光子探測(cè)器雙源CT大螺距掃描在腰椎外傷檢查中的應(yīng)用

汪素涵， 楊濤， 萬光宇， 孔曙兵， 單士剛， 余開湖

多排螺旋CT 較普通X線片具有更高的密度分辨力和多種成像后處理功能，對(duì)顯示腰椎的椎小關(guān)節(jié)、軟組織結(jié)構(gòu)包括椎間盤和硬膜囊等結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，臨床上腰椎外傷患者行多排螺旋CT檢查非常多見。研究表明，一次常規(guī)腰椎螺旋CT檢查的有效劑量約為5.6 mSv，估計(jì)癌癥風(fēng)險(xiǎn)率為1/3200[1]，因此優(yōu)化CT檢查中的輻射劑量，以確保它符合“盡可能的低劑量原則(as low as reasonably achievable，ALARA)[2]”至關(guān)重要。本研究前瞻性納入60例腰椎外傷患者行光子雙源CT掃描，30例行常規(guī)檢查，30例行大螺距掃描，探究光子探測(cè)器雙源CT大螺距掃描是否可以減少輻射劑量，圖像質(zhì)量能否滿足臨床診斷要求。

材料與方法

1.病例資料

將2017年9月-2018年3月在咸寧市中心醫(yī)院行CT檢查的60例腰椎外傷患者依就診順序分為兩組：常規(guī)掃描組(A組)、大螺距掃描組(B組)，每組各30例。病例入選基本條件：①成人(≥18歲)腰椎外傷患者；②排除腰椎其它骨病(病理性骨折、腰椎腫瘤及腫瘤樣病變、腰椎感染性疾病等)；③排除骨折有金屬內(nèi)固定的患者。本研究方案經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)同意，所有入選患者均須簽署知情同意書。檢查前，對(duì)每個(gè)患者的身高和體重都作記錄，并計(jì)算出體重指數(shù)(BMI)。兩組患者的一般資料，包括性別、年齡、BMI見表1。

2.檢查方法

采用Siemens Somatom Definition Flash Dual-source光子探測(cè)器雙源 CT掃描機(jī)，所有患者行仰臥位平掃，掃描范圍從T11椎體至S2椎體。掃描參數(shù)：A組,120 kV，CARE Dose 4D自動(dòng)mAs技術(shù)，螺距0.8，轉(zhuǎn)速1.0 s/r，采用迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，SAFIRE)，卷積核設(shè)為軟組織算法I30f medium smooth，迭代等級(jí)為3；骨算法設(shè)為I50f medium shap ASA，迭代等級(jí)為3 ，X線準(zhǔn)直寬度128×0.6 mm，重建層厚1.0 mm，軟組織窗350/40，骨窗1500/450；B組，螺距3.0，轉(zhuǎn)速0.28 s/r，其他參數(shù)同A組。

3.圖像分析

所有病例分別進(jìn)行軟組織算法重建和骨算法重建，掃描完成后原始數(shù)據(jù)傳送至工作站(syngo via)進(jìn)行多平面重組(MPR)、曲面重組(CPR)、容積再現(xiàn)(VR)等后處理，圖像質(zhì)量評(píng)估包括主觀定性評(píng)估和客觀評(píng)估，客觀評(píng)價(jià)是由一名初級(jí)職稱的放射科醫(yī)師(隱去患者個(gè)人信息及掃描參數(shù))測(cè)量圖像CT值和噪聲(standard deviation，SD)，計(jì)算出圖像信噪比(SNR)。圖像噪聲測(cè)量：軟組織算法興趣區(qū)(region of interest，ROI)選取腰3或腰4椎弓根平面椎間盤中心處，骨算法ROI選取L3或L4椎體的中心層面(圖1)，盡量避免明顯的骨島、脂肪變性及偽影，ROI的面積取10.0 mm2，測(cè)量ROI的CT值和噪聲(SD)，計(jì)算出圖像信噪比(SNR=CT值/SD)。主觀評(píng)估由2位中級(jí)職稱以上的放射醫(yī)師對(duì)已處理過(隱去患者個(gè)人信息及掃描參數(shù))的全部圖像進(jìn)行圖像質(zhì)量的評(píng)分，評(píng)價(jià)指標(biāo)為椎體、橫突、棘突、椎間盤、硬膜囊和雙側(cè)腰大?。粌晌会t(yī)師評(píng)分不一致時(shí)，請(qǐng)第三名更高年資的主任醫(yī)師進(jìn)行最終評(píng)分。主觀評(píng)分根據(jù)圖像質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)[3]：2分，噪聲很小、結(jié)構(gòu)輪廓清晰、完全能夠診斷；1分，適度的噪聲、結(jié)構(gòu)可見，但輪廓不是很清晰、可以診斷；0分，有較大噪聲、大致結(jié)構(gòu)能看到、輪廓模糊、不能進(jìn)行診斷。

4.輻射劑量統(tǒng)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描及低劑量掃描放射容積CT劑量指數(shù)[CT dose index volume，CTDIvol(mGy)] 、劑量長度乘積[dose-length product，DLP(mGy·cm)]來自掃描時(shí)計(jì)算機(jī)自測(cè)值?；颊叩挠行┝縖effective dose，ED(mSv)]為DLP×k，腰椎的k值采用0.0129[4]。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，比較兩組患者的一般資料，患者性別采用Fisher確切概率法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，年齡、體重指數(shù)(body mass index，BMI)、組間圖像的信噪比和輻射劑量，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.檢查對(duì)象和輻射劑量分析

A組男17例、女13例，B組男19例、女11例，P=0.833(P>0.05)，兩組男女比例差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；患者年齡、BMI和輻射劑量見表1。

表1 檢查對(duì)象和輻射劑量比較

圖1 圖像噪聲測(cè)量，ROI的面積取10.0mm2。a) 骨窗ROI選取腰3椎體的中心層面； b) 軟組織窗ROI選取腰3椎弓根平面椎間盤中心處； c) 定位圖。 圖2 A組患者，男，61歲，BMI=24.15，L3椎體左前緣骨折。a) 椎間盤層面，椎間盤、硬膜囊及腰大肌顯示清晰； b) 椎體層面，L3椎體左前緣骨折(箭)； c) L3椎體上緣稍下凹(箭)。 圖3 B組患者，男，58歲，BMI=23.94，L2椎體骨折。a) 椎間盤層面，椎間盤、硬膜囊及腰大肌顯示清晰； b) 椎體層面，L2椎體骨折(箭)； c) L2椎體上緣下凹(箭)。

A組和B組在患者年齡、BMI方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。B組的管電流、CTDIvol、DLP和ED均顯著低于A組(P<0.01)。

2.圖像質(zhì)量分析

主觀圖像質(zhì)量評(píng)估：A組圖像質(zhì)量可診斷的病例數(shù)(被評(píng)價(jià)為1分或2分)占96.7%(29/30)；B組圖像質(zhì)量可診斷的病例數(shù)占 93.3%(28/30)，兩組圖像質(zhì)量可診斷的病例數(shù)沒有明顯差異。然而B組圖像質(zhì)量被評(píng)價(jià)為 1分及0分的多于 A 組，A組平均分(1.67)較B組平均分(1.53)高(表2，圖2、3)。

客觀圖像質(zhì)量評(píng)估：比較兩組骨窗及軟組織窗ROI的CT值、SD及SNR，B組的CT值及SNR稍低于A組，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，表3，圖4、5)。

表2 主觀圖像質(zhì)量評(píng)估

圖4 A組，男，58歲，BMI=21.8。a) 軟組織窗，SD=6.0； b) 骨窗，SD=2.08。 圖5 B組，男，70歲，BMI=23.4。a) 軟組織窗，SD=6.0； b) 骨窗，SD=2.03。

表3 客觀圖像質(zhì)量評(píng)估

3.診斷結(jié)果分析

A組：陰性13例，陽性17例，其中骨折12例(椎體壓縮性骨折9例，爆裂性骨折2例，單純附件骨折1例)，椎體滑脫2例，椎間盤病變3例；B組：陰性14例，陽性16例，其中骨折13例(椎體壓縮性骨折10例，爆裂性骨折1例，單純附件骨折2例)，椎體滑脫1例，椎間盤病變2例(圖6)。

討 論

目前臨床上降低輻射劑量的方法有自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流及管電壓技術(shù)(CARE kV及CARE dose 4D技術(shù))、大螺距掃描技術(shù)、前瞻性心電門控、低電壓技術(shù)以及迭代重建等，具有高對(duì)比度的脊椎可以采用最低管電流值和大螺距進(jìn)行掃描，從而降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)[5]。當(dāng)掃描范圍一定時(shí)，輻射劑量隨著螺距的增加而減少，即螺距與輻射劑量成反比。增大螺距，由于掃描z軸上某一點(diǎn)的受照時(shí)間縮短，會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲增加，圖像質(zhì)量降低。光子探測(cè)器雙源CT(Stellar detector dual-sourec CT)配備了兩組能進(jìn)行128層圖像同步采集的探測(cè)器系統(tǒng)，機(jī)架的轉(zhuǎn)速縮至0.28 s/r，其利用兩組探測(cè)器同步互補(bǔ)的無縫螺旋掃描。大螺距采集掃描速度達(dá)到480 mm/s，從而能瞬間完成檢查，在檢查速度及圖像質(zhì)量明顯提升的同時(shí)大幅度降低輻射劑量，大螺距掃描技術(shù)是降低輻射劑量最顯著的方式，需更多的研究來證明大螺距掃描技術(shù)的臨床價(jià)值。以往文獻(xiàn)雙源CT大螺距模式在胸部、腹部應(yīng)用較多[6-7]，采用大螺距模式在腰椎掃描的文獻(xiàn)未見報(bào)道。

本研究常規(guī)劑量組有效劑量最大值5.2 mSv(BMI 28.9)，最小值2.8 mSv(BMI 19.7)，平均約4.1(BMI 22.2±3.5)，大螺距組有效劑量最大值3.9 mSv(BMI 28.6)，最小值1.9 mSv(BMI 20.4)，平均約2.8 mSv(BMI 24.6±3.2)，大螺距組較常規(guī)劑量組平均有效輻射劑量降低了約31.7%，兩組圖像質(zhì)量沒有明顯區(qū)別，都能對(duì)腰椎外傷做出明確診斷。瑞典2006年的標(biāo)準(zhǔn)腰椎CT平均有效劑量約為8.7 mSv[8]，Paula等[1]通過人體模型進(jìn)行不同方案CT掃描，計(jì)算出腰椎CT掃描的有效劑量為5.6 mSv，本研究中常規(guī)劑量組平均輻射劑量較前者偏低，有以下兩個(gè)因素，一是亞洲人較歐洲人體型偏小，二是CT機(jī)型的不一致，Siemens光子探測(cè)器雙源CT采用的Stellar探測(cè)器，因常規(guī)探測(cè)器多個(gè)步驟的信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳遞過程中發(fā)生弱化并產(chǎn)生電子噪聲，Stellar光子探測(cè)器將模數(shù)轉(zhuǎn)換的全部過程整合于單個(gè)芯片中，明顯縮短路徑、減少信號(hào)損耗和散熱，從而減小電子噪聲并提高信噪比，因此Stellar光子探測(cè)器可以在較低放射劑量檢查中減小圖像噪聲。同時(shí)Siemens光子雙源CT采用的迭代重建技術(shù)(adaptive statistical iterative reconstruction，SAFIRE)較傳統(tǒng)濾波反投影法(Filtering Back-Projection，F(xiàn)BP)重建技術(shù)可以明顯降低輻射劑量[9-10]。

本研究存在以下局限：首先，本CT機(jī)型最大螺距可達(dá)3.4，本研究只應(yīng)用了3.0的大螺距，沒有對(duì)不同大螺距降低輻射劑量的掃描進(jìn)行對(duì)比。第二，沒有對(duì)兩種掃描方式對(duì)腰椎骨折診斷的敏感度、特異度和符合率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，因?qū)ρ倒钦鄣拇_診沒有完整的手術(shù)結(jié)果或MRI結(jié)果提供診斷標(biāo)準(zhǔn)。第三，考慮本研究中體重過重和肥胖患者的數(shù)量很小，沒有對(duì)大螺距掃描在不同BMI患者的圖像質(zhì)量差異進(jìn)行研究。

圖6 B組，女，60歲，BMI=24.0，大螺距掃描清晰顯示L1椎體爆裂性骨折。a) 軟組織窗，L1椎體骨折(箭)，后方硬膜囊受壓； b) 骨窗，L1椎體及右側(cè)椎弓根骨折(箭)； c) 骨窗，骨折片向后移位； d) VR顯示L1椎體變扁(箭)； e) VR顯示L1椎體變扁(箭)； f) MPR顯示骨折片分離(箭)。

總之，光子雙源CT大螺距掃描腰椎外傷的圖像質(zhì)量和診斷效果與常規(guī)掃描方式無明顯差異。在評(píng)估腰椎創(chuàng)傷患者時(shí)，可以采用大螺距掃描代替常規(guī)掃描方式，降低患者的輻射劑量。