探讨SAFIRE技术在降低胸部扫描剂量中的应用价值

曹新志，沈君姝，郭辉，李昂，潘永泉

1.南京军区南京总医院 a.医学影像科；b.放疗科， 江苏 南京 210002；2.南京航空航天大学 生物医学工程系，江苏南京 210016

0 前言

CT具有较高的密度分辨率且具备无组织重叠显影等优点，较X线平片而言，对肺部疾病的诊断具有较高的敏感性和特异性，是筛选肺癌的可靠手段。虽然CT检查能够获得明确的诊断，但X线对患者也产生了一定的辐射损害。如何在获得满足诊断要求图像的前提下，使受检者接受尽可能低的辐射剂量，是近年来CT设备改进和临床探求的目标之一[1]。肺部是含气器官，组织对比度较高，射线吸收率很低，对胸部低剂量扫描提供了有利条件。过去应用的是传统的滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建算法，变动管电压或管电流会增加图像噪声和伪影，导致图像质量明显下降[2]。而有研究表明，正弦图确定迭代重建（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）技术相较于传统的FBP算法可以有效降低图像噪声，提高图像对比度，正在向临床推广[3]。本文旨在探讨低剂量胸部CT结合SAFIRE（Strength 3级）技术在胸部扫描中的应用价值，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 临床资料

随机选取2013年11月于我科进行胸部CT检查的80例患者，随机分为两组（对照组和低剂量组），每组各40例，无儿科患者被纳入此研究。对照组：男23例，女17例，年龄20～70岁，平均（41.15±14.80）岁。低剂量组：男22例，女18例，年龄18～81岁，平均（40.38±18.71）岁。患者均无呼吸系统症状，有能力完成屏气扫描。测量并记录患者的身高、体重，并计算其体质量指数（Body Mass Index，BMI），BMI= 体质量（kg）/身高（m2）。根据 2001年中国成年人超重肥胖诊断标准[4]，BMI＜18.5为瘦体型，18.5≤BMI＜24.0为中等体型，BMI≥24.0为肥胖体型。本研究所有患者的体质量指数均＜25 kg/m2。

1.2 仪器与方法

采用Simens SOMATOM Perspective 64排128层螺旋CT。扫描范围自胸廓入口至肺底，扫描前去除病人身上所有的金属类物品，并对患者进行呼吸训练，扫描时患者双手举过头顶，开启实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D[5]。对照组采用常规管电压130 kV，最大管电流70 mAs，螺距1.3 cm，FOV 330 mm，转速0.6 s/rot，采用传统的FBP重建技术，重建图像层厚及间隔均为6 mm。低剂量组采用管电压80 kV，其他扫描参数与对照组相同，采用SAFIRE（Strength3级）技术。重建数据传至后处理工作站进行最大密度投影（Maximal Intensity Projection，MIP）、容积重组（Volume Reformation，VR）、多平面重建（Multiple Planar Reconstruction，MPR）、最小密度投影（Mininum Intensity Projection，MinP）。患者的辐射剂量数据包括CT剂量指数（CT Dose Index，CTDI）和剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP），均自动生成。

1.3 图像分析

由1名经验丰富的诊断医师测量气管分杈层面降主动脉的CT值及其标准方差（Standard Deviation，SD），以及同层背部肌肉的CT值及其SD值，感兴趣区（Region of Interest，ROI）＜1.0 cm2，各参数均在同一层面上重复测量3次，取平均数作为最终结果[6]。在降低管电压进行胸部低剂量扫描时，影响图像质量最主要的因素是纵隔中血管、肌肉等软组织，因此测量时选择的是纵隔窗而非肺窗[7]。通过测量上述参数，计算气管分杈层面降主动脉的信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）和对比噪声比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。CNR=（ROI降主动脉-ROI背部肌肉）/背部肌肉SD值，SNR=ROI降主动脉/背部肌肉SD值。

记录每例患者的CTDI和DLP，并计算有效剂量（Effective Dose，ED）。ED=DLP×k，k为标准胸部转换因子，根据2009年欧洲CT质量标准指南，k=0.0145。

所有图像均在GE Centricity RA600图像工作站显示器上阅读。纵隔窗观察窗位40 HU，窗宽350 HU，肺窗窗位-520 HU，窗宽1450 HU。由两名具有副高以上职称的CT医师采用双盲法阅片，对图像进行评价，主观评价内容包括图像伪影、噪声和病变检出情况。采用5分制评分法[8-9]：① 5分为优秀；② 4分为良好；③ 3分为可以接受；④ 2分为较差；⑤ 1分为不合格。意见不一致时经协商得出统一结论。

1.4 统计学处理

所有数据均采用SPSS 16.0软件进行统计分析，计量资料均以均值±标准差（±s）表示。采用独立样本t检验比较两组患者CTDI、DLP、ED、SNR、CNR以及辐射剂量、噪声的差异[10]，以P＜0.05为差异有统计学意义。采用Kappa检验比较不同医师评分结果之间的一致性，Kappa≥0.75表示一致性较好，0.4≤Kappa＜0.75表示一致性中等，Kappa＜0.4表示一致性较差[11]。

2 结果

2.1 对照组和低剂量组辐射剂量比较

对照组的CTDI、DLP和ED均大于低剂量组，且差异均具有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组辐射剂量比较

2.2 对照组和低剂量组图像质量比较

2.2.1 气管分杈层面降主动脉CT值及其SD值比较

分析结果显示，两组间气管分杈层面降主动脉CT值差异无统计学意义（P＞0.05），其SD值差异也无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表2 两组气管分杈层面降主动脉CT值及其SD值比较

2.2.2 气管分杈层面降主动脉SNR值比较

分析结果显示，两组间气管分杈层面降主动脉SNR值差异无统计学意义（P＞0.05），相较于常规130 kV，低剂量80 kV下图像噪声会增加，但是采用SAFIRE（Strength 3级）技术后，图像的信噪比与常规FBP重建图像相比并未显著下降，见表3。

表3 两组气管分杈层面降主动脉SNR值比较

2.2.3 气管分杈层面降主动脉CNR值比较

分析结果显示，两组间气管分杈层面降主动脉CNR值差异无统计学意义（P＞0.05）。相较于常规130 kV和FBP重建方式，采用低剂量80 kV和SAFIRE（Strength 3级）技术获取的图像的对比噪声比未显著下降，见表4。

表4 两组气管分杈层面降主动脉CNR值比较

2.2.4 两组图像质量主观评分比较

所有患者的图像质量评分均≥3，可满足医生的诊断要求（图1～2）。分析结果显示，两组图像间主观评分差异无统计学意义（P＞0.05）。两名医生对图像质量评分的一致性较好（Kappa=0.764），见表5。

图1 低剂量组SAFIRE图像，图像质量评分4.2

图2 对照组FBP图像，图像质量评分4.3

表5 两组图像间主观评分比较

3 讨论

由于肺部结构自然对比度高，胸部低剂量CT扫描可以在降低辐射剂量的同时不影响病变检出率。因此，胸部CT低剂量扫描的研究日益增多。1998年Sone等[12]报道，应用低剂量CT普查肺癌的检出率比常规X线胸片提高约10倍。如何在降低辐射剂量的同时获得满足诊断要求的图像，是放射界一直以来关注的热点课题。

近年来CT技术不断完善，如机架采用短几何设计，探测器采用稀土陶瓷材料，大大提高了光电转换效率；探测器采用多通道设计，并使用飞焦点技术，提高了数据采集量。这些技术的应用使CT机的整机效率较之前有了很大的提高，从而为低剂量CT检查奠定了技术基础[13]。CT制造商也研发了各种降低CT辐射剂量的方法，如检查模式、噪声过滤器、实时动态曝光剂量调节技术CARE Dose 4D、后处理重建算法等。

SAFIRE技术早在40年前就已经被推荐使用，直到最近几年随着计算机计算速度的提高才得到推广。传统的FBP算法必须在图像锐利度和噪声之间找到一个平衡点，图像的噪声与图像细节的显示不能同时得到改善，很难真正有效地降低辐射剂量[14]。而SAFIRE算法是一种基于原始数据空间的CT图像迭代重建算法，与传统的FBP算法相比，它可以不断地与原始图像进行对比，根据检查类型不断循环，具有较高的分辨率和较低的图像噪声，可最大限度地保留图像的细节，从而重建出最佳的图像质量[15]。

Kalra等[16]研究认为，与FBP重建技术相比，SAFIRE技术可在降低50%～70%辐射剂量的同时，更有效地去除图像伪影、保证图像质量，使图像更加细腻。Winklehner等研究表明[17]，在主动脉CT血管成像中，SAFIRE技术可较常规FBP重建技术降低＞50%的辐射剂量，同时保证图像质量。

本研究在行80 kV低剂量胸部CT平扫时结合SAFIRE（Strength 3级）技术。结果表明，与管电压130 kV并采用传统的FBP重建方式相比，在其他扫描参数相同的情况下，SAFIRE（Strength 3级）技术可以降低约33%的有效剂量（与Kalra等研究结果基本一致）；经独立样本t检验，两组图像的信噪比（SNR）与对比噪声比（CNR）无统计学差异。通过对照组和低剂量组图像质量的比较发现，对于炎症性病灶及其征象，如病灶密度、边缘、钙化、胸膜粘连增厚等，两组图像的显示均无显著差异；对于结节性病灶的显示，如分叶、毛刺、钙化、淋巴肿大、胸膜凹陷等，两者也无显著差异。

但本研究也有一定的局限性：① 本研究仅局限于西门子的一台机器，并没有在其他型号的机器上进行测量比较；② 本研究只是通过少量患者得到的初步经验；③ SAFIRE的强度等级共有5个[18]，而本实验采用的是强度3，不同强度等级之间是否存在差异还有待进一步探讨。

综上所述，SAFIRE技术在低剂量胸部CT扫描中，可显著降低图像噪声，提高图像质量，具有一定的推广意义。

[1]刘士远,于红.积极推进胸部低剂量CT扫描的临床应用[J].中华放射学杂志,2010,44(1):6-7.

[2]Sigal-Cinqualbre AB,Hennequin R,Abada HT,et al. Low-kilovoltage multi-detector row chest CT in adults:feasibility and effect on image quality and iodine dose[J].Radiology,2004,231(1):169-174.

[3]王芳,高剑波,刘杰,等.正弦图确定迭代重建技术在降低胸部扫描剂量中的应用[J].中国医学影像技术,2012,28(11):2087-2089.

[4]詹玉香.低剂量螺旋CT扫描技术在患者胸部检查中的应用价值[J].医学信息(上旬刊),2011,24(12):700.

[5]吴爱琴,郑文龙,许崇永,等.CARE Dose 4D技术降低成人胸部扫描剂量的临床价值[J].中华放射医学与防护杂志,2011,31(1):98-101.

[6]Kim MJ,Park CH,Choi SJ,et al.Multidetector computed tomography chest examinations with low-kilovoltage protocols in adults:effect on image quality and radiation dose[J].J Comput Assist Tomogr,2009,33(3):416-421.

[7]李晶,周珏榕,黄雨琴,等.低剂量胸部CT扫描技术的应用分 析[J].中国医疗设备,2013,28(1):159-161,57.

[8]Mulkens TH,Bellinck P,Baeyaert M,et al.Use of an automatic exposure control mechanism for dose optimization in multi-detector row CT examinations:clinical evaluation[J].Radiology,2005,237(1):213-223.

[9]李升,邵国良.多层螺旋CT胸部低剂量扫描对肺结节的鉴别诊断分析[J].中国全科医学,2011,14(24):2823-2825.

[10]诸强,朱来军,刘志富.胸部低剂量螺旋CT的应用研究[J].中国高等医学教育,2010,(1):144-145.

[11]Garg K,Keith RL,Byers T,et al.Randomized controlled trial with low-dose spiral CT for lung cancer screening: feasibility study and preliminary results[J].Radiology,2002,225(2):506-510.

[12]Sone S,Takashima S,Li F,et al.Mass screening for lung cancer with mobile spiral computed tomography scanner[J].Lancet, 1998,351(9111):1242-1245.

[13]Rusinek H,Naidich DP,Mcguinness G,et al.Pulmonary nodule detection: low-dose versus conventional CT[J].Radiology,1998,209(1):243-249.

[14]Hatayama O,Kobayashi T,Fujimoto K,et al.Utility of singleslice high-resolution CT in upper lung field combined with low-dose spiral CT for lung-cancer screening in the detection of emphysema[J].Intern Med,2007,46(18):1519-1525.

[15]Yang WJ,Yan FH,Liu B,et al.Can sinogram-affirmed iterative (SAFIRE)reconstruction improve imaging quality on lowdose lung CT screening compared with traditional filtered back projection (FBP)reconstruction?[J].J Comput Assist Tomogr,2013,37(2):301-305.

[16]Kalra MK,Woisetschläger M,Dahlström N,et al.Sinogramaffirmed iterative reconstruction of low-dose chest CT: effect on image quality and radiation dose[J].AJR Am J Roentgenol,2013, 201(2):W235-W244.

[17]Winklehner A,Karlo C,Puippe G,et al.Raw data-based iterative reconstruction in body CTA:evaluation of radiation dose saving potential[J].Eur Radiol,2011,21(12):2521-2526.

[18]王敏杰,王培军,田建明,等.胸部低剂量CT扫描技术的应用价值[J].中华放射学杂志,2002,36(8):761-762.