低劑量恒流控制CT掃描在初治繼發(fā)性肺結(jié)核隨訪中的價值

陳艷瓊，吳 斌，王耀彬，張春平，周毅方，李 龍

初治繼發(fā)性肺結(jié)核在診治過程中需要多次進(jìn)行胸部CT掃描，以觀察病情和評估療效，其輻射劑量成為這些患者面臨的問題之一[1]。胸部低劑量CT掃描已經(jīng)在肺癌篩查中得到廣泛應(yīng)用，既能保證良好的診斷效能，又可大幅度地降低輻射劑量[2, 3]。管電流是影響輻射劑量的主要掃描參數(shù)，自動管電流調(diào)制(automatic tube current modulation，ATCM)和低劑量恒流控制(low-dose constant current control，LD-CCC)CT掃描是兩種常見的胸部低劑量CT掃描方式[4]。自動管電流調(diào)制技術(shù)已經(jīng)被多家設(shè)備制造商作為標(biāo)準(zhǔn)配置提供給用戶[4]，而低劑量恒流控制技術(shù)已經(jīng)被臨床實踐指南推薦作為胸部低劑量CT的掃描方案[2, 3]。本研究比較了156例隨訪中的初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者行胸部自動管電流調(diào)制和低劑量恒流控制CT掃描的輻射劑量和圖像質(zhì)量，旨在為初治繼發(fā)性肺結(jié)核的隨訪中合理地使用低劑量胸部CT提供掃描方案。

1 對象與方法

1.1 對象 本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)并與患者及其家屬簽署知情同意書。病例來源于3家武警部隊醫(yī)院門診或住院的156例初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者，就診時間為2018-01至2019-12。繼發(fā)性肺結(jié)核診斷標(biāo)準(zhǔn)參照國家肺結(jié)核診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]，初治患者是指從未因結(jié)核病應(yīng)用過抗結(jié)核藥物治療者。156例中，男93例，女63例，年齡18～70歲，平均35.65±17.02歲；體重45～80 kg(體重指數(shù)18.5～25.5 kg/m2)。就診首次CT檢查行自動管電流調(diào)制掃描，在治療期間的前3個月隨訪時行低劑量恒流控制掃描。

1.2 CT掃描方法 采用GE LightSpeed VCT XT 64排螺旋CT機(jī)(GE Healthcare, Chicago, IL, USA)，掃描范圍自胸廓入口至后肋膈角水平。自動管電流調(diào)制CT掃描參照美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)發(fā)布的設(shè)備制造商操作說明書進(jìn)行[6]。低劑量恒流控制CT掃描采用中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會心胸學(xué)組推薦的胸部低劑量CT掃描方案[3]，結(jié)合設(shè)備制造商操作說明書[6]，設(shè)置管電流為50 mA，其余參數(shù)同自動管電流調(diào)制CT掃描。

1.3 輻射劑量評估方法 掃描結(jié)束后分別記錄各組掃描方案的輻射劑量指標(biāo)：容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)(mGy)和劑量長度乘積(dose length product，DLP)(mGy×cm)。分別計算體型特異性劑量估計值(size-specific dose estimates，SSDE)(mGy)和輻射有效劑量(effective dose，ED)(mSv)：

SSDE=f×CTDIvol，f為體型相關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)，在CT圖像上于乳頭層面測量患者的最大胸廓橫徑和前后徑，查閱美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會204報告中的個體劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)表可得[7]。

ED=k×DLP，k為轉(zhuǎn)換因子，管電壓120 kV時k值為0.0145 mSv/(mGy· cm)[8]。

1.4 圖像質(zhì)量分析方法

1.4.1 客觀圖像質(zhì)量分析 所有的數(shù)據(jù)傳到圖像后處理工作站adw4.6，測定信號強度(CT值)和噪聲，計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)。將圓形的感興趣區(qū)域(regions of interest，ROIs)手動放置在主動脈弓和氣管分叉水平正常肺實質(zhì)的均質(zhì)區(qū)域內(nèi)。該ROI至少占據(jù)主動脈腔的三分之二，且不包含主動脈壁。小心避開鈣化、大血管和支氣管及有明顯條紋偽影的區(qū)域。所有測量均在工作站上應(yīng)用復(fù)制和粘貼功能進(jìn)行，確保在不同圖像序列之間ROI的大小、形狀和位置都是恒定的。噪聲定義為ROI中CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation，SD)[9]。使用以下公式計算SNR：CNR = CT值/ SD[10]。使用以下公式計算肺實質(zhì)相對于主動脈的CNR：CNR=|ROI1-ROIa|/N，其中ROI1是雙側(cè)肺實質(zhì)的平均CT值，ROIa是主動脈的平均CT值，N是圖像平均噪聲[11, 12]。通過使用噪聲的品質(zhì)因數(shù)(figure of merit for the noise，F(xiàn)OMN)將噪聲標(biāo)準(zhǔn)化為輻射有效劑量(ED)，定義如下：FOMN=1/N2×ED[11]。

1.4.2 主觀圖像質(zhì)量分析 由2名高年資放射科醫(yī)師在未被告知掃描條件的情況下采用雙盲法評價和記錄繼發(fā)性肺結(jié)核CT基本病變的圖像質(zhì)量評分。

繼發(fā)性肺結(jié)核CT基本病變包括氣腔結(jié)節(jié)、樹芽征、大結(jié)節(jié)影、肺實變(小葉性實變、亞段性實變、段性實變)、腫塊性病變、空洞性病變(厚壁空洞、薄壁空洞和和蟲蝕樣空洞)、磨玻璃密度影、肺間質(zhì)改變和支氣管擴(kuò)張等9種征象，其規(guī)范化描述參照相關(guān)文獻(xiàn)[12]。由2名高年資放射科醫(yī)師采用5分法對圖像質(zhì)量進(jìn)行評分，評定標(biāo)準(zhǔn)參照相關(guān)文獻(xiàn)[10, 11]。以圖像質(zhì)量最佳層面評分為最終結(jié)果，取2名醫(yī)師評分的均值，≥3分的圖像為臨床診斷可接受。

2 結(jié) 果

2.1 輻射劑量的比較 從表1可知，與自動管電流調(diào)制CT掃描相比，低劑量恒流控制CT掃描的CTDIvol、DLP、ED和SSDE分別下降了68.2%(6.60/2.10 mGy)、69.9%(222.61/66.98 mGy×cm)、70.0%(3.23/0.97 mSv)和67.8%(8.66/2.79 mGy)(P<0.001)。

表1 初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者自動管電流調(diào)制與低劑量恒流控制CT掃描輻射劑量的比較

2.2 客觀圖像質(zhì)量評價的比較 從表2可知，兩種CT掃描方式的主動脈弓和肺實質(zhì)CT值無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。與自動管電流調(diào)制CT掃描相比，低劑量恒流控制CT掃描的主動脈噪聲增加了56.2%(40.52/92.46)(P<0.001)而信噪比降低了98.2%(1.04/0.44)(P<0.001)，肺實質(zhì)噪聲增加了47.9%(48.84/93.82)(P<0.001)，主動脈與肺實質(zhì)的對比噪聲比降低了95.0%(20.12/9.70)(P<0.001)，噪聲品質(zhì)因數(shù)降低了94.2%(21.89/1.26)(P<0.001)。

表2 156例初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者自動管電流調(diào)制與低劑量恒流控制CT掃描客觀圖像質(zhì)量的比較

2.3 主觀圖像質(zhì)量評價的比較 兩名放射科醫(yī)師對圖像質(zhì)量評價的一致性好(Kappa值=0.833，P<0.05)。兩種CT掃描方式的主觀圖像質(zhì)量評分見表3，初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者9種CT基本病變的圖像質(zhì)量評分無統(tǒng)計學(xué)差異。

表3 初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者自動管電流調(diào)制與低劑量恒流控制CT掃描主觀圖像質(zhì)量評分的比較 分)

3 討 論

胸部CT掃描是肺結(jié)核的主要影像檢查方法，已經(jīng)廣泛地用于監(jiān)測結(jié)核病的治療效果[13]。因此，如何減少輻射劑量也就成為肺結(jié)核患者面臨的重要問題之一，而胸部低劑量CT掃描顯示出獨特的優(yōu)勢。

降低管電流是目前降低CT掃描輻射劑量的主要方式，也是低劑量CT檢查的主要方法[4]。肺部屬于含氣組織，肺泡內(nèi)空氣與肺實質(zhì)之間存在著良好的自然對比，低劑量CT掃描時只要保證一定的X線穿透力(管電壓)，僅降低管電流對空間分辨率影響較小，均可獲得比較滿意的圖像。自動管電流調(diào)制技術(shù)根據(jù)定位像所記錄的掃描區(qū)域內(nèi)不同組織構(gòu)成的X線衰減差異，應(yīng)用預(yù)設(shè)的噪聲指數(shù)和劑量步長，自動精準(zhǔn)地為每一個掃描層面調(diào)節(jié)不同的管球輸出毫安值，在降低輻射劑量的同時保證不同層面圖像質(zhì)量的一致性[14]?，F(xiàn)今，自動管電流調(diào)制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于全身各部位的CT掃描。低劑量恒流控制掃描方式是在保證圖像質(zhì)量的前提下，盡可能地將管球輸出毫安值降至最低點，應(yīng)用低劑量的恒定管電流使患者免受過多射線的幅射損害，同時也明顯地降低CT球管損耗以延長CT球管的壽命，減少CT檢查的支出成本[14]。中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會心胸學(xué)組推薦低劑量恒流控制掃描作為低劑量CT肺癌篩查的掃描方案，建議無迭代重建技術(shù)時可使用120 kVp、30～50 mAs 的掃描參數(shù)，在有新一代迭代重建技術(shù)時可使用100～120 kVp、低于30 mAs作為掃描參數(shù)[2]。

降低輻射劑量是低劑量CT掃描的目標(biāo)，CTDIvol、DLP和ED是評價CT輻射劑量的常用指標(biāo)[15, 16]。CTDIvol、DLP和ED并未考慮患者體型的差異，因此不能直接用來評估患者接收的輻射劑量；如果簡單地將CTDIvol作為患者的輻射劑量，則可能導(dǎo)致對患者輻射劑量低估2～3倍[15, 16]?；颊邔嶋H所接受的CT輻射劑量取決于患者的體型和掃描設(shè)備的輻射輸出水平。體型特異性劑量估計值(size-specific dose estimates，SSDE)是美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會提出的使用有效直徑和水當(dāng)量直徑結(jié)合CTDIvol來估算患者所接受的輻射劑量，以此來彌補體型對CTDIvol和DLP的影響[7]。在CT圖像上測量患者體型參數(shù)(最大橫徑、最大前后徑和有效直徑)后，計算被掃描患者個體劑量SSDE，或者查閱美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會204報告中的個體劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)來估算SSDE[7]。本研究中，筆者使用了CTDIvol、DLP、ED和SSDE等指標(biāo)來評估患者所接受的輻射劑量。結(jié)果顯示，與自動管電流調(diào)制CT掃描相比，低劑量恒流控制CT掃描的CTDIvol、DLP、ED和SSDE分別下降了68.2%、69.9%、70.0%和67.8%(P<0.001)。表明低劑量恒流控制CT掃描比自動管電流調(diào)制更加顯著地降低了輻射劑量。

保證圖像質(zhì)量是低劑量CT掃描的前提。CT圖像質(zhì)量取決于圖像對比度、空間分辨率、圖像噪聲和偽影等4個因素，這些因素相互作用，最終決定了圖像對低對比度結(jié)構(gòu)的顯示能力和圖像細(xì)節(jié)的可讀性[17]。在管電壓保持恒定時，CT值并不隨輻射劑量的改變而發(fā)生變化，但是圖像噪聲則與輻射劑量成反比，隨著管電流的降低而顯著增加[18]。本研究顯示，與自動管電流調(diào)制CT掃描相比，低劑量恒流控制CT掃描的主動脈噪聲增加了56.2%而信噪比降低了98.2%，肺實質(zhì)噪聲增加了47.9%。但是，在采用窗技術(shù)(肺窗)時，肺內(nèi)病變的影像學(xué)表現(xiàn)不易受圖像噪聲的影響；同時，低劑量掃描時硬X線較少, 使高密度物質(zhì)結(jié)構(gòu)如縱隔和肩背部軟組織顯示不清, 而肺血管則在低密度含氣肺實質(zhì)的對比下而顯得清晰[17]。因此，在本研究中，盡管低劑量恒流控制CT掃描時主動脈與肺實質(zhì)對比噪聲比降低了95.0%，噪聲品質(zhì)因數(shù)降低了94.2%，但是自動管電流調(diào)制CT掃描和低劑量恒流控制CT掃描對初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者9種CT基本病變的主觀圖像質(zhì)量評分無統(tǒng)計學(xué)差異?？紤]到自動管電流調(diào)制CT掃描顯著地降低了縱隔的對比噪聲比，筆者認(rèn)為對于首診初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者，需要盡可能準(zhǔn)確且足夠詳細(xì)的影像質(zhì)量來判斷病灶的性質(zhì)和病變，因此不推薦運用低劑量恒流控制CT掃描，應(yīng)使用自動管電流調(diào)制CT掃描為宜；對于已經(jīng)確診肺結(jié)核且處于治療后隨訪期的患者，肺內(nèi)病變已經(jīng)具有明確的定位和定性，隨訪的目的主要時為了觀察治療后病灶的變化情況，因此可使用低劑量恒流控制CT掃描，這也充分肯定了低劑量CT 掃描技術(shù)的臨床使用價值。

綜上所述，低劑量恒流控制CT掃描方式顯著地降低了輻射劑量，盡管對初治繼發(fā)性肺結(jié)核患者9種CT基本病變的主觀圖像質(zhì)量評分無明顯影響，但也顯著地降低了主動脈的信噪比、對比噪聲比和噪聲品質(zhì)因數(shù)。因此，筆者建議在繼發(fā)型肺結(jié)核的首次CT檢查應(yīng)使用自動管電流調(diào)制掃描，在較低輻射劑量下確保足夠的圖像質(zhì)量，以利病灶的識別和鑒別診斷，而在隨訪中可使用低劑量恒流控制掃描，在進(jìn)一步降低輻射劑量的同時也足以觀察病灶的變化。