低管電壓聯(lián)合迭代重建技術(shù)在BMI正常腰椎疾病患者多層螺旋CT檢查中的應用

余敬，陳凱，劉忱，趙漢青，孫晨曦，侯利軍，柴雷雷，員林(中國人民解放軍第九七醫(yī)院，江蘇徐州221004)

腰椎多層螺旋CT檢查在臨床工作中發(fā)揮重要作用，但是CT檢查所產(chǎn)生的輻射劑量不斷增加，而輻射所致的癌癥風險也逐漸增加[1,2]。因此臨床上提出了低劑量個性化掃描，即根據(jù)患者具體情況采用較小的CT輻射劑量達到可滿足診斷的圖像質(zhì)量。降低CT輻射劑量主要依靠優(yōu)化檢查方法和掃描參數(shù)，降低管電壓是其中一種有效方法，但是會增加圖像噪聲。濾波反投影法(FBP)是一種基于解析的重建方式，重建速度快，但是對投影數(shù)據(jù)要求嚴格，圖像質(zhì)量有限，噪聲較大[3]。120 kVp管電壓聯(lián)合FBP圖像重建是臨床進行腰椎多層螺旋CT掃描的常規(guī)方法。近年來興起的迭代重建技術(shù)(SAFIRE)具有降低圖像噪聲、提高圖像質(zhì)量的優(yōu)點。本研究探討低管電壓聯(lián)合SAFIRE在BMI正常腰椎疾病患者腰椎多層螺旋CT檢查中的應用效果，為腰椎CT低劑量個性化掃描奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2016年6～12月因腰部疾病于我院行腰椎多層螺旋CT掃描的BMI正常(BMI 18～25)患者60例，男32例、女28例，年齡23～70(45.82±12.28)歲。均經(jīng)臨床病史及體格檢查擬診為腰椎疾病，骨科或疼痛科醫(yī)生建議行腰椎多層螺旋CT掃描。排除標準：掃描后圖像存在明顯運動偽影或者表現(xiàn)為明顯異物及金屬硬化條狀偽影者。將60例患者隨機分為120 kVp組、100 kVp組及80 kVp組，三組性別構(gòu)成比及年齡均具有可比性。本研究通過醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審核，患者均簽署知情同意書。

1.2 掃描及圖像重建方法 ①掃描方法：患者取頭先進仰臥位，采用德國Siemens Somatom Definition CT機進行腰椎CT平掃，掃描范圍根據(jù)定位像自第12胸椎至第1骶椎。采用容積掃描及自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)，參考管電流設置為300 mAs。探測器寬度為64×0.6 mm，螺距為1.35，X線管轉(zhuǎn)速為0.5 s/周，重組間隔為1 mm。120 kVp組、100 kVp組、80 kVp組掃描時的管電壓分別設置為120、100、80 kVp。②圖像重建方法：120 kVp組僅采用FBP進行圖像重建，100 kVp組、80 kVp組掃描完成后分別根據(jù)設備內(nèi)置軟件采用FBP及SAFIRE進行圖像重建。

1.3 相關(guān)指標觀察

1.3.1 圖像質(zhì)量客觀評價相關(guān)指標 參考鄭余澤等[4]測量圖像噪聲的方法，在設備后處理工作站中，選擇第2腰椎體水平的橫斷位圖像進行噪聲值及信噪比測量。在軟組織窗寬選取腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌，感興趣區(qū)大小為20 mm2，計算腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌的噪聲值及信噪比。感興趣區(qū)噪聲值為區(qū)域內(nèi)測量CT值的標準差(SD)，感興趣區(qū)內(nèi)信噪比為區(qū)域內(nèi)CT值/SD值。測量左右對稱兩點后取平均值。

1.3.2 圖像質(zhì)量主觀評分 由兩名具有5年以上工作經(jīng)驗的影像科診斷醫(yī)師，共同采用5分制對各組重建的腰椎矢狀位圖像質(zhì)量進行評分，若遇意見不同時經(jīng)商榷達成一致意見。評分標準：解剖細節(jié)清晰，能簡單明了地進行評價為5分；解剖結(jié)構(gòu)及細節(jié)較清楚，能夠進行評價但是效果不理想為4分；大部分解剖結(jié)構(gòu)可以滿足診斷，但少數(shù)圖像不能進行評價為3分；解剖結(jié)構(gòu)不清楚，細節(jié)不足以被發(fā)現(xiàn)而影響診斷為2分；解剖結(jié)構(gòu)模糊，不能診斷為1分。

1.3.3 管電流 參照吳愛琴等[5]的方法采用CARE Dose 4D軟件記錄各組管電流。

1.3.4 輻射相關(guān)指標 從儀器中記錄各組CT容積指數(shù)(CTDIvol)，利用CTDIvol及其掃描長度L計算出劑量長度乘積(DLP)。有效輻射劑量(ED)=DLP·K值，K值=0.017 mSv·mGy-1·cm-1[6]。

2 結(jié)果

2.1 各組圖像質(zhì)量客觀評價相關(guān)指標比較 采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組、80 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值及信噪比均低于采用FBP進行圖像重建(P均<0.05)。采用FBP進行圖像重建的100 kVp組、采用FBP及SAFIRE進行圖像重建的80 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值及信噪比均高于120 kVp組(P均<0.05)，采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值、信噪比與120 kVp組比較差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表1、2。

2.2 各組圖像質(zhì)量主觀評分比較 120 kVp組圖像質(zhì)量主觀評分為(4.88±0.33)分，采用FBP及SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組分別為(4.35±0.49)、(4.70±0.46)分，采用FBP及SAFIRE進行圖像重建的80 kVp組分別為(2.64±0.49)、(2.47±0.51)分；采用FBP進行圖像重建的100 kVp組、采用FBP及SAFIRE進行圖像重建的80 kVp組評分均低于120 kVp組(P均<0.05)，120 kVp組與采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

表1 各組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值比較

注：與同組FBP圖像重建方法比較，*P<0.05；與120 kVp組比較，#P<0.05。

表2 各組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌信噪比比較

注：與同組FBP圖像重建方法比較，*P<0.05；與120 kVp組比較，#P<0.05。

2.3 各組管電流比較 120 kVp組、100 kVp組及80 kVp組管電流分別為(214.88±44.11)、(206.29±46.14)、(189.82±51.47)mAs，各組比較P>0.05。

2.4 各組輻射相關(guān)指標比較 見表3。

表3 各組輻射相關(guān)指標比較

注：與120 kVp組比較，*P<0.05；與100 kVp組比較，#P<0.05。

3 討論

腰椎MRI檢查是評價脊髓病變的最佳影像檢查手段，但是存在檢查時間長以及禁忌證多等缺點，不適合急診腰椎外傷患者[7]。CT檢查對于了解腰椎骨質(zhì)改變，尤其是區(qū)分腰椎椎間盤突出還是骨質(zhì)增生造成的神經(jīng)椎間孔狹窄時準確性更高。但是臨床上為了取得清晰的圖像并且完成圖像后處理，CT檢查實際操作中經(jīng)常需要對患者進行大范圍掃描，而腰椎CT掃描的特定范圍中包括了多種對射線敏感的器官，比如乳腺、胃腸道、骨髓以及性腺外生殖器等，不僅具有引起與放射線有關(guān)癌癥的風險，還有可能導致年輕人群的遺傳缺陷[7]。在保證圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量逐漸成為研究的熱點。既往研究[6，8～10]多采用調(diào)整管電流來減少輻射劑量，而通過降低管電壓來減少輻射劑量的方法國內(nèi)報道較少。

患者體型可影響CT掃描參數(shù)的選擇。白金城等[10]、李鋒坦[11]提出根據(jù)患者的腰圍選擇不同掃描參數(shù)，以體現(xiàn)個性化掃描。但筆者認為，測量腰圍雖然簡單易行，但是測量標準與方法難以統(tǒng)一。 BMI是目前國際上常用的衡量人體胖瘦程度以及是否健康的一個標準，通常將BMI<18視為偏瘦體型，>25視為超重或肥胖體型。本研究以BMI正常者為研究對象，以避免特殊體型可能對研究結(jié)果造成的偏倚。120 kVp管電壓聯(lián)合FBP進行圖像重建的方法已在臨床工作中廣泛應用，而且既往多項研究均將該方法作為對照以評價圖像質(zhì)量[4,7,8,10]，本研究旨在探索低管電壓聯(lián)合不同重建方式對圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響，因此未對120 kVp管電壓聯(lián)合SAFIRE進行圖像重建進行研究。本研究結(jié)果顯示，采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組、80 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值及信噪比均低于采用FBP進行圖像重建，說明在相同管電壓條件下采用SAFIRE進行圖像重建的圖像質(zhì)量優(yōu)于FBP；本研究采用FBP進行圖像重建的100 kVp組、采用FBP及SAFIRE進行圖像重建的80 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值及信噪比均高于120 kVp組，圖像質(zhì)量主觀評分均低于120 kVp組；采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組腎臟實質(zhì)、腰大肌及豎脊肌噪聲值、信噪比及圖像質(zhì)量主觀評分與120 kVp組比較差異均無統(tǒng)計學意義；說明采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組圖像質(zhì)量與120 kVp組無明顯差異，但是80 kVp組無論采用SAFIRE還是FBP進行圖像重建均會影響圖像質(zhì)量。有研究顯示，管電壓的改變會影響X線的波長和線質(zhì)，所以當改變管電壓時，物質(zhì)的X線衰減系數(shù)會發(fā)生改變，從而導致其CT值發(fā)生改變；降低管電壓后高密度物質(zhì)如含碘的血管或骨骼等CT值會升高[5,12]。因此，本研究僅對腰椎軟組織窗進行圖像評價，并沒有在骨窗上對圖像進行評價。本研究結(jié)果顯示，120 kVp組、100 kVp組及80 kVp組CTDIvol、DLP、ED均依次降低，組間兩兩比較差異均有統(tǒng)計學意義；以上均提示采用SAFIRE進行圖像重建的100 kVp組可以在降低管電壓、減少輻射劑量的同時保證圖像質(zhì)量。本研究采用的是自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù)(CARE Dose 4D)，結(jié)果顯示三組管電流比較差異無統(tǒng)計學意義，說明本研究觀察的各項指標僅受管電壓變化及重建方式的影響，可以排除管電流對指標的影響。

綜上所述，BMI正常腰椎疾病患者進行腰椎多層螺旋CT檢查時采取100 kVp管電壓聯(lián)合SAFIRE可在保證圖像質(zhì)量的同時明顯降低輻射劑量。

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