炫速雙源CT與普通雙源CT頭部血管雙能量成像輻射劑量與圖像質(zhì)量的對(duì)比研究

顧海峰，周長(zhǎng)圣，李林，王清清，謝穎穎，鄭玲

0 引言

炫速雙源CT是西門子公司繼第1代普通雙源CT之后推出的第2代產(chǎn)品。與普通雙源CT相比，炫速雙源CT新研發(fā)的核心技術(shù)包括炫速掃描技術(shù)、Stellar探測(cè)器技術(shù)、能譜純化技術(shù)、FAST CARE技術(shù)以及正弦圖確定迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE)技術(shù)［1－2］。鑒于此，業(yè)界一般將炫速雙源CT的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)概括為炫速掃描速度與極低的輻射劑量。對(duì)于炫速掃描速度，由于探測(cè)器排數(shù)的不同而導(dǎo)致掃描覆蓋范圍不同，加上時(shí)間分辨率的差異而不難判斷;但是對(duì)于輻射劑量方面的問題截至目前國(guó)內(nèi)鮮有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，也缺乏事實(shí)依據(jù)。本文以臨床常見的頭部血管雙能量成像檢查為例，分別在圖像質(zhì)量與輻射劑量上對(duì)炫速雙源CT與普通雙源CT進(jìn)行對(duì)比，以探究?jī)烧邊^(qū)別。

1 資料與方法

1.1 臨床資料隨機(jī)選取2013年4月至8月臨床疑似腦血管病變(動(dòng)脈瘤、動(dòng)靜脈畸形、靜脈血栓、腦卒中、蛛網(wǎng)膜下腔出血等)且需要行顱腦CT血管造影(CT angiography，CTA)檢查的患者80例納入本次研究。將這些患者分成2組，每組40人。普通組，男21例、女19例，年齡35～80歲，平均年齡(53±15)歲，采用普通雙源CT雙能量掃描;炫速組，男23例、女17例，年齡32～75歲，平均年齡(51±17)歲，采用炫速雙源CT雙能量掃描。所有患者均符合碘造影劑使用的適應(yīng)證及禁忌證要求，且在年齡、性別上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 材料與設(shè)備普通雙源CT機(jī)(Siemens，F(xiàn)orchheim，Germany)，炫速雙源CT機(jī)(Siemens，Erlangen，Germany)，德國(guó)Ulrich Missouri高壓注射器，一次性使用壓力連接管，20 G一次性使用靜脈留置針，碘伏，醫(yī)用棉簽，碘海醇(歐乃派克)350 mgI/mL，等滲鹽水等，CT機(jī)日常檢測(cè)用水模。

1.3 檢查方法所有患者掃描前均詳細(xì)告知檢查中可能出現(xiàn)的問題及注意事項(xiàng)并簽署患者知情同意書及接受碘造影劑自愿書。然后分別按照以下掃描方案對(duì)2組患者及CT機(jī)常規(guī)檢測(cè)用水模進(jìn)行掃描。普通組:機(jī)器選用普通雙源CT機(jī)。首先進(jìn)行頭部側(cè)位定位像掃描，然后確定掃描范圍行雙能量掃描。造影劑選用非離子型350 mgI/mL碘海醇，掃描觸發(fā)方式采用靜脈團(tuán)注示蹤技術(shù)，造影劑流速為4.0 mL/s，用量60 mL，注射完成后再以相同的流速注入40 mL等滲鹽水以便將連接管內(nèi)殘余的藥液注入體內(nèi)。監(jiān)測(cè)血管選取寰椎平面的頸內(nèi)動(dòng)脈，觸發(fā)閾值100 HU，掃描范圍從顱底一直到顱頂即包括整個(gè)頭顱，掃描方向?yàn)橛勺阆蝾^進(jìn)行，具體掃描參數(shù)為:2個(gè)球管A/B的管電壓與參考管電流分別為140/80kV、50/213mAs，采用CARE Dose4D技術(shù)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s/r，準(zhǔn)直器寬度64×0.6 mm，螺距0.6，重建算法H31f medium smooth+，雙能量融合系數(shù)為0.3。另外，對(duì)CT機(jī)日常檢測(cè)用水模進(jìn)行掃描，掃描結(jié)果記為水模A，掃描參數(shù)保持與普通組患者一致，掃描范圍為整個(gè)水模。炫速組機(jī)器選用炫速雙源CT機(jī)。雙能量掃描時(shí)的具體參數(shù)為:球管A/B的管電壓與參考管電流分別為80/Sn 140 kV、213/107mAs，采用CARE Dose4D及SAFIRE技術(shù)，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.33 s/r，準(zhǔn)直器寬度64×0.6 mm，螺距0.6，重建算法Q30f medium smooth，雙能量融合系數(shù)為0.4。其余患者體位、掃描范圍、造影劑用法及掃描流程均與普通組相同。同時(shí)也對(duì)普通組用到的相同水模進(jìn)行掃描，掃描結(jié)果記為水模B，掃描參數(shù)保持與炫速組患者一致，掃描范圍與水模A完全一致。

1.4 圖像重建與分析2組患者及水模的重建圖像均采用軟組織重建算法，其中A中采用常規(guī)濾過反投影重建算法，kernel值選擇“H31f medium smooth+”，采用“cerebrum”算法;B中采用SAFIRE重建算法，kernel值選擇“Q30f medium smooth”，同樣采用“cerebrum”算法。2種不同的雙能量掃描方式最終均可得到3組重建圖像，即80 kV、140 kV及兩者融合的圖像。對(duì)2種不同的掃描方式獲得的結(jié)果按照以下方法進(jìn)行圖像后處理:①橫斷面圖像的重組。選取融合后的薄層圖像，依照層厚5 mm、層距5 mm并且與聽眥線平行的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)整個(gè)顱腦進(jìn)行多平面重組獲得待評(píng)價(jià)橫斷面圖像;②頭顱動(dòng)脈的重組。利用西門子專用的后處理工作站(SyngoMMWp VE40B)上的“雙能量軟件”及“Inspace軟件”進(jìn)行圖像處理。具體方法為:先將80 kV及140 kV能量組的數(shù)據(jù)同時(shí)調(diào)入雙能軟件，利用其一鍵式“去骨”模式進(jìn)行對(duì)掃描區(qū)域自動(dòng)“去骨”并將處理結(jié)果保存。然后利用Inspace軟件將“去骨”后的減影圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重組，獲得諸如容積重建(volume rendering，VR)、曲面重組(multiplanar reformation，MPR)、多平面重組(curved planar reconstruction，CPR)以及最大密度投影像(maxinum intensity projection，MIP)等多種重組圖像［3］。

1.5 評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)

1.5.1 輻射劑量的測(cè)量根據(jù)患者與水模的掃描方案記錄雙能量掃描時(shí)每名患者及水模的X線劑量，即容積CT劑量指數(shù)(CT dose index-volume，CTDIvol)以及劑量長(zhǎng)度乘積(dose length product，DLP)。其中CTDIvol代表在CT掃描時(shí)X、Y、Z 3個(gè)方向上某點(diǎn)的平均吸收劑量分布，DLP則是指給定掃描方案中受照部位所接受的總照射量。最后根據(jù)有效劑量(effective dose，ED)計(jì)算公式:

計(jì)算參照歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南中提出的頭部換算因子C的平均值(0.0023)來計(jì)算有效劑量［4］。

1.5.2 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)①感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)內(nèi)的CT值測(cè)量:利用機(jī)器自帶測(cè)量工具分別對(duì)水模A與水模B的80kV與140kV的雙能量融合圖像的CT值進(jìn)行測(cè)量。具體方法為分別在水模A與水模B的4個(gè)部分的橫斷面放置一2.0 cm2的ROI測(cè)量其對(duì)應(yīng)的CT值，每個(gè)橫斷面均在不同的位置測(cè)量2次，最后取平均值作為最終的CT值并做好記錄。②圖像噪聲的測(cè)量:在以上相同融合圖像的相同橫斷面上于水模外部空氣內(nèi)放置2個(gè)2.0cm2的ROI測(cè)量其標(biāo)準(zhǔn)差，然后取其平均值作為圖像噪聲并記錄。見圖1。

1.5.3 患者圖像質(zhì)量分析①腦血管CT值的測(cè)量:和水模KOI內(nèi)CT值測(cè)量相同，在普通組與炫速組患者的融合圖像橫斷面上利用測(cè)量工具分別對(duì)Willis環(huán)、大腦前動(dòng)脈、大腦中動(dòng)脈、大腦后動(dòng)脈血管內(nèi)的CT值進(jìn)行測(cè)量。要求每段血管平均測(cè)量2次且測(cè)量點(diǎn)處的血管應(yīng)排除狹窄、閉塞、畸形等病變，測(cè)量的ROI不能超過血管直徑的2/3，最后取2次測(cè)量的平均值作為測(cè)量值。②圖像噪聲的測(cè)量:以層厚5 mm、層距5 mm并以聽眥線平行的重組后橫斷面為標(biāo)準(zhǔn)，選取4個(gè)基準(zhǔn)的解剖學(xué)平面作為測(cè)量平面，即胼胝體干部、四疊體池層面、鞍上池層面以及垂體層面。分別在每個(gè)層面顱腦前面兩側(cè)空氣內(nèi)對(duì)稱放置1.5cm2的ROI，測(cè)量其標(biāo)準(zhǔn)差，然后取兩者的平均值即代表了該平面的噪聲值［5］。見圖2。

1.5.4 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)邀請(qǐng)2位有5年以上影像工作經(jīng)驗(yàn)的腦血管診斷醫(yī)師分別對(duì)2組得到的腦血管圖像進(jìn)行雙盲法分析評(píng)價(jià)。①圖像質(zhì)量評(píng)分:以重組后的橫斷面圖像進(jìn)行評(píng)分，2位醫(yī)師分別對(duì)每名患者顱腦的胼胝體干部、四疊體池層面、鞍上池層面以及垂體層面的圖像噪聲(即圖像的顆粒度)、圖像銳利度(指能區(qū)分器官輪廓的邊緣的清晰程度)以及總體圖像質(zhì)量3個(gè)方面單獨(dú)評(píng)分。另外，對(duì)小腦巖部的射線硬化束偽影也進(jìn)行單獨(dú)評(píng)分，評(píng)價(jià)結(jié)果以5點(diǎn)法記錄［5］。取2位醫(yī)師評(píng)分結(jié)果的平均值作為最終評(píng)分分值并記錄。②顱內(nèi)動(dòng)脈顯示質(zhì)量評(píng)分:該項(xiàng)評(píng)分用重組后的VR圖像進(jìn)行，其分級(jí)情況，同樣最后以2位醫(yī)師評(píng)分結(jié)果的平均值作為最后得分。

圖1 水模內(nèi)感興趣區(qū)域的CT 值及噪聲測(cè)量圖Figure 1 The image measurement method of the water phantom

圖2 患者圖像噪聲測(cè)量圖Figure 2 The measurement method of the patient image noise

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析所有測(cè)量數(shù)據(jù)均利用SPSS 11.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，測(cè)得的計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示。對(duì)于圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)中獲得的輻射劑量、水模及患者的圖像質(zhì)量及其腦血管CT值的測(cè)量結(jié)果比較采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)，對(duì)于患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果采用非參數(shù)檢驗(yàn)中的兩獨(dú)立樣本非參數(shù)檢驗(yàn)中的Mann-Whitney U檢驗(yàn)。以P≤0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 組間基線資料對(duì)比2組患者的年齡、性別差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

2.2 輻射劑量的測(cè)量結(jié)果從對(duì)于患者組的輻射劑量測(cè)量結(jié)果分析可知，普通組患者CTDIvol與炫速組患者相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05);普通組患者DLP和ED與炫速組患者相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，(P＜0.05)。從水模組的測(cè)量結(jié)果可知，炫速組CTDIvol和DLP水模均低于普通組水模。見表1。

表1 輻射劑量的測(cè)量結(jié)果Table 1 The measurement results of the radiation dose

2.3 水模圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)對(duì)于水模4個(gè)組成部分中的任一部分在CT值方面水模B測(cè)得的結(jié)果均高于普通組水模，但在圖像噪聲方面水模B低于普通組水模。見表2。

2.4 患者腦血管CT值的客觀評(píng)價(jià)從對(duì)患者腦血管CT值的客觀測(cè)量結(jié)果分析可知，2組間各參考血管評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。見表3。

2.5 患者圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)從對(duì)患者圖像質(zhì)量的客觀測(cè)量結(jié)果分析可知，組間各參考解剖平面上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，表示炫速組患者獲得的圖像噪聲更低。見表4。

2.6 患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)從對(duì)患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)分的結(jié)果分析可知，任何參考解剖平面上普通組患者與炫速組患者在圖像噪聲、圖像銳利度以及總體圖像質(zhì)量上差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。但在小腦巖部的射線硬化束偽影上，普通組患者與炫速組患者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，炫速組患者的偽影更少。見表5。

表2 水模圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)Table 2 The objectively evaluate of the image quality of the water model

表3 患者腦血管CT值的客觀評(píng)價(jià)Table 3 The objectively evaluate the CT values of the patients'cerebrovascular

表4 患者圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)Table 4 The objective evaluation of the image quality of the patients

表5 患者圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)Table 5 The subjective evaluation of the image quality of the patients

3 討論

CT 檢查由于具有安全、無創(chuàng)、方便以及極高的密度分辨力等優(yōu)點(diǎn)，并可提供沒有組織重疊的橫斷面圖像，現(xiàn)已成為臨床診斷中一項(xiàng)重要的檢查手段。隨著電子信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，CT機(jī)的性能也得到了極大的提升，并出現(xiàn)了高端CT設(shè)備，可在不進(jìn)行心率干預(yù)的前提下完成對(duì)冠狀動(dòng)脈成像的高難度檢查。這使得CT檢查成為臨床診療中不可或缺的一部分，在心血管診斷領(lǐng)域甚至可以取代DSA檢查［6－8］。

鑒于以上的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)為了追求更小的漏診率，臨床醫(yī)師對(duì)可疑患者往往盡可能推薦行CT掃描。同時(shí)，放射科醫(yī)師為了追求更高的圖像質(zhì)量往往是采用高kV、高mAs、亞毫米薄層及小螺距重疊掃描等掃描參數(shù)對(duì)患者進(jìn)行CT掃描。但同時(shí)卻導(dǎo)致了患者所受輻射劑量的大大增加。國(guó)外曾有文獻(xiàn)報(bào)道，未來美國(guó)每年新出現(xiàn)的癌癥患者中1.5%～2.0%由于CT檢查的輻射導(dǎo)致，足以證明CT輻射對(duì)公眾的危害之深［9］。鑒于此，有關(guān)學(xué)者建議CT掃描應(yīng)在不影響診斷結(jié)果的前提下盡可能減少輻射劑量［10－11］。為滿足這一目的，各大CT機(jī)生產(chǎn)廠家紛紛研發(fā)各種降低CT輻射劑量的方法［12－13］，并推出了低劑量CT機(jī)。西門子公司適時(shí)推出擁有2套球管-探測(cè)器系統(tǒng)的雙源CT產(chǎn)品。本研究的目的就是對(duì)西門子公司的2款高端CT機(jī)-炫速雙源CT及普通雙源CT在頭部血管雙能量成像時(shí)的圖像質(zhì)量及輻射劑量進(jìn)行對(duì)比，以更好地指導(dǎo)臨床。

從本研究輻射劑量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，炫速組比普通組所受的DLP與輻射劑量更低，分別低了約16.1%與15.2%。用同一組水模分別在2種模式下掃描，炫速組DLP比普通組降低16.7%。這與患者試驗(yàn)結(jié)果基本一致。從2臺(tái)設(shè)備的硬件配置分析，使得炫速雙源CT劑量更低的因素主要應(yīng)該是其能譜純化技術(shù)的運(yùn)用，依靠安放在B球管射線窗前的選擇性光子濾過板-錫完成。錫濾過板主要用于增強(qiáng)雙能量CT檢查中的能量分離效果，只有在雙能量掃描中的140kV p射線束產(chǎn)生時(shí)才滑動(dòng)到其出射路徑上起濾過作用，主要用以去除低能量光子，使140 kV p射線束遷移到高能量光譜，這樣能夠更好地分離低kV和高kV光譜，從而能更好地區(qū)分不同物質(zhì)組織化學(xué)成分的組織特性圖像。選擇性光子屏蔽能夠更加靈活地優(yōu)化雙能量檢查和患者的掃描參數(shù)，同時(shí)可使用較低的劑量保持CNR，從而改善結(jié)果圖像中的DE信號(hào)。

從圖像質(zhì)量客觀對(duì)比分析，噪聲對(duì)比方面，無論是患者組還是水模組得到的結(jié)果均是炫速雙源雙能量組獲得圖像的噪聲明顯低于普通雙源雙能量組。原因在于炫速雙源CT配備了圖像噪聲更低、空間分辨率更高的Stellar探測(cè)器;從軟件配置方面分析應(yīng)該與其首創(chuàng)的基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建SAFIRE技術(shù)有關(guān)［14－16］。其次，在圖像CT值方面，雖然同一組水模在炫速組模式下得到的CT值高于普通組模式下的CT值，但本試驗(yàn)80例患者的分組統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果2組的CT值并無明顯差異，因此應(yīng)以實(shí)際患者結(jié)果為依據(jù)，故2組患者的CT值沒有明顯差別。另外，從患者圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)分析，炫速組患者與普通組患者無論在圖像噪聲、圖像銳利度還是總體圖像質(zhì)量上均沒有明顯差異，但在在小腦巖部的射線硬化束偽影上炫速組與普通組患者相比更少。

總之，在頭部血管雙能量成像時(shí)，在掃描條件(kV、參考mAs)近似相同的情況下，炫速雙源CT與普通雙源CT相比，患者所受的輻射劑量與圖像噪聲更低，但圖像總體質(zhì)量方面并無明顯差別。

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