頭顱CT不同掃描方式的圖像質(zhì)量分析

劉曉怡

綦維維QI Weiwei

劉 卓LIU Zhuo

陳 雷CHEN Lei

洪 楠HONG Nan

頭顱CT不同掃描方式的圖像質(zhì)量分析

劉曉怡LIU Xiaoyi

綦維維QI Weiwei

劉 卓LIU Zhuo

陳 雷CHEN Lei

洪 楠HONG Nan

中國醫(yī)學影像學雜志

2017年 第25卷 第6期：418-421，429

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (6): 418-421, 429

目的分析256排寬體探測器軸掃描、常規(guī)探測器軸掃描和螺旋掃描頭顱CT的圖像質(zhì)量，為患者提供更加有效的頭顱CT檢查方法。資料與方法將90例行常規(guī)頭顱CT檢查的患者隨機分為3組進行前瞻性研究，采用GE Revolution CT分別進行探測器寬度160 mm軸掃描、40 mm軸掃描和40 mm螺旋掃描。調(diào)整掃描條件使輻射劑量保持一致的情況下進行圖像質(zhì)量分析。比較3種掃描模式所得圖像的腦灰、白質(zhì)CT值及灰白質(zhì)對比噪聲比（CNR）和圖像噪聲，并對3種掃描方式進行圖像質(zhì)量的主觀評分。結(jié)果側(cè)腦室體部層面3種掃描方式的腦灰、白質(zhì)CT值及CNR差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。在半卵圓中心層面，160 mm軸掃描的腦灰、白質(zhì)CT值分別為（31.71±1.82）HU和（22.97±1.50）HU，灰白質(zhì)CNR為2.05±0.42，與其他2種掃描方式差異有統(tǒng)計學意義（F=26.74、47.16、3.85，P＜0.05）。在半卵圓中心層面，160 mm 軸掃描的圖像噪聲低于其他2 種掃描方式，差異有統(tǒng)計學意義（F=6.31，P＜0.05）；在基底節(jié)層面和后顱窩層面3 種掃描方式的圖像噪聲差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。3種掃描方式主觀評分均符合診斷標準，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。160 mm寬體探測器軸掃描有效劑量、掃描時間均低于其他2種掃描方式，射線利用率高。結(jié)論160 mm寬體探測器頭顱CT軸掃描更加適合常規(guī)頭顱CT檢查，并可作為急診及不合作患者的首選掃描方式。

體層攝影術(shù)，X線計算機；體層攝影術(shù)，螺旋計算機；腦；輻射劑量；質(zhì)量控制

CT是公認的神經(jīng)系統(tǒng)疾病一線檢查手段[1]。由于探測器寬度的限制，常規(guī)頭顱CT平掃一直沿用窄體探測器軸掃描采集模式，存在一定的局限性，包括掃描時間長、躁動不合作的患者容易出現(xiàn)運動偽影以及冠狀位重組時的偽影等[2-3]。近來，基于硬件和軟件的進步，多排螺旋CT的探測器寬度可達到80 mm和160 mm，寬體探測器CT不僅可以進行更快速的掃描，還可以通過軸掃描完成大范圍的容積成像，空間分辨率、時間分辨率等性能有大幅度的提升。對于頭顱CT檢查，射線要穿過顱骨，窄體軸掃描因為較好的準直和較少的散射線是獲得良好圖像質(zhì)量的保證，但能否通過探測器寬度的增加進行快速單次頭顱掃描，并獲得較高質(zhì)量的圖像，目前國內(nèi)外相關(guān)報道較少。本研究采用Revolution CT（GE Healthcare）探討不同探測器寬度的軸掃描和螺旋掃描對常規(guī)頭顱CT圖像質(zhì)量的影響，分析更加適合常規(guī)頭顱CT檢查的掃描方式。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2015年6－8月因頭痛、頭暈等在北京大學人民醫(yī)院行頭顱CT檢查的患者共90例進行前瞻性研究，其中男33例，女57例；年齡21～66歲，平均（49.2±12.1）歲。將90例患者隨機分為3組，每組30例，分別采用160 mm寬體探測器軸掃描、40 mm常規(guī)探測器軸掃描和40 mm常規(guī)探測器螺旋掃描3種方式進行檢查，其中160 mm軸掃描組男12例，女18例；年齡25～66歲，平均（50.8±12.2）歲；40 mm軸掃描組男10例，女20例；年齡21～65歲，平均（47.5±12.9）歲；40 mm螺旋掃描組男11例，女19例；年齡21～65歲，平均（49.2±11.4）歲。排除標準：影像診斷顱內(nèi)占位、腦出血、腦梗死、腦萎縮等影響數(shù)據(jù)測量的患者。

1.2 儀器與方法 采用GE Revolution 256排螺旋CT機，取仰臥位，以聽眥線為掃描基線進行頭顱CT掃描。160 mm軸掃描、40 mm軸掃描及40 mm螺旋掃描的掃描參數(shù)：管電壓均為120 kV，管電流分別為425、435、430 mA，旋轉(zhuǎn)時間均為0.5 s/r，螺旋掃描螺距為0.969∶1，掃描時間分別為0.5、9.5、2.5 s。掃描范圍顱頂至顱底，標準重建算法。

1.3 圖像客觀分析 比較3種掃描模式所得圖像的腦灰質(zhì)、白質(zhì)CT值和圖像噪聲，計算腦灰、白質(zhì)對比噪聲比（CNR），CNR=（灰質(zhì)平均CT值－白質(zhì)平均CT值）/[（灰質(zhì)平均噪聲）2+（白質(zhì)平均噪聲）2]1/2[4]。選擇3個解剖層面來研究，即半卵圓中心層面、側(cè)腦室體部層面及后顱窩顳骨巖部層面。在半卵圓中心層面、側(cè)腦室體部層面測量腦灰、白質(zhì)CT值，灰質(zhì)ROI大小3～5 mm2，白質(zhì)ROI大小30 mm2。取3個層面平均CT值的標準差（SD）衡量圖像噪聲，ROI大小30 mm2。比較3種掃描方式的輻射劑量、射線利用率，有效劑量=CTDI×16×0.0023，其中CTDI為CT容積劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTDIvol）。

1.4 圖像主觀分析 由2名放射科副主任醫(yī)師采用雙盲法對3種掃描方式獲得的CT圖像從解剖結(jié)構(gòu)顯示、偽影、噪聲和診斷的可接受程度4個方面進行圖像質(zhì)量評分。采用5分法進行評價[4]，5分：優(yōu)，解剖結(jié)構(gòu)清楚，圖像清晰，無偽影，完全符合診斷要求；4分：良好，解剖結(jié)構(gòu)較清楚，圖像較清晰，輕度偽影，符合診斷要求；3分：一般，解剖結(jié)構(gòu)能辨認，圖像中度模糊或偽影，不影響診斷；2分：較差，解剖結(jié)構(gòu)不清，能大致辨認，有明顯偽影，不符合診斷要求；1分：差，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，圖像模糊，偽影重，完全不能用于診斷。2名醫(yī)師意見不一致時，協(xié)商達成一致。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 21.0軟件，采用單因素方差分析進行3種掃描方式客觀指標及主觀指標的比較，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像客觀質(zhì)量比較 3種掃描方式的灰、白質(zhì)CT值及CNR見表1。在半卵圓中心層面，160 mm軸掃描的灰、白質(zhì)CT值低于40 mm軸掃描和40 mm螺旋掃描，分別降低了9%及8%（P＜0.05）；160 mm軸掃描CNR優(yōu)于其他2種掃描方式，差異有統(tǒng)計學意義（F=3.85，P＜0.05）。在側(cè)腦室體部層面，3種掃描方式的灰、白質(zhì)CT值及CNR差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。3種掃描方式的圖像噪聲見表2。在半卵圓中心層面，160 mm軸掃描的圖像噪聲低于其他2種掃描方式，差異有統(tǒng)計學意義（F=6.31，P＜0.05），在側(cè)腦室體部層面和后顱窩層面3種掃描方式的圖像噪聲差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.2 圖像主觀質(zhì)量評分 160 mm軸掃描、40 mm軸掃描和40 mm螺旋掃描主觀評分分別為（4.40±0.56）分、（4.33±0.55）分和（4.36±0.56）分，三者差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。160 mm軸掃描在腦白質(zhì)病、腦梗死（急性-亞急性）和腦梗死（陳舊性）3個代表層面對頭顱正常解剖部位和病變的顯示清晰，符合診斷要求（圖 1～3）。

2.3 輻射劑量、射線利用率 160 mm軸掃描、40 mm軸掃描和40 mm螺旋掃描CTDIvol分別為33.33、33.77、33.91 mGy；射線利用率分別為96.6%、89.5%和89.5%；有效劑量分別為1.23、1.24、1.25 mGy。

表1 3種掃描方式灰、白質(zhì)CT值及CNR比較（±s）

表1 3種掃描方式灰、白質(zhì)CT值及CNR比較（±s）

掃描方式 半卵圓中心層面 側(cè)腦室體部層面灰質(zhì)CT值（HU）白質(zhì)CT值（HU） CNR 灰質(zhì)CT值（HU）白質(zhì)CT值（HU） CNR 160 mm 軸掃描 31.71±1.82 22.97±1.50 2.05±0.42 34.67±1.14 27.56±1.02 1.59±0.30 40 mm 軸掃描 34.81±1.41 26.11±1.29 2.00± 0.42 34.73±1.28 27.16±1.06 1.71±0.41 40 mm 螺旋掃描 34.45±2.10 25.81±1.35 1.76± 0.42 34.39±1.47 26.95±1.11 1.67±0.47F值 26.74 47.16 3.85 0.60 2.51 0.75P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

表2 3種掃描方式噪聲比較（±s）

表2 3種掃描方式噪聲比較（±s）

掃描方式 半卵圓中心層面后顱窩層面160 mm軸掃描 2.89±0.68 4.11±0.67 6.10±0.98 40 mm軸掃描 3.48±0.44 4.27±0.51 5.72±0.99 40 mm螺旋掃描 3.35±0.83 4.37±0.56 5.91±1.00F值 6.31 1.45 1.09P值 ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05側(cè)腦室體部層面

圖1 女，59歲，腦白質(zhì)病。雙側(cè)半卵圓中心低密度灶，解剖結(jié)構(gòu)清楚，圖像清晰，無偽影，病灶顯示清晰，評分5分

圖2 男，58歲，腦梗死（急性-亞急性期）。右側(cè)側(cè)腦室旁白質(zhì)內(nèi)及左側(cè)側(cè)腦室前角旁低密度灶，邊界稍模糊，解剖結(jié)構(gòu)顯示較清楚，圖像較清晰，無偽影，評分4分

3 討論

既往由于探測器技術(shù)的限制，覆蓋范圍最多達40 mm。頭顱CT傳統(tǒng)軸掃描模式掃描時間長，對于臨床配合差或不自主運動的患者很難獲得滿意的圖像，因此，唯有縮短掃描時間并保證圖像質(zhì)量才能克服常規(guī)軸掃描模式帶來的局限性。本研究采用的Revolution CT機具有160 mm的Z軸覆蓋范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)一次軸掃覆蓋整個頭顱，極大地提高了掃描速度并獲得了滿意的圖像質(zhì)量。

圖3 女，58歲，腦梗死（陳舊性）。右側(cè)小腦半球低密度灶，邊界清晰，水樣密度，解剖結(jié)構(gòu)清楚，圖像清晰，無偽影，病灶顯示清晰，評分5分

從圖像質(zhì)量的客觀評價來看，寬體探測器軸掃描較傳統(tǒng)探測器有優(yōu)勢。本研究中在半卵圓中心層面，160 mm軸掃描模式灰、白質(zhì)CT值略低于40 mm軸掃描和螺旋掃描（P＜0.05），相應(yīng)160 mm軸掃描模式的CNR高于其他2種掃描模式（P＜0.05）。在側(cè)腦室體部層面，3種掃描方式的灰、白質(zhì)CT值及CNR差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其主要原因可能隨著160 mm寬體探測器的X線錐角增加，足跟效應(yīng)相應(yīng)增加，X線頻譜在Z軸發(fā)生變化，掃描野的邊緣部位發(fā)生了CT值的偏移，即在半卵圓中心層面出現(xiàn)了CT值的偏移[5]。雖然發(fā)生了CT值的偏移，但偏移程度在10%以內(nèi)。同時本研究還發(fā)現(xiàn)，160 mm軸掃描的CNR與40 mm軸掃描和螺旋掃描的CNR相當，甚至在靠近掃描野邊緣的半卵圓中心層面，腦組織的CNR優(yōu)于其他2種掃描模式。因此，本研究認為160 mm軸掃描方式的掃描野邊緣部位CT值的輕度偏移不會影響如急性腦梗死等低對比度病灶的清晰顯示，并且主觀評分結(jié)果也證實了3種掃描方式圖像質(zhì)量的主觀評分差異并無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。此外，在進行圖像冠狀位或矢狀位重組時，由于160 mm寬體探測器旋轉(zhuǎn)1周即可完成整個頭顱的掃描，掃描速度快、運動偽影少，因此其圖像重建時比傳統(tǒng)探測器軸掃描或螺旋掃描更具有優(yōu)勢。

寬體探測器與傳統(tǒng)探測器相比，提高了射線的利用率，減少了輻射。根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同可知，螺旋掃描模式的劑量要高于軸掃描模式。螺旋掃描有劑量疊加的情況，而軸掃描模式?jīng)]有重疊掃描的部分，因此不會增加額外的輻射劑量[6]。螺旋掃描因為需要采集掃描野外的部分數(shù)據(jù)，有掃描野外的無效劑量導致射線利用率降低。在螺旋掃描模式下，同時隨著探測器寬度的增加，超范圍掃描將增大，掃描劑量會增加，因此，寬線束帶來的額外輻射所占整體輻射的比例要小于窄線束[7]。即軸掃模式下，寬體探測器的額外輻射占整體輻射的比例小于常規(guī)探測器。從本研究的射線利用率來看，160 mm寬體探測器軸掃描最高（96.6%），40 mm常規(guī)探測器軸掃描和螺旋掃描較低（89.5%）。本研究結(jié)果與常鑫等[8]關(guān)于頭顱CT軸掃描模式和螺旋掃描模式的輻射劑量比較結(jié)果一致。目前64排CT軸掃描已廣泛應(yīng)用于心臟低劑量掃描，在腹部成像中也得到了較多的應(yīng)用[9-12]。射線利用率的結(jié)果顯示寬體探測器軸掃描對于降低頭顱CT掃描的輻射劑量有更多的貢獻。

另外，寬體探測器的應(yīng)用提高了檢查的時間分辨率。軸掃描模式中，掃描時間為曝光時間與掃描床移動的時間之和。而螺旋掃描總的檢查時間即為曝光時間，因此，螺旋掃描時間常常短于軸掃描模式，既往常規(guī)探測器軸掃描模式對于躁動患者圖像采集時容易出現(xiàn)運動偽影。探測器寬度增加到160 mm，旋轉(zhuǎn)1周即可覆蓋整個頭顱，極大地縮短了檢查時間。本研究中160 mm寬體探測器軸掃描時間僅需0.5 s，明顯低于40 mm探測器軸掃描的9.5 s和螺旋掃描的2.5 s，有效提高了時間分辨率，尤其適用于急診及躁動不合作的患者，可以減少甚至避免運動偽影的產(chǎn)生，提高檢查成功率。

同時，寬體探測器也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。本研究中，在后顱窩層面，寬體探測器軸掃描圖像的噪聲略高于其他2種掃描模式，其原因可能為探測器寬度增加，需要大的X線錐角，提示數(shù)據(jù)采集過程中會出現(xiàn)Z軸的信號盲區(qū)，產(chǎn)生錐形束偽影、形變及散射線問題，增加圖像的噪聲、影響成像質(zhì)量[13]。此外，軸掃描模式和較寬的探測器寬度對顱底高密度骨質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的偽影更加敏感[6,14]。因此，在接近顱底的層面，寬體探測器軸掃描的噪聲可能會有所增加，雖然本研究中顱底層面的噪聲略有增加，但與其他2種方法相比差異并無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。此外，在半卵圓中心層面，圖像噪聲低于其他2種掃描方式。本研究考慮這可能與CT設(shè)備為了克服錐形束圖像邊緣形變而做的改變有關(guān)。但整個頭顱圖像從主觀評分來看，3種掃描方式的圖像質(zhì)量差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），說明探測器寬度的增加未導致臨床診斷質(zhì)量下降。160 mm軸掃描組的頭顱CT圖像均符合臨床診斷要求，并且與另外2組相比，圖像質(zhì)量未見明顯降低。

為了比較不同模式的圖像質(zhì)量，本研究在輻射劑量盡量一致的條件下進行了研究，因為噪聲和CNR均與輻射劑量有關(guān)，輻射劑量越高，噪聲越低。然而，由于設(shè)備的限制，本研究中管電流只能按5的整數(shù)倍進行調(diào)節(jié)，3種掃描方式間略有差別。

總之，采用160 mm寬體探測器進行常規(guī)頭顱CT單圈掃描，可以提高射線的利用率，同時圖像質(zhì)量未降低。此外，160 mm寬體探測器軸掃描較40 mm常規(guī)探測器軸掃描和螺旋掃描分別縮短了約95%和75%的時間，這能為急診、躁動及不合作的患者獲得滿意的圖像提供有效的檢查方法。隨著今后CT硬件性能的不斷提高、重建算法和掃描技術(shù)的進步，寬體探測器軸掃描的優(yōu)越性將更進一步得到體現(xiàn)。

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（本文編輯 周立波）

Image Quality Assessment of Brain CT with Different Scanning Modes

PurposeTo analyze the image quality of brain CT with 256-slice wide detector axial scanning mode, routine axial scanning mode and spiral scanning mode, and to provide a more effective brain CT examination method for patients.Materials and MethodsThe prospective study was conducted on 90 patients accepting routine brain CT examination, and they were randomly divided into three groups. CT examination with 160 mm axial scanning mode, 40 mm axial scanning mode and 40 mm spiral scanning mode were respectively conducted using GE Revolution CT. The scanning condition was adjusted to remain constant radiation dose, and then the image quality was analyzed. CT attenuation of gray and white matter, contrast-to-noise ratio (CNR) of white-gray matter and image noise of the three scanning modes were compared. Subjective scoring on image quality of the three scanning modes was also performed.ResultsOn body lateral cerebral ventricle level, there were no signi fi cant difference in CT attenuation of gray and white matter and CNR (P＞0.05). On centrum semiovale level, the CT attenuation of gray matter[(31.71±1.82) HU], white matter [(22.97±1.50) HU] and CNR 2.05±0.42 of 160 mm axial scanning mode was significantly different from the other two scanning modes(F=26.74, 47.16 and 3.85,P＜0.05). On centrum semiovale level, image noise of 160 mm axial scanning mode was lower than the other two kinds of scanning methods (F=6.31,P＜0.05)， in the basal ganglia and posterior fossa there were no statistically significant differences in the image noise between the three scanning modes (P＞0.05). The subjective score of the three scanning modes all met the diagnostic requirements, and there was no significant difference (P＞0.05). The effective dose and scanning time of 160 mm axial scanning mode was lower than those of the other two scanning modes, and the X-ray utilization was higher.Conclusion160 mm wide detector axial scanning mode is more suitable for brain CT scan, and it can be used as the preferred scanning mode in the emergency and among non-cooperative patients.

Tomography, X-ray computed; Tomography, spiral computed; Brain;Radiation dosage; Quality control

北京大學人民醫(yī)院放射科 北京 100044

洪 楠

2016-10-29

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.06.005

2016-12-20

Department of Radiology, Peking University People's Hospital, Beijing 100044, China

Address Correspondence to:HONG Nan

E-mail: hongnan@bjmu.edu.cn

R445.3；R816.1