个性化肺部低剂量CT扫描在体检筛查中的研究

【摘 要】目的：探讨不同体重指数（Body Mass Index，BMI）下肺部个性化低剂量CT扫描方案在体检筛查及降低辐射剂量中的作用。材料和方法：随机将2017年8月-12月健康体检者分成两组，A组CT 检查管电压固定100KV，管电流视患者 BMI 不同，给予相应的扫描方案（低体重指数组：BMI<20，20mA；中体重指数组：20≤BMI≤25，30mA；高体重指数组：BMI>25，40mA）；B组行常规低剂量肺部CT检查，管电压固定100KV，管电流固定40mA；对比2组患者的有效辐射剂量、图像质量及结节检出率。结果：所有体检图像主观评分均>3分，满足诊断要求；A组图像主观评分为4.6±0.7，B组图像主观评分4.5±0.5，2组图像主观评分差异无统计学意义（P>0.05）；A组有效剂量0.47±0.07msv，B组有效剂量0.52±0.09msv，A组有效剂量明显低于B组（P<0.05）。A组有34例发现阳性结节（34/157，21.2%），其中老年组20例，吸烟组22例；B组有37例存在阳性结节（37/162，22.8%），其中老年组23例，吸烟组27例；2组患者在结节检出率及结节检出分布情况无明显统计学差异（P>0.05）。结论：以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描在肺部结节筛查中能降低辐射剂量，且不影響图像质量。

【关键词】 低剂量；肺部；体重指数；CT；体检筛查；结节

[Abstract] Objective：To explore the effect of personalization low-dose muhislice spiral CT scanning based on BMI in Medical screening. Methods： Healthy controls were involved this study from April to June 2016， which were divided into two groups randomly. In A group， the patients were performed 100KV fixed tube voltage， personalization tube current according to different BMI（low BMI group： BMI < 20， 20 mA； intermediate BMI group： 20≤BMI≤25， 30mA； high BMI group： BMI>25， 40mA）. In B group， the patients were performed conventional low-dose muhislice spiral CT scanning fixed 100KV fixed tube voltage and 40 mA tubes current. The effective dose， image quality and nodule detection rate were compared between two groups. Results： The subjective scores of image quality were > 3 point， which all met the diagnostic need. The image quality subjective scoring were 4.6±0.7， compared to 4.5±0.5 in B group， there was were not statistically significant between two group（P>0.05）. The effective dose in A group was 0.47±0.07msv， compared to 0.52±0.09msv in B group， there were was statistically significant between two group（P<0.05）. 34 positive nodules （34/157，21.2%） were detected in group A， in which 20 cases were in the elderly group and 22 in the smoking group. 37 positive nodules in group B （37/162，22.8%）were detected in group B， in which 23 cases were in the elderly group and 27 were in the smoking group. There was no statistically significant difference between two groups（P<0.05）. Conclusion： Personalization low-dose muhislice spiral CT scanning based on BMI in Medical screening not only reduce effective dose， but also guaranteeing image quality.

[Key words] Low dose； Lungs； Body mass index； Computed tomography （CT）； Physical examination screening； Tuberosity

【中图分类号】R445.3 【文献标识码】B 【文章编号】2095-6851（2018）05-00-01

随着人们生活质量提高，低剂量扫描已广泛应用于肺部健康筛查，大大提高早期肺癌的诊断率，降低高危人群死亡率[1]。目前最常见降低扫描有效剂量的方法在于筛选适宜的管电流及重建方法[2]。对于不同体重指数（Body Mass Index BMI）低剂量研究主要集中在头颈或者冠状动脉CTA扫描，以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描方案研究较少[2-4]。因此，本研究以体重指数为标准，给予不同患者个性化扫描剂量，探讨以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描在肺部结节筛查中应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

收集2016年4月-6月我院行胸部CT健康体检患者。病例纳入标准：①患者知情同意，并符合道德规范；②无胸部外伤、手术史；③无胸部肿瘤史。共收集到319例患者，随机将其分为2组：A组（以BMI为基础的个性化低剂量组，157例），B组（常规低剂量组，162组）。A组，男116例，女41例，年龄42～73岁，中位年龄52岁，年龄≥50岁94例，吸烟者76例，BMI 16.72～32.85kg/m2；根据BMI分为3组，BMI<20kg/m2组14人，20≥BMI≤25kg/m2组101人，BMI>25kg/m2组42人。B组，男120例，女42例，年龄41～76岁，中位年龄53.5岁，年龄≥50岁97例，吸烟者87例，BMI 15.48～33.77m/kg2.。2组患者在男女性别比、中位年龄、老年组（≥50岁）及吸烟者比例方面差异无统计学意义，具有可比性。

1.2 检查设备及方法

设备采用西门子64排CT（SOMATOM Definition AS）；检查方法：患者取仰卧位，头先进模式，上肢举过头顶。于吸气相扫描，扫描范围从胸廓入口至肺底层面。

A组扫描参数及重建算法：扫描视野（FOV）360×360mm，矩阵512×512，螺距0.984：1，管电压100kv，管电流量视患者 BMI 不同，给予相应的扫描剂量（低体重组：BMI<20，20 mAs；中体重组：20≤BMI≤25，30mAs；高体重组：BM>25，40 mAs），扫描后行肺算法及标准算法重建，纵隔窗重建层厚5mm，肺窗重建层厚1.25mm；B组行CT（GE revolution）扫描，扫描视野（FOV）360×360mm，扫描层厚5mm，矩阵512×512，扫描视野（FOV）360×360mm，螺距1.375：1，转速0.8s/圈，准直器宽度20mm，管电压100kv，固定管电流40 mA，扫描后行肺算法及标准算法重建，纵隔窗重建层厚5mm，肺 窗重建层厚1.25mm。

1.3 图像质量评价及结节判定

图片质量评价由2名高年资主治医师，在隐藏扫描参数信息、患者信息的条件下，用标准肺窗（窗位-500Hu，窗宽1600Hu）对图像质量进行评分，若不一致，请示上级副主任医师后决定。图像质量评价方法采用Kalra方法[5]：主要观察支气管血管束，纵隔内血管、心包、淋巴结及胸壁结构的对比度、清晰度及噪声。综合以上各结构的显示情况，以5分制对图像质量进行评分：1分（差）：图像噪声较大，伪影较重，组织结构显示不清，完全不能满足诊断要求；2分（较差）：图像噪声较大，组织结构显示不清，不能满足诊断要求；3分（一般）：图像噪声较大，部分组织结构显示欠佳，但基本能满足诊断要求；4分（良好）：图像噪声尚可，结构显示清楚，完全能满足诊断要求；5分（优秀）：图像噪声小，组织结构显示清晰，对比良好，完全能满足诊断要求。临床认为≥3分的图像可用于诊断，得分越高质量越好；<3 分的图像质量较差，不能满足诊断要求。

结节分析只允许在图像质量≥3分的病例中进行。阳性结节判定标准为：至少检出1 个直径≥5mm 的非钙化实性或亚实性结节；<5mm 的结节为阴性结节；未检出结节者为阴性。

1.4 辐射剂量

患者扫描时开启剂量报告，自动记录容积CT剂量指数（CT dose index of volume，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）。有效剂量（effective dose，ED）计算方法：ED=DLP×W，其中w为转换因子，根据欧洲CT质量标准指南规定，胸部的转换因子为0.014。

1.5 统计学分析

数据处理应用SPSS18.0软件进行处理，CTDIvol、DLP及ED以均数±标准差表述，组间比较采用独立样本t检验；图像主观评分采用Mann-Whitney U检验；计数资料以（n、%）表示，组间比较采用卡方检验，以P<0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量主观评分组间对比

所有图像经过Standard算法和肺算法后均达到3分以上，均满足诊断要求。肺窗条件下：A组图像主观评分为4.6±0.7，B组图像主观评分4.5±0.5，2组图像主观评分差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 辐射剂量组间对比

A组中CTDIvol、DLP及ED：低体重指数组<中体重指数组<高体重指数组，差异具有统计学意义（P<0.05）。A组平均CTDIvol、DLP及ED分别为0.94±0.15、32.29±5.57及0.47±0.07msv，均明显小于B组，差异具有统计学意义（P<0.05），详见表1。

2.3 2组体检者结节检出率对比

A组有34例存在阳性结节（34/157，21.2%），其中老年组20例（20/94，21.3%），吸煙组22例（22/76，28.9%）；B组有37例存在阳性结节（37/162，22.8%），其中老年组23例（23/97，23.7%），吸烟组27例（27/87，31.0%）；2组患者在结节检出率及结节检出分布情况无明显统计学差异（P>0.05）。

3 讨论

随着多层螺旋CT在肺部体检的应用，CT 检查所引起的辐射致癌风险及相关安全问题成为了临床及影像科医生关注的热点[6]。西方学者认为，CT检查被认为是医源性辐射的主要来源；一项长期的随访表明，美国约有2.0%的癌灶病例与CT扫描存在相关性[7]。因此，在保证图像质量的同时，尽可能降低辐射剂量一直是国内外研究的热点及难点。尤其是健康体检人群，健康意识高，对于辐射风险深感恐惧。目前，大量学者对肺部低剂量成像进行许多最优化研究。多数文献主要以降低管电流或改变重建技术来实现[8-11]。由于管电流与图像噪声呈负相关，获取最优化的管电流是多数研究重点[8，9]。Fraioli 等认为30 mA～50 mA 是肺部扫描最合适的管电流；当管电流进一步下降到20 mA以下时，肺尖或肺底的伪影将明显增加，干扰图像读片，降低阳性结节的检出率[12]。本组低剂量对比组选用40mA固定管电流标准，低于国内低剂量扫描常见使用的固定管电流50mA标准。通过对标准肺窗条件下主观评分，B组主观评分均>3分，能达到诊断标准。这也提示对于体检人群，在对有效CT扫描设备及重建技术评估的基础上，可以进一步降低管电流，降低有效辐射剂量。本研究结果与上述研究是一致的。

低劑量肺部CT图像质量、辐射剂量与体重指数三者是密切相关的[13]。现有肺部低剂量研究结果常建议某个固定低管电流，作为实际工作标准对所有体检者进行扫描。当患者肥胖（高体重指数）或偏瘦（低体重指数）时，图像质量常常不能达到阅片要求，更重要的是辐射剂量对于低体重人群是明显增加的。实际工作中，即使CT扫描技师通过自己经验，适当的增加或减少管电流，部分病例仍然存在上述情况。因此，本研究目的就在于通过测量体重指数来对体检人员预先分类，然后再根据不同体重指数进行个性化、标准化的低剂量扫描方案。本研究中，低体重指数组患者，有效剂量较常规低剂量扫描减少了50.0%以上，而且保证了图像质量，值得临床推广。另外，本研究结果还提示中体重指数患者，应用以BMI为基础的个性化低剂量扫描能进一步降低约20.0%的辐射剂量。这在体检人数众多，且多数人属于中体重指数人群的条件下，有一定临床应用价值，可以进一步有效降低受检人群的总辐射剂量。

CT图像质量是由图像对比度、空间分辨率、图像噪声及图像伪影决定的，其中图像噪声对图像质量起着关键作用。低剂量肺部CT扫描由于低管电流、低管电压的应用，常常会增加噪声[14]。而噪声的增加必然会在一定程度上会影响肺部阳性结节的观察。实际工作中，低剂量肺部CT扫描的落脚点仍然是发现病灶及评估病变。因此，必要的图像对比度及图像细节显示的敏感性是必不可少的。本研究表明，采用以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描后，对阳性结节的识别率与常规低剂量（固定管电流40mA）相当。由此，我们认为采用以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描在降低了有效剂量的同时，对于图像质量影响不大，值得进一步研究。

肺部低剂量方面的研究非常多；本研究研究方向主要集中对于不同BMI人群，给予个性化的管电流预置方案；对于降低管电压、缩短扫描时间、增加螺距及噪声的方案涉及较少，需要进一步研究。另外，BMI个性化低剂量扫描的分组应该进一步细化，尤其是低体重指数组患者。最后，低管电流（20～40mA）条件下，纵隔窗图像噪声是增加的。对此我们采用了厚层重建（5.0mm层厚）及细节重建等方法来降低噪声，但是对其的质量控制仍然需要进一步研究。

总之，以BMI为基础的个性化肺部低剂量 CT 扫描在肺部结节筛查中能明显降低辐射剂量，且不影响图像质量。

参考文献

吴伟军，申敏，赵志宇等.低剂量容积数据高分辨率CT应用于肺部体检的参数优化[J].海南医学，2016，27（22）： 3690-3692.

Kovalchik SA， Tammemagi M， Berg CD， et al. Targeting of Low-Dose CT Screening According to the Risk of Lung-Cancer Death[J]. N Engl J Med. 2013， 369（3）： 245–254.

Aberle DR， Adams AM， Berg CD， et al. Reduced lung-cancer mortality with low-dose computed tomographic screening[J]. N Engl J Med. 2011， 365（5）： 395-409.

Aberle DR， Adams AM， Berg CD， et al. Results of the two incidence screenings in the National Lung Screening Trial[J]. N Engl J Med. 2013， 369（10）： 920–931.

Kalra MK， Rizzo S， Maher MM， et al. Chest CT performed with z-axis modulation： scanning protocol and radiation dose[J]. Radiology， 2005， 237（1）： 303-308.

洪伟丰，王和平，张文奇等.低剂量薄层CT扫描技术在肺部小结节扫描中的应用[J].医学影像学杂志，2016，26（7）：1319-1321.

Morgan L， Choi H， Reid M.et al. Frequency of Incidental Findings and Subsequent Evaluation in Low-Dose Computed Tomographic Scans for Lung Cancer Screening. Ann Am Thorac Soc. 2017， 14（9）： 1450-1456.

杨柳，龚明福，刘云等.双源CT低剂量扫描显示磨玻璃结节对早期肺癌诊断的价值[J].中华肺部疾病杂志（电子版），2016，9（5）：550-551.

陈一鸣，刘阳，任何等.多层螺旋CT低剂量扫描对慢性阻塞性肺疾病患者复查的诊断价值[J].实用放射学杂志，2016，32（9）：1437-1439.

朱莉，周慧.Karl 3D 迭代重建技术对胸部低剂量 CT 图像质量的影响[J].实用放射学杂志，2017，33（2）：280-282.

肖慧娟，侯平，刘杰等.低剂量CT胸部扫描最佳噪声指数及适应迭代重建权重的选择分析[J].中华医学杂志，2015，95（37）：3041-3044.

Fraioli F， Catalano C， Almberger M， et al. Evaluation of effectiveness of a computer system （CAD） in the identification of lung nodules with low-dose MSCT： scanning technique and preliminary results[J].Radiol Med， 2005， 109（1-2）：40-48.

杨会军.重建算法对低剂量肺部CT图像质量和诊断的影响[D].安徽医科大学，2011.

Lagmani A， Kurfurst M， Butscheidt S， et al. CT Pulmonary Angiography at Reduced Radiation Exposure and Contrast Material Volume Using Iterative Model Reconstruction and iDose4 Technique in Comparison to FBP[J]. PLoS One. 2016， 11（9）： 114-116.