楊會軍 胡永勝 高 斌 巢惠民 徐 寧 何新華 賀克武

一些醫(yī)學(xué)檢查方法已應(yīng)用于疾病普查,如超聲、胸部X線攝影等。CT由于輻射劑量大而未用于疾病普查,但CT檢查對肺部的疾病,尤其是小結(jié)節(jié)灶、早期肺癌等顯示遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過胸部X線攝影[1,2]。尤其對藏匿于心臟后、膈穹窿內(nèi)、縱隔內(nèi)的病灶,CT顯示有不可比擬的優(yōu)勢。早在1990年Naidich等[3]首先提出了CT低劑量掃描的概念。國外對低劑量螺旋CT掃描已做了大量的研究,一般采用50m As、40m As或25m As進(jìn)行掃描,甚至抵達(dá)20m As或10mAs[4]。如今國內(nèi)很多學(xué)者開始重視CT胸部普查的作用,并進(jìn)行了相應(yīng)的研究。例如有使用 GE公司Light Speed Ultra 8層螺旋CT低劑量掃描,發(fā)現(xiàn)120kV、30m A掃描獲得的圖像較為滿意[5]。低輻射劑量固然是應(yīng)該追求的目標(biāo),但圖像的質(zhì)量是否影響診斷更為重要,如果圖像質(zhì)量影響診斷,則低劑量掃描失去了意義。就此問題筆者在低劑量掃描中運(yùn)用各種圖像重建方法,將處理所得的圖像質(zhì)量及診斷符合率與常規(guī)輻射劑量掃描圖像進(jìn)行對比研究,探討理想的圖像后處理方法,以達(dá)到降低劑量而不影響診斷的目的。

方 法

1.研究對象

病例為來院就診的61位志愿者,年齡在15～79歲之間。其中正常病例27例,肺部小結(jié)節(jié)灶7例,肺結(jié)核15例,肺部腫瘤3例,炎癥9例。病例按隨機(jī)和志愿的原則選取。

2.成像設(shè)備和掃描方法

使用GE公司Light Speed Ultra 8層螺旋CT機(jī)進(jìn)行掃描。常規(guī)劑量掃描(對照組)30人,低劑量掃描 (實(shí)驗(yàn)組)31人。掃描參數(shù)選擇:常規(guī)劑量掃描為120kV、200m As,低劑量掃描為120kV、30m A s,其他參數(shù)設(shè)置相同,如層厚為10mm,螺距1.35:1,探測器設(shè)置選擇8×2.5。

3.圖像后處理方法

GE公司Light Speed Ultra 8層螺旋CT后處理功能中重建算法(reconstruction algorithm)依次包括軟組織算法(soft tissue reconstruction algorithm)、標(biāo)準(zhǔn)算法 (standard reconstruction algorithm)、肺算法(lung reconstruction algorithm)、骨算法(bone reconstruction algorithm)等。軟組織算法處理的圖像平滑,主要用于肝、腎、軟組織等顯示。標(biāo)準(zhǔn)算法多用于脊柱、腦等重建。肺算法常用于肺組織的顯示。骨算法多適合于密度差異較大組織的顯示,如骨、肺等。為比較這些重建算法對圖像質(zhì)量的影響,在常規(guī)劑量掃描后采用標(biāo)準(zhǔn)算法及肺算法重建圖像,低劑量掃描后利用軟組織算法、標(biāo)準(zhǔn)算法、肺算法、骨算法重建圖像;其他重建參數(shù)一致,重建層厚5mm,重建層厚間隔5mm,重建處理后獲得6組圖像,傳到 GE ADW 4.1后處理工作站。

4.圖像分析及評價(jià)方法

圖像質(zhì)量及圖像診斷符合率由一名主任醫(yī)師、一名副主任技師、兩名主管技師,兩名主治醫(yī)師組成的小組評分。評分前不知圖像進(jìn)行何種重建處理,采用單盲法評分。圖像評分標(biāo)準(zhǔn)從圖像的分辨率 (包括空間分辨率、密度分辨率)、對比度、邊緣銳利度、顆粒度、偽影五方面考慮,每個影響因素設(shè)為1分,滿分為5分,除偽影外把每個影響因素又分三級(差為0分、一般為0.5分、良好為1分),偽影分兩級(無偽影為1分、有偽影為0分)。圖像質(zhì)量評分值取各成員評分的均值,圖像質(zhì)量評分越高,圖像質(zhì)量越好。

診斷符合率的評估基于正常的解剖結(jié)構(gòu)及病變的顯示情況,主要包括大小、位置、密度、數(shù)量以及邊緣五個方面,每個方面設(shè)為1分,以5分制為等級進(jìn)行評分,大于等于3分的圖像被認(rèn)為符合診斷要求,即正常的解剖結(jié)構(gòu)及病變至少在位置、密度、數(shù)量方面顯示情況符合診斷要求。評分組成員在評估圖像是否符合診斷要求時,堅(jiān)持少數(shù)服從多數(shù)的原則。

為了解低劑量掃描運(yùn)用各種重建算法處理后圖像噪聲的改變,由一名主管技師測定肺尖平面、主動脈平面、膈肌平面特定區(qū)域大小為40mm×40mm～65mm×65mm感興區(qū)的噪聲值,然后對六組圖像的噪聲進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法

6組圖像質(zhì)量之間的比較應(yīng)用SPSS13.0軟件中單因素方差分析(One-Way ANOVA)進(jìn)行檢驗(yàn)分析。常規(guī)劑量標(biāo)掃描后應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)算法處理后的圖像,能進(jìn)行診斷圖像所占比率分別與低劑量組應(yīng)用4種算法處理后圖像的能診斷率之間的比較,使用SPSS13.0軟件列聯(lián)表中的Fisher確切概率法分析。各組圖像噪聲的比較仍然使用單因素方差分析進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。以上為 P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

六種算法圖像質(zhì)量評分值分布特征見表1,但在使用單因素方差分析對六組圖像質(zhì)量進(jìn)行比較前須進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),結(jié)果為 F=8.382,P=0.00,由此可見方差不齊。只能應(yīng)用Brown-Forsythe法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,其結(jié)果如表,P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,需要進(jìn)一步對組間進(jìn)行多重比較,由于不滿足方差齊性,故選擇Dunnett T3多重比較方法。結(jié)果常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法、肺算法圖像質(zhì)量優(yōu)于低劑量組4種算法圖像 (P<0.05);而低劑量組軟組織算法、標(biāo)準(zhǔn)算法及骨算法之間比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P>0.05),即它們之間無差異;但這三組與低劑量肺算法組之間比較 P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,C、D、F組圖像質(zhì)量優(yōu)于F組。

圖像噪聲比較見表1,在單因素方差分析前,進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),F=12.31,P=0.00,P<0.05所以結(jié)果為方差不齊,使用Brown-Forsythe近似方差分析及Dunnett T3多重比較方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,Brown-Forsythe近似方差分析結(jié)果見表1(P<0.05)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明6組圖像噪聲存在差異。Dunnett T3多重比較各組間噪聲均有差別(P值均小于0.05),它們噪聲大小之間關(guān)系為E>F>B>D>C>A。

表 1 A、B、C、D、E、F組圖像質(zhì)量及噪聲比較

圖1 低劑量肺部平掃不同重建算法的縱隔窗圖像。A.常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像。B.常規(guī)劑量肺算法圖像。C.低劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像。D.低劑量肺算法圖像。E.低劑量軟組織算法圖像。F.低劑量骨算法圖像。A、B圖像質(zhì)量較好,圖像清晰、顆粒度較細(xì)膩;D圖像質(zhì)量較差,噪聲較大,顆粒較粗;與常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像比較,解剖結(jié)構(gòu)顯示稍差。C、E、F圖像質(zhì)量一般,與常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像比較,解剖結(jié)構(gòu)顯示相仿。

A、C、D、E、F各組圖像中符合診斷要求圖像所占的比率(診斷符合率)分別為98.04%、94%、96.61%、86.67%、96.43%。將常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像診斷符合率分別與低劑量組4種算法圖像診斷符合率進(jìn)行比較,應(yīng)用χ2檢驗(yàn)Fisher確切概率法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。A組與C組比較 P=0.36;A組與D組比較 P=1.00;A組與 E組比較 P=0.04;A組與F組比較P=1.00,不難看出A組與C、D、F組圖像診斷符合率不存在差別,只有低劑量E組與常規(guī)劑量A組圖像診斷符合率有差異,E組診斷符合率小于A組。

圖2 低劑量肺部平掃不同重建算法的肺窗圖像。A.常規(guī)劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像。B.常規(guī)劑量肺算法圖像。C.低劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像。D.低劑量肺算法圖像。E.低劑量軟組織算法圖像。F.低劑量骨算法圖像。A、B、C、D、E、F圖像質(zhì)量及解剖結(jié)構(gòu)顯示情況相仿。

討 論

1.選擇較低管電流的低劑量掃描的原因及意義

電離輻射對人體有潛在的損害,輻射劑量越大損害程度就越大。降低輻射劑量有利于對病人的防護(hù),有利于肺部疾病普查如肺癌等,提高疾病的早期診斷率。降低CT輻射劑量有多種方法包括增加螺距、降低管電壓、降低管電流等。增加螺距雖然可以降低輻射劑量,但圖像噪聲會隨之增大。降低管電壓產(chǎn)生的噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降低管電流產(chǎn)生的噪聲,管電壓由120kV降至80kV時,需增加4倍管電流才能保持原來的噪聲大小[6]。因此降低管電流是減少X線輻射劑量的有效方法,也是最常用的方法。管電流的降低可低達(dá)50m A以下,雖然輻射劑量顯著減少,但圖像噪聲的增加可能會嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量,進(jìn)而影響臨床診斷。

2.圖像重建算法對圖像質(zhì)量有重要影響

CT噪聲是圖像質(zhì)量的重要指標(biāo),噪聲增大即每個像素點(diǎn)上CT值上下波幅,噪聲增大,圖像密度分辨率下降,勢必會引起圖像質(zhì)量下降。圖像噪聲會隨著管電流的降低而增大,如何在降低管電流的情況下,使圖像噪聲波動較小,在眾多影響圖像噪聲的因素中,不可忽視重建算法的影響。分辨率越高的重建算法,產(chǎn)生的噪聲就越大。在低劑量肺部CT掃描時,通過選擇適當(dāng)重建算法,以降低圖像噪聲的增加,提高圖像質(zhì)量。8層螺旋CT低劑量掃描中,軟組織算法、標(biāo)準(zhǔn)算法、骨算法較肺算法圖像噪聲小,圖像質(zhì)量相對較高。

3.肺部低劑量掃描的圖像質(zhì)量必須滿足診斷要求

無論使用何種方法降低輻射劑量,成像質(zhì)量要符合診斷要求,否則胸部低劑量CT掃描將失去臨床意義。而且降低射線劑量滿足臨床診斷要求也是合理使用低劑量的原則 (as low as reasonably achievable,ALARA)[7]。8層螺旋CT低劑量組的軟組織算法、標(biāo)準(zhǔn)算法以及骨算法與正常劑量標(biāo)準(zhǔn)算法圖像診斷符合率無差別,完全滿足診斷要求。雖然低劑量組的肺算法圖像質(zhì)量較差,與正常劑量組的標(biāo)準(zhǔn)算法診斷符合率有差別,低于正常劑量組的診斷符合率,但仍能滿足診斷要求。

4.本文研究的肺部低劑量掃描不足之處及解決方法

本研究中,僅使用GE公司Light Speed Ultra 8層螺旋CT機(jī),研究的方法及結(jié)果不能普及到其他類型的CT設(shè)備。不同類型的CT機(jī)有各自的圖像重建算法,因此需要大家共同努力、廣泛探索,尋找最佳的方法。

總而言之,多層螺旋CT低劑量掃描越來越被人們關(guān)注,但低劑量掃描的圖像噪聲會增大,勢必降低圖像質(zhì)量,通過適當(dāng)選擇重建算法可降低圖像噪聲,能夠提高圖像質(zhì)量。

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2.Choi YW,McAdams HP,Jeon SC,et al.Low-dose spiral CT:application to surface-rendered three-dimensional imaging of central airways.JCAT,2002,26:335-341

3.Naidich DP,Marshall CH,Gribbin C,et al.Low-does CT of the lungs:preliminary observations.Radiology,1990,175:729-731

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5.何新華,胡永勝,鄭 吉力,等.8層螺旋CT低劑量掃描在肺部疾病檢查中的應(yīng)用比較.中國醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志,2005,11:384-387

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7.彭 云,李劍穎,馬大慶.CT檢查中低X射線劑量技術(shù)的應(yīng)用和進(jìn)展.中華放射學(xué)雜志,2008,42:1117-1119