智能最佳管電壓技術(shù)對胸部CT 輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響

何新華 胡永勝 楊 越 王自勇 胡鵬程 王勁武 付 璇 孔祥旭

胸部CT 平掃方便快捷，臨床應(yīng)用極為廣泛。由 于不同個(gè)體、不同掃描層面所需要的曝光劑量不相同，常規(guī)胸部低劑量掃描技術(shù)(固定低管電流、固定低管電壓等)［1－6］基本上可滿足發(fā)現(xiàn)病灶的需要，但由于胸廓入口區(qū)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，胸壁肌肉較厚，骨骼較多且形態(tài)各異，圖像噪聲加大，胸廓入口區(qū)域?qū)用娉Ｒ娸^嚴(yán)重的條狀射束硬化偽影，圖像質(zhì)量有所下降，加之平掃缺乏增強(qiáng)掃描的血管顯影對比，解剖結(jié)構(gòu)顯示欠佳，常給診斷帶來困難，甚至影響診斷。根據(jù)體質(zhì)指數(shù)(BMI)選擇不同電壓，不僅需要測量患者身高體重并計(jì)算BMI，還需要人工選擇電壓，耗時(shí)耗力，難以推廣;根據(jù)目測患者BMI 選擇電壓又缺乏準(zhǔn)確性。智能毫安技術(shù)(CARE Dose 4D)技術(shù)可以根據(jù)人體的組織密度相應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)曝光劑量，在有效減少輻射劑量、改善診斷圖像質(zhì)量方面優(yōu)于固定條件，但在實(shí)際工作中，仍然有相當(dāng)部分患者輻射劑量較高，胸廓入口處噪聲較大，偽影較重。第4 代低劑量技術(shù)——智能最佳kV 掃描技術(shù)(combined applications to reduce exposure kV，CARE kV 技術(shù))能否提高工作效率，在降低輻射劑量的同時(shí)有效地減輕胸廓入口區(qū)域?qū)用娴膫斡?，降低噪聲，改善圖像質(zhì)量成為本研究的重點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料將本院2014 年4 月至6 月接受胸部CT 平掃檢查的病例按時(shí)間分為3 組，4 月1 日至30 日為常規(guī)管電壓組(A 組)，5 月1 日至31 日為低管電壓組(B 組)，6 月1 日至30 日為CARE kV(C 組)。將每組符合條件的前70 例共210 例納入研究。其中男性135 例，女性75 例，年齡18 ～93 歲，平均(61.2±15.9)歲。排除標(biāo)準(zhǔn):年齡＜18 歲、雙臂不能上舉、屏氣不良、有運(yùn)動(dòng)偽影、金屬偽影、有肺葉或乳腺切除史、嚴(yán)重病變影響解剖結(jié)構(gòu)觀察者。檢查征得所有患者知情同意。

1.2 設(shè)備與掃描參數(shù)采用德國Siemens Somatom Definition CT 掃描、Care stream PACS 工作站進(jìn)行測量和圖像評(píng)價(jià)。吸氣末屏氣狀態(tài)下螺旋掃描，掃描范圍從胸廓入口處至肋膈角下緣。掃描參數(shù):A 組采用120 kV，B 組采用100 kV，C 組采用CARE kV+參考管電壓(Ref.kV)100 kV、劑量優(yōu)化按鈕選擇“3”。三組均開啟CARE Dose 4D 模式，參考管電流(Quality ref.mAs)180 mAs。肺窗重建層厚為2 mm，間隔2 mm，卷積核B70f，窗寬1400，窗位－520;縱膈窗重建層厚為5 mm，間隔5 mm，卷積核B31f，窗寬400，窗位40。兩組均采用1 mm 薄層重建，將全部圖像上傳PACS 和圖像后處理工作站。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由2 位高級(jí)職稱醫(yī)師、技師采用PACS 工作站對縱隔窗和肺窗兩組圖像的胸廓入口層面、肺動(dòng)脈干層面及右下肺靜脈層面進(jìn)行主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。包括觀察肺實(shí)質(zhì)、肺紋理、支氣管血管束，胸廓入口處及縱隔內(nèi)血管、淋巴結(jié)、心包及胸壁結(jié)構(gòu)、病灶邊緣及內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯示的清晰度、組織間的對比度、噪聲、偽影等。綜合以上各結(jié)構(gòu)的顯示情況，采用4 分制對圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分:4 分(優(yōu)秀):圖像組織結(jié)構(gòu)顯示清晰，對比度良好，無明顯偽影，噪聲小，完全能滿足診斷要求。3 分(良好):圖像組織結(jié)構(gòu)顯示較清楚，對比度較好，偽影較輕，圖像噪聲稍大，能滿足診斷要求;2分(一般):圖像組織結(jié)構(gòu)顯示稍差，偽影明顯，噪聲較大，但基本能滿足診斷要求;1 分(差):組織結(jié)構(gòu)顯示不清，圖像偽影嚴(yán)重，噪聲大，不能滿足診斷要求?！?分的圖像被認(rèn)為可以接受。偽影嚴(yán)重程度分級(jí):無明顯偽影、輕度偽影(可見輕微條狀偽影，不影響診斷)、中度偽影(條狀偽影明顯，但可以診斷)、重度偽影(條狀偽影多且寬大，結(jié)構(gòu)顯示不清，影響診斷)。

1.3.2 客觀測量 在縱隔窗分別測量胸廓入口層面脊柱旁及背部肌肉3 個(gè)感興趣區(qū)域(ROI)、肺動(dòng)脈干層面以及右下肺靜脈層面降主動(dòng)脈內(nèi)CT 值及噪聲，ROI 為10 mm2左右，注意避開骨骼、鈣化斑塊、脂肪組織、血管邊緣、偽影等。信噪比(SNR)為CT 值/噪聲，其中胸廓入口層面取3 個(gè)ROI 的平均值。

1.3.3 指標(biāo)計(jì)算 測量記錄每位受檢者身高(m)、體重(kg)，計(jì)算體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)。測量胸廓入口、肺動(dòng)脈干以及右下肺靜脈層面胸廓最大前后徑和左右徑。記錄每名患者掃描時(shí)容積劑量指數(shù)(CTDIVOL)劑量長度積(dose length ptoduct，DLP)，計(jì)算有效吸收劑量(effective dose，ED):ED=DLP× k(組織權(quán)重因子)，參照歐洲CT 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南，胸部CT 的k 值為0.014。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS 17.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量數(shù)據(jù)采用±s 表示，組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD 法;計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)采用χ2檢驗(yàn)，主觀評(píng)分采用秩和檢驗(yàn)。以P ＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料及輻射劑量3 組患者性別、年齡、BMI、胸廓前后徑等一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。A、B 兩組各70 例按照預(yù)設(shè)參數(shù)完成掃描。C 組(CARE kV 組)70 例掃描時(shí)自動(dòng)選擇管電壓及管電流，13 例為100 kV，ref.mAs180，有效mAs 為(94.23±12.85);47 例為120 kV，ref.mAs110，有效mAs 為(89.68±15.06);10 例為140 kV，ref.mAs77，有效mAs(85.10±11.27)。有效mAs、CTDIvol、DLP、ED 在3 組間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)，見表1。B 組與A 組比較，有效mAs、CTDIvol、DLP、ED 分別降低10.35%、46.69%、47.10%、46.26%;C 組與A組 比 較，分 別 降 低 35.08%、35.34%、34.51%、33.48%。

表1 3 組患者一般資料及輻射劑量比較±s)

注:a 為χ2 檢驗(yàn)

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2.2 圖像質(zhì)量

2.2.1 圖像噪聲 B 組胸部3 個(gè)不同層面的噪聲 均高于A 組、C 組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。兩兩比較，胸廓入口層面C 組噪聲低于其余兩組，C 組與A 組噪聲比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C 組與B 組噪聲比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。中、下肺層面噪聲A 組＜C 組＜B 組，組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。詳見表2。

表2 3 組圖像CT 值、噪聲、SNR、質(zhì)量評(píng)分比較(±s)

表2 3 組圖像CT 值、噪聲、SNR、質(zhì)量評(píng)分比較(±s)

注:HU:CT 值;SD:噪聲;SNR:信噪比。評(píng)分1:縱膈窗評(píng)分;評(píng)分2:肺窗評(píng)分;b 為秩和檢驗(yàn)。

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2.2.2 圖像SNR 胸廓入口層面SNR:C 組＞A 組＞B 組。兩兩比較，C 組與A 組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，C 組與B 組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。中、下肺層面SNR:A 組＞C 組＞B 組，組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。詳見表2。

2.2.3 主觀評(píng)分 胸廓入口層面肺窗和縱膈窗圖像質(zhì)量評(píng)分C 組高于A 組和B 組。組間兩兩比較，C 組和A 組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其余各組兩兩比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。肺動(dòng)脈干層面和下肺部右肺靜脈層面C 組和A 組評(píng)分均高于B 組，組間兩兩比較，C 組和A 組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＞0.05)。詳見表2。

2.2.4 偽影 胸廓入口層面C 組的條狀偽影及偽影嚴(yán)重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。組間兩兩比較，結(jié)果顯示A 組與C 組差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.058)，但A 組與B 組、B 組與C 組之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P ＜0.05)。詳見表3。

表3 3 組胸廓入口層面?zhèn)斡扒闆r比較(例)

綜合評(píng)價(jià)，胸廓入口層面C 組的條狀偽影及偽影嚴(yán)重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，圖像質(zhì)量顯著優(yōu)于低劑量B 組(見圖1 ～3)。

3 討論

胸部CT 對于病變檢出、分辨其細(xì)微結(jié)構(gòu)、定性診斷、療效評(píng)價(jià)等均具有重要價(jià)值，臨床應(yīng)用日益廣泛，但隨之而來的醫(yī)源性輻射劑量也大為增加。如何充分利用現(xiàn)有設(shè)備的軟硬件條件，“降低輻射劑量，同時(shí)提高圖像質(zhì)量”，成為人們研究和關(guān)注的熱點(diǎn)。

CARE kV 技術(shù)可根據(jù)檢查類型和患者被檢部位定位像的衰減信息，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的圖像質(zhì)量要求，自動(dòng)計(jì)算出不同管電壓下所需管電流的基準(zhǔn)值和變化曲線，同時(shí)計(jì)算出CTDIvol，然后從低到高依次選擇管電壓，在球管系統(tǒng)硬件允許的情況下選擇能實(shí)現(xiàn)的最低管電壓進(jìn)行掃描，并適當(dāng)進(jìn)行管電流補(bǔ)充以降低輻射劑量，提高圖像質(zhì)量［7］。有專家采用智能kV 技術(shù)在胸腹部CT 增強(qiáng)掃描及CTA 成像應(yīng)用研究中顯示，當(dāng)管電壓較低時(shí)，X 線的穿透能力下降，導(dǎo)致圖像噪聲增大。增強(qiáng)后X 線的衰減程度增加，CT 值升高，SNR、CNR 增加，有利于改善胸腹低劑量增強(qiáng)掃描后成像質(zhì)量，同時(shí)可以降低輻射劑量20.41 ～38.5%［3，7－10］。而目前該技術(shù)在胸部CT 平掃中的應(yīng)用價(jià)值報(bào)道較少。

本研究結(jié)果顯示，CARE kV 掃描模式下管電壓的選擇與患者的BMI、體型及掃描范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)相關(guān)。BMI 較小的患者選擇了較低的掃描管電壓，對于BMI 較大、體型寬厚的患者，CARE kV 掃描模式能夠自動(dòng)選擇140 kV 的同時(shí)降低mAs 進(jìn)行掃描，這就能夠在保證圖像質(zhì)量的前提下把輻射劑量降到最低。mAs、CTDIvol、DLP、ED 在3 組 間 差 異 有 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義(P ＜0.05)，B 組 與A 組 比 較，分 別 降 低10.35%、46.69%、47.10%、46.26%。C 組與A 組比較，分別降低35.08%、35.34%、34.51%、33.48%，與許軼群等［7－10］增強(qiáng)掃描時(shí)采用CARE kV 技術(shù)的研究結(jié)果相近。

噪聲和偽影是影響圖像質(zhì)量的重要因素。本研究結(jié)果顯示，CARE kV 組胸廓入口區(qū)域?qū)用娴腟D(11.76±3.20)最低，SNR(3.84±1.07)最高，條狀偽影及偽影嚴(yán)重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，圖像質(zhì)量評(píng)分C 組高于A、B 組。病變的檢出率及細(xì)節(jié)顯示較好，表明圖像質(zhì)量顯著優(yōu)于低劑量B 組和常規(guī)劑量A 組。顯示CARE kV 技術(shù)在降低輻射劑量的同時(shí)可以顯著改善胸廓入口層面的圖像質(zhì)量，有利于分辨組織結(jié)構(gòu)和病變。

肺動(dòng)脈干層面和右肺靜脈層面的SD 統(tǒng)計(jì)結(jié)果為A 組＜C 組＜B 組，SNR 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為A 組＞C 組＞B 組;圖像質(zhì)量評(píng)分A 組略高于C 組和B 組，中、下肺層面C 組圖像質(zhì)量介于A 組與B 組之間，優(yōu)于常規(guī)低劑量組。分析原因是由于圖像噪聲與探測器接受的有效光子數(shù)成反比，圖像總體噪聲隨著掃描劑量降低而逐漸增大，SNR 有所下降。但由于CARE kV 技術(shù)能夠針對不同個(gè)體，結(jié)合預(yù)先設(shè)定的圖像質(zhì)量要求，將最佳管電壓和管電流組合在一起，保證噪聲加大和信噪比下降在人眼的可接受范圍內(nèi)，對于圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)產(chǎn)生的影響較小，對診斷無明顯影響。

綜上所述，CARE kV 結(jié)合CARE Dose 4D 技術(shù)可以顯著降低胸部CT 平掃受檢者的輻射劑量，同時(shí)有效降低胸廓入口區(qū)域?qū)用娴脑肼暎瑴p少和減輕條狀偽影，有利于分辨組織結(jié)構(gòu)和病變，圖像質(zhì)量穩(wěn)定;無需根據(jù)患者的體型和BMI 等選擇掃描參數(shù)，顯著提高了工作效率，具有很好的臨床應(yīng)用價(jià)值。而本研究的不足之處在于本設(shè)備沒有SAFIRE 重建軟件，未能將CARE kV 與SAFIRE 重建技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用對圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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