不同CT劑量肺結節檢出率的體模研究

杜煜 時高峰 王琦 王亞寧 馮會 蘇景偉 楊潔 劉晶 李如迅

肺癌是世界上引起癌癥相關死亡的主要原因。早期使用常規胸部X線檢查作為早期診斷的篩查工具，但低劑量CT(LDCT)被證明更為優越。美國癌癥協會將篩查對象規定為吸煙者及過去15年內戒煙的吸煙者，年齡55～74歲，至少有30年的吸煙史[1]。肺癌篩查的主要問題是受檢者會暴露于電離輻射。降低劑量CT的需求產生了超低劑量CT掃描協議，目前在CT成像中通常結合迭代重建算法,可以將X射線劑量低至胸部X線水平。本研究量化分析超低劑量和不同的低劑量CT掃描協議的輻射劑量，探討不同的輻射劑量如何影響體模中模擬肺結節的檢出率。

1 材料與方法

1.1 體模與模擬肺結節 采用胸部模型(Lungman，Kyoto Kagaku，Tokyo，日本),可精確模擬人體解剖學尺寸，具有人造縱隔、氣管的男性(體重70 kg)人體軀干模型，包括肺血管(雙側，且肺血管在空間上是可追蹤的)和上腹部(橫膈膜)。胸壁的厚度也是根據臨床數據來確定的。模擬人體軟組織的替代材料(聚氨酯)和模擬骨骼(環氧樹脂)與人體組織X線吸收率非常近似。上臂處于外展體位保證軀干位置適合CT胸部檢查。模型尺寸為43 cm×40 cm×48 cm。本研究使用了8個表面光滑的球形模擬結節，直徑分別為3、5、8、10 mm，體積分別為14.1、65、268和523 mm3,CT衰減值分別為 100、-630 Hu(管電壓120 kVp)，實性結節(+100 Hu，solid nodule,S)由聚氨酯樹脂制成，磨玻璃結節(-630 Huground glass nodule，GGN)均由聚氨酯泡沫樹脂制成。

1.2 方法

1.2.1 CT掃描參數:采用GE Revolution CT掃描儀(GE公司，美國)對體模分別采用不同管電壓(kV)和管電流(mA)組合掃描方案，具體如下：低劑量組分別為80(第1組)、100(第2組)、100(第3組)、120 kVp/40 mA(第4組)；常規劑量組為 120 kVp/200 mA(第5組)。其余掃描參數相同：螺旋掃描(Helical),螺距0.992∶1，機架旋轉時間：0.5 s,掃描FOV (SFOV)Large Body,顯示FOV(DFOV)40 cm，探測器寬度(Detector Coverage)80 mm，床速(Coverage Speed)158.75 mm/s。確保每次掃描的范圍相同，自胸廓入口至肋膈角層面，掃描范圍包括整個體模。采用Stand及Bone算法進行迭代重建(ASIR)獲得軸位圖像，其中ASIR比例為40%，重建層厚、間隔均為0.625 mm。使用雙面膠將模擬肺結節分別固定在體模中的血管束上，隨機放置位置為上、中、下肺部及左右兩肺內放置后進行掃描，1次掃描可放置8個結節，變換結節位置后再進行掃描，每個kV和mA組合掃描12次，因此每個組合掃描得到的結節總數為96個。見表1。

表1 不同掃描協議的具體參數

1.2.2 圖像分析:所有圖像由4位至少有10年的胸部放射學經驗的放射科醫生閱讀，時間為4周。放射科醫生需要記錄確認肺結節的數目及具體位置。圖像均以肺窗顯示，窗寬窗位設定同臨床實際工作保持一致(窗寬WW/窗位 WL∶600/1 200)。觀察者也可根據自身習慣對窗寬窗位進行調整。圖像觀察均在300萬像素，最大亮度500 cd/m2的顯示器上(巴可醫療顯示器，德盧斯，美國)完成。

1.2.3 輻射劑量:不同掃描組合的輻射劑量參數：CT劑量加權指數(volume CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP )。CTDIvol單位為mGy。DLP = CTDIvol(mGy)×掃描長度(cm)。ED(effective dose)表示患者在檢查過程中接受有效輻射劑量，通過以下公式計算：ED =DLP×k，單位：mSv，k為組織權重因子，按照歐盟“CT圖像質量標準指南”中標準胸部適當組織權重因子為0.017。分別記錄和計算不同組合的CTDIvol、DLP，并計算ED。

1.3 統計學分析 應用SPSS 21.0統計軟件，不符合正態分布資料使用非參數方法評價顯著性區間，肺結節檢出率均采用Kruskal-Wallis檢驗，應用McNemar檢驗判斷配對檢驗差異，同時計算不同觀察者和不同掃描方案的κ值(κ值0～0.2：差；0.21～0.4：一般；0.41～0.6:中等；0.61～0.8：可靠；0.81～1：優秀),P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 掃描劑量 方案1～4的掃描劑量為0.53～1.05 mSv，方案5的掃描劑量為4.24 mSv。見表2。

表2 掃描劑量

2.2 結節檢出率 方案1結節檢出率為(63.2±4.5)%，方案2為(67.7±5.5)%，方案3為(68.5±4.9)%，方案4為(70.6±6.6)%，方案5為(86.2±3.8)%。總結所有放射科醫師在每個方案中檢測到的結節總數。見表3。

表3 所有放射科醫師檢出結節總數比較

2.2.1 不同掃描方案的詳細檢出率：方案1中，51個模擬結節(53%)被所有放射科醫師檢出，9個結節(9%)被3名放射科醫師檢出，4個結節(4%)被2名放射科醫生檢出，4個結節(4%)僅被1名醫師檢出，所有放射科醫師漏診24個結節(25%)。方案2中，54模擬結節(56%)被所有放射科醫師檢出， 9個結節(9%)由3名放射科醫師檢出，6個結節(6%)由2名放射科醫師檢出，5個結節(5%)僅由1名放射科醫師檢出，21個結節(21%)被所有放射科醫師漏診。方案3中，59個模擬結節(61%)被所有放射科醫師檢出，4個結節(4%)被3名放射科醫師檢出， 3個結節(3%)經兩位放射科醫師檢出， 9個結節(9%)只由1名放射科醫師檢出，18個結節(18%)被所有放射科醫師遺漏。方案4中，56個模擬結節(58%)被所有放射科醫師檢出， 8個結節(8%)由3名放射科醫師檢出，8個結節(8%)由2名放射科醫師檢出，7個結節(7%)僅由1名放射科醫師檢出，19個結節(20%)被所有的放射科醫師遺漏。方案5中，75個模擬結節(78%)被所有放射科醫師檢測到，6個結節(6%)由3名放射科醫師檢出，3個結節(3%)由2名放射科醫師發現，7個結節(7%)僅由1名放射科醫師發現，6個結節(6%)被所有放射科醫師漏診。

2.2.2 所有5個掃描方案比較：方案1、2、3和4肺結節檢出率差異無統計學意義(P>0.05)。然而，以上每個掃描方案均與方案5差異有統計學意義(P<0.001)。44個模擬結節(45%)在所有方案中均由所有放射科醫師檢出，且只有4個結節(4%)未被任何放射科醫師發現。只有6個結節(6%)在第5方案中由1個或多個放射科醫師檢出。每個放射科醫師對于磨玻璃結節(-630和-800 Hu)的檢出率在至少1個低劑量或超低劑量序列與常規CT序列有顯著性差異。放射科醫師1，方案3與5不同(P<0.024)。放射科醫師2，方案1、2與5有顯著性差異(P<0.03)。放射科醫生3，全部方案與5不同(P<0.007)。對于4號放射科醫生，方案1、2、4與方案5不同(P<0.003，P<0.004和P<0.001)。

2.3 觀察者間一致性比較 評估觀察者之間的一致性的κ值表明在所有掃描方案中，至少有中等程度的一致性(κ值>0.41，范圍0.532～1.000)。在所有低劑量協議相互比較時，都是較為可靠的(κ值范圍0.613～0.761)；但以上方案與常規CT(方案5)相互比較時，它們的一致性水平僅為一般或中等(κ 值范圍0.382～0.412)。見表4。

表4 不同掃描協議檢出率比較

3 討論

肺結節的定義是一種直徑<3 cm圓形或不規則形的陰影，邊緣可以是光滑或不光滑的，在影像上被充氣的肺組織包繞；其中<3 mm的結節病變稱為微結節[2]。隨著CT的廣泛應用，被檢測出的肺結節數量已經大大增加[3]。

薄層CT掃描可以減少部分容積效應，而后者會導致結節邊緣以及密度識別誤差；文獻研究結果證實，使用薄層連續的CT掃描技術可以更好地檢測和描述結節[4,5]。有研究強調，薄層圖像可提高磨玻璃結節檢測靈敏度，同時避免將實性結節誤認為部分實性結節。另一個影響結節測量精度的參數是較低的管電流，尤其是在CT篩查項目中需要注意，低劑量CT圖像噪聲的增加表現為磨玻璃影，可能會掩蓋部分實性結節的邊緣，從而導致病變誤讀和測量的不準確[6]。

有不同的國外研究使用了相同的超低劑量掃描方案進行試驗，有效劑量分別為0.31和0.29 mSv[7]。國家肺癌篩查實驗中使用的低劑量掃描方案，平均有效劑量約為1.5 mSv[8]。由于使用了不同的kV和mA參數，以往文獻顯示了不同的低劑量范圍(1.06～2.7 mSv)[9]。有研究在測定有效劑量時采用了熱敏發光劑量測定法，直接在體模放置設備進行測量，可以增加研究的可重復性[10]，這種方法在測定劑量方面更為直觀準確，但在臨床實際工作中難以推廣。

肺窗相比于縱隔窗，在部分實性結節分類和測量實體成分方面有更高的可重復性和準確性。此外，有研究表明，肺窗顯示的實性部分的大小與結節浸潤部分有較好的相關性[11]。相反，使用縱隔窗設置時，只能檢測到>160 Hu的實性成分，從而導致對實性成分大小的低估。因此，根據最新文獻，Fleischner協會的建議使用肺窗設置和高空間分辨率濾過函數，以便來更準確判斷部分實性結節中實性成分的存在，以及測量其中的實性和非實性成分[12]。在本研究中，觀察圖像檢出肺結節時,均使用了相同的窗寬窗位設置。

在評價觀察者間一致性方面，此前的研究顯示，即使國家肺癌篩查實驗的參與者也存在假陽性率的顯著變化[8]。磨玻璃結節與周圍肺組織的對比度較低，結節邊緣往往界限不清，憑肉眼評估比較困難；并且結節邊緣難以描繪和結節密度不均，不僅導致結節測量存在不確定性，也會在結節形態特征的分類上存在困難。研究表明LDCT可能導致κ值低至0.120[13]。然而，我們的一致程度與最近的研究更為接近(80 kV低劑量掃描 kappa 值為0.848)。本研究中低劑量的最低κ值為0.613，仍舊達到了中等程度的一致水平。本研究在評價不同參數組合的LD協議之間發現一致性(κ值為0.613～0.761)，說明盡管有一小部分的異質性，但在不同協議中的最終表現是相當的。

輻射劑量對磨玻璃結節的檢出率也有很大影響。文獻證實伏壁式生長的腺癌CT衰減值為-651～-447 Hu[14]。本研究中，模擬磨玻璃肺結節的CT衰減值(-630 Hu)介于此范圍內。對于CT衰減值低于-630 Hu的結節，雖然幾種LD協議具有相似的檢出率，但是相比常規劑量CT的檢出率仍有顯著性差異。有研究發現較低的毫安設置(21和45 mA)可以降低模擬磨玻璃肺結節(-650 Hu)的檢出率[16]。說明使用LDCT掃描協議時，可能存在對小的伏壁式生長的腺癌造成漏診的風險。