基于第3代雙源CT模擬嬰幼兒顱腦低劑量掃描的實(shí)驗(yàn)研究

唐 雷，周 瑤，曾憲春，王玉權(quán)，王榮品(貴州省人民醫(yī)院放射科，貴州 貴陽 550002)

顱腦CT平掃是顱腦外傷、神經(jīng)系統(tǒng)急診的首選檢查方法，同時(shí)在神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷及臨床療效評(píng)估等方面具有重要意義。如何在保障圖像質(zhì)量及診斷效能的同時(shí)控制輻射劑量，尤其是對輻射及散射線更為敏感的嬰幼兒患者，一直受到關(guān)注。單一降低管電壓可明顯減少輻射劑量，但圖像噪聲往往明顯增加。第3代雙源CT高級(jí)建模迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction， ADMIRE)技術(shù)能有效降低噪聲和改善圖像質(zhì)量，目前多用于胸部、腹部、冠狀動(dòng)脈、血管成像等方面的低劑量研究[1-4]。本研究采用中華田園犬顱腦模擬嬰幼兒顱腦，探討第3代雙源CT低劑量掃描結(jié)合ADMIRE技術(shù)在顱腦CT平掃中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 選擇10只健康成年中華田園犬，雌雄不限，體質(zhì)量11～15 kg，由貴州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)SCXK(黔)2012-0001。本研究經(jīng)醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)論證通過。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Somatom Force第3代雙源CT掃描儀。腹腔注射麻醉(2.5%戊巴比妥，1 ml/kg體質(zhì)量)動(dòng)物后，右側(cè)臥位保定于掃描床上，分別以不同條件行顱腦軸位掃描，獲得3組圖像：A組，管電壓100 kV，采用濾波反投影算法(filtered back-projection， FBP)重建，卷積函數(shù)Hr40；B組，管電壓80 kV，C組，管電壓70 kV，均采用ADMIRE重建，重建強(qiáng)度設(shè)置3級(jí)[4-6]，卷積函數(shù)Hr40。其他掃描參數(shù)保持一致：采用CARE Dose 4D模式，探測器寬度192×0.6 mm，螺距0.8，層厚和層間距均為5 mm。

1.3 輻射劑量 記錄不同掃描條件下的CT劑量指數(shù)(CT dose index， CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product， DLP)，計(jì)算有效劑量(effective dose， ED)，ED=k×DLP，顱腦轉(zhuǎn)換系數(shù)k=0.0 021 mSv/(mGy·cm)[7]。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 由2名放射科主治醫(yī)師分別對3組重建圖像以盲法進(jìn)行評(píng)分。主要觀察腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)，如腦實(shí)質(zhì)、腦回、腦溝、腦池、腦室等顯示清晰程度、圖像顆粒感、有無偽影等。主觀圖像質(zhì)量評(píng)分采用5分制：1分，圖像質(zhì)量不合格，腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)顯示模糊不清，偽影明顯，完全不能達(dá)到診斷要求；2分，圖像質(zhì)量較差，腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)顯示不清晰，存在偽影，尚不能滿足診斷要求；3分，圖像質(zhì)量一般，大部分腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)可以顯示，存在輕度偽影，可滿足基本診斷要求；4分，圖像質(zhì)量較好，腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)顯示比較清晰；5分，圖像質(zhì)量優(yōu)，腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)顯示清晰，無明顯偽影。評(píng)分≥3分為可滿足診斷要求。

客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)方面，在基底核層面選擇左右側(cè)皮髓質(zhì)交界區(qū)腦組織、一側(cè)側(cè)腦室三角區(qū)腦脊液和背景放置ROI，面積為0.05 cm2，測量其CT值和噪聲(SD)，計(jì)算SNR和CNR。SNR=CT值/背景SD，CNR=(腦組織CT值-腦脊液CT值)/背景噪聲，其中腦組織CT值為兩側(cè)的平均值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料用±s表示，A、B與C組間CTDIvol、DLP、ED、SD、SNR及CNR比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)；3組間主觀評(píng)分的比較采用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量 A、B和C組的CTDIvol分別為(32.13 ± 0.11)mGy、(16.57 ± 0)mGy和(12.99 ± 3.74)mGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=946.40，P<0.01)，DLP分別為(291.91±55.43)mGy·cm、(155.45±26.62)mGy·cm和(101.91±17.28)mGy·cm，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=115.44，P<0.01)，ED分別為(0.61±0.12)mSv、(0.33±0.06)mSv和(0.21±0.04)mSv，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=115.44，P<0.01)。與A組比較，B組和C組ED分別減少45.90%和65.57%。

2.2 客觀圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) A、B、C組間圖像噪聲、SNR、CNR總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05，表1)，兩兩比較差異亦均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。與A組比較，B組腦組織、腦脊液和背景噪聲分別升高3.24%、9.24%和13.07%，腦組織和腦脊液SNR分別升高4.34%、3.99%，CNR升高4.82%。

2.3 主觀質(zhì)量評(píng)分 2名醫(yī)師對A、B、C組圖像的主觀質(zhì)量評(píng)分見表2、圖1，3組間圖像質(zhì)量評(píng)分差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=41.538，P<0.001)。A組和B組的圖像質(zhì)量評(píng)分均≥3分，腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)可較清晰顯示，偽影不明顯，均可滿足診斷要求；C組圖像腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)模糊不清，顆粒感重，偽影明顯，評(píng)分均<3分，不能滿足診斷要求。

表1 3組圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s)

表1 3組圖像噪聲、SNR、CNR比較(±s)

組別腦組織噪聲腦脊液噪聲背景噪聲腦組織SNR腦脊液SNRCNR A組2．16±0．362．49±0．481．69±0．3323．96±5．7112．54±2．1611．41±4．56 B組2．23±0．482．72±0．561．91±0．6225．00±7．6713．04±3．2311．96±5．74 C組2．94±0．553．36±0．732．47±0．8820．83±7．1510．75±3．4310．08±4．26 F值24．8116．1911．578．504．347．37 P值<0．01<0．01<0．01<0．010．01<0．01

圖1 犬顱腦CT平掃圖像 A.A組圖像，ED為0.70 mSv，2名醫(yī)師主觀評(píng)分分別為4分和5分； B.B組圖像，ED為0.36 mSv，2名醫(yī)師主觀評(píng)分均為4分； C.C組圖像，ED為0.24 mSv，2名醫(yī)師主觀評(píng)分均為2分

表2 2名醫(yī)師對3組圖像質(zhì)量主觀評(píng)分結(jié)果(例)

3 討論

嬰幼兒對射線敏感，但臨床工作中部分嬰幼患兒需接受反復(fù)多次顱腦CT檢查，難以避免輻射損害。為降低輻射劑量，對成人，可通過離體顱腦標(biāo)本或小型豬研究低劑量掃描的可行性[8-9]。對于嬰幼兒顱腦掃描，有學(xué)者[10]采用新西蘭大白兔模擬新生兒顱腦行低劑量研究，但其頭圍小于嬰幼兒。成年中華田園犬頭圍接近嬰幼兒(本組動(dòng)物體質(zhì)量11～15 kg)，故本研究以其作為模型模擬嬰幼兒顱腦行相關(guān)低劑量研究。

顱腦組織結(jié)構(gòu)呈低對比，低劑量掃描具有一定局限性。減少輻射劑量的方法包括改變掃描參數(shù)(如降低管電壓、降低管電流、自動(dòng)管電壓調(diào)節(jié)、自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)、增大螺距等)、優(yōu)化圖像質(zhì)量(如采用不同的迭代重建算法)等，其中降低管電壓在減少輻射劑量方面效率較高，可使輻射劑量呈指數(shù)級(jí)減少。但單純降低管電壓必然引起圖像噪聲增加，降低圖像質(zhì)量及診斷效能。Rompel等[11]采用第3代雙源CT以70 kV管電壓對42名3歲以下的嬰幼兒進(jìn)行胸部血管成像，并與第2代128排雙源CT管電壓為80 kV的圖像對比，結(jié)果顯示70 kV血管成像可在降低輻射的同時(shí)提供良好的圖像質(zhì)量。曾芳等[12]采用70 kV管電壓對45例先天性心臟病患兒進(jìn)行心臟CTA，亦在降低輻射劑量的同時(shí)獲得了良好的圖像質(zhì)量。第3代雙源CT提供9個(gè)可供選擇的管電壓等級(jí)，本研究參照目前臨床常用掃描方案選擇100 kV作為對照組(A組)，設(shè)定80 kV(B組)、70 kV(C組)為低劑量組進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，隨著管電壓降低，B、C兩組CTDIvol、DLP、ED均有不同程度減低，輻射劑量逐級(jí)遞減。與常規(guī)100 kV組比較，80 kV、70 kV組ED分別減少了45.90%、65.57%。但是，隨著輻射劑量明顯減少，C組(70 kV)圖像質(zhì)量明顯降低，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清晰，偽影明顯，無法滿足診斷要求，因此推測對于嬰幼兒顱腦CT平掃，不宜使用70 kV超低管電壓掃描。

近年來，迭代重建算法發(fā)展迅速，可用于補(bǔ)償降低輻射劑量帶來的圖像質(zhì)量下降問題[13-15]。ADMIRE技術(shù)是目前最新的迭代重建算法，其在原始數(shù)據(jù)域及圖像域中運(yùn)用了“統(tǒng)計(jì)模型”，正向投影產(chǎn)生“虛擬原始數(shù)據(jù)”，再與探測器實(shí)際采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)比較，以消除偽影和誤差，之后進(jìn)一步對圖像數(shù)據(jù)域進(jìn)行降噪處理，最終獲得更高質(zhì)量的圖像[11,16]。目前對于ADMIRE技術(shù)的研究主要集中于胸部、腹部CT及冠狀動(dòng)脈CTA等方面[17-18]。Park等[17]對100例婦科癌癥患者行胸腹盆聯(lián)合CT增強(qiáng)掃描，50例采用自動(dòng)管電壓結(jié)合基于原始數(shù)據(jù)的迭代重建(sinogram affirmed iterative reconstruction， SAFIRE)，50例采用自動(dòng)管電壓結(jié)合ADMIRE重建，結(jié)果表明ADMIRE重建可降低40%輻射劑量，同時(shí)提供良好的圖像質(zhì)量。ADMIRE重建強(qiáng)度分為1～5級(jí)。既往研究[3]認(rèn)為高強(qiáng)度迭代重建圖像過于平滑、浮雕感強(qiáng)，因此本研究選擇3級(jí)強(qiáng)度對CT圖像進(jìn)行重建，發(fā)現(xiàn)80 kV組ADMIRE 3級(jí)重建圖像腦內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)顯示清晰，邊緣銳利度較好，無明顯浮雕感，主觀評(píng)分可滿足臨床診斷要求。不同低劑量條件下，ADMIRE對圖像質(zhì)量的影響有所不同。本研究中，管電壓從100 kV降至80 kV(輻射劑量減少45.90%)時(shí)圖像噪聲有所增加，但SNR及CNR反而輕度升高，提示ADMIRE技術(shù)能在低劑量條件下優(yōu)化圖像質(zhì)量；但管電壓進(jìn)一步降低至70 kV(輻射劑量減少65.57%)時(shí)，圖像噪聲、SNR和CNR均明顯降低，圖像質(zhì)量下降，無法滿足診斷需求，提示ADMIRE技術(shù)優(yōu)化圖像的能力在70 kV條件下有所下降。由此可推測，對于顱腦CT平掃檢查，80 kV管電壓聯(lián)合ADMIRE可同時(shí)滿足圖像質(zhì)量和輻射劑量的雙重需求；70 kV超低管電壓掃描，雖然輻射劑量大幅降低，但ADMIRE提升圖像質(zhì)量的能力受限，圖像質(zhì)量和診斷效能均無法得到保證。

本研究樣本量較小，且未能比較ADMIRE 5個(gè)強(qiáng)度級(jí)別重建圖像質(zhì)量的差異，尚需進(jìn)一步研究ADMIRE各個(gè)強(qiáng)度在不同掃描條件下提高圖像質(zhì)量的效能。根據(jù)本研究結(jié)果推測，對于需要進(jìn)行顱腦CT平掃的嬰幼兒患者，第3代雙源Force CT 80 kV管電壓結(jié)合ADMIRE重建的方法簡單易行，值得推廣。