骨盆數(shù)字?jǐn)鄬尤诤陷椛鋭┝績(jī)?yōu)化

吳慧釗 WU Huizhao

張澤坤 ZHANG Zekun

丁芳芳 DING Fangfang

吳文娟 WU Wenjuan

宋 巖 SONG Yan

骨盆數(shù)字?jǐn)鄬尤诤陷椛鋭┝績(jī)?yōu)化

吳慧釗 WU Huizhao

張澤坤 ZHANG Zekun

丁芳芳 DING Fangfang

吳文娟 WU Wenjuan

宋 巖 SONG Yan

目的探討骨盆數(shù)字?jǐn)鄬尤诤希―TS）成像的最佳劑量比，以實(shí)現(xiàn)骨盆DTS的低劑量檢查。資料與方法對(duì)18具骨盆標(biāo)本進(jìn)行3組骨盆DTS掃描和1組髖關(guān)節(jié)CT掃描，其中3組骨盆DTS掃描的劑量比參數(shù)值分別為6、7、10，比較4組所得圖像質(zhì)量評(píng)分和有效劑量。結(jié)果4組有效劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=4632.06, P＜0.001），4組髖關(guān)節(jié)圖像質(zhì)量評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1682.34, P＜0.001）。4組間檢查劑量依次為：6DTS劑量比組＜7DTS劑量比組＜10DTS劑量比組＜CT組；DTS劑量比設(shè)置為6時(shí)所得圖像質(zhì)量低于其他3組，而DTS劑量比設(shè)置為7、10時(shí)的圖像質(zhì)量與CT無(wú)差別。劑量比設(shè)置為7時(shí)的DTS圖像質(zhì)量高而檢查劑量小。結(jié)論劑量比影響骨盆DTS的檢查劑量和圖像質(zhì)量，骨盆DTS檢查的最佳劑量比為7，在此劑量比設(shè)置下，可以在保證診斷質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)骨盆DTS的低劑量檢查。

骨盆；放射攝影術(shù)；數(shù)字?jǐn)鄬尤诤铣上?；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助；劑量效應(yīng)關(guān)系，輻射

數(shù)字?jǐn)鄬尤诤希╠igital tomosynthesis, DTS）在一些深在部位和復(fù)雜部位的影像顯示及診斷準(zhǔn)確性方面較數(shù)字X線攝影（digital radiography, DR）有較大優(yōu)勢(shì)，近年其在骨骼成像方面的應(yīng)用逐漸受到重視[1,2]。骨盆DTS可以細(xì)致地觀察骶髂關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、髖臼、股骨頭、股骨頸等解剖結(jié)構(gòu)，對(duì)骨盆骨折、強(qiáng)直性脊柱炎、股骨頭壞死等常見(jiàn)疾病的診斷有重要意義，性腺這一對(duì)X線最敏感的器官也在其曝光范圍之內(nèi)，根據(jù)放射防護(hù)最優(yōu)化（as low as reasonably achievable, ALARA）原則[3]，應(yīng)尋求最佳檢查劑量來(lái)保護(hù)受檢者。本研究以帶有完整軟組織的人體骨盆標(biāo)本為研究對(duì)象，通過(guò)確定最佳劑量比來(lái)探索骨盆DTS低劑量檢查的實(shí)現(xiàn)方法。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院骨科和河北省骨科生物力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的18具帶有完整軟組織的人體標(biāo)本，經(jīng)福爾馬林固縮處理，其中男性10例，女性8例；年齡35～65歲，平均（46±8）歲，所有標(biāo)本均于河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院放射科進(jìn)行骨盆DTS掃描。

1.2 儀器與方法 使用GE Discovery XR650數(shù)字X線攝影系統(tǒng)進(jìn)行DTS檢查，其平板探測(cè)器為碘化銫/非晶硅涂層，探測(cè)器尺寸為41 cm×41 cm，3000像素×3000像素，像素大小143 μm，數(shù)據(jù)采集14比特。標(biāo)本體位為標(biāo)準(zhǔn)骨盆前后位，X線入射方向?qū)?zhǔn)恥骨聯(lián)合上緣至雙側(cè)髂前上棘連線間的中點(diǎn)垂直入射，源-像距為120 cm。經(jīng)工程師劑量校正，實(shí)驗(yàn)前DICOM圖像標(biāo)題文件中的劑量面積乘積（dose-area product, DAP，單位dGy·cm2）與實(shí)際測(cè)定的DAP偏差在±10%以?xún)?nèi)。DTS組掃描參數(shù)：重建起始高度20 mm，結(jié)束高度180 mm，層間距5 mm，采集因子為1，使用固定（FIXED）曝光模式。設(shè)置劑量比參數(shù)值為6、7、10分別對(duì)每具標(biāo)本進(jìn)行DTS檢查并記錄DAP值。

使用Siemens Somatom Sensation 64層螺旋CT機(jī)對(duì)標(biāo)本髖關(guān)節(jié)進(jìn)行CT檢查。掃描參數(shù)：螺距0.9，視野300 mm，電壓120 kV，電流采用自動(dòng)毫安秒，得到18例CT圖像，記錄每例的容積劑量指數(shù)（CTDIvol）和實(shí)際掃描長(zhǎng)度（L）。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 由2名放射科副主任醫(yī)師采用盲法分析4組圖像的成像質(zhì)量，對(duì)每例圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分。根據(jù)影像質(zhì)量控制的影像顯示標(biāo)準(zhǔn)[4]進(jìn)行評(píng)分：1分，結(jié)構(gòu)影像顯示不清；2分，結(jié)構(gòu)影像隱約可見(jiàn)；3分，結(jié)構(gòu)影像可見(jiàn)；4分，結(jié)構(gòu)影像清晰可見(jiàn)。

1.4 檢查劑量 DTS檢查的有效劑量（mSv）=DAP（dGy·cm2）×CCDAP（mSv/Gy·cm2）×1/10，CCDAP為DAP的轉(zhuǎn)換系數(shù)，骨盆的CCDAP為0.29[5]。CT檢查有效劑量（mSv）=DLP（mGy·cm）·K（mSv/mGy·cm），DLP為劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product, DLP），DLP=CTDIvol·L，K為轉(zhuǎn)換系數(shù)0.014[1]。根據(jù)計(jì)算所得的有效劑量比較4組成像方式所需檢查劑量。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，觀察者間評(píng)分的一致性采用ICC評(píng)價(jià)，4組圖像質(zhì)量評(píng)分和有效劑量比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 觀察者間評(píng)分的一致性 2名觀察者間的ICC為0.91（95% CI為0.87～0.94），觀察者內(nèi)的ICC為0.93（95% CI為0.88～0.95），提示2名觀察者間的評(píng)分一致性較高。

2.2 4組檢查劑量和圖像質(zhì)量比較 劑量比設(shè)置為6、7、10的3組DTS及1組CT檢查的有效劑量和圖像質(zhì)量評(píng)分見(jiàn)表1。4組有效劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=4632.06, P＜0.001），組間兩兩比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（q=3.26～6.85, P＜0.05），4組檢查劑量依次為：6DTS劑量比組＜7DTS劑量比組＜10DTS劑量比組＜CT組。4組髖關(guān)節(jié)圖像質(zhì)量評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=1682.34, P＜0.001），組間兩兩比較，6DTS劑量比組圖像質(zhì)量評(píng)分低于其他3組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（q=5.12、5.64、6.85, P＜0.05），7DTS劑量比組、10DTS劑量比組圖像質(zhì)量評(píng)分與CT組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（q=2.74、2.96、2.85, P＜0.05）。

DTS劑量比設(shè)置為6時(shí)所得圖像結(jié)構(gòu)影像可見(jiàn)，但細(xì)節(jié)顯示不佳，髖臼骨質(zhì)對(duì)比度差，無(wú)法清晰地觀察股骨頸的骨小梁等解剖細(xì)節(jié)（圖1A）。劑量比設(shè)置為7、10時(shí)所得圖像對(duì)解剖細(xì)節(jié)顯示良好，股骨頸的張力骨小梁、應(yīng)力骨小梁等清晰可見(jiàn)，髖臼骨質(zhì)顯示良好，髖臼負(fù)重區(qū)硬化帶與周?chē)琴|(zhì)對(duì)比明顯，對(duì)解剖細(xì)節(jié)的觀察能力與CT冠狀重建圖像相仿（圖1B～D）。

表1 4組有效劑量和髖關(guān)節(jié)圖像質(zhì)量評(píng)分比較

3 討論

本研究使用Discovery XR650數(shù)字X線攝影系統(tǒng)進(jìn)行DTS檢查，其商業(yè)應(yīng)用名稱(chēng)為容積成像（VolumeRAD）。與CT掃描定位像類(lèi)似，DTS進(jìn)行掃描時(shí)首先對(duì)被照體進(jìn)行一次DR曝光以確定成像范圍，DTS的檢查劑量則大致為DR定位像曝光劑量×劑量比，劑量比是一個(gè)倍數(shù)參數(shù)，它與DR定位像一起控制著DTS掃描的總劑量：Discovery XR650骨盆DTS劑量比的出廠設(shè)置為10，則此劑量比設(shè)置下骨盆DTS的檢查劑量約為骨盆DR攝影的10倍。

通過(guò)設(shè)置不同的劑量比對(duì)骨盆標(biāo)本進(jìn)行DTS掃描，本研究對(duì)不同劑量比獲得圖像的成像質(zhì)量和檢查劑量進(jìn)行比較，確定了骨盆DTS檢查的最佳劑量比。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，劑量比設(shè)置為6時(shí)所得圖像結(jié)構(gòu)影像可見(jiàn)但細(xì)節(jié)顯示不佳，髖臼骨質(zhì)對(duì)比度差，無(wú)法清晰地觀察股骨頸的骨小梁等解剖細(xì)節(jié)。劑量比設(shè)置為7、10時(shí)所得圖像則對(duì)解剖細(xì)節(jié)顯示良好：股骨頸的張力骨小梁、應(yīng)力骨小梁等清晰可見(jiàn)，髖臼骨質(zhì)顯示良好，髖臼負(fù)重區(qū)硬化帶與周?chē)琴|(zhì)對(duì)比明顯，對(duì)解剖細(xì)節(jié)的觀察能力與CT冠狀重建圖像相仿，提示隨著檢查劑量的降低，圖像質(zhì)量也隨之降低，必將降低診斷質(zhì)量，造成漏診、誤診。綜合比較不同劑量比設(shè)置下DTS的圖像質(zhì)量和檢查劑量，在獲得較高質(zhì)量圖像的前提下，確定骨盆DTS的最佳劑量比為7。將此劑量比應(yīng)用于臨床骨盆DTS低劑量攝影，可以減少患者所受的輻射劑量，保護(hù)患者的輻射敏感器官。

圖1 男，42歲。DTS劑量比設(shè)置為6時(shí)所得圖像，骨盆結(jié)構(gòu)影像可見(jiàn)但細(xì)節(jié)顯示不佳，無(wú)法清晰地觀察股骨頸的骨小梁（箭）等解剖細(xì)節(jié)（A）；劑量比設(shè)置為7時(shí)所得圖像，股骨頸的張力骨小梁、應(yīng)力骨小梁等清晰可見(jiàn)（箭頭），可以清晰地顯示髖臼的骨小梁稀疏區(qū)，與周?chē)琴|(zhì)對(duì)比好（箭，B）；DTS劑量比設(shè)置為10時(shí)所得圖像，股骨頸的張力骨小梁、應(yīng)力骨小梁等清晰可見(jiàn)（箭頭），髖臼負(fù)重區(qū)硬化帶及骨小梁稀疏區(qū)與周?chē)琴|(zhì)對(duì)比良好（箭，C）；CT組冠狀重建圖像，密度分辨率佳，股骨頸各組骨小梁顯示較清晰（箭頭），髖臼骨小梁稀疏區(qū)清晰顯示（箭），對(duì)骨質(zhì)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的觀察與劑量比設(shè)置為7、10時(shí)相似（D）

DTS在診斷隱蔽骨折、尺骨鷹嘴骨折、腕關(guān)節(jié)骨折、舟狀骨骨折等中具有明顯的優(yōu)勢(shì)[2,6-8]，但這些研究主要以四肢骨關(guān)節(jié)為研究對(duì)象，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)到關(guān)于骨盆這一復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)的DTS影像學(xué)研究報(bào)道。本研究顯示，DTS可以克服骨盆諸骨骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的重疊，清晰地顯示解剖細(xì)節(jié)，提供較高質(zhì)量的冠狀面斷層圖像，對(duì)于髖關(guān)節(jié)復(fù)雜性骨折、股骨頭壞死等常見(jiàn)疾病有重要的診斷價(jià)值。

當(dāng)DAP已知時(shí)，可通過(guò)蒙特卡洛算法將DAP乘以DAP轉(zhuǎn)換系數(shù)得到有效劑量的估計(jì)值[9,10]，以此可以比較DTS、CT這兩種不同成像設(shè)備的檢查劑量。CT在提供高質(zhì)量斷層和重建圖像的同時(shí)，也具有高輻射危害，既往研究證實(shí)DTS在胸部、副鼻竇、腹部斷層成像方面的檢查劑量低于CT[11-13]，本研究則顯示兩種成像系統(tǒng)對(duì)髖關(guān)節(jié)解剖細(xì)節(jié)的觀察無(wú)明顯差異，但DTS的輻射劑量約為CT的1/3，DTS在輻射低劑量方面有一定的優(yōu)勢(shì)。與Vikgren等[11]的胸部DTS劑量研究結(jié)果和夏巍等[1]的四肢骨骼DTS劑量研究結(jié)果相比，本研究中骨盆DTS的輻射劑量相對(duì)較高，其原因?yàn)楣桥铔](méi)有胸部的自然對(duì)比，厚度又較四肢厚，需要較多的輻射劑量來(lái)生成清晰的斷層圖像。

本研究的不足之處在于以經(jīng)過(guò)福爾馬林固縮的標(biāo)本作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，與活體相比軟組織沒(méi)有良好的X線衰減等效性，但本研究的目的為骨組織成像，軟組織的改變對(duì)骨組織的影響相對(duì)較小，而且用同質(zhì)實(shí)驗(yàn)材料做不同成像技術(shù)的橫向比較具有一定的價(jià)值，并規(guī)避了倫理學(xué)問(wèn)題。

與DR平片類(lèi)似，DTS成像的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域?yàn)楣趋老到y(tǒng)成像[14-16]，相對(duì)于CT的低輻射劑量和相對(duì)于DR的高質(zhì)量斷層影像是其臨床應(yīng)用價(jià)值所在。DTS作為新興的數(shù)字?jǐn)鄬映上窦夹g(shù)，其掃描參數(shù)的優(yōu)化、臨床應(yīng)用范圍的確定等還有待深入研究[17,18]。劑量比參數(shù)影響著骨盆DTS的檢查劑量和成像質(zhì)量，本研究從劑量比入手探索骨盆DTS的低劑量檢查方法，在實(shí)際工作中設(shè)置劑量比為7，在保證診斷質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)了骨盆DTS的低劑量檢查，可以最大限度地保護(hù)患者免受不必要的輻射損害。

[1] 夏巍, 吳晶濤, 尹肖睿, 等. 數(shù)字合成體層成像低劑量特性在骨骼系統(tǒng)影像學(xué)中的研究.中華放射與防護(hù)雜志, 2012, 32(6): 656-659.

[2] 田軍, 鞏武賢, 張殿星, 等. 數(shù)字化斷層融合在隱蔽骨折診斷中的應(yīng)用. 中華放射學(xué)雜志, 2011, 45(6): 566-568.

[3] Stovis TL. The ALARA concept in pediatric CT: myth or reality? Radiology, 2002, 223(4): 5-6.

[4] 吳慧釗, 張澤坤, 吳文娟. 無(wú)線平板探測(cè)器在四肢小關(guān)節(jié)X線攝影中的臨床應(yīng)用. 中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2013, 21(6): 411-413, 416.

[5] Hart D, Wall BF. Radiation exposure of the UK population from medical and dental X ray examinations. NRPB-W4, Chilton: NRPB, 2002.

[6] Machida H, Yuhara T, Sabol JM, et al. Postoperative follow-up of olecranon fracture by digital tomosynthesis radiography. JpnJ Radiol, 2011, 29(8): 583-586.

[7] Ottenin MA, Jacquot A, Grospretre O, et al. Evaluation of the diagnostic performance of tomosynthesis in fractures of the wrist. Am J Roentgenol, 2012, 198(1): 180-186.

[8] Geijer M, B?rjesson AM, G?thlin JH. Clinical utility of tomosynthesis in suspected scaphoid fracture. A pilot study. Skeletal Radiol, 2011, 40(7): 863-867.

[9] Jones DG. Estimation of effective dose in radiology from entrance surface dose and dose area product measurements. NRPB-262, Chilton: NRPB, 1994.

[10] 楊錦元, 黃穗, 劉帆, 等. 低劑量技術(shù)在兒童埋伏牙口腔全景攝影中的應(yīng)用. 臨床放射學(xué)雜志, 2013, 32(3): 403-405.

[11] Vikgren J, Zachrisson S, Svalkvist A, et al. Comparison of chest tomosynthesis and chest radiography for detection of pulmonary nodules: human observer study of clinical cases. Radiology, 2008, 249(3): 1034-1041.

[12] Neisius A, Astroza GM, Machida H, et al. Radiation dose of digital tomosynthesis for sinonasal examination: comparison with multi-detector CT. Eur J Radiol, 2012, 81(6): 1140-1145.

[13] Neisius A, Astroza GM, Wang C, et al. Digital tomosynthesis: a new technique for imaging nephrolithiasis. Specific organ doses and effective doses compared with renal stone protocol noncontrast computed tomography. Urology, 2013, 83(2): 282-287.

[14] Lacout A, Thariat J, El Hajjam M, et al. Insight into osteoarticular digital tomosynthesis: a pictorial essay. J Med Imaging Radiat Oncol, 2013, 57(1): 45-49.

[15] Levakhina YM, Duschka RL, Vogt FM, et al. A dual-axis tilt acquisition geometry for digital musculoskeletal tomosynthesis. Phys Med Biol, 2013, 58(14): 4827-4848.

[16] G?thlin JH, Geijer M. The utility of digital linear tomosynthesis imaging of total hip joint arthroplasty with suspicion of loosening: a prospective study in 40 patients. Biomed Res Int, 2013, 2013: 594-598.

[17] Machida H, Yuhara T, Mori T, et al. Optimizing parameters for fat-panel detector digital tomosynthesis. Radiographics, 2010, 30(2): 549-562.

[18] Tucker AW, Lu JP, Zhou O. Dependency of image quality on system confguration parameters in a stationary digital breast tomosynthesis system. Med Phys, 2013, 40(3): 031917.

（責(zé)任編輯 張春輝）

Optimization of Radiation Dosage in Pelvis Digital Tomosynthesis

PurposeTo study the optimal dose ratio of pelvis digital tomosynthesis (DTS) so as to achieve the low-dose examination in pelvis DTS.Materials and MethodsEighteen human pelvis specimens with soft tissue were examined with DTS scan and CT scan. The dose ratios of DTS were set up as 6, 7 and 10, respectively. Effective examination dose and image quality score were compared among the four groups (DTS-6, DTS-7, DTS-10, and CT group).ResultsThe four groups were signifcantly different with regard to effective examination dose (F=4632.06, P＜0.001) and image quality score (F=1682.34, P＜0.001). Among them the examination dose from low to high was that in DTS-6 group, DTS-7 group, DTS-10 group and CT group. Image quality score in DTS-6 group was signifcantly lower than that in other groups. DTS-7 group showed no difference with DTS-10 group and CT group in image quality score, but had signifcantly lower examination dose than the other two groups.ConclusionDose ratio affects examination dose and image quality of pelvis DTS. Dose ratio 7 is optimal in pelvis DTS, which ensures good image quality with effective low dose.

Pelvis; Radiography; Digital tomosynthesis; Tomography, X-ray computed; Image processing, computer-assisted; Dose-response relationship, radiation

河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院放射科，河北省骨科生物力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北石家莊

050051

吳文娟

Department of Radiology, the Third Hospital of Hebei Medical University, Hebei Province Biomechanical Key Laboratory of Orthopedics, Shijiazhuang 050051, China

Address Correspondence to: WU Wenjuan

E-mail: wenjwu@163.com

R445.3；R445.4

2013-10-21

修回日期：2014-02-17

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2014年 第22卷 第3期：221-224

Chinese Journal of Medical Imaging

2014 Volume 22(3): 221-224

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.03.016