螺旋CT不同參數(shù)與輻射劑量相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)研究

趙海波，羅煥江，龍騰河，林盛才

螺旋CT不同參數(shù)與輻射劑量相關(guān)性的實(shí)驗(yàn)研究

趙海波，羅煥江，龍騰河，林盛才

目的：使用不同參數(shù)對水模進(jìn)行CT掃描，探討不同參數(shù)與輻射劑量的相關(guān)性。方法：螺距：0.526和1.375，管電流分組選擇：20、40、60、80、100、140、180、220、250、300 mA，分別對水模進(jìn)行掃描，對所有圖像進(jìn)行測量，記錄CT值與CT值標(biāo)準(zhǔn)差（SD），分別記錄CT機(jī)自動計(jì)算出來的單次容積CT劑量指數(shù)和劑量長度乘積。對水模的CT值和CT值標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行方差檢驗(yàn)，P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果：螺距0.516∶1約在220 mA相交，相交后，噪聲、信噪比曲線走行變緩，略變直；螺距1.375∶1在220 mA后，隨著管電流的增加，噪聲曲線走行變緩，信噪比增加不多。同等管電流下，螺距大，噪聲值大。螺距1.375∶1的圖像顆粒感較大，螺距0.516∶1圖像較為細(xì)膩。結(jié)論：2組螺距0.516和1.375，掃描同一范圍時(shí)，螺距小，采集圖像時(shí)間較長，輻射劑量也較大；相反，螺距大，圖像采集時(shí)間短，輻射劑量較小，但是密度分辨率低于小螺距，相同管電流下，圖像質(zhì)量的目測評分也較低。

螺旋CT；參數(shù)；輻射劑量；實(shí)驗(yàn)；研究

0 引言

影響患者所受輻射劑量的CT參數(shù)包括管電壓、管電流、掃描方式、螺距、掃描范圍、準(zhǔn)直、掃描時(shí)間等[1]。本研究的輻射劑量數(shù)值是在CT機(jī)器上生成的容積CT劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP）。降低輻射劑量的方法主要有：降低管電流（mA）、增加螺距（Pitch）和降低管電壓（kV）。而降低管電壓值，X線硬度會隨之降低，會導(dǎo)致患者吸收輻射的比例增加。本文使用不同參數(shù)對水模進(jìn)行了CT掃描，以探討不同參數(shù)與輻射劑量的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

用GE CT機(jī)專用水模采集圖像，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.2 使用設(shè)備及方法

采用GE 64排CT對水模進(jìn)行容積掃描，管電壓為120 kV，轉(zhuǎn)數(shù)為0.5 s/r，螺距為0.526和1.375，層厚為10 mm，管電流分組選擇：20、40、60、80、100、140、180、220、250、300 mA。

1.3 圖像測量和評價(jià)

所得圖像傳至工作站進(jìn)行測量并記錄CT值與CT值標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。根據(jù)不同參數(shù)掃描水模，測量并記錄掃描層面內(nèi)圖像的CT值標(biāo)準(zhǔn)差，感興趣區(qū)（ROI）范圍為1.9 cm2，每層面測量5處，算出平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。分別記錄CT機(jī)自動計(jì)算出來的單次CTDIvol和DLP。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS18.0分別對水模的CT值和CT值標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行方差檢驗(yàn)，P＜0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。用線性圖表示不同參數(shù)下CT值與圖像噪聲、輻射劑量以及圖像質(zhì)量的相關(guān)性。

2 結(jié)果

水模在不同參數(shù)下CT值與噪聲（CT值標(biāo)準(zhǔn)差）的比較見表1。

表1 不同管電流、2種螺距下，水模的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差（SD）值比較

（1）在螺距0.516∶1下，不同管電流條件下的CT值：F=0.036，P=1＞0.05；10組CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。噪聲：F=47.561，P=0.000＜0.05；10組CT值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。采用Student-Newman-Keuls法，組間差別可以分為6組：①20 mA；②40 mA；③60和80 mA；④80～140 mA；⑤100～180 mA；⑥180～300 mA。

（2）在螺距1.375∶1下，不同管電流條件下CT值：F=0.043，P=1＞0.05；10組CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。噪聲：F=45.23，P=0.000＜0.05；10組CT值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。采用Student-Newman-Keuls法，組間差別可以分為5組：①20 mA；②40 mA；③60和80 mA；④100～140 mA；⑤180～300 mA。

300和20mA下2組螺距的水模比較如圖1所示。測量ROI的CT值標(biāo)準(zhǔn)差代表噪聲值，同等管電流下，螺距大，噪聲值越大。螺距1.375∶1的圖像顆粒感非常強(qiáng)，同螺距相比，管電流越小，噪聲越大，圖像顆粒度增加。

不同管電流下2組螺距的信噪比和噪聲關(guān)系如圖2所示。螺距0.516∶1約在210 mA相交，相交后，噪聲、信噪比曲線走行變緩，略變直；螺距1.375∶1在220 mA后，隨著管電流增加，噪聲曲線走行變緩，信噪比增加不多。

圖1 300和20 mA下2組螺距的水模比較

圖2 不同管電流下2組螺距的信噪比和噪聲關(guān)系

3 討論

3.1 螺旋CT成像參數(shù)與輻射劑量、圖像質(zhì)量的關(guān)系

國內(nèi)外許多學(xué)者都圍繞管電流和螺距做實(shí)驗(yàn)研究，分析其相關(guān)性，在不同掃描條件下，影響CT圖像質(zhì)量的參數(shù)主要有劑量、噪聲、層厚、空間分辨率、密度分辨率等[2]，本研究主要分析輻射劑量與噪聲對圖像質(zhì)量的影響。管電流是CT機(jī)重要的成像參數(shù)，它的大小代表著X線量的多少，CT圖像質(zhì)量和X線輻射劑量直接相關(guān)聯(lián)，在管電壓不變的前提下，管電流量（mAs）是反映CT輻射劑量的重要參數(shù)，X線球管的管電流增加100%，圖像噪聲降低41.4%[3]。降低管電流值可以使輻射劑量明顯降低，但同時(shí)圖像噪聲隨之增加，而低劑量研究的首要任務(wù)是確定以圖像能滿足診斷為前提下使用最小管電流[4]。假如一味降低管電流值，到達(dá)底線后，圖像的噪聲、偽影等會嚴(yán)重影響診斷。研究低劑量CT掃描的任務(wù)就是找到各部位最低的管電流值底線，分析各組織在管電流值變化后的關(guān)系。通過降低管電流，可以有效地減少輻射劑量，通過合理選擇管電流和掃描層厚可以較好地保證圖像的質(zhì)量。不同管電流值的掃描條件對圖像噪聲影響較顯著，圖像噪聲與管電流及層厚組間有顯著性差異，在本組研究中，從20～300 mA中共分為10組，隨著管電流值的變化，CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。螺旋CT的螺距是掃描架旋轉(zhuǎn)360°進(jìn)床距離與通過探測器的X線束厚度之比，多層螺旋CT（multi-slice computer tomography，MSCT）的輻射劑量與螺距呈反比，這與掃描Z軸上某一點(diǎn)的受照時(shí)間有關(guān)，對體形肥胖者更顯著。噪聲增加后對于軟組織的影響較大。鄭敏文等[5]研究表明，在Pitch值、管電壓不變和掃描時(shí)間固定時(shí)，輻射劑量與管電流成正比，本組研究也證實(shí)了這種觀點(diǎn)，同時(shí)證明了在管電流值、管電壓、掃描長度不變的情況下，增大Pitch值，掃描時(shí)間會縮短，患者所受輻射劑量值CTDIvol、DLP會降低。本組研究使用美國GE公司的Lightspeed 64 VCT，選擇了其中2組螺距0.516和1.375，掃描同一范圍時(shí)，螺距小，采集圖像時(shí)間較長，輻射劑量也較大；相反，螺距大，圖像采集時(shí)間短，輻射劑量較小，但是密度分辨率就低于小螺距的，相同管電流下，圖像質(zhì)量的目測評分也較低。由圖1可以得出，同等管電流下，螺距大，噪聲值（測量ROI的CT值標(biāo)準(zhǔn)差代表噪聲值）大，螺距1.375∶1的圖像顆粒感非常強(qiáng)；同螺距相比，管電流越小，噪聲值越大，圖像顆粒度增加。

3.2 CTDIvol和DLP與管電流、螺距的關(guān)系

CTDIvol和DLP是現(xiàn)在CT機(jī)器必備的評價(jià)輻射劑量的參數(shù)，CTDIvol值表示螺旋CT在容積掃描范圍內(nèi)的平均輻射劑量；DLP表示受檢者的所受有效劑量估算值，可以用DLP=CTDIvol·L計(jì)算所得（L表示掃描長度），DLP和有效劑量具有很好的線性相關(guān)性。本組研究結(jié)果表明，在0.516∶1的螺距下，300～20 mA的CTDIvol為28.83～1.92 mGy，DLP為969.330 mGy·cm～64.62 Gy·cm；在0.375∶1螺距下，300～20mA的CTDIvol為10.81～0.72 mGy，DLP為388.69 mGy·cm～25.91 Gy· cm。在同一螺距下，隨著管電流的增加，輻射劑量增加，20～140 mA是 300 mA所得 CTDIvol/DLP的6.67%～46.7%，低劑量CT掃描能夠大大降低患者所受到的輻射劑量。在管電流在60 mA以下時(shí)，輻射劑量達(dá)到較低的水平，但是圖像質(zhì)量明顯下降，圖像顆粒增加，有條形偽影，在骨的邊緣有放射狀偽影。從圖2可以看出，當(dāng)螺距從0.516∶1變?yōu)?.375∶1時(shí)，CTDIvol/DLP相應(yīng)變小，螺距增加，大大降低了患者所受的輻射劑量。

3.3 噪聲、信噪比與圖像質(zhì)量的關(guān)系

噪聲是影響CT圖像質(zhì)量重要的因素，它包括X線量子噪聲和電氣元件、重建算法及系統(tǒng)所形成的噪聲。噪聲與圖像均勻度相關(guān)。圖像均勻度是指整個(gè)掃描野中均勻物質(zhì)CT值的一致性，與噪聲具有一定的相關(guān)性[6]。降低管電壓、增大螺距和降低管電流會使圖像噪聲增加[7]，因水模和肝臟是均一組織，比較水模和肝臟噪聲的曲線，走行大致相同。本組研究水模和肝臟組織在60～80 mA時(shí)，SD值突然增大很多；在300～100 mA時(shí)，SD值增加緩慢。

3.4 不同劑量CT掃描對圖像質(zhì)量的影響

管電流的降低可引起圖像量子噪聲的增加，信噪比和密度分辨率的下降。低劑量CT檢查在副鼻竇、急性闌尾炎、肺小結(jié)節(jié)、胸痛三聯(lián)癥、兒童胸部及冠脈動脈等部位研究并使用[8-10]。本文使用模體進(jìn)行不同參數(shù)病癥的掃描，為研究腹部低劑量CT掃描奠定了基礎(chǔ)。

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（收稿：2014-03-06 修回：2014-06-15）

Experimental study on correlation between spiral CT parameters and radiation dose

ZHAO Hai-bo1,LUO Huan-jiang1,LONG Teng-he1,LIN Sheng-cai2
(1.Department of Radiology,the Fourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University,Liuzhou 545005,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China;2.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University, Liuzhou 545005,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China)

ObjectiveTo carry out CT scanning for water phantom with different parameters in order to explore the correlation between the parameters and radiation dose.MethodsThe parameters involved in the pitch of 0.526 and 1.375 as well as the tube current of 20,40,60,80,100,140,180,220,250 and 300 mA.All the images were measured,and CT values and standard deviations(SD)were calculated.Single volume CT dose index and dose-length product from CT machine were recorded respectively.Variance tests were performed for CT values and SDs of the water phantom,with P＜0.05.ResultsWhen the pitch was 0.516:1,intersection occurred at 220 mA,and then the curve of noise and signal noise ratio(SNR)slowed down and straightened slightly;with the pitch 1.375∶1 and after 220 mA,noise curve slowed down with the tube current increased,while the curve of SNR hardly rose.With the same tube current,the pitch was raised with the increase of the noise.The image felt grainy with the pitch of 1.375∶1,while exquisite with the pitch of 0.516∶1.ConclusionWith the pitches of 0.516 and 1.375 and for the same scope,the pitch positively correlates with the image acquisition time and radiation dose.With the same tube current,the image quality has low visual scores.[Chinese Medical E-quipment Journal，2014，35（11）：89-91]

spiral CT;parameter;radiation dose;experiment;research

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）11-0089-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.089

廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳自籌經(jīng)費(fèi)科研課題（Z2012067）

趙海波（1981—），男，主管技師，主要從事CT后處理重建技術(shù)及輻射防護(hù)方面的研究工作，E-mail：zhb2015@126.com。

545005廣西柳州，廣西醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院放射科（趙海波，羅煥江，龍騰河）；530021南寧，廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科（林盛才）

林盛才，E-mail：linshengcai999@126.com