雙源CT 70與120 kV不同CARE Dose 4D預(yù)設(shè)值下圖像質(zhì)量的對(duì)比研究

趙海波，羅煥江，廖明壯，龍騰河，馮 慶

（廣西醫(yī)科大學(xué)第四附屬醫(yī)院柳州市工人醫(yī)院放射科，廣西柳州 545005）

0 引言

CT輻射劑量一直都是國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注研究的問題，放射線對(duì)晶體、角膜輻射的危害與防護(hù)也越來越受到人們的重視[1]。低劑量CT檢查在急性闌尾炎、肺小結(jié)節(jié)、胸痛三聯(lián)排查、兒童胸部掃描及冠狀動(dòng)脈成像等CT檢查中得到應(yīng)用[2-6]，大多是通過降低管電壓、mAs或增加螺距來降低輻射劑量。隨著CT檢查設(shè)備的更新和掃描技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)管電壓調(diào)節(jié)、自動(dòng)mAs調(diào)節(jié)、大螺距和迭代重建等新技術(shù)在保證圖像質(zhì)量的前提下，降低了受檢者所受到的輻射劑量。CARE Dose 4D是西門子CT自動(dòng)、實(shí)時(shí)mAs調(diào)節(jié)技術(shù)，控制了掃描劑量，使用最小劑量達(dá)到最佳的診斷圖像質(zhì)量，最大能夠節(jié)省66%[7]。西門子雙源CT超低管電壓（70 kV）的臨床應(yīng)用，大大降低了輻射劑量，國(guó)內(nèi)學(xué)者將其應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈和顱腦血管成像。本文使用雙源CT對(duì)水模進(jìn)行不同管電壓不同mAs預(yù)設(shè)值下采集圖像，探討不同管電壓下不同預(yù)設(shè)值與圖像質(zhì)量、輻射劑量的關(guān)系，為研究低劑量肺動(dòng)脈血管成像奠定基礎(chǔ)。

1 方法

1.1 檢查設(shè)備和方法

使用西門子FLASH雙源CT（Somatom Definition FLASH，Siemens Healthcare，Germany）對(duì)密度均勻的水模進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。模體擺放在掃描床上，位置居中，根據(jù)管電壓分為A、B 2組：（1）A組：管電壓70 kV，螺距0.55，探測(cè)器 128×0.6 mm，層厚6.0 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，圖像重建采用迭代重建；采用自動(dòng)mAs，CAREDose 4D 預(yù)設(shè)值分別為 150、200、250、300、350 和 400mAs。采集2幅圖像。（2）B組：管電壓120 kV，螺距0.55，探測(cè)器 128×0.6 mm，層厚 6.0 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間 0.5 s，圖像重建采用迭代重建；采用自動(dòng)mAs，CARE Dose 4D預(yù)設(shè)值分別為 150、200、250、300、350 和 400 mAs。采集2幅圖像。2組采集層面位置保持相同，在同一層進(jìn)行2組不同參數(shù)的對(duì)比，所有數(shù)據(jù)由同一技師進(jìn)行采集。

1.2 觀察指標(biāo)

測(cè)量每組2幅圖像的CT值，感興趣區(qū)（region of interest，ROI）面積2.8～3.6 cm2（每層取3個(gè)ROI，分別在水模的上、中、右側(cè)，共計(jì)6個(gè)數(shù)值），記錄CT值和標(biāo)準(zhǔn)差。將CT值的標(biāo)準(zhǔn)差作為圖像噪聲，并計(jì)算圖像信噪比（signal noise ratio，SNR），計(jì)算公式：SNR=CT值/圖像噪聲。記錄所有圖像的容積CT劑量指數(shù)（CTdose index volumes，CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（dose length product，DLP）。有效劑量（effective dose，ED）計(jì)算公式：ED=k×DLP（單位 mSv），其中 k 為不同部位的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，本組研究作為肺部低劑量研究的前期研究，使用胸部k值，為0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料使用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用方差檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 70 kV不同預(yù)設(shè)值下水模的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差與輻射劑量關(guān)系

在A組中，不同預(yù)設(shè)值間CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=0.832，P=0.537＞0.05），而CT值標(biāo)準(zhǔn)差具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=6.115，P=0.001＜0.05）；預(yù)設(shè)值不同，實(shí)際輸出的mAs也不同，如預(yù)設(shè)值為150 mAs時(shí)，實(shí)際輸出218 mAs（見表1）。隨著mAs的增加，CT值標(biāo)準(zhǔn)差變小，圖像噪聲降低（如圖1所示）。

表1 70 kV不同預(yù)設(shè)值下水模的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差與輻射劑量關(guān)系

圖1 70 kV 150～400 mAs預(yù)設(shè)值下采集圖像

2.2 120 kV不同預(yù)設(shè)值下水模的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差與輻射劑量關(guān)系

在B組中，不同預(yù)設(shè)值間CT值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=0.880，P=0.506>0.05），CT 值標(biāo)準(zhǔn)差具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=9.470，P=0.000<0.05），詳見表 2。隨著 mAs的增加，圖像噪聲降低，圖像更加細(xì)膩，而輻射劑量增加（如圖2所示）。

表2 120 kV不同預(yù)設(shè)值下水模的CT值、標(biāo)準(zhǔn)差與輻射劑量關(guān)系

圖2 120 kV 150～400 mAs預(yù)設(shè)值下采集圖像

2.3 70和120 kV在預(yù)設(shè)值150 mAs下水模的CT值、SNR值比較

在選擇相同預(yù)設(shè)值150 mAs時(shí)，70和120 kV下CT 值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=0.701，P=0.422>0.05），SNR值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（F=0.698，P=0.423>0.05），詳見表3。B組的CTDIvol和DLP是A組的4.4倍。

表3 預(yù)設(shè)值150 mAs下2組CT值、SNR值比較

3 討論

3.1 CAREDose4D原理及預(yù)設(shè)值調(diào)整的意義

CARE Dose 4D的功能是使每一幅圖像的質(zhì)量能夠滿足診斷要求，預(yù)設(shè)值mAs可以根據(jù)患者體型進(jìn)行調(diào)整，得到理想的圖像質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)水模在不同管電壓下的mAs預(yù)設(shè)值進(jìn)行研究，分析圖像質(zhì)量、噪聲、輻射劑量與mAs的關(guān)系，研究證明了隨著mAs預(yù)設(shè)值的增加，實(shí)際輸出的mAs值增加，輻射劑量參數(shù)CTDIvol增加，噪聲降低。以70 kV下150和300 mAs為例，實(shí)際輸出的mAs、DLP值均約為150 mAs預(yù)設(shè)值時(shí)的2倍。在同一預(yù)設(shè)值下，70與120 kV的實(shí)際輸出mAs相近，但是輻射劑量120 kV時(shí)約為70 kV時(shí)的4.4倍。

3.2 雙源CT不同管電壓、CARE Dose 4D預(yù)設(shè)值下的輻射劑量與圖像質(zhì)量

CARE kV是西門子公司開發(fā)的較新技術(shù)，其可根據(jù)受檢者體型情況自動(dòng)選擇最為優(yōu)化的掃描管電壓，西門子雙源 CT 設(shè)置了 70、80、100、120、140 kV 5個(gè)水平，能夠科學(xué)、有效地降低輻射劑量并獲得達(dá)到診斷要求的圖像質(zhì)量。掃描期間，優(yōu)化的kV保持不變，但mAs仍由CARE Dose 4D實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)制。本研究使用的是密度均勻的水模，挑選出超低千伏70 kV和常用120 kV進(jìn)行了對(duì)比分析，使用SNR客觀評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，并對(duì)輻射劑量進(jìn)行了記錄。在A組中，隨著mAs預(yù)設(shè)值的增加，相應(yīng)的輻射劑量參數(shù)CTDIvol和DLP值增加，噪聲降低；B組相同。而在相同的mAs預(yù)設(shè)值下，A組與B組相比，圖像噪聲大，輻射劑量低，圖像質(zhì)量無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

隨著CT設(shè)備發(fā)展，國(guó)內(nèi)學(xué)者采用自動(dòng)mAs技術(shù)在頭頸部、胸部、腹部和冠狀動(dòng)脈等[8-13]部位進(jìn)行了研究，使輻射劑量得到了不同程度的降低。近年來，迭代重建、自動(dòng)管電壓相結(jié)合的臨床應(yīng)用研究不斷出現(xiàn)，張力等[14]和宋建等[15]在頭頸部血管和泌尿系CT檢查中將迭代重建和自動(dòng)mAs技術(shù)相結(jié)合；李昂等[16]研究證明了原始數(shù)據(jù)迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）聯(lián)合 70 kV CT 掃描在適當(dāng)增加mAs的情況下可以保證圖像質(zhì)量不變，且可顯著降低輻射劑量；秦定文等[17]評(píng)估了低管電壓（80 kV）掃描對(duì)降低腹部CT血管成像檢查輻射劑量的作用，試驗(yàn)組的CTDIvol、DLP及ED較對(duì)照組分別降低了66.2%、69.7%及69.8%。另外，國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者使用低電壓聯(lián)合低對(duì)比劑量在冠狀動(dòng)脈成像中進(jìn)行對(duì)比研究，如梁奕等[18]利用320排CT進(jìn)行冠狀動(dòng)脈成像，采用低濃度對(duì)比劑聯(lián)合低管電壓和迭代重建算法，管電壓設(shè)置為100和120 kV進(jìn)行對(duì)比，證實(shí)100 kV下可獲得滿意的診斷圖像，并能有效降低輻射劑量。以上研究大多采用自動(dòng)mAs技術(shù)，但是沒有對(duì)mAs預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較。筆者在前期研究[19-20]的基礎(chǔ)上，針對(duì)70和120 kV下不同mAs的預(yù)設(shè)值進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并進(jìn)行了同一預(yù)設(shè)值不同管電壓的比較。作為基礎(chǔ)研究，分析了噪聲、SNR和輻射劑量的相關(guān)性，而mAs預(yù)設(shè)值可根據(jù)人體衰減系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為多參數(shù)結(jié)合應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

總之，CT圖像質(zhì)量與掃描參數(shù)密切相關(guān)，各參數(shù)之間相互影響，特別是mAs預(yù)設(shè)值與圖像質(zhì)量有較大的相關(guān)性。國(guó)內(nèi)多使用80 kV進(jìn)行血管成像、灌注成像等，本文數(shù)據(jù)作為研究低劑量掃描技術(shù)的基礎(chǔ)，進(jìn)一步將70 kV在肺動(dòng)脈血管成像中應(yīng)用，設(shè)置合理的mAs預(yù)設(shè)值，具有一定的臨床價(jià)值。本研究中，水模作為均勻物質(zhì)，自動(dòng)mAs的變化不大，故在掃描條件上設(shè)置了多組參數(shù)，為后期設(shè)定掃描參數(shù)提供參考。且僅使用同一臺(tái)成像設(shè)備，沒有合理的病例來證實(shí)，后期需采用多種模型、選擇合適病例進(jìn)一步進(jìn)行探索。