重建參數對CT肺結節容積測量的影響

楊榮榮 于鐵鏈 王穎 王卿

隨著多排螺旋CT的廣泛應用，肺結節尤其是肺小結節（直徑＜1 cm的結節）被越來越多地檢測出來[1]。現有的影像檢查方法對肺小結節的定性困難，PET-CT及穿刺活檢也常難達到滿意效果。肺結節的生長特性成為目前臨床判斷其良惡性的重要指標之一，惡性結節常表現出持續快速增長的特征[2]。因此，隨訪監測結節變化，對容積增大的結節進行處理，實現早診早治已經成為臨床常用的策略。研究[3,4]發現，基于軟件的肺結節容積測量較傳統人工二維測量能更敏感地檢測到結節的大小變化，在肺結節隨診中具有優勢并已經逐漸應用于臨床實踐中。然而，肺結節容積分析軟件并非完美，其所測結節容積受多種因素影響，如應用的軟件、不同的重建算法、層厚、結節的位置、掃描時患者的呼吸狀態、操作者及對比劑的應用等。明確這些因素的影響，對于判斷結節容積是否真正增長和確定容積增加的閾值具有重要意義。本研究的目的是應用肺結節容積分析軟件對肺結節進行容積測量，評價不同重建算法和層厚對肺結節容積測量的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2009年12月-2011年8月在天津醫科大學總醫院行64排螺旋CT檢查發現肺結節并在我院進行隨訪的患者。以直徑＜15 mm、不與胸膜及血管相連、無鈣化及空洞的實性結節作為研究對象。共有30例符合條件的患者入組，其中男性14例，女性16例，年齡范圍35歲-78歲，平均年齡（58.6±8.6）歲，符合條件的結節共52個，結節平均直徑（6.59±2.67）mm，直徑范圍3 mm-14 mm，其中直徑＜5 mm的結節19個，占36.5%。

1.2 CT檢查方法 所有掃描均在同一臺螺旋CT機（GE 64排Light Speed）上進行，一次吸氣后屏氣完成全肺掃描，掃描參數為120 kV、300 mA、5 mm層厚，FOV 360 mm，矩陣512×512。掃描完成后，將包含結節的局部容積掃描數據用2.5 mm、1.25 mm及0.625 mm 3種層厚進行重建，每種層厚重建時分別采用3種算法：標準算法、肺算法和骨算法，共獲得9組數據。

1.3 結節分析 所有圖像分析均由一位放射科醫師在GE ADW 4.2工作站上應用ALA（advanced lung analysis）軟件進行。首先，在1.25 mm層厚標準算法的橫斷面圖像上選取結節最大層面，應用電子卡尺測量并記錄結節直徑（最大徑與其垂直短徑的平均值）。然后，應用ALA軟件對所獲得的9組掃描數據進行結節自動容積測量，具體步驟：進入容積分析界面后，在打開的橫斷面圖像上由觀察者用鼠標單擊要分析的結節，軟件自動實現對結節的分割并顯示出結節的容積及其在三維方向上的最大徑線（圖1）。

1.4 統計分析 應用SPSS 10.0軟件進行統計分析。偏態分布的容積數據行對數轉換使之符合正態分布。應用多元重復測量方差分析確定算法及層厚對結節容積測量結果的影響，在具有統計學差異基礎上應用Bonferroni檢驗分別進行3種層厚及3種算法測量結果兩兩比較。應用Spearman相關分析評價容積測量總變異度和結節直徑之間的關系，容積測量的總變異度用同一結節9次測量值的變異系數（coefficient of varation, CV）表示，并定義為標準差和均值的比值。應用Bland-Altman方法對＜5 mm及≥5 mm結節進行同一算法下不同層厚時容積測量結果的一致性分析，計算其相對容積差值（relative volume difference,RVD）的95%一致性區間，RVD定義為兩次測量的差值與均值的比值[5]。P＜0.05為有統計學差異。

2 結果

2.1 重建參數對結節容積的影響 多元重復測量方差分析的結果顯示不同重建算法（F=13.6, P＜0.001）、層厚（F=4.4, P=0.02）條件下測定的結節容積之間具有統計學差異。兩兩比較的結果顯示標準算法與其它兩種算法、2.5 mm層厚與其它兩種層厚測量結果之間有統計學差異，而骨算法與肺算法、1.25 mm與0.625 mm層厚測量結果之間無統計學差異（表1）。

2.2 結節容積測量變異度和結節直徑的相關分析 52個肺結節9次測量的變異系數的均值為8.8%±7.0%，相關分析的結果顯示其和結節直徑之間呈負相關（r=-0.814,P＜0.001）（圖2）。

2.3 容積測量的一致性分析 在3種重建算法中，除肺算法對≥5 mm結節外，2.5 mm vs 1.25 mm及2.5 mm vs 0.625 mm容積測量的95%一致性區間的范圍均較1.25 mm vs 0.625 mm大，提示其一致性差。在不同重建條件下，≥5 mm結節的一致性均優于＜5 mm結節。采用骨算法時，1.25 mm vs 0.625 mm的一致性無論是對于＜5 mm還是≥5 mm結節都是最好，分別為-11.7%至13.5%及-4.7%至6.5%（表2，圖3）。

圖1 女性，56歲，查體發現右肺結節（箭），容積測量結果顯示結節容積為63 mm3，三維方向最大徑線分別為6.3 mm、6.0 mm和5.3 mm。Fig 1 Female, 56 years old, a nodule(white arrow) was incidentally detected in right lower lobe during a routine physical examination. Software-generated volume of the nodule was 63 mm3, and the largest diameter in x, y and z is 6.3 mm, 6.0 mm and 5.3 mm respectively.

圖2 52個肺結節容積測量變異系數散點圖Fig 2 Scatter plot of coefficient of variation of volumetric measurement in 52 pulmonary nodules

圖3 女，57歲。A：CT橫斷面顯示右肺下葉小結節（箭），直徑約4 mm；B-D：應用骨算法，不同層厚時所得結節容積；B：2.5 mm層厚，結節容積50 mm3；C：1.25 mm層厚，結節容積40 mm3；D：0.625 mm層厚，結節容積39 mm3。Fig 3 Female, 57 years old. A: CT showed a 4 mm nodule in right lower lobe; B-D: The measured volumes using bone algorithm and different slice thickness; B: the volume is 50 mm3 when slice thickness is 2.5 mm; C: the volume is 40 mm3 when slice thickness is 1.25 mm; D: the volume is 39 mm3 when slice thickness is 0.625 mm.

表1 52個肺結節在不同重建算法及層厚條件下容積差異兩兩比較結果Tab 1 Pairwise comparison of volume of 52 pulmonary nodules measured with different reconstruction algorithms and section thickness

表2 應用同一算法，不同層厚的52例肺結節容積測量變異度Tab 2 The volumetric measurement variability of 52 pulmonary nodules with different section thickness and same reconstruction algorithm

3 討論

隨著多排螺旋CT的廣泛使用，越來越多的肺結節，尤其是肺小結節被檢測出來[1]。國外一項為期5年的大樣本（1,519例）肺癌篩查研究[6]發現：對于50歲以上的吸煙者，74%的人有至少一個肺結節，其中92%的結節為＜7 mm的小結節。如何對這些結節進行處理是目前臨床所面臨的一個兩難的問題：一方面要早期檢出惡性結節；另一方面又要避免對良性結節進行不必要的醫療處置。現有的診斷方法對于肺小結節的鑒別診斷作用有限。判斷良性結節的唯一確定標準是看結節是否具有良性鈣化（中心鈣化、層狀鈣化、爆米花樣鈣化及彌漫多發鈣化）[6,7]。對于絕大多數非鈣化結節良惡性的判斷，CT和MR檢查在目前現有技術條件下效果不夠理想，PET-CT對于直徑＜1 cm的結節評估良惡性的準確性也較低[8]。由于肺內小結節病灶較小，受呼吸運動影響大，穿刺活檢難度較高，成功率較低。目前臨床上最常采用的策略是隨訪觀察，以期及時發現結節的容積變化，做出進一步處理[9]。因此，精確確定結節容積變化對臨床肺結節處理具有重要意義。

近年來新開發的肺結節容積分析軟件較傳統直徑測量方法能更敏感、更準確地檢測到結節容積的微小變化，是一種理想的隨診方法[3,4]。從理論上講，當結節的容積增加一倍時，結節的直徑才增加了26%，所以容積測量更容易及時發現結節尤其是小結節容積的變化。國外一些學者的體模研究[10,11]證實應用計算機軟件自動測量肺結節容積的準確性和可重復性高，是一種理想的測量方法。但是軟件容積測量也有局限性，多種因素可引起測量誤差，如不同的重建算法及層厚、結節的位置（與胸膜相連、與血管相連或與胸膜及血管均不相連）、患者吸氣程度、不同的檢查設備和分析軟件、對比劑的應用與否等，均可能影響結節容積測量的準確性和可重復性。

本研究結果顯示重建算法及層厚對結節的容積測量具有顯著性影響；結節容積測量的變異系數與結節直徑呈負相關，即隨著結節直徑的減小，由于層厚及重建算法不同所致的容積測量差異越大。本研究結果與國內外學者的體模及人體肺結節研究結果相似。Ravenel[12]利用肺結節模型研究不同大小肺結節容積測量的準確性，結果發現隨著結節直徑的減小，容積測量的準確性降低；層厚對于肺結節尤其是肺小結節容積測量的準確性有顯著性影響。Goo等[13]通過模型對肺結節容積測量的研究發現：不同的重建層厚對于模型肺結節的容積測量有明顯影響，結節越小容積測量變異性越大。孫海寧等[14]利用肺結節模型研究8種重建算法、5種重建層厚對模型肺結節容積測量準確性和可重復性測量的影響，發現肺算法誤差最大，且肺算法與其他算法容積測量結果間差異有統計學意義。Wang等[15]應用了2種算法（軟組織算法和高分辨算法）及2種層厚（1 mm、2 mm）的3種組合，研究不同重建設置對低劑量CT肺結節容積測量的影響，結果顯示不同的重建層厚和算法對結節的容積測量有顯著影響。Kostis等[16]研究結果顯示隨著結節直徑的增加，容積測量變異度減小（2 mm-5 mm、5 mm-8 mm、8 mm-10 mm結節變異度分別是18.5%、10.6%、7.47%）。

本研究中進一步研究了在采用3種不同重建算法、3種不同重建層厚時結節容積測量結果間的一致性。我們發現當采用標準算法和骨算法時，2.5 mm與1.25 mm、0.625 mm層厚間容積測量的一致性差，1.25 mm與0.625 mm層厚間一致性相對較好；當采用骨算法時，1.25 mm與0.625 mm層厚間容積測量一致性最好。本研究結果與Petrou等[2]的實驗結果相近，Petrou等應用一種算法（標準算法）3種層厚（5 mm、2.5 mm及1.25 mm），研究不同重建層厚對結節容積測量的影響，發現重建層厚不同對肺微小結節（3 mm-5 mm）容積測量的變異性有明顯影響，結節越小容積總變異就越大。

依據上述結果，我們建議在臨床隨訪研究中應盡可能保持重建算法和重建層厚的一致。如果遇到兩次測量的重建算法或重建層厚不一致時，對于結節的容積變化要慎重分析。依據指數生長模型，肺內小結節容積倍增時間是由容積變化率及隨訪時間確定的。容積倍增400 d常作為惡性結節的診斷標準[17]，其在3個月內的容積變化率為18.6%，和層厚不同所致的容積變化一致性區間重疊。假設對一個直徑＜5 mm的肺結節行3個月隨訪，第一次重建層厚為2.5 mm，第二次重建層厚為1.25 mm，軟件容積測量結果提示結節容積在3個月內增長了18.6%，倍增時間為400 d，符合惡性結節的診斷標準，但此時的容積變化完全可能是由層厚不同所致，結節實際上并沒有真正增長。如果依據此變化率確定其為惡性結節，則會造成假陽性。

總之，重建算法及層厚對肺結節容積測量結果有影響，尤其是對直徑較小的結節。在未定性肺結節尤其是肺小結節的隨訪過程中，建議應用相同的重建參數。