低劑量恒流控制CT掃描在初治繼發性肺結核隨訪中的價值

陳艷瓊，吳 斌，王耀彬，張春平，周毅方，李 龍

初治繼發性肺結核在診治過程中需要多次進行胸部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掃描已經在肺癌篩查中得到廣泛應用，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，自動管電流調制(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]。自動管電流調制技術已經被多家設備制造商作為標準配置提供給用戶[4]，而低劑量恒流控制技術已經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性肺結核患者行胸部自動管電流調制和低劑量恒流控制CT掃描的輻射劑量和圖像質量，旨在為初治繼發性肺結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 本研究經醫院倫理委員會批準并與患者及其家屬簽署知情同意書。病例來源于3家武警部隊醫院門診或住院的156例初治繼發性肺結核患者，就診時間為2018-01至2019-12。繼發性肺結核診斷標準參照國家肺結核診斷標準[5]，初治患者是指從未因結核病應用過抗結核藥物治療者。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18.5～25.5 kg/m2)。就診首次CT檢查行自動管電流調制掃描，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(GE Healthcare, Chicago, IL, USA)，掃描范圍自胸廓入口至后肋膈角水平。自動管電流調制CT掃描參照美國醫學物理學家協會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)發布的設備制造商操作說明書進行[6]。低劑量恒流控制CT掃描采用中華醫學會放射學分會心胸學組推薦的胸部低劑量CT掃描方案[3]，結合設備制造商操作說明書[6]，設置管電流為50 mA，其余參數同自動管電流調制CT掃描。

1.3 輻射劑量評估方法 掃描結束后分別記錄各組掃描方案的輻射劑量指標：容積CT劑量指數(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為體型相關轉換系數，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，查閱美國醫學物理學家協會204報告中的個體劑量轉換系數表可得[7]。

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

1.4 圖像質量分析方法

1.4.1 客觀圖像質量分析 所有的數據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的均質區域內。該ROI至少占據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域。所有測量均在工作站上應用復制和粘貼功能進行，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值的標準差(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相對于主動脈的CNR：CNR=|ROI1-ROIa|/N，其中ROI1是雙側肺實質的平均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因數(figure of merit for the noise，FOMN)將噪聲標準化為輻射有效劑量(ED)，定義如下：FOMN=1/N2×ED[11]。

1.4.2 主觀圖像質量分析 由2名高年資放射科醫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性肺結核CT基本病變的圖像質量評分。

繼發性肺結核CT基本病變包括氣腔結節、樹芽征、大結節影、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、肺間質改變和支氣管擴張等9種征象，其規范化描述參照相關文獻[12]。由2名高年資放射科醫師采用5分法對圖像質量進行評分，評定標準參照相關文獻[10, 11]。以圖像質量最佳層面評分為最終結果，取2名醫師評分的均值，≥3分的圖像為臨床診斷可接受。

2 結 果

2.1 輻射劑量的比較 從表1可知，與自動管電流調制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 初治繼發性肺結核患者自動管電流調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CT值無統計學差異(P>0.05)。與自動管電流調制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)，肺實質噪聲增加了47.9%(48.84/93.82)(P<0.001)，主動脈與肺實質的對比噪聲比降低了95.0%(20.12/9.70)(P<0.001)，噪聲品質因數降低了94.2%(21.89/1.26)(P<0.001)。

表2 156例初治繼發性肺結核患者自動管電流調制與低劑量恒流控制CT掃描客觀圖像質量的比較

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

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

3 討 論

胸部CT掃描是肺結核的主要影像檢查方法，已經廣泛地用于監測結核病的治療效果[13]。因此，如何減少輻射劑量也就成為肺結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，肺泡內空氣與肺實質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。自動管電流調制技術根據定位像所記錄的掃描區域內不同組織構成的X線衰減差異，應用預設的噪聲指數和劑量步長，自動精準地為每一個掃描層面調節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量的一致性[14]?，F今，自動管電流調制技術已經被廣泛地應用于全身各部位的CT掃描。低劑量恒流控制掃描方式是在保證圖像質量的前提下，盡可能地將管球輸出毫安值降至最低點，應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]。中華醫學會放射學分會心胸學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時可使用120 kVp、30～50 mAs 的掃描參數，在有新一代迭代重建技術時可使用100～120 kVp、低于30 mAs作為掃描參數[2]。

降低輻射劑量是低劑量CT掃描的目標，CTDIvol、DLP和ED是評價CT輻射劑量的常用指標[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)是美國醫學物理學家協會提出的使用有效直徑和水當量直徑結合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(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，或者查閱美國醫學物理學家協會204報告中的個體劑量轉換系數來估算SSDE[7]。本研究中，筆者使用了CTDIvol、DLP、ED和SSDE等指標來評估患者所接受的輻射劑量。結果顯示，與自動管電流調制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制更加顯著地降低了輻射劑量。

保證圖像質量是低劑量CT掃描的前提。CT圖像質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構的顯示能力和圖像細節的可讀性[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%，肺實質噪聲增加了47.9%。但是，在采用窗技術(肺窗)時，肺內病變的影像學表現不易受圖像噪聲的影響；同時，低劑量掃描時硬X線較少, 使高密度物質結構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對比噪聲比降低了95.0%，噪聲品質因數降低了94.2%，但是自動管電流調制CT掃描和低劑量恒流控制CT掃描對初治繼發性肺結核患者9種CT基本病變的主觀圖像質量評分無統計學差異。考慮到自動管電流調制CT掃描顯著地降低了縱隔的對比噪聲比，筆者認為對于首診初治繼發性肺結核患者，需要盡可能準確且足夠詳細的影像質量來判斷病灶的性質和病變，因此不推薦運用低劑量恒流控制CT掃描，應使用自動管電流調制CT掃描為宜；對于已經確診肺結核且處于治療后隨訪期的患者，肺內病變已經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，盡管對初治繼發性肺結核患者9種CT基本病變的主觀圖像質量評分無明顯影響，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因數。因此，筆者建議在繼發型肺結核的首次CT檢查應使用自動管電流調制掃描，在較低輻射劑量下確保足夠的圖像質量，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，在進一步降低輻射劑量的同時也足以觀察病灶的變化。