陆伟, 柯荣湖, 蔡俊
黄石市第五医院 放射科, 湖北 黄石 435005
2019-11-29 收稿, 2020-01-06 录用
^*通讯作者: 柯荣湖

摘要: 选择2014年1月~2018年12月本院呼吸内科住院部收治的拟实施肺部CT扫描的270例慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者作为研究对象，根据不同螺距和辐射剂量，将患者分为大螺距低剂量组、小螺距低剂量组和大螺距常规剂量组，探讨大螺距低剂量肺部CT技术在COPD患者中的应用价值。结果显示，大螺距低剂量组肺实质CT均值标准差和伪影发生率比小螺距低剂量组明显降低，而SNR、CNR和图像质量评分较之明显增高（P < 0.05）。大螺距低剂量组扫描时间明显短于另两组（P < 0.05），CTDIvol、DLP和ED明显低于大螺距常规剂量组（P < 0.05）。大螺距低剂量肺部CT技术在COPD患者中的应用价值满意，可明显提高图像质量和降低辐射剂量。
关键词: 慢性阻塞性肺疾病肺部CT技术大螺距低剂量诊断
Application Value of Big-pitch Low-dose Pulmonary CT in COPD Patients
LU Wei, KE Ronghu, CAI Jun
Department of Radiology, The Fifth Hospital of Huangshi, Huangshi 435005, Hubei, P. R. China

Abstract: The 270 patients with chronic obstructive pulmonary disease(COPD)who were admitted to respiratory medicine department of our hospital from January 2014 to December 2018 were selected as the study subjects.According to different pitch and radiation dose, patients were divided into big-pitch low-dose group, small-pitch low-dose group and big-pitch conventional-dose group.To investigate the application value of big-pitch and low-dose pulmonary CT in patients with COPD. The results showed, lung parenchyma CT average deviation density values and artifacts of big-pitch low-dose group were decreased obviously while compared with small-pitch low-dose group, SNR, CNR and image quality were increased significantly while compared with small-pitch low-dose group (P < 0.05).The scanning time of big-pitch low-dose group was significantly shorter than the other groups (P < 0.05).CTDIvol, DLP and ED of big-pitch low-dose group were significantly lower than big-pitch conventional-dose group (P < 0.05). Thus, the application value of big-pitch low-dose pulmonary CT in COPD patients is satisfying, which can significantly improve the image quality and reduce the radiation dose.
Key words: chronic obstructive pulmonary disease(COPD)pulmonary CTbig-pitchlow-dosediagnosis
近年来，慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)的患病率呈逐渐增高的趋势，随着CT技术的不断完善，肺部CT技术开始广泛应用于COPD的诊断期间^[1]，但肺通气功能低下导致屏气不当则会出现伪影，使图像质量降低，严重影响COPD检出率，增加了误诊和漏诊的风险^[2]。相关文献亦证实，长时间或过度用力屏气可能增加气胸的风险^[3]。同时，CT扫描期间所引发的电离辐射、放射防护和检查安全问题备受医学研究者和受检者的重视，流行病学研究显示，CT检查期间辐射剂量可明显增加癌症的风险^[4]。鉴于此，本文根据不同螺距和扫描剂量对COPD患者进行分组研究，以期缩短CT扫描时间，减少辐射剂量，降低伪影发生率，提高图像质量和检查安全性。
1 资料与方法1.1 一般资料选择2014年1月~2018年12月本院呼吸内科住院部收治的COPD患者270例作为研究对象。根据不同螺距和剂量，将患者分为大螺距低剂量组(n=90)、小螺距低剂量组(n=90)和大螺距常规剂量组(n=90)。三组患者在性别、年龄、体质量指数(BMI)、GOLD分级等一般资料之间的比较差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性，见表 1。本研究经医院伦理委员会审批通过。纳入标准^[5]：全部患者临床诊断为COPD，临床症状主要表现为咳嗽咳痰，经支气管扩张药物吸入后1 s时第1 s用力呼气量(forced expiratory volume in 1 second, FEV1) /用力肺活量(forced vital capacity, FVC)＜70%。排除标准^[6]：受检者在CT扫描期间屏气不当，呼吸运动明显，不可顺利完成整个扫描过程，合并肺肿瘤、肺结核、胸廓畸形、大面积肺部炎症性感染、胸腔积液、肺不张、肺内结节且结节直径≥4 cm。
表1

表 1 三组一般资料之间的比较 一般资料 大螺距低剂量组(n=90) 小螺距低剂量组(n=90) 大螺距常规剂量组(n=90) F P 性别 男 50 55 48 1.177* 0.555 女 40 35 42 平均年龄(岁) 58.26±12.18 59.01±11.96 58.38±13.06 0.095 0.910 平均病程(年) 5.26±0.87 5.33±0.91 5.19±0.76 0.612 0.543 平均BMI/(kg·m-2) 25.63±4.25 25.58±4.47 25.61±4.32 0.003 0.997 病情程度 轻度 34 37 31 1.007* 0.909 中度 21 20 24 重度 35 33 35 注：*=χ2值。病情程度参照FEV1占预计值百分比50%~80%、30%~50%、＜30%, 分别评定为轻度、中度和重度[7]

表 1 三组一般资料之间的比较

1.2 检查方法全部患者入院1周内实施肺部CT扫描，检查前对受检者进行深吸气末屏气训练，直至达到要求方可实施肺部CT扫描。检查前去除金属物品，嘱咐患者取仰卧位，采用GE Brightspeed Elite 16层螺旋CT扫描仪(美国GE公司)进行多层螺旋CT扫描，结合自动、实时调整X线管电流技术(CARE Dose4D)功能，自动管电流调节(ATCM)技术(20~200 mA)，自动管电压调制技术(CARE kV)，固定噪声指数(NI=20)。大螺距低剂量组采用螺距1.375、参考管电压120 kV、参考管电流70 mA；小螺距低剂量组螺距0.938、参考管电压120 kV，参考管电流70 mA；大螺距常规剂量组螺距1.375、固定管电压120 kV，管电流200 mA。扫描范围：全肺(涉及肺尖至膈肌层)，扫描参数：扫描层厚5 mm，准直宽度40 mm，矩阵512×512，X线管转速=0.5 s/r, 探测器尺寸128 mm×0.6 mm，进床速度46.08 mm/r。采用软组织算法重建图像，重组图像层厚1.25 mm，经外州静脉注入300 mg/L碘海醇(对比剂)，用0.9%氯化钠溶液30 mL进行冲管处理，对受检者实施增强CT扫描，全部数据均传输至GE AW4.4后处理工作站，进行图像观察和数据测量。由两名资深影像科医师采用双盲法阅片，如两者意见相冲突则进行及时沟通，明确最终诊断结果。
1.3 观察指标图像质量的评价指标包括客观评价指标和主观评价指标。大螺距低剂量组和小螺距低剂量组的比较，用以明确不同螺距对图像质量和辐射剂量的影响；大螺距低剂量组和大螺距常规剂量组的比较，用以明确不同剂量对图像质量和辐射剂量的影响。
图像质量的客观评价指标：由资深影像科医师在后处理工作站取右下肺静脉、气管隆突、胸锁关节三个层面1 mm轴位肺窗图像，于双侧均匀分布肺实质中分别选定2个感兴趣区域(region of interest，ROI)，全部ROI应尽量避开肺野主要的支气管血管分支，ROI面积为30~40 mm²。6个ROI的CT均值作为肺实质CT均值，以肺实质CT均值标准差作为图像噪声的评价指标，计算信噪比(signal noise ratio，SNR)=肺实质CT均值/肺实质CT均值标准差。在肺动脉主干层面双侧椎旁肌选定30~40 mm²的ROI，测定椎旁肌CT均值，在胸廓正前方空气位置选定5 cm²的ROI，测定胸廓CT均值标准差，计算对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)=(肺实质CT均值-椎旁肌CT均值)/胸廓CT均值标准差。
图像质量的主观评价指标：由资深影像科医师在后处理工作站调整窗宽和窗位，肺窗、纵隔窗窗宽分别为1500 HU、350 HU，窗位-500 HU、50 HU。采用五分制标准评定图像质量：边缘模糊，不可显示正常结构，评定为1分；边缘模糊，中等量伪影，评定为2分；边缘稍模糊，可见少量伪影，评定为3分；边缘稍模糊，无伪影，评定为4分；边缘清晰，无伪影，评定为5分。
辐射剂量：涉及指标主要包括扫描时间、比较CT容积剂量指数(CT dose index volume，CTDIvol)、剂量长度乘积(Dose length product，DLP)和有效辐射剂量(effective dose，ED)，ED=DLP×k(k=0.014 mSv/mGy·cm)。
1.4 统计学处理应用SPSS 18.0软件统计分析数据，采用(x ±s)描述计量资料，三组间符合正态分布的计量资料比较采用单因素方差分析，进一步组组间比较采用q检验，采用例或例(%)描述计数资料，多组间计数资料的比较采用χ²检验，P < 0.05提示差异具有统计学意义。
2 结果2.1 三组客观评价指标的比较三组肺实质CT均值比较差异无统计学意义(P>0.05), 大螺距低剂量组肺实质CT均值标准差明显低于小螺距低剂量组，SNR、CNR明显高于小螺距低剂量组，不同螺距比较差异具有统计学意义(P < 0.05)。大螺距低剂量组和大螺距常规剂量组的肺实质CT均值标准差、SNR、CNR比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表 2。
表2

表 2 三组客观评价指标的比较 组别 例数 肺实质CT均值(HU) 肺实质CT均值标准差(HU) SNR CNR 大螺距低剂量组 90 -912.41±8.56 15.24±0.48 60.01±2.85 92.56±7.12 小螺距低剂量组 90 -909.33±9.12 16.08±0.58 56.55±1.91 89.01±6.98 大螺距常规剂量组 90 -911.45±9.08 15.31±0.49 59.56±2.89 92.61±8.01 F，P - 2.807，0.062 72.689，0.000 47.486，0.000 7.033，0.001 大螺距低剂量组vs小螺距低剂量组 - - 15.366，0.000 12.674，0.000 4.561，0.008 大螺距低剂量组vs大螺距常规剂量组 - - 1.281，0.418 1.648，0.395 0.064，0.418

表 2 三组客观评价指标的比较

2.2 三组主观评价指标的比较大螺距低剂量组图像质量评分明显高于小螺距低剂量组，伪影发生率明显低于小螺距低剂量组(P < 0.05)。大螺距低剂量组和大螺距常规剂量组的图像质量评分和伪影发生率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 3。
表3

表 3 三组主观评价指标的比较 组别 例数 1分 2分 3分 4分 5分 伪影例(%) 图像质量评分(分)* 大螺距低剂量组 90 2 4 4 39 41 10(11.11) 4.26±0.90 小螺距低剂量组 90 15 18 28 17 12 61(67.78) 2.93±1.27 大螺距常规剂量组 90 3 3 5 33 46 11(12.22) 4.30±0.96 χ2，P - 91.623，0.000 89.358，0.000 49.076，0.000 大螺距低剂量组vs小螺距低剂量组 - 61.361，0.000 60.496，0.000 11.950，0.000 大螺距低剂量组vs大螺距常规剂量组 - 1.243，0.871 0.054，0.816 0.359，0.428 注：*=F

表 3 三组主观评价指标的比较

2.3 三组扫描时间、CTDIvol、DLP和ED的比较大螺距低剂量组扫描时间明显短于小螺距低剂量组和大螺距常规剂量组(P < 0.05)，大螺距低剂量组和小螺距低剂量组CTDIvol、DLP和ED比较差异无统计学意义(P>0.05)，大螺距低剂量组CTDIvol、DLP和ED明显低于大螺距常规剂量组，不同剂量比较差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 4。
表4

表 4 三组扫描时间、CTDIvol、DLP和ED的比较 组别 例数 扫描时间/s CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) ED(mSv) 大螺距低剂量组 90 5.32±0.52 4.36±1.45 151.97±14.61 2.13±0.84 小螺距低剂量组 90 7.12±1.32 4.39±1.48 152.36±14.57 2.13±0.83 大螺距常规剂量组 90 6.97±1.28 7.65±1.53 286.24±18.67 4.01±0.96 F，P - 73.763，0.000 145.523，0.000 2089.432，0.000 137.341，0.000 大螺距低剂量组vs小螺距低剂量组 - 15.479，0.000 0.191，0.318 0.230，0.412 0.000，1.000 大螺距低剂量组vs大螺距常规剂量组 - 14.189，0.000 20.989，0.009 79.288，0.000 20.298，0.000

表 4 三组扫描时间、CTDIvol、DLP和ED的比较

3 讨论肺部CT技术的成像原理为经X射线透过人体后的衰减程度采集不同密度的图像，而被检者是否处于相对静息状态是采集高质量图像的主要因素。经证实，CT技术需患者配合屏气方可采集无伪影的高质量图像，而通气功能障碍患者往往吸气后屏气不佳或时间过短，严重影响图像质量^[8]。笔者通过改变螺距或降低扫描剂量以达到缩短扫描时间，提高CT图像质量，降低辐射剂量的最终目的。大螺距低剂量CT扫描全肺仅需5.32 s，可无需屏气完成全肺扫描，对于存在通气功能障碍或意识障碍的患者，在无法实施屏气操作的前提下提供了新的解决手段，并在一定程度上提高图像质量，满足诊断需求，同时，经证实可降低辐射剂量，提高检查安全性^[9]。本研究结果显示，在相同剂量CT扫描的前提下，大螺距的肺实质CT均值标准差和伪影发生率明显降低，SNR、CNR和图像质量评分明显增高。大螺距CT扫描可明显改善图像质量，降低伪影对图像清晰度的影响；而扫描剂量的降低并未对图像质量有任何影响^[10]。同时，进一步研究表明，螺距增大或剂量减少均可使扫描时间明显缩短。但有关文献显示，扫描剂量减少可在一定程度上延长扫描时间^[11]。另有文献证实在满足诊断需求的前提下采用大螺距扫描可在一定程度上减少受检者的辐射剂量^[12]。本研究结合CARE Dose4D、CARE kV、ATCM等技术，通过调节管电流和管电压，最大程度降低扫描剂量，其中，在使用CARE kV期间，需要人为输入参考管电流以保证采集预估图像质量，该系统则自动选择最低管电压^[13]。随着参考管电流的降低，辐射剂量明显降低，但噪声的增加则严重影响图像质量^[14,15]。因此，本研究综合考虑图像质量和辐射剂量的相关性，根据检查需求和目的，输入适当的参考管电流，在确保图像质量的基础上，最大程度地降低辐射剂量。
对于COPD患者，采用大螺距低剂量扫描方案是切实可行的扫描手段，通过增大螺距缩短扫描时间，避免出现伪影，改善图像质量；通过降低管电压、管电流以降低剂量，减少对人体的辐射损伤。但本研究仍存不足之处，首先，研究对象属于成年人群，儿童较少，实际上，探讨如何最大程度降低儿童CT扫描的辐射剂量是非常有必要的，此外，有必要进一步有效结合滤波反投影重建技术以在保证图像质量的基础上最大程度降低辐射剂量，确保安全性。

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