多参数设置对低剂量胸部CT扫描图像质量及辐射剂量的影响

冉姗姗，綦维维，张 淼，张卓璐，陈 雷，洪 楠

(北京大学人民医院放射科，北京 100044)

肺癌是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，与传统胸片相比，低剂量胸部CT筛查可降低肺癌患者死亡率，并较常规CT显著降低辐射剂量[1-2]。近年来，低剂量胸部CT越来越多地应用于早期肺癌筛查。但国内外对低剂量胸部CT的具体扫描方案尚未达成共识[3-4]。本研究旨在探讨MSCT在低管电流(17 mAs)设置下，其他参数设置对低剂量胸部CT扫描图像质量和辐射剂量的影响，探讨低剂量胸部CT扫描不同方案的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2014年4月—2016年5月于本院接受低剂量胸部CT筛查的200名志愿者，随机分为4组，每组各50名。A组男32名，女18名，年龄43～69岁，平均(57.3±6.6)岁，体质量指数(body mass index, BMI)(24.84±3.19)kg/m2；B组男21名，女29名，年龄41～68岁，平均(57.8±7.0)岁，BMI(23.83±3.00)kg/m2；C组男18名，女32名，年龄40～68岁，平均(54.9±7.4)岁，BMI(23.98±2.84)kg/m2；D组男19名，女31名，年龄40～70岁，平均(57.8±7.8)岁，BMI(24.40±2.69)kg/m2。纳入标准：①年龄40～70岁，无临床症状；②吸烟史：每天吸烟的包数×年数≥10，包括曾经吸烟，但戒烟时间不到10年者；③被动吸烟者；④职业暴露者(石棉、铍、铀、氡等接触者)；同时满足①和②～④中至少1项者可入组。排除标准：①曾诊断为肺癌；②胸部曾接受放化疗等治疗；③已怀孕或计划半年内怀孕者；④有严重的内外科疾病。本研究经相关伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips 256层iCT扫描仪，各组管电流均为17 mAs，管电压及是否自动控制设置为：A组为120 kV，自动曝光控制(DoseRight)扫描；B组为100 kV，DoseRight扫描；C组为120 kV，固定管电流扫描；D组为100 kV，固定管电流扫描。余扫描参数4组相同：探测器准直宽度128×0.625 mm，螺距0.9，旋转时间0.5 s， FOV 350 mm。受检者取仰卧位，上肢举过头顶，于吸气相扫描，扫描范围自胸廓入口至肺底。对所有扫描图像分别采用混合迭代重建(hybird iterative reconstruction, HIR：iDose4)和全模型迭代重建(iterative model reconstruction, IMR)，层厚1.0 mm，层间距0.5 mm。

1.3 图像评价

1.3.1 主观评价 由2名经验丰富的放射科医师对所有图像单独进行评价，采用肺窗(窗宽1 500 HU，窗位-600 HU)和纵隔窗(窗宽380 HU，窗位40 HU)分别观察胸锁关节层面及肺动脉层面，并采用5分法对图像质量进行评分：1分(差)，图像噪声较大，伪影较重，组织结构显示不清，完全不能满足诊断要求；2分(较差)，图像噪声较大，组织结构显示不清，不能满足诊断要求；3分(一般)，图像噪声较大，部分组织结构显示欠佳，基本可满足诊断要求；4分(良好)，图像噪声尚可，结构显示清楚，完全能满足诊断要求；5分(优秀)，图像噪声小，组织结构显示清晰，对比良好，完全可满足诊断要求。以图像质量最差层面评分为最终结果，取2名医师评分的均值。≥3分的图像为临床诊断可接受。

1.3.2 客观评价 在各组纵隔窗重建图像上，选择并测量升主动脉根部ROI(面积约200 mm2)的CT值和噪声值，计算SNR：SNR=CT值/噪声值。

1.4 辐射剂量 记录剂量长度乘积(dose length product, DLP)，估算有效剂量(effective dose, ED)：ED=0.014×DLP[5]。

1.5 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，同一组不同重建方法图像质量的比较采用配对样本t检验，多组比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD检验，P<0.05为差异有统计学意义。采用Kappa检验观察不同医师间评分结果的一致性(Kappa值0～0.20一致性极低，0.21～0.40一致性一般，0.41～0.60一致性中等，0.61～0.80一致性较高，0.81～1.0一致性高)。

2 结果

各组受检者年龄和BMI差异无统计学意义(F=1.78、1.20，P=0.15、0.31)。

2.1 图像质量评价

2.1.1 主观评价 见图1～3。2名医师对4组图像质量评分的一致性较高(Kappa=0.76)，对图像质量的评分见表1。4组肺窗及纵隔窗iDose4、IMR图像评分差异有统计学意义(P均<0.01)，A、B组间肺窗iDose4、IMR图像及纵隔窗IMR图像评分差异无统计学意义(P=0.713、0.842、0.087)，纵隔窗iDose4A组图像质量评分高于B组(P<0.05)，A、B组图像质量评分均高于C组(P均<0.05)，D组图像质量评分最低，与其余3组比较差异有统计学意义 (P均<0.05)。C组纵隔窗及D组肺窗、纵隔窗的iDose4重建图像质量评分较低(<3分)，余4组肺窗及纵隔窗iDose4、IMR重建图像质量均满足临床诊断要求；其中A组肺窗iDose4、IMR图像评分间差异无统计学意义(P=0.083)，纵隔窗IMR图像评分优于iDose4图像(P<0.01)；余3组肺窗及纵隔窗IMR图像评分均优于iDose4图像，差异均有统计学意义(P均<0.05)。

2.1.2 客观评价 4组SNR结果见表2。4组iDose4、IMR图像的SNR差异均有统计学意义 (F=13.43、22.01，P均<0.01)，且A、B、C、D组SNR值依次降低，两两比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。4组IMR图像的SNR均较iDose4图像高(P均<0.01)。

2.2 图像质量与辐射剂量 4组的辐射剂量见表3。4组ED差异有统计学意义(F=132.60，P<0.01)，A组ED最高，与其余3组比较差异有统计学意义(P均<0.01)，较C组高约41.79%，B组与C组间ED差异无统计学意义(P=0.055)，但较C组低约7.46%，D组ED最低，与其余3组比较差异有统计学意义(P均<0.01)，较C组低约38.81%。4组受检者肺窗及纵隔窗图像质量评分和ED见图4、5。

表1 4组受检者两种重建方式的肺窗和纵隔窗评分(分，±s)

表1 4组受检者两种重建方式的肺窗和纵隔窗评分(分，±s)

组别肺窗iDose4IMRt值P值纵隔窗iDose4IMRt值P值A组4.48±0.654.54±0.61-1.770.0834.18±0.564.66±0.48-6.73<0.01B组4.48±0.684.56±0.64-2.060.0443.98±0.384.74±0.44-11.28<0.01C组3.07±0.463.80±0.41-12.60<0.012.86±0.534.14±0.61-18.23<0.01D组2.40±0.523.40±0.52-3.28<0.012.48±0.613.52±0.65-18.29<0.01F值19.0314.69——123.8752.42——P值<0.01<0.01——<0.01<0.01—-

表2 4组受检者两种重建方式的SNR值比较(±s)

表2 4组受检者两种重建方式的SNR值比较(±s)

组别iDose4IMRt值P值A组1.29±0.252.77±0.52-28.23<0.01B组1.11±0.262.71±0.50-32.68<0.01C组1.05±0.282.67±0.61-43.05<0.01D组1.00±0.202.53±0.52-27.15<0.01

表3 4组受检者接受辐射剂量的比较(±s)

表3 4组受检者接受辐射剂量的比较(±s)

组别DLP(mGy)ED(mSv)A组67.90±14.930.95±0.21B组44.35±11.860.62±0.17C组47.77±3.490.67±0.05D组29.36±1.950.41±0.03

图1 B组受检者(男，55岁，BMI=30.78 kg/m2)胸锁关节层面图像 A.肺窗iDose4重建图像; B.肺窗IMR重建图像 图2 D组受检者(男，67岁，BMI=29.05 kg/m2)胸锁关节层面图像 A.纵隔窗iDose4重建图像; B.纵隔窗IMR重建图像 图3 D组受检者(男，61岁，BMI=24.90 kg/m2)肺窗图像 A.iDose4重建图像; B.IMR重建图像 (箭示右肺上叶磨玻璃小结节，均可清晰显示)

图4 4组受检者肺窗图像质量评分和ED 图5 4组受检者纵隔窗图像质量评分和ED

3 讨论

低剂量CT可用于早期肺癌的筛查[5]。近年来，随着自动曝光技术及重建技术的发展，参数设置对图像质量与辐射剂量的影响也越来越重要。本研究旨在探讨当管电流相同时，其他参数设置对图像质量和辐射剂量的影响。本研究的预实验设定管电流为17 mAs，并选用与本研究4组参数相同的设置，发现4组IMR重建图像均可满足临床诊断标准。

迭代重建有HIR和基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR)两种类型；HIR算法涉及迭代重建和滤波反投影(filtered back projection, FBP)的组合，是对原始数据和图像域进行迭代的算法，目前应用较广泛的算法有iDose4等；而MBIR是使用多模型的完全迭代算法，包括数据、图像统计模型以及系统模型，如全模型迭代重建(iterative model reconstruction, IMR)等[6-9]。有研究[9-11]显示，在低剂量胸部CT扫描下，肺窗及纵隔窗的IMR图像在图像质量、图像噪声及SNR方面均优于iDose4，特别是对于噪声的抑制，IMR较iDose4更具优势。

本研究中，A组肺窗iDose4与IMR图像质量评分差异无统计学意义，A组纵隔窗及余3组肺窗、纵隔窗的IMR图像质量评分均较iDose4图像好；客观评价示A、B、C、D各组SNR值依次降低，且4组IMR图像的SNR均较iDose4图像高，与既往研究[9-11]结果基本一致，即IMR算法在较低辐射剂量时可提高图像质量，尤其是纵隔窗的图像质量。所以在ED最低的D组，纵隔窗的IMR评分仍可满足诊断需要。其中A组肺窗iDose4图像与IMR图像质量差异无统计学意义，考虑为肺组织具有良好的天然对比度，较低的辐射剂量即可获得较满意的图像质量，因此在ED较高时，iDose4算法可达到较高的图像质量，此时重建算法的不同对图像主观质量评价的影响不大。

A组和C组管电压设置均为120 kV，B组和D组管电压设置均为100 kV，但DoseRight设置不同，由于DoseRight的标准设定为标准体质量时17 mAs的图像质量，因此对于体质量较高的受检者，辐射剂量有一定程度增加，且A组、B组实际管电流均较C组、D组较高，因此A组、B组图像质量分别较C组、D组好；虽然A组管电压较B组高，但A组、B组肺窗与纵隔窗IMR重建图像质量评分差异无统计学意意义，考虑肺组织具有良好的天然对比度，较低的辐射剂量即可获得较满意的图像质量。

综合比较4组低剂量胸部CT扫描的参数设置、辐射剂量及图像质量评分：采用DoseRight设置，辐射剂量较高，图像质量较好；降低管电压，辐射剂量较低，图像质量较差。C组采用常规管电压，辐射剂量中等，图像质量一般；A组采用DoseRight设置，管电压不变，辐射剂量较高，图像质量较好；D组较C组降低管电压，采用固定管电流，辐射剂量较低，所得图像质量较差；B组既采用DoseRight设置，又降低管电压，辐射剂量与C组无差异，但图像质量明显好于C组。

综上所述，对于低剂量CT的扫描参数选择，首先考虑图像质量满足需求，在满足图像质量的前提下选择最小辐射剂量的参数组合；iCT管电流最低标准(17 mAs)设置下，采用100 kV管电压、DoseRight扫描及IMR重建方式可获得较满意的图像质量和较低的辐射剂量。

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2016.12.08