胸部CT图像质量评价与辐射剂量的临床应用研究.pdf

影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术胸部 CT图像质量评价与辐射剂量的临床应用研究刘铁，李艳艳，李鹏，王健（通讯作者）（天津市第一中心医院 放射科，天津300192）摘要：目的：归纳和分析影响胸部 CT图像质量的因素，进一步对照分析常规剂量组和低剂量组两组图像质量有无差异，以论证胸部 CT低剂量检查的可行性。方法：选取 150例胸部 CT查体的患者，A 组为常规剂量组，管电压120kV，管电流自动调节；B组为低剂量组，管电压 100kV，管电流自动调节。参照胸部 CT的图像质量评价标准对常规剂量组和低剂量组图像质量进一步作出主观评价。对辐射剂量、信噪比等客观数据进行统计学处理，以 P0.05为差异有统计学意义。并与主观评价相比较。结果：主、客观评价两组图像质量均无统计学意义，A组辐射剂量与 B组辐射剂量有统计学意义。结论：影响图像质量的因素包括患者的因素、设备的因素以及操作者的因素，胸部 CT采用100kV低剂量检查可以作为常规扫描方案，获得的图像可以满足影像诊断的要求，具有可行性。关键词：胸部；计算机 X线摄影；体层成像；图像质量；低剂量中图分类号：R；814.2；R816.4文献标识码：ADOI：103969/j.issn.1001-0270.2024.01.04The Clinical Study of Imaging Quality Appraisal and Radiation Dose with Chest ComputedTomographyLIU Tie,LI Yan-yan,LI Peng,WANG Jian(Corresponding author)(Department of Radiology,the First Central Hospital,Tianjin300192,China)Abstract:Objective:To summarize and analyze the factors affecting the quality of chest CT images,and to further compare and analyze whether the image quality of the conventional dose group and the lowdose group was different,so as to demonstrate the feasibility of low dose chest CT examination.Methods:A total of 150 patients with chest CT examination were selected.Group A was the conventional dosegroup,the tube voltage was 120kV,and the tube current was automatically adjusted;group B was the low-dose group,the tube voltage was 100kV,and the tube current was automatically adjusted.The image quality of conventional dose group and low dose group was further evaluated subjectively with reference to theimage quality evaluation standard of chest CT.The objective data such as radiation dose and signal-to-noise ratio were statistically processed,and P0.05 was regarded as statistically significant,and comparedwith subjective evaluation.Results:There was no statistical significance in the subjective and objectiveevaluation of the image quality of the two groups,and the radiation dose of group A and group B were statistically significant.Conclusion:Factors affecting image quality include patient factors,equipment factorsand operator factors.Chest CT using 100kV low-dose examination can be used as a routine scanningscheme,and the obtained images can meet the requirements of imaging diagnosis,which is feasible.Key words:Chest;Computed radiography;Tomography;Image quality;Low dose收稿日期：2023-06-1219影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术胸部 CT 是临床工作中最常见的检查部位，肺组织内充满大量气体，与周围的组织结构，包括心脏、大血管、胸壁、肋骨等形成天然的对比，也具有一定的代表性。胸部 CT 在呼吸系统常见疾病的临床诊治中发挥了极高的作用和价值，对于感染性病变、传染性病变、肿瘤性病变等的应用已较为成熟。在多次复查期间，患者不可避免地会接受更多的辐射。因此，如何在低辐射剂量下实现诊断性胸部 CT图像，以尽量减少整个被测人群的剂量，成为公众对 CT 扫描的一大需求。本研究为前瞻性研究，通过定量、定性的研究手段，归纳和分析影响胸部 CT 图像质量的因素，获得标准化影像，为数据的进一步挖掘和使用提供保障，如在影像组学和人工智能中的应用。参照胸部CT 的图像评价标准对图像进一步作出评价，主、客观评价适度降低辐射剂量对图像质量是否造成影响，来促进影像学检查流程、检查细节不断优化和完善，实现全流程化的质控（检查前/中/后），加强规范化、标准化以及个性化检查技术方案的实施，以求确保图像质量的前提下，适度减少患者的辐射剂量，使患者受益。通过归纳和分析影响胸部 CT 图像质量的因素，来进一步对照分析常规剂量组和低剂量（低 kV）组两组图像质量有无差异，从而论证胸部 CT 低剂量检查的可行性。1材料与方法1.1一般资料选取 2021 年 10 月 14 日-2022 年 4 月 8 日在天津市第一中心医院放射科进行胸部 CT 查体的患者 150 人，分为两组，常规剂量组（简称 A 组）75 人，低剂量组（简称 B 组）75 人。A 组，男 42 名，女 33名，年龄 28-65 岁，平均（37.36.2）岁，体质量指数（body mass index，BMI）（22.143.1）kg/m2；B 组，男36 名，女 39 名，年龄 29-66 岁，平均（35.15.2）岁，BMI（21.833.4）kg/m2。纳入标准：年龄 25-70 岁，无临床症状；无吸烟史；无职业暴露者（石棉、铍、铀、氡等接触者）。排除标准：肺癌病史者；胸部接受放疗及化疗等治疗者；已怀孕或备孕者。1.2仪器与方法采 用 西 门 子 SOMATOM Definition Edge 64 排128 层同源双能量 CT，该设备具备 CARE kV 技术，如果激活 CARE kV，系统将自动推荐适当的 kV 和有效 mAs 设置，迭代重建技术 SAFIRE 选择中等强度，其可在保持图像质量情况下优化应用的剂量。A 组为 120kV，自动曝光控制（CARE Dose）扫描；B 组为 100kV，（CARE Dose）。CARE kV 均选择半自动状态，系统自动调整有效毫安秒（Eff.mAs）进行补偿，探测器准直宽度 1280.6 mm，螺距 1.2，旋转时间 0.28s/r，FOV 350 mm。受检者采取标准位的胸部 CT，包括肺窗和纵膈窗进一步采用薄层重建。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参照市胸部CT 照片影像质量控制标准进行主观评价，当意见不一致，协商解决。肺尖（胸锁关节层面）、气管分叉层面及肺底层面，采用 5 分法对图像质量进行评分：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；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；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；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；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。以三个层面的累积分值为图像质量评分的最终结果，取 2 名医师评分的均值，大于 3 分，可作为影像诊断接受的图像。由一名副主任技师、一名主管技师和一名副主任医师，参照我市胸部 CT 照片影像质量控制标准对全部图像进一步综合分析，归纳和总结影响图像质量的因素。1.3.2客观评价在各组纵膈窗薄层重建图像上，选择并测量气管分叉平面主动脉根部 ROI（面积约 180 mm2）的CT 值和噪声值，计算 SNR，SNR=CT 值/噪声值。20影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术1.4辐射剂量记录容积 CT 剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）及剂量长度乘积（dose-length product，DLP），由扫 描 仪 剂 量 报 告 提 供。计 算 ED（effective dose，ED），ED（mSv）=DLPk，其中 k 为换算因子，参照欧洲指南提出的胸部平均值 0.014mSv/（mGycm）。1.5统计学分析采用 SPSS 19.0 统计分析软件。符合正态分布的计量资料（xs）表示，不同组别图像质量的比较采用独立样本 t 检验，P0.05 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 一致性较低；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2.1两组病例一般资料统计受 检 者 年 龄 和 体 重 差 异 无 统 计 学 意 义（P=0.423、0.372）。见表 1。2.2两组图像质量评价2.2.1主观评价两名医师对两组图像质量评分的一致性较高（Kappa=0.73），对图像质量的评分见表 2。两组肺窗及纵膈窗图像评分差异无统计学意义（P=0.721，0.815）。2.2.2客观评价两组 SNR 结果见表 3。两组图像的 SNR 差异无统计学意义（P=0.35）。2.3两组辐射剂量评估两组的辐射剂量见表 4。两组 ED 差异有统计学意义（P0.01）。2.4两组图像质量的综合因素分析两组图像质量的综合因素分析，见表 5。表 1A 组（120kV）与 B 组（100kV）组病例一般资料统计表 2两组受检者肺窗和纵膈窗图像质量的评分（xs）表 3两组受检者纵膈窗下所选兴趣区 SNR 值的比较（xs）表 4两组受检者接受辐射剂量的比较（xs）表 5影响图像质量的综合因素分析参数年龄（岁）BMI（kg/m2）A 组37.36.222.143.1B 组35.15.221.833.4P 值0.4230.372组别AB肺窗4.420.154.30.13纵膈窗4.390.144.380.12组别ABP 值DLP（mGy）20510.21388.20.01ED（mGy）2.870.111.930.070.01组别AB纵膈窗4.30.554.250.52检查部位质量问题分析胸部合计画面布局患者/设备参数基本信息不完整00技术伪影（包括异物、设备）11影像质量窗宽/窗位00空间分辨率00密度分辨率00噪声11照片显示摆位不规范（包括解剖面线不规范、摆放方位不规范）11中心线入射问题00诊断区遮挡、部位遗漏0021影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术3讨论近年来，各种 CT 新技术层出不穷，不但提高了图像的质量，而且获得了定量和定性的影像学信息，使 CT 在临床应用的价值达到一个全新的高度。时至今日，随着 CT 检查在常规临床实践中频率的增加，并按照合理可达到的原则，在降低辐射剂量方面取得了很大进展。此外，对于原发性肺外肿瘤患者，通常需要长期 CT 扫描随访来检测和监测转移性肺癌。除直径大于 30mm 的肺结节外，直径在4-30mm 之间的结节应进行多次 CT 扫描监测。然而，对于结节直径小于 4mm 的低风险癌症患者，CT随访不是必要的，正如 Fleischner Society 所推荐的。另外，对于与之相关辐射剂量的持续关注和研究仍为热点之一1。各种技术用于减少 CT 辐射剂量并提高图像质量。最近的研究集中在降低管电压或电流或使用高级迭代算法。电压和电流的降低直接降低了辐射剂量。据报道，在美国每年进行大约 8 000 万次 CT 检查，其中 10%是在儿科患者中进行的。由于 CT 在患者管理中的诊断价值，自 1980 年以来，CT 的使用增加了约八倍。此外，约 49%的美国人口集体电离辐射剂量是由诊断 CT 期间获得的辐射引起的。高度可变的辐射暴露，在可比扫描的机构之间相差多达 10 倍，这引起人们对辐射诱发癌症风险的重大担忧，特别是在儿科人群中。因此，减少辐射暴露是非常重要的。剂量减少是通过团队合作、管理以及结合设备和特定病例的措施来完成的，例如平面和蝴蝶结过滤器，以减少偏离垂直角度的 X 射线束和额外的扫描单元2-3。3.1低剂量扫描与图像质量辐射剂量的任何减少都会降低图像质量并增加噪声。为了以最小的辐射剂量获得可接受的图像质量，不同的重建算法应运而生。由于其真实的降噪能力，能够还原扫描对象，成为众多学者关注的焦点和热点。事实上，管电流仅为 30mAs 的胸部CT 检 查，但 经 过 高 级 迭 代 算 法 后，图 像 比 使 用40mAs 管电流的滤波反投影算法的图像噪声要小。迭代算法已广泛应用于从儿童到成人的许多领域。结合多种扫描参数调整，迭代算法具有两大优势。首先，允许在保持成像质量的同时减少辐射剂量。其次，提高了在相同扫描条件下检查的图像质量。它不会影响组织衰减值，但会降低图像噪声。因此，当迭代算法应用于相同的扫描参数时，可以提高信噪比、低对比度分辨率和空间分辨率。在胸部或儿科 CT 中，迭代算法与滤波反投影相比可减少20%75%的辐射剂量。与滤光反投影相比，使用迭代算法的 CT 成像在磨玻璃影、部分实性结节和实性结节的识别和表征方面保持了诊断准确性，同时允许减少约 75%的剂量。迭代算法在 CT 肺血管造影中显示出相当大的潜力，可减少 25%75%的辐射和更好的诊断性能。在头部和颈部，它可以减少超过 40%的辐射剂量，减少伪影，并提高诊断性能以检测颅内出血4-5。影响胸部图像质量因素还有很多，总的来说，包括检查前的准备、检查中参数优化、检查后的图像后处理等。其中的各种细节，如检查前呼吸的训练、检查过程中 kV 的选择等，这些均体现出规范化检查的细节，都会影响图像的质量，最终反映到图像上即是质量评价所关注的重点内容6-8。随着 CT 各种自动曝光技术及图像高级重建技术的不断发展，不但保证了图像质量，而且能够降低辐射的剂量，使患者受益。3.2辐射剂量的影响因素辐射剂量的影响因素主要包括 kV、mA、扫描时间、螺距、层厚等。通过改变管电流，提高螺距来减少辐射剂量，会增加病灶的漏检率。因此，通过降低管电压来降低辐射剂量，效果会更加明显9-10。3.3临床意义多项先前的研究已经证实，尽管图像质量下降，但低剂量胸部 CT 方案具有与标准剂量相似的诊断准确性。Kubo 等人进行的一项综合研究，证明低剂量和标准剂量在检测胸内异常方面具有统计学上相同的能力。更具体地说，他们的研究表明，22影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术低剂量胸部 CT（50 mAs）与标准剂量（150 mAs）可检测肺实质异常（磨玻璃影、肺气肿、微结节、蜂窝状和网状密度）和纵隔/胸膜发现（主动脉瘤、冠状动脉钙化、胸腔积液、淋巴结病和纵隔肿瘤）。其他研究已经检查了 CT 肺血管造影中的低剂量能力。采用低剂量胸部 CT 方案的肺癌筛查计划与降低死亡率有关。然而，目前在选定的临床情况下（如 COVID-19肺炎）没有公认的常规胸部 CT 低剂量方案11-17。3.4本研究分析胸部 CT 扫描通常在深吸气状态下进行屏气，但有时扫描期间的呼吸运动会使图像模糊。低剂量和标准剂量 CT 扫描之间一些不匹配的原因是由于患者的呼吸运动导致图像质量下降，因此根据运动伪影是处于标准剂量还是低剂量，这可能会升级或降级低剂量 CT 扫描的诊断评分。降低剂量是一项复杂而全面的任务，包括整个成像周期，以及使用符合较低剂量标准的 CT 设备、现代剂量降低算法的可用性、协议的标准化以及扫描技术的严格遵守和一致性。即针对初始诊断参考水平，降低剂量方案的过程，更具挑战性，因为它受到尽可能低原则的限制。因此，任何方法都不得降低成像系统的诊断能力。降低剂量策略主要基于降低管电流，因为许多研究已经表明这种方法可以有效地减少 CT 辐射。现代重建技术的使用对于在此类尝试期间保持最终图像质量至关重要。通过使用迭代重建技术，能够将剂量减少 92%。不同的重建技术可能导致不同的剂量水平和剂量减少率。迭代重建能够有效地降低像素噪声的标准偏差，从而在获取诊断图像时大幅降低 mA，并在不影响低对比度的情况下降低剂量。然而，这些益处在很大程度上取决于临床任务和患者的规模。因此，应根据患者和临床医生的特殊需要确定实现可靠诊断的适当剂量和技术。管电流稍高的进一步研究可能会提高低剂量扫描的诊断能力，同时将辐射暴露水平保持在最低水平。本研究应用管电流自动调制技术，它可在扫描中自动调节各方向的管电流，减少辐射。因此，两组图像的质量和辐射剂量是管电压决定的。120kV组主观评价图像质量略优于 100kV 组，但统计学上无显著性差异。120kV 组辐射剂量明显高于 100kV组，统计学上有显著性差异。虽然 100kV 组图像噪声稍高于 120kV 组，但统计学上无显著性差异。本研究还从画面布局、影像质量和照片显示三个方面综合分析了影响胸部图像质量的因素，其中1 例患者噪声增大，分析原因是摆位过程中患者偏离了机架的等中心范围，偏低于等中心位置，最终是造成剂量过低引起的。另外 1 例是患者没有平卧于检查床，身体一侧抬高造成的18-19。规范化、标准化、个性化的胸部 CT 扫描尤为重要，终究是要提供为满足影像诊断要求和临床需求的照片影像，从而能够为影像进一步赋能。参考文献：1 NISHI S P E,ZHOU J,OKEREKE I,et al.Use of imaging and diagnostic procedures after low-dose CT screening for lung cancer J.Chest,2020,157(2):427-434.2 YE K,CHEN M,LI J,et al.Ultra-low-dose CT reconstructedwith ASiR-V using SmartmA for pulmonary nodule detection and Lung-RADS classifications compared with low-dose CT J.Radiol,2021,76(2):1561-1568.3 EBRAHIMI-KHANKOOK A,AKHLAGHI P,VEJDANI-NOGHREIYAN A.Studying the lung dose uncertaintyduring chest CT scans usingphantomswithstatisticallung volumes and shapes J.J Radiol Prot,2019,39(2):443-454.4COHEN S L,WANG J J,CHAN N,et al.Lung cancerscreening CT:sex-specific conversion factors to estimateeffective radiation dose from dose-length product J.Chest,2019,56(6):1214-1222.5MAISONNUVE P,RAMPINELLI C,BERTOLOTTI R,etal.Low-dose computed tomography screening for lungcancer in people with workplace exposure to asbestos J.Lung Cancer,2019,131(5):23-30.6 LANCASTER H L,HEUVELMANS M A,PELGRIM G J,et al.Seasonal prevalence and characteristics of low-dose CT detected lung nodules in a general Dutch population J.Sci Rep.2021,28,11(1):9139.7 CRISTOFARO M,BUSI RIZZI E,PISELLI P,et al.Image（下转第 38 页）23影像技术2024 年第 1 期影 像 检 查 技 术影 像 检 查 技 术3覃滢,肖运平,黄民顺,等.MRI 在膝关节软骨下骨不全骨折诊断中的价值 J.实用骨科杂志,2020,26(7):662-665,672.4温华昌,钟德江,柯家兴,等.动态 DR 多角度扫描技术在膝关节负重位检查中的临床应用价值 J.放射学实践,2021,36(9):1148-1151.5 彭钰,仲建全,冯浩,等.膝关节损伤 MSCT、MRI 表现及诊断效能差异分析 J.中国 CT 和 MRI 杂志,2022(2):172-174.6 李鹤,赵儒全.DR 联合 CT 在诊断足跖跗关节损伤中的应用 J.南昌大学学报（医学版）,2019,59(4):65-68.7张滔,李兰,张德洲,等.DR 与 MSCT 在诊断胸腰椎骨折中的应用 J.中国 CT 和 MRI 杂志,2019,17(10):141-144.8勾振恒,王海屹,苏晓华,等.足部隐匿性骨折影像征象分析 J.中国中西医结合外科杂志,2018,24(1):89-91.9 刘清波,李润霞,高思宇.MRI 与 CT 在膝关节损伤患者半月板及关节周围组织损伤诊断中的临床价值 J.海南医学,2019,30(14):1830-1833.10杨晴月,张天艳,刘威,等.超声、DR 及 MRI 对膝骨性关节炎的诊断价值比较 J.中国 CT 和 MRI 杂志,2022,20(10):150-152.11 刘宗彬,李正亮.MRI 在膝关节损伤诊断中的应用价值分析 J.医疗卫生装备,2018,39(8):57-59,89.12李燕,赵海龙,李伟,等.MRI 对运动性半月板损伤的诊断及术后康复效果的评估 J.影像科学与光化学,2022,40(3):675-679.13 李颖,刘云飞,李艳茹,等.膝关节隐匿性骨折诊断中高场强 MRI 与 MSCT 应用价值比较 J.中国 CT 和MRI 杂志,2022,20(4):177-179.14 杨军港,张钟元,徐梓耀,等.DR 与 CT 对急性膝关节损伤的诊断价值对比研究 J.中国 CT 和 MRI 杂志,2021,19(3):168-170.15 JERBAN S,CHANG E Y,DU J.Magnetic resonance imaging(MRI)studies of knee joint under mechanical loading:review J.Magn Reson Imaging,2020,65(1):27-36.16常丽鹏,赵敏,龚国龄,等.MRI 在膝关节半月板损伤、前交叉韧带损伤诊断中的应用价值研究 J.中国 CT和 MRI 杂志,2020,18(8):164-167.17 卢新莉,张洪伟.MRI 与 MSCT 诊断膝关节损伤的临床价值分析 J.医学影像学杂志,2022,32(8):1445-1448.18向以四,陆志前,张敏.急性前交叉韧带损伤 MRI 多征象与关节镜对照研究 J.蚌埠医学院学报,2019,44(4):516-519,522.quality and radiation dose reduction in chest CT in pulmonary infection J.Radiol Med,2020,125(5):451-460.8SUN J,HU D,SHEN Y,et al.Improving image quality withmodel-basediterativereconstructionalgorithmfor chest CT in children with reduced contrast concentration J.Radiol Med,2019,124(7):595-601.9NAMJG,AHNC,CHOIH,etal.Image quality ofultralow-dose chest CT using deep learning techniques:potentialsuperiority of vendor-agnostic post-processing over vendor-specific techniquesJ.Eur Radiol,2021,31(7):5139-5147.10胡晓华,陈 娟,王 军.研究胸部 CT 检查在孤立性肺结节良恶性鉴别诊断中的价值 J.影像研究与医学应用,2020,4(4):217-218.11 姚楠.胸部高分辨率 CT 扫描技术的临床应用价值J.现代医用影像学,2018,27(2):534-535.12 贾振丽.胸部多层螺旋 CT 小剂量扫描的临床价值J.医疗装备,2016,29(7):42-43.13 肖圣祥,毛定立,柴春华.胸部低剂量 CT 扫描方法的探讨 J.中华放射医学与防护杂志,2010,30(1):92-93.14张浩.浅谈螺旋 CT 低剂量在胸部扫描中的应用价值.J.医药前沿,2015,5(3):110-111.15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):6-716王克枢,肖杰.多层螺旋 CT 图像的质量控制方法探讨J.医疗装备,2015,2(2):31-32.17钱根年,陈自谦,付丽媛,等.多层螺旋 CT 图像常见伪影的影响因素与解决方案 J.中国医学装备,2017,14(5):18-22.18杨震,杨树欣,高磊,等.CT 图像伪影消除技术的研究J.中国医学装备,2015,12(2):30-33.19陈坚,陈自谦,李威,等.MSCT 设备质量控制检测研究J.中国医疗设备,2019,34(2):5-8.（上接第 23 页）38