探討SAFIRE技術在降低胸部掃描劑量中的應用價值

曹新志，沈君姝，郭輝，李昂，潘永泉

1.南京軍區南京總醫院 a.醫學影像科；b.放療科， 江蘇 南京 210002；2.南京航空航天大學 生物醫學工程系，江蘇南京 210016

0 前言

CT具有較高的密度分辨率且具備無組織重疊顯影等優點，較X線平片而言，對肺部疾病的診斷具有較高的敏感性和特異性，是篩選肺癌的可靠手段。雖然CT檢查能夠獲得明確的診斷，但X線對患者也產生了一定的輻射損害。如何在獲得滿足診斷要求圖像的前提下，使受檢者接受盡可能低的輻射劑量，是近年來CT設備改進和臨床探求的目標之一[1]。肺部是含氣器官，組織對比度較高，射線吸收率很低，對胸部低劑量掃描提供了有利條件。過去應用的是傳統的濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建算法，變動管電壓或管電流會增加圖像噪聲和偽影，導致圖像質量明顯下降[2]。而有研究表明，正弦圖確定迭代重建（Sinogram-Affirmed Iterative Reconstruction，SAFIRE）技術相較于傳統的FBP算法可以有效降低圖像噪聲，提高圖像對比度，正在向臨床推廣[3]。本文旨在探討低劑量胸部CT結合SAFIRE（Strength 3級）技術在胸部掃描中的應用價值，現報道如下。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

隨機選取2013年11月于我科進行胸部CT檢查的80例患者，隨機分為兩組（對照組和低劑量組），每組各40例，無兒科患者被納入此研究。對照組：男23例，女17例，年齡20～70歲，平均（41.15±14.80）歲。低劑量組：男22例，女18例，年齡18～81歲，平均（40.38±18.71）歲。患者均無呼吸系統癥狀，有能力完成屏氣掃描。測量并記錄患者的身高、體重，并計算其體質量指數（Body Mass Index，BMI），BMI= 體質量（kg）/身高（m2）。根據 2001年中國成年人超重肥胖診斷標準[4]，BMI＜18.5為瘦體型，18.5≤BMI＜24.0為中等體型，BMI≥24.0為肥胖體型。本研究所有患者的體質量指數均＜25 kg/m2。

1.2 儀器與方法

采用Simens SOMATOM Perspective 64排128層螺旋CT。掃描范圍自胸廓入口至肺底，掃描前去除病人身上所有的金屬類物品，并對患者進行呼吸訓練，掃描時患者雙手舉過頭頂，開啟實時動態曝光劑量調節技術CARE Dose 4D[5]。對照組采用常規管電壓130 kV，最大管電流70 mAs，螺距1.3 cm，FOV 330 mm，轉速0.6 s/rot，采用傳統的FBP重建技術，重建圖像層厚及間隔均為6 mm。低劑量組采用管電壓80 kV，其他掃描參數與對照組相同，采用SAFIRE（Strength3級）技術。重建數據傳至后處理工作站進行最大密度投影（Maximal Intensity Projection，MIP）、容積重組（Volume Reformation，VR）、多平面重建（Multiple Planar Reconstruction，MPR）、最小密度投影（Mininum Intensity Projection，MinP）。患者的輻射劑量數據包括CT劑量指數（CT Dose Index，CTDI）和劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP），均自動生成。

1.3 圖像分析

由1名經驗豐富的診斷醫師測量氣管分杈層面降主動脈的CT值及其標準方差（Standard Deviation，SD），以及同層背部肌肉的CT值及其SD值，感興趣區（Region of Interest，ROI）＜1.0 cm2，各參數均在同一層面上重復測量3次，取平均數作為最終結果[6]。在降低管電壓進行胸部低劑量掃描時，影響圖像質量最主要的因素是縱隔中血管、肌肉等軟組織，因此測量時選擇的是縱隔窗而非肺窗[7]。通過測量上述參數，計算氣管分杈層面降主動脈的信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）和對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。CNR=（ROI降主動脈-ROI背部肌肉）/背部肌肉SD值，SNR=ROI降主動脈/背部肌肉SD值。

記錄每例患者的CTDI和DLP，并計算有效劑量（Effective Dose，ED）。ED=DLP×k，k為標準胸部轉換因子，根據2009年歐洲CT質量標準指南，k=0.0145。

所有圖像均在GE Centricity RA600圖像工作站顯示器上閱讀。縱隔窗觀察窗位40 HU，窗寬350 HU，肺窗窗位-520 HU，窗寬1450 HU。由兩名具有副高以上職稱的CT醫師采用雙盲法閱片，對圖像進行評價，主觀評價內容包括圖像偽影、噪聲和病變檢出情況。采用5分制評分法[8-9]：① 5分為優秀；② 4分為良好；③ 3分為可以接受；④ 2分為較差；⑤ 1分為不合格。意見不一致時經協商得出統一結論。

1.4 統計學處理

所有數據均采用SPSS 16.0軟件進行統計分析，計量資料均以均值±標準差（±s）表示。采用獨立樣本t檢驗比較兩組患者CTDI、DLP、ED、SNR、CNR以及輻射劑量、噪聲的差異[10]，以P＜0.05為差異有統計學意義。采用Kappa檢驗比較不同醫師評分結果之間的一致性，Kappa≥0.75表示一致性較好，0.4≤Kappa＜0.75表示一致性中等，Kappa＜0.4表示一致性較差[11]。

2 結果

2.1 對照組和低劑量組輻射劑量比較

對照組的CTDI、DLP和ED均大于低劑量組，且差異均具有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組輻射劑量比較

2.2 對照組和低劑量組圖像質量比較

2.2.1 氣管分杈層面降主動脈CT值及其SD值比較

分析結果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動脈CT值差異無統計學意義（P＞0.05），其SD值差異也無統計學意義（P＞0.05），見表2。

表2 兩組氣管分杈層面降主動脈CT值及其SD值比較

2.2.2 氣管分杈層面降主動脈SNR值比較

分析結果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動脈SNR值差異無統計學意義（P＞0.05），相較于常規130 kV，低劑量80 kV下圖像噪聲會增加，但是采用SAFIRE（Strength 3級）技術后，圖像的信噪比與常規FBP重建圖像相比并未顯著下降，見表3。

表3 兩組氣管分杈層面降主動脈SNR值比較

2.2.3 氣管分杈層面降主動脈CNR值比較

分析結果顯示，兩組間氣管分杈層面降主動脈CNR值差異無統計學意義（P＞0.05）。相較于常規130 kV和FBP重建方式，采用低劑量80 kV和SAFIRE（Strength 3級）技術獲取的圖像的對比噪聲比未顯著下降，見表4。

表4 兩組氣管分杈層面降主動脈CNR值比較

2.2.4 兩組圖像質量主觀評分比較

所有患者的圖像質量評分均≥3，可滿足醫生的診斷要求（圖1～2）。分析結果顯示，兩組圖像間主觀評分差異無統計學意義（P＞0.05）。兩名醫生對圖像質量評分的一致性較好（Kappa=0.764），見表5。

圖1 低劑量組SAFIRE圖像，圖像質量評分4.2

圖2 對照組FBP圖像，圖像質量評分4.3

表5 兩組圖像間主觀評分比較

3 討論

由于肺部結構自然對比度高，胸部低劑量CT掃描可以在降低輻射劑量的同時不影響病變檢出率。因此，胸部CT低劑量掃描的研究日益增多。1998年Sone等[12]報道，應用低劑量CT普查肺癌的檢出率比常規X線胸片提高約10倍。如何在降低輻射劑量的同時獲得滿足診斷要求的圖像，是放射界一直以來關注的熱點課題。

近年來CT技術不斷完善，如機架采用短幾何設計，探測器采用稀土陶瓷材料，大大提高了光電轉換效率；探測器采用多通道設計，并使用飛焦點技術，提高了數據采集量。這些技術的應用使CT機的整機效率較之前有了很大的提高，從而為低劑量CT檢查奠定了技術基礎[13]。CT制造商也研發了各種降低CT輻射劑量的方法，如檢查模式、噪聲過濾器、實時動態曝光劑量調節技術CARE Dose 4D、后處理重建算法等。

SAFIRE技術早在40年前就已經被推薦使用，直到最近幾年隨著計算機計算速度的提高才得到推廣。傳統的FBP算法必須在圖像銳利度和噪聲之間找到一個平衡點，圖像的噪聲與圖像細節的顯示不能同時得到改善，很難真正有效地降低輻射劑量[14]。而SAFIRE算法是一種基于原始數據空間的CT圖像迭代重建算法，與傳統的FBP算法相比，它可以不斷地與原始圖像進行對比，根據檢查類型不斷循環，具有較高的分辨率和較低的圖像噪聲，可最大限度地保留圖像的細節，從而重建出最佳的圖像質量[15]。

Kalra等[16]研究認為，與FBP重建技術相比，SAFIRE技術可在降低50%～70%輻射劑量的同時，更有效地去除圖像偽影、保證圖像質量，使圖像更加細膩。Winklehner等研究表明[17]，在主動脈CT血管成像中，SAFIRE技術可較常規FBP重建技術降低＞50%的輻射劑量，同時保證圖像質量。

本研究在行80 kV低劑量胸部CT平掃時結合SAFIRE（Strength 3級）技術。結果表明，與管電壓130 kV并采用傳統的FBP重建方式相比，在其他掃描參數相同的情況下，SAFIRE（Strength 3級）技術可以降低約33%的有效劑量（與Kalra等研究結果基本一致）；經獨立樣本t檢驗，兩組圖像的信噪比（SNR）與對比噪聲比（CNR）無統計學差異。通過對照組和低劑量組圖像質量的比較發現，對于炎癥性病灶及其征象，如病灶密度、邊緣、鈣化、胸膜粘連增厚等，兩組圖像的顯示均無顯著差異；對于結節性病灶的顯示，如分葉、毛刺、鈣化、淋巴腫大、胸膜凹陷等，兩者也無顯著差異。

但本研究也有一定的局限性：① 本研究僅局限于西門子的一臺機器，并沒有在其他型號的機器上進行測量比較；② 本研究只是通過少量患者得到的初步經驗；③ SAFIRE的強度等級共有5個[18]，而本實驗采用的是強度3，不同強度等級之間是否存在差異還有待進一步探討。

綜上所述，SAFIRE技術在低劑量胸部CT掃描中，可顯著降低圖像噪聲，提高圖像質量，具有一定的推廣意義。

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