖像質量成了CT 技術發展的方向[1-2]。研究表明[3]，在雙源CT掃描中應用迭代重建算法、能譜純化、高低管電流匹配技術等CT 新技術能夠實現不高于普通CT 輻射劑量成像，且保證CT 圖像質量。本研究擬通過在成人胸部雙能量掃描中應用能譜純化技術與常規雙能量掃描的對比研究，探討雙源CT 能譜純化技術在提高圖像質量、降低輻射劑量方面的作用。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2017年12月至2019年3月宜昌市第一人民醫院30例成年患者初次、隨訪2 次掃描圖像數據，前后2 次掃描間隔至少3 個月，男性16例，女性14例，年齡23～72 歲，中位年齡56歲，體質量指數（BMI）為（21.28±3.12）kg·m-2。納入標準：能憋氣、配合完成檢查，前后2 次掃描圖像保存完整者，BMI 為18～28 kg·m-2。排除標準：胸部術后金屬偽影嚴重者。所有患者掃描前均簽署知情同意書。

1.2 儀器和方法

采用西門子炫速雙源CT 掃描儀（SOMATOM Definition Flash，Germany），掃描前去除身上金屬異物，并進行呼吸訓練，非檢查部位鉛衣防護。初次掃描管電壓80 kV/140 kV，隨訪掃描管電壓80 kV/Sn140kV，高千伏球管采用能譜純化技術，其余掃描參數相同：雙能量模式，開啟CARE Dose 4D，參考管電流32 mA/75 mA，融合系數0.4，探測器寬度128 mm×0.6 mm，螺距0.55，球管旋轉時間0.28 s，層厚5.0 mm，層間距5.0 mm，肺窗卷積核BI70f，縱隔窗卷積核BI31f，SAFIRE3 級重建。所有患者均取仰臥位，雙手抱頭，頭先進，掃描范圍正側位定位覆蓋雙肺區域，于吸氣末屏氣采集。

1.3 圖像質量評價

所有圖像數據在CT 控制臺上進行測量分析。縱隔窗窗寬350 HU，窗位40 HU，肺窗窗寬1500 HU，窗位-800 HU。（1）圖像質量主觀評價：由2 名高年資放射科醫師采用盲法，按5 分法分別在肺窗和縱隔窗上對圖像質量進行評分，評定標準見表1。評估內容主要包括支氣管、心包、血管及縱隔內淋巴結等結構的清晰度及對比度。（2）圖像質量客觀評價：分別在肺窗、縱隔窗圖像上進行測量，選取胸主動脈、腋窩均勻脂肪（氣管隆突層面）為設置感興趣區（ROI），大小為（35±5）mm，記錄ROI 內的CT 值和標準差（standard deviation，SD），以脂肪的標準差作為圖像平均噪聲（objective image noise，OIN），計算胸主動脈的對比噪聲比（contrast to noise ratio，CNR）及信噪比（signal to noise ratio，SNR），CNR=（CT 動脈-CT 脂）/SD 脂，SNR=CT 動脈/SD 動脈[4]，重復測量3 次取平均值。

表1 圖像質量主觀評分標準

1.4 輻射劑量計算

記錄控制臺劑量報道上的CT 容積劑量指數（CT dose index volume，CTDIvol）、劑量長度乘積值（dose length product，DLP），根據有效劑量（effective dose ED）=DLP×k，其中胸部轉換系數k=0.014 mSv/mGy/cm[5]。

1.5 統計學方法

采用SPSS 19.0 軟件對數據進行統計學分析，計量資料采用均數±標準差（±s）表示，前后2 次輻射劑量對比采用配對t 檢驗，圖像間客觀評價指標（OIN、CNR、SNR）及主觀評分采用F 檢驗，P≤0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 輻射劑量

隨訪掃描CTDIvol、DLP 及ED 均較初次掃描組下降（P均＜0.01），見表2。

表2 兩次掃描輻射劑量比較

2.2 圖像質量主觀評價

2 次圖像間肺窗及縱隔窗圖像質量評分差異均有統計學意義（P均＜0.01），其中初次圖像質量評分最高。隨訪圖像肺窗及縱隔窗圖像質量評分分別為（3.65±0.37）分和（3.05±0.18）分，均可滿足診斷要求。

2.3 圖像質量客觀評價

2 次圖像間肺窗及縱隔窗各ROI 圖像OIN、信噪比（SNR）及噪聲比（CNR）差異均有統計學意義（P均＜0.05），其中初次圖像SNR、CNR 較高，見表3。

表3 兩組圖像質量主客觀評價比較（分，±s）

表3 兩組圖像質量主客觀評價比較（分，±s）

組別 隨訪 F 值 P 值肺窗 52.56±9.56 -3.26 ＜0.051.00±0.27 2.67 ＜0.052.75±0.54 5.18 ＜0.053.65±0.37 3.54 ＜0.05縱隔窗 12.95±2.50 -2.17 ＜0.054.50±0.92 2.78 ＜0.0510.87±2.25 3.99 ＜0.053.05±0.18 3.96 ＜0.05 OIN SNR CNR評分OIN SNR CNR評分初次47.79±7.511.08±0.273.10±0.533.86±0.5311.80±2.674.95±1.4212.98±3.333.35±0.42

3 討論

由于X 線照射生物體會造成電離輻射，對生物體會造成不確定性損傷。因此，醫務人員應該始終遵循盡可能的低劑量原則，在保證圖像質量的同時選擇最合理的掃描參數和掃描技術[6]。然而，CT 圖像質量和CT 射線劑量從一開始就是矛盾的兩個方面，不適當地加大X 射線劑量無疑會對受檢者產生負面效應；但不顧圖像質量而盲目地降低射線劑量也無助于臨床診斷的需要[7-8]。近年來，在全球CT 工程師和影像工作者的共同努力下，研發出了各種降低劑量的方法，如通過改良設備硬件性能、降低kV、自動電流調節技術、增加螺距、采用不同的重建算法等。

能譜純化技術的原理是利用在高管電壓X線球管輸出端添加一定厚度的特殊錫過濾板，減少其和低管電壓的能譜重疊，從而減少無效輻射，提高X 線光子利用率，提高圖像質量，降低輻射劑量[9]。本研究采用80 kV/Sn 140kV 能譜純化方案進行成人胸部檢查，結果顯示CTDIvol、DLP及ED 均明顯低于常規80 kV/140 kV 掃描方案，在胸部雙能量掃描中應用能譜純化技術可降低人體吸收的輻射劑量約30%。Haubenreisser 等[10]采用Sn100kV 進行成人胸部CT 掃描，與傳統100 kV 掃描相比，劑量降低約90%。

本研究采用能譜純化、CARE Dose 4D、SAFIRE重建的雙球管掃描輻射劑量與中國肺癌低劑量螺旋CT 篩查指南推薦（2018 版）低劑量掃描基本相當，圖像質量也能夠滿足診斷要求。大量的文獻研究證明了雙源雙能量CT 成像可以在不增加輻射劑量的基礎上，提供更豐富的診斷信息[11-13]。

胸部CT 掃描主要以肺及縱隔內病變顯示為主，由于肺為含氣組織，與相鄰組織的自然對比度高且X 線衰減程度輕，因此，較易實現低劑量掃描[14]。肺部病灶檢出有賴于病灶與周圍正常肺組織的對比度，而病灶清晰程度、病灶邊緣的銳利度則與圖像噪聲有關[15]。降低掃描劑量，它對肺窗結構顯示的圖像質量影響甚微，完全能滿足臨床診斷的需要，雖然研究組的低劑量圖像質量沒有優于對照組，但是也極少出現質量差且影響臨床診斷的圖像，尤其是肺窗。

本研究的不足之處：（1）由于X 線穿透力隨受檢者的體表厚度增加而減弱，本文研究對象BMI較高，應未分析不同體型條件下能譜純化技術在降低輻射劑量、提高圖像質量方面的差異；（2）劑量過低時肺部磨玻璃結節的檢出及定性診斷有一定限度[16]，本研究未能就該技術對肺部磨玻璃結節的診斷效能進行評價。

綜上所述，對以肺部疾病篩查為主要目的的成人胸部檢查，采用第2 代雙源CT 能譜純化技術可在滿足診斷要求的前提下有效降低輻射劑量。