基于能譜CT虛擬平掃與常規平掃在肺內部分實性結節圖像質量的對照研究

摘要：目的 "探討雙能量CT（DECT）獲得的虛擬非對比增強（VNC）圖像在評估肺內部分實性結節（PSN）方面的可行性，并與真實非增強（TNC）圖像質量進行比較。方法 "回顧性收集我院2022年1月～2023年1月46例孤立性肺結節患者，同時行TNC掃描和增強DECT掃描（動脈期和靜脈期），并根據雙期DECT重建雙期VNC圖像。在雙期VNC和TNC圖像中測量PSN和同側豎脊肌的CT值、噪聲及病變直徑，計算PSN的信噪比和對比度噪聲比。記錄TNC和VNC模式下的有效輻射劑量。由2位經驗豐富的放射科醫生使用5分量表進行主觀評分。采用非參數檢驗比較不同掃描階段圖像的主觀、客觀參數和有效輻射劑量，采用Kappa檢驗用于評估兩位醫生主觀評分的一致性。結果 "動、靜脈期VNC與TNC圖像的客觀評價指標（直徑、CT值、噪聲、信噪比、對比度噪聲比）的差異無統計學意義（Pgt;0.05）。TNC圖像主觀評分均值最高，靜脈期VNC圖像次之，動脈期主觀評分最低，3組評分差異有統計學意義（Plt;0.001），但雙期VNC均滿足診斷要求。2位醫生主觀評分一致性較強（0.63～0.73）。VNC代替TNC約降低30%的輻射劑量。結論 "雙瞬切能譜增強靜脈期虛擬平掃技術能夠提供與常規平掃相似的圖像質量，且能顯著減少患者輻射劑量，尤其適用于需要多次復查的患者。

關鍵詞：部分實性結節；虛擬平掃；能譜CT；輻射劑量；圖像質量

Comparative study on the image quality of partial solid nodules in the lungs based on energy spectrum CT virtual plain scan and conventional plain scan

HONG Jingjing1， WEN Ge2， ZHANG Fei1， ZHANG Lianlian1， LIU Disi1， HUANG Weikang1

1Department of Medical Imaging， Zengcheng Campus， Nanfang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510000， China; 2Department of Medical Imaging， Nanfang Hospital， Southern Medical University， Guangzhou 510515， China

Abstract： Objective To investigate the feasibility of utilizing virtual non-contrast enhanced （VNC） images derived from dual-energy computed tomography （DECT） for the assessment of part-solid nodules （PSN） within the lung， and compare the image quality with that of true non-enhanced （TNC） images. Methods A retrospective analysis was conducted on 46 patients with solitary pulmonary nodules at our institution from January 2022 to January 2023. Patients underwent both TNC scanning and contrast-enhanced DECT scanning during the arterial and venous phases， with dual-phase VNC images reconstructed from the dual-phase DECT data. CT values， noise （standard deviation）， and lesion diameters of PSN and the ipsilateral erector spinae muscle were measured on both dual-phase VNC and TNC images. The signal-to-noise ratio and contrast-to-noise ratio for PSN were calculated. Effective radiation doses in TNC and VNC modes were recorded. Subjective scoring was performed by two experienced radiologists using a 5-point scale. Non-parametric tests were employed to compare the subjective and objective parameters， as well as the effective radiation doses， of images obtained at different scanning phases. Kappa tests were utilized to evaluate the inter-rater agreement of the subjective scores provided by the two radiologists. Results The objective evaluation metrics （diameter， CT value， standard deviation， signal-to-noise ratio， contrast-to-noise ratio） between arterial and venous phase VNC and TNC images were not statistically significant （Pgt;0.05）. The mean subjective score for TNC images was the highest， followed by venous phase VNC images， with arterial phase scores being the lowest. There was a statistically significant difference in the scores among the three groups （Plt;0.001）， yet both phases of VNC met diagnostic requirements. The inter-rater agreement for the subjective scores between the two radiologists was strong， with a range of 0.63 to 0.73. The use of VNC in place of TNC resulted in an approximate 30% reduction in radiation dose. Conclusion The dual-phase spectral CT with virtual non-contrast venous phase imaging provides image quality comparable to conventional non-contrast imaging and significantly reduces patient radiation exposure， making it particularly suitable for patients requiring multiple follow-up examinations.

Keywords： part-solid nodule; virtual non-contrast; spectral CT; radiation dose; image quality

肺癌是我國乃至世界范圍內發病率和死亡率最高的惡性腫瘤之一［1-2］ ，早期可表現為肺的孤立性結節［3-4］。部分實性結節（PSN）的直徑lt;30 mm，其內既有磨玻璃成分，也有實性成分［5-6］。研究表明，持續存在的PSN，惡性風險較高［7］。肺結節病理性質不同，其治療方式、術后管理及預后均存在一定的差異性［8-10］。術前對肺結節病理分型進行正確鑒別診斷，有利于指導臨床醫生采取合理治療方案。常規增強CT檢查通過比較結節增強前后平均CT值以及實性成分大小的變化對結節病理亞型作出預判，診斷準確率明顯提高［11］。而近幾年出現的能譜CT技術實現了多參數成像，打破了傳統常規CT單一參數成像的模式，其通過單次掃描即可同時獲得混合能量圖像、40～140 keV單能量圖像、基物質圖像等，為疾病診斷提供更多的信息，提高了疾病診斷的準確率［12-14］。但是隨之增加的輻射劑量問題也被國內外學者密切關注［15-16］。虛擬平掃技術作為能譜CT檢査的重要應用之一，可基于對比增強數據同時獲得CT平掃圖像，實現虛擬平掃重建［17-18］，以此圖像來代替常規平掃圖像，通過該技術有望省去CT檢查過程中的平掃環節，從而減少暴露于患者的輻射劑量。

既往虛擬平掃的研究對象多在腹部［19-21］，而僅有數篇肺部虛擬平掃相關文獻，主要研究對象是純磨玻璃樣結節和實性結節，研究證實虛擬平掃與普通平掃質量相當，且輻射劑量明顯減低［22-31］。目前暫無針對肺內部分實性結節研究。由于部分實性結節有重要的臨床意義，本研究創新性地將能譜CT虛擬平掃技術應用于肺內部分實性結節的診斷研究，旨在通過對肺內部分實性結節虛擬平掃圖像與常規平掃圖像質量的對比，得到虛擬平掃在降低輻射劑量的同時還能保證圖像質量，以期替代常規平掃圖像。

1 "資料與方法

1.1 "一般資料

回顧性分析我院2022年1月～2023年1月因體檢發現肺內結節、擬行肺部增強CT檢查的患者。納入標準：同時完成胸部常規平掃和能譜CT增強檢查；肺內存在孤立性部分實性結節；排除標準：圖像質量不佳，不能滿足診斷需求。最終納入46例患者，其中男性26例，年齡53.00±15.16歲；女性20例，年齡63.05±15.73歲。本研究為回顧性研究，且不涉及患者隱私，依規豁免倫理審查和患者知情同意。

1.2 "數據采集

采用256排GE Revolution Apex CT進行常規平掃及能譜雙期（動脈期、靜脈期）增強掃描。3期掃描范圍一致，均為自肺尖至肺底層面，囑患者每次掃描屏氣程度盡量保持一致。首先行胸部平掃檢查，管電壓120 kVp、自動管電流技術（100～600 mAs），噪聲指數為11。然后采用螺旋掃描、GSI Assist掃描模式行胸部能譜雙期增強掃描，管電壓80/140 kVp瞬時切換，管電流405 mAs，掃描觸發方式采用自動檢測、閾值觸發，檢測興趣區為降主動脈水平動脈內，觸發閾值150 Hu。對比劑濃度采用350 mgI/mL，用量為1.1 mL/kg，速率為3.0 mL/s，動脈期30 s后進行靜脈期掃描。常規掃描及能譜雙期增強掃描均為探測器寬度80 mm，螺距0.992：1，掃描野32 cm×32 cm，掃描層厚及層間距5 mm。圖像重建層厚、層間距0.625 mm，用GSI后處理軟件基于MMD算法，獲得虛擬平掃圖像（圖1）。

1.3 "圖像客觀評價和主觀評價

將TNC圖像、雙期VNC圖像及能譜雙期增強圖像傳輸到ADW4.7（GE HealthCare）工作站進行相關分析。根據成像方式組合可分為：常規平掃+雙期動態增強、虛擬平掃+雙期動態增強2種模式。首先由2位從事呼吸系統影像診斷工作10年以上的醫師分別在PACS工作站上調閱0.625 mm層厚的圖像，判斷結節的密度并選擇符合要求的部分實性結節納入研究，記錄和測量結節的CT值、SD值和直徑（病灶最大徑），當兩位醫師對結節參數判斷存在分歧時，由第3位更高年資醫師進行裁定。觀察圖像的窗寬為1500 Hu、窗位為-550 Hu。在客觀評價方面，所有感興趣區均測量3次，取平均值。在VNC和TNC圖像中測量PSN和同層面水平病灶同側豎脊?。‥SM）的CT值、噪聲（SD）、病變直徑。計算PSN的信噪比（SNR，SNR=CTPSN/SDPSN）及對比度噪聲比[CNR，CNR=（CTESM-CTPSN）/SDESM]。在主觀評價方面，由2位工作經驗豐富的放射科醫生采用5分制對采集的圖像質量進行雙盲主觀評分，3分以上者可以滿足臨床診斷要求，低于2分圖像質量極差，不納入研究。整體圖像質量評分標準如下［32-33］：5分（優異）：解剖結構及細節非常清楚，噪聲不明顯，無明顯偽影；4分（良好）：解剖結構及細節比較清晰，噪聲、偽影略多；3分（中等）：解剖結構及細節欠清晰，噪聲和偽影較明顯，但尚可接受，可以滿足診斷；2分（較差）：解剖結構及細節顯示較差，噪聲和偽影很重，影響圖像診斷；1分（極差）：解剖結構及細節顯示極差，無法辨識，噪聲和偽影極大，無法用于診斷。

1.4 "X線輻射劑量

查閱每位患者劑量報告，并記錄平掃CTDIvol（容積CT劑量指數）和DLP（總輻射劑量），并計算有效劑量（ED）：ED＝DLP×0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.5 "統計學分析

采用SPSS 22.0軟件進行數據的統計分析。符合正態分布的計量資料用均數±標準差表示，非正態性分布的計量資料采用中位數（上、下四分位數）表示。當參數符合正態分布時，進一步采用單因素方差分析；當參數不符合正態分布，則采用非參數Wilcoxon 秩和檢驗方法，以Plt;0.05為差異有統計學意義。Kappa檢驗用于評估組間主觀評分的一致性。

2 "結果

2.1 "不同組主、客觀參數比較

動、靜脈期VNC圖像的客觀評價指標直徑、CT值、SD、SNR及CNR與 TNC圖像的差異無統計學意義（Pgt;0.05） 。主觀評分方面，2位觀察者主觀評分在動、靜脈期VNC及TNC之間的差異有統計學意義（Plt;0.001）。TNC圖像主觀評分均值最高；靜脈期VNC圖像主觀評分僅次于TNC圖像，動脈期VNC圖像主觀評分最差（表1）。3組圖像Kappa 值分別為73%、63%、72%，主觀評分一致性較強。右肺上葉部分實性結節（箭頭）在3種模式下圖像質量相當，其中靜脈期虛擬平掃最接近常規胸部（圖1）。

2.2 "不同組別輻射劑量比較

VNC掃描模式與常規模式下輻射劑量比較，結果顯示在滿足臨床診斷需求下，VNC模式有效輻射劑量小于常規模式，降低了約30%（DLP：740.09±64.88 vs 1049.89±131.51 mGy·cm；ED：10.74±0.93 vs 15.21±1.89 mSv）。

3 "討論

本研究探討能譜CT虛擬平掃技術在肺內部分實性結節診斷中的應用價值。由于肺內部分實性結節具有很重要的臨床意義，而能譜增強CT比常規CT能帶來更多的診斷信心。能譜CT檢査的虛擬平掃技術（基于對比增強數據同時獲得虛擬平掃圖像［17-18］）有望省去CT檢查過程中的平掃環節，從而達到減少暴露于患者的輻射劑量。通過常規平掃與動、靜脈期虛擬平掃成像的圖像質量比較，表明動、靜脈期虛擬平掃的圖像均滿足臨床診斷要求，且以靜脈期虛擬平掃圖像質量較佳，為虛擬平掃在肺內部分實性結節的應用提供更多可行性經驗。

能譜CT增強檢查在肺部檢查中日益增多，通過增強掃描獲得病變的血供特點等，另外可以通過分析不同物質的衰減信息，從而能有效識別、分離物質［34］，即識別、分離CT增強圖像中碘對比劑后獲得虛擬平掃。雙期虛擬平掃和真實平掃病變組織的CT值具有較高的一致性，差異無統計學意義，但動脈期虛擬平掃圖像中病變的CT值略低于真實平掃，而靜脈期虛擬平掃圖像中病變的CT值略高于真實平掃，且靜脈期虛擬平掃CT值更接近于真實平掃。這與既往研究［22-24］基本一致，肺部虛擬平掃技術能提供各部位較準確的CT值，病灶在虛擬平掃中的CT值均高于真實平掃，差異無統計學意義，能獲得良好的影像質量，滿足臨床診斷需求。不同的是本研究動脈期病變的CT值略低于虛擬平掃CT值，推測可能是觀察對象、樣本量、掃描設備參數設置等導致結果細微差異。另外，由于本研究對象的范圍較小，在形態學上面只比較了病灶直徑（最大徑），雙期虛擬平掃和真實平掃病變組織的直徑比較接近，差異無統計學意義，且靜脈期虛擬平掃圖像中病變的直徑更接近于真實平掃。這與既往研究［30， 34-36］一致；而不同的是，既往研究的觀察對象是實性結節、腫塊或者純磨玻璃樣密度結節。本研究不足在于對于鈣化沒有納入研究，本研究46例結節中均無鈣化成分；有研究表明虛擬平掃對細小鈣化顯示欠佳，推測圖像噪聲導致虛擬平掃中細小鈣化觀察受限［23］，另外病灶細小鈣化容易被計算機歸類到碘圖中，而導致細小鈣化不被顯示。本研究中動脈期虛擬平掃噪聲值高于常規真實平掃圖像，而靜脈期虛擬平掃噪聲值優于真實平掃。在以后虛擬平掃相關研究的應用中，細小鈣化需要給予關注。

另外虛擬平掃能否替代真實平掃還取決于其圖像質量是否良好。SNR和CNR作為客觀評價圖像質量的關鍵參數，其數值越高表示圖像質量越高。本研究發現，雙期VNC與TNC影像上各組織的SNR和CNR值差異無統計學意義，這與既往研究［34-36］結果一致。且靜脈期虛擬平掃圖像SNR和CNR均高于常規真實平掃和動脈期虛擬平掃。另有研究發現，在雙源能譜CT中，虛擬平掃圖像的主、客觀影像質量均低于真實平掃圖像［37］，推測可能是因為CT 掃描設備不同以及虛擬平掃技術不同等原因造成物質分離、抑碘不足或數據丟失等，從而出現部分碘物質仍存在于虛擬平掃中且圖像中而無法完全抑制的情況。

此外，2位醫師使用5分法對常規真實平掃與雙期虛擬平掃3組圖像進行主觀評分，結果發現評分均值均在4分以上，并且3組圖像組間評分差異無統計學意義，這表示虛擬平掃具有良好的影像質量，完全滿足臨床診斷需求。這與以往研究結果基本一致［22-30， 34-37］ ，為虛擬平掃取代常規平掃提供理論依據。

本研究還顯示，在肺部雙期增強掃描時，使用虛擬平掃技術替代常規平掃，掃描劑量可減少約1/3，這與以往研究［38］結果相仿。

本研究是一項回顧性、單中心研究且樣本量較少；只評估了肺內部分實性結節，未對其他類型結節及含鈣化病變進行分析。未來需要進行多中心、大樣本、前瞻性研究，對病種類型擴充，進一步對本研究結論進行支持與補充。

綜上所述，肺內部分實性結節患者虛擬平掃圖像在降低輻射劑量的同時還能保證圖像質量，具有替代常規真實平掃的潛質，值得推廣。

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（編輯：熊一凡）