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ASIR-V重建算法在胸部低剂量CT诊断肺结节中的临床价值

2021-06-03 643 上传者：管理员

摘要：目的:探讨胸部低剂量CT结合基于多模型的迭代重建算法(ASIR-V)在肺结节诊断中的临床价值。方法:收集行RevolutionCT胸部平扫的肺结节患者40例。患者首次检查时先采用常规剂量胸部CT扫描，预设噪声指数为14HU,图像重建采用滤波反投影法(FBP);若发现肺结节者，于肺结节局部层面进行低剂量靶扫描，预设噪声指数为24HU,图像采用60%ASIR-V算法进行重建。记录两种扫描模式下肺结节的检出数，测量肺结节的大小、CT值、噪声值以及肺组织CT值和噪声值，并计算肺结节的信噪比(SNR)和对比噪声比(CNR)。两名有经验的放射科医师采用5分法对两种扫描模式下整体图像质量以及部分肺结节的特殊形态学征象进行主观评分。记录两种扫描模式中患者的CT容积剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP),并计算有效剂量(ED)。结果:常规剂量扫描ED为(3.20±1.14)mSv,低剂量扫描ED为(1.64±0.29)mSv,辐射剂量减低约48.8%。常规剂量扫描共检出108个肺结节，低剂量扫描共检出107个肺结节，低剂量CT扫描肺结节检出率为99.07%。低剂量60%ASIR-V图像和常规剂量FBP图像在肺结节的大小、CT值、SD值、SNR及CNR方面差异均无统计学意义(P>0.05)。两名医师对两组图像的主观评分差异亦无统计学意义(P>0.05)。结论:在低剂量CT扫描中，运用60%ASIR-V算法对于肺结节的检出、肺结节形态学特征的显示与常规剂量FBP图像质量差异不大，但其辐射剂量明显降低。

关键词：
图像质量
基于多模型的迭代重建算法
胸部
计算机断层扫描
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肺癌是呼吸系统最常见的恶性肿瘤，其发病率和死亡率居高不下，因此，肺癌的早期筛查至关重要[1,2,3]。随着医学成像技术的发展，用于肺癌筛查的各类方法也在不断更新。由于肺部病变和肺组织之间天然的高对比度，胸部低剂量CT扫描在肺癌筛查中应用最为成熟。低剂量CT扫描可以降低患者所受辐射剂量，但是，降低辐射剂量势必会影响图像质量，不利于肺结节的诊断。因此，影像科医师应在辐射剂量和图像质量之间寻求平衡。基于多模型的自适应统计迭代重建技术(adaptivestatisticaliterativereconstructionV,ASIR-V)是一种新的图像重建算法，不仅能够有效降低图像噪声，还可抑制图像伪影，优化图像质量[4,5,6]。本研究旨在探讨ASIR-V重建算法在胸部低剂量CT肺结节诊断中的临床价值。

1、资料与方法

1.1一般资料

收集2018年01月至2018年06月46例肺结节复查的患者。纳入标准：(1)肺结节直径<3cm者；(2)年龄范围在18～80岁之间者。排除标准：(1)呼吸症状严重无法独立完成CT检查者；(2)图像伪影较大者；(3)钙化结节者。根据上述纳排标准，最终纳入40例患者，男性22例，女性18例，年龄范围24～71岁，平均年龄(51.6±2.7)岁。

1.2检查方法及重建方法

所有患者均在RevolutionCT上进行胸部CT平扫。扫描前训练患者的呼吸运动，扫描范围从胸廓入口至膈顶层面。扫描时设置管电流为SmartmA,管电压为120kVp,转速为0.5s/rot,螺距为0.992∶1,扫描层厚为5mm。患者首次检查时先采用常规剂量扫描：预设噪声指数(noiseindex,NI)为14,图像重建采用滤波反投影法(filteredbackprojection,FBP);若发现肺结节者，于肺结节局部层面再进行低剂量靶扫描：预设NI为24,图像重建采用60%ASIR-V算法。所有重建图像均包括纵隔窗及肺窗图像，重建层厚为0.625mm。

1.3图像分析

1.3.1客观评价

所有图像均传至AW4.6工作站。记录两组图像中肺结节的检出数及类型(磨玻璃密度结节、混合密度结节及实性密度结节)。测量结节的大小(结节最长径、最短径及平均直径),并于结节最大横截面和周围正常肺组织区放置感兴趣区(regionofinterest,ROI),测量ROI内的CT值及标准差(standarddeviation,SD)值，所有数据均测量三次，求其平均值作为最终统计结果。计算肺结节的信噪比(signal-to-noiseratio,SNR)及对比噪声比(contrast-to-noiseratio,CNR),计算公式如下：SNR=结节平均CT值/结节噪声，CNR=(结节平均CT值-肺组织平均CT值)/肺组织噪声。记录常规剂量全肺扫描、低剂量肺结节靶扫描以及低剂量虚拟全肺扫描中患者的CT剂量指数(computedtomographydoseindexofvolume,CTDIvol)、剂量长度乘积(doselengthproduct,DLP),并计算有效辐射剂量(effectivedose,ED),计算公式如下：ED=DLP×K(转换系数K,K=0.014[7])。低剂量虚拟全肺扫描：该辐射剂量仅用于数据比较，实际操作中不进行低剂量全肺扫描。

1.3.2主观评价

两名具有10年以上工作经验的放射科医师采用5分法对两组图像的整体图像质量(包括全部肺结节及肺组织细小结构、图像噪声及伪影)进行主观评分：1分，肺组织结构显示不清，图像噪声及伪影极大；2分，肺组织结构模糊，图像噪声及伪影较大；3分，肺组织结构欠清晰，图形噪声及伪影稍大；4分，肺组织结构尚清晰，图像噪声及伪影较小；5分，肺组织结构非常清晰，图像无明显噪声及伪影。此外，对部分肺结节的特殊形态学征象(分叶、毛刺或棘突、胸膜牵拉、空泡或空洞)的显示度也采用5分法进行主观评价：1分，肺结节形态学特征显示极差，临床无法诊断；2分，肺结节形态学特征显示较差，影响临床诊断；3分，肺结节形态学特征显示一般，临床诊断尚可；4分，肺结节形态学特征显示较好，临床诊断明确；5分，肺结节形态学特征显示极好，临床诊断明确。

1.4统计分析

所有数据均采用SPSS20.0进行统计学分析。两组图像的客观参数采用单因素方差分析(one-wayANOVA),事后两两比较采用LSD-t检验。图像主观评分采用Mann-WhitneyU检验。两名医师主观评分的一致性评价采用Kappa检验，其中：①K值为0～0.20,一致性差；②K值为0.21～0.40,一致性较差；③K值为0.41～0.60,中度一致性；④K值为0.61～0.80,一致性良好；⑤K值为0.81～1.00,一致性非常好。

2、结果

2.1客观测量结果

常规剂量组共检出肺结节108个(磨玻璃结节13个、混合密度结节18个、实性密度结节77个),低剂量组共检出肺结节107个(磨玻璃结节12个、混合密度结节18个、实性密度结节77个),低剂量CT扫描肺结节检出率为99.07%。两种扫描模式下肺结节的大小、CT值、SD值、SNR、CNR以及肺组织的CT值、SD值，二者差异均无统计学意义(P>0.05),见表1。常规剂量全肺扫描ED为(3.20±1.14)mSv,而低剂量虚拟全肺扫描ED为(1.64±0.29)mSv,ED降低约48.8%,见表2。

2.2主观测量结果

两名医师对两组图像质量的主观评价一致性较好(Kappa=0.801,P<0.05;Kappa=0.795,P<0.05)。对两组图像的整体图像质量的主观评分差异无统计学意义(P>0.05),见表3。对部分肺结节的特殊形态学征象的主观评分差异亦无统计学意义(P>0.05),见表4,图1A-B、2A-B、3A-B。

3、讨论

肺癌是呼吸系统发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，而肺结节则是早期肺癌的一种重要表现形式，主要表现为肺内直径不超过3cm的圆形、类圆形或不规则形病灶。相关研究[8,9]显示肺癌患者5年平均生存率为13%～15%,而其中I期肺癌患者的5年存活率高达70%以上，因此，肺结节的早发现、早诊断、早治疗临床意义重大。随着CT成像技术的发展，运用于肺癌早期筛查的各种方法也在不断更新，特别是目前低剂量CT的推广。相关研究表明[10],相比普通X线片，低剂量CT扫描的肺癌检出率高达8倍以上，这对肺癌的早期筛查具有重要的临床意义。

表1两种扫描模式下肺结节及肺组织客观参数比较

表2两种扫描模式下辐射剂量比较

表3两种扫描模式下整体图像质量主观评分比较

基于以往研究[11],国内外学者对于肺结节的低剂量复查进行了许多尝试，但各类研究主要是通过降低管电流的方法来降低辐射剂量，其结果必然会导致图像密度分辨率下降，而针对特定肺结节的随访复查，CT检查主要是对图像的空间分辨率提出了一定要求，这为降低辐射剂量提供了客观依据。目前，由于国内各级医院所使用的CT机型、参数之间存在差异，所采用的低剂量CT扫描方案也不尽相同，其中，重建算法是影响图像质量的一个重要因素。

图1病例1常规剂量FBP图像(A)和低剂量60%ASIR-V图像(B)

传统的FBP重建技术对辐射剂量提出了较高要求，并且在低辐射剂量条件下图像的固有噪声会明显升高[12,13,14,15,16]。ASIR-V作为新一代迭代重建算法，它将系统噪声模型，物体模型和物理模型融为一体，全面考虑到数据的统计噪声，可在确保图像质量的前提下进行不同程度的降噪，进而改善图像质量。本研究选择60%ASIR-V进行图像重建，可在一定程度上弥补因剂量减低而增加的那部分图像噪声，这也与国内外大多数学者推荐的最佳ASIR-V权重基本一致[4,17,18]。

表4两种扫描模式下肺结节形态学征象的主观评分

图2病例2常规剂量FBP图像(A)和低剂量60%ASIR-V图像(B)

图3病例3常规剂量FBP图像(A)和低剂量60%ASIR-V图像(B)

图像客观评价方面，两组图像对肺结节的检出率差异不大，尤其对于混合密度结节和实性密度结节，具有较高的检出率。其中，1例磨玻璃结节未被检出，可能是因为结节较小，患者的呼吸运动伪影较大，图像对比度较差所致。此外，两组图像中，肺结节大小、CT值、SD值、SNR及CNR之间均无统计学差异，充分体现了ASIR-V算法强大的降噪能力。主观评价方面，对于肺结节特殊形态学征象的显示，低剂量CT联合ASIR-V算法具有和常规剂量FBP图像同等效能的图像质量。这可能是由于肺组织含气量高，肺内病变与肺组织之间具有良好的天然对比，不易受图像噪声波动的影响，也正是由于两者之间的高对比度，使得在一定范围内图像噪声值的增加对肺内病变细节的显示影响不大[19]。辐射剂量方面，常规剂量全肺扫描ED为(3.20±1.14)mSv,而低剂量虚拟全肺扫描ED为(1.64±0.29)mSv,ED降低约48.8%。对于肺癌早期筛查或需多次CT随访复查的患者，低剂量CT扫描可以明显降低患者的累计辐射量。

本研究的不足：①尽管该研究着重观察肺结节的形态学特征，但低剂量CT扫描很可能会影响纵隔结构的观察，其影响还需进一步探讨；②虽然主观评价采用盲法，但主观评分仍存在部分偏倚；③样本量较少，还需要进一步补充样本量，使研究更趋准确。总之，ASIR-V算法能够全面兼顾图像空间分辨率及图像对比度，能够明显降低图像噪声。低剂量CT扫描联合ASIR-V算法对于肺结节的检出、肺结节形态学特征的显示具有重要的临床价值。

参考文献：

[6]李莹,吕培杰,郭英,等.优化前后置全模型迭代重建技术低剂量腹部CT扫描[J].中国医学影像技术,2018,34(4):605-609.

[7]唐慧,贺太平,燕洋洋,等.ASIR算法联合自动管电流技术在胸部低剂量CT扫描中的应用[J].实用放射学杂志,2018,34(1):107-111.

[10]吴瑞,张仁成,李杰.健康人群4年的低剂量CT肺癌筛查结果分析[J].中国现代医药杂志,2018,20(07):43-47.

[19]郭剑波,李玉林.常规剂量与低剂量CT扫描诊断在肺结节中的价值探讨[J].中国现代药物应用,2017,11(11):7-9.

文章来源：唐慧,时宏,刘婷,和鸿,刘为,薛久华.ASIR-V重建算法在胸部低剂量CT诊断肺结节中的临床价值[J].现代肿瘤医学,2021,29(13):2329-2333.

基金：陕西省西安市卫健委基金项目资助青年培养项目(编号:2020qn04)