北京大學深圳醫(yī)院醫(yī)學影像科(廣東 深圳 518036)

袁知東 馮 飛 石 橋 范秀松林蘭英 王成林 成官迅

管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建降低四肢骨關(guān)節(jié)MSCT輻射劑量的應(yīng)用＊

北京大學深圳醫(yī)院醫(yī)學影像科(廣東 深圳 518036)

袁知東 馮 飛 石 橋 范秀松林蘭英 王成林 成官迅

目的比較管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建和固定管電流技術(shù)在四肢骨關(guān)節(jié)多層CT掃描的輻射劑量和圖像質(zhì)量，評價該技術(shù)降低四肢骨關(guān)節(jié)輻射劑量的效果。方法將108例需進行四肢骨關(guān)節(jié)多層CT掃描的患者分為兩組，管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建組(試驗組)和固定管電流組(對照組)，每組各54名。試驗組的目標噪聲水平設(shè)置為10HU，設(shè)備根據(jù)定位像掃描時獲取的掃描部位密度信息自動設(shè)置掃描時的管電流值；對照組的管電流設(shè)置為100mA，其他的掃描參數(shù)完全相同。分別記錄兩組的CT劑量容積(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)和試驗組的最大管電流值，測量兩組圖像肌肉和均勻脂肪的圖像噪聲。重建層厚為0.5mm的圖像用于三維重組，試驗組采用柔和軟組織算法(FC41)用于VR，骨算法(FC30)用于MPR，對照組采用標準軟組織算法(FC01)用于VR，骨算法(FC30)用于MPR。圖像質(zhì)量評估采用Liker t 5分制法，3分以上圖像滿足診斷需求，由1名CT副主任技師和1名副主任醫(yī)師在不知道重建參數(shù)的情況下對圖像進行評價分級。計數(shù)資料采用χ2檢驗，計量資料采用成組設(shè)計的t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。結(jié)果試驗組的圖像質(zhì)量評分低于對照組，但試驗組的所有圖像均能滿足診斷需求；試驗組的圖像噪聲高于對照組，兩組差異有統(tǒng)計學意義(P值均＜0.05)。結(jié)論四肢骨關(guān)節(jié)多層CT掃描時應(yīng)用管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建可大幅降低患者的輻射劑量并使圖像質(zhì)量滿足診斷需求，在臨床工作中有很大使用價值。

管電流調(diào)制技術(shù)；圖像質(zhì)量；噪聲

四肢骨關(guān)節(jié)骨折是臨床上常見的嚴重損傷，解剖復(fù)位是減少并發(fā)癥、保證關(guān)節(jié)功能的前提。關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和骨折的多樣性，治療前對骨折位置、形態(tài)、累及范圍、移位等情況進行詳細了解對治療方案的制定起決定性作用。X線拍片已經(jīng)不能滿足較復(fù)雜的四肢骨關(guān)節(jié)骨折的診斷需求[1-3]，MSCT薄層掃描和三維重組技術(shù)可從多方位多角度立體觀察骨折的詳細情況，為臨床提供可靠的影像學依據(jù)，越來越多的患者選擇該技術(shù)。但CT檢查的輻射劑量是X線的數(shù)倍，這引起眾多患者的擔心，尤其是兒童和青少年。有研究表明管電流調(diào)制技術(shù)在胸部[4]、頸部[5]、腹部[6]CT檢查的應(yīng)用可有效降低受檢者的輻射劑量并保持圖像質(zhì)量的恒定，但在四肢骨關(guān)節(jié)MSCT掃描中的應(yīng)用尚未見報道。本文通過比較管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建和固定管電流技術(shù)在四肢骨關(guān)節(jié)多層CT掃描的輻射劑量和圖像質(zhì)量，評價該技術(shù)在四肢骨關(guān)節(jié)CT掃描中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料將2014年1月至2015年3月在本院進行四肢骨關(guān)節(jié)CT掃描的108例患者納入本研究，研究獲得北京大學深圳醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會的批準。其中男65例，女43例，年齡4～73歲，平均(23±11)歲；肘關(guān)節(jié)21例、腕關(guān)節(jié)30例、手8例、膝關(guān)節(jié)25例、踝關(guān)節(jié)17例、足7例。根據(jù)檢查部位數(shù)量接近的原則將患者分為兩組，管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)重建組(試驗組)和固定管電流組(對照組)，每組各54例。其中試驗組肘關(guān)節(jié)11例、腕關(guān)節(jié)15例、手4例、膝關(guān)節(jié)12例、踝關(guān)節(jié)9例、足3例；對照組肘關(guān)節(jié)10例、腕關(guān)節(jié)15例、手4例、膝關(guān)節(jié)13例、踝關(guān)節(jié)8例、足4例。所有患者掃描部位均沒有石膏和各種金屬的內(nèi)外固定物。

1.2 CT檢查技術(shù)使用Toshiba Aqui l ion 16層螺旋CT機，試驗組的目標噪聲水平設(shè)置為10HU，設(shè)備根據(jù)定位像掃描時獲取的掃描部位密度信息自動設(shè)置掃描時的管電流值；對照組的管電流設(shè)置為100mA，其他的掃描參數(shù)完全相同。管電壓(120k Vp)、機架旋轉(zhuǎn)時間(0.5s/r)、探測器準直層厚(16層×0.5mm)、圖像重建層厚(5mm)、螺距(0.9375)、掃描準直野直徑(240mm)和標準軟組織算法(FC01)，掃描范圍12～15cm。兩種技術(shù)均重建層厚為5mm的標準軟組織算法(FC01)和骨算法(FC31)圖像用于攝片；再重建層厚為0.5mm的圖像用于三維重組，試驗組重建柔和軟組織算法(FC41)用于VR，骨算法(FC31)用于MPR，對照組重建標準軟組織算法(FC01)用于VR，骨算法(FC31)用于MPR。將圖像傳至工作站(Vi t rea2)進行VR、MPR等方法的三維后處理。

1.3 圖像質(zhì)量和輻射劑量評價圖像質(zhì)量客觀評價標準為圖像噪聲，用標準差(SD值)來衡量，測量感興趣區(qū)位于關(guān)節(jié)附近的肌肉和均勻脂肪組織內(nèi)，大小10mm×10mm；主觀評價采用Liker t 5分制法，3分以上圖像滿足診斷需求，由1名CT副主任技師和1名副主任醫(yī)師在不知道掃描參數(shù)的情況下對圖像進行評價分級，對于評價有分歧的由2人協(xié)商后達成一致。分別記錄兩組由設(shè)備根據(jù)掃描參數(shù)自動生成的CT劑量容積(CTDIvol)、劑量長度乘積(DLP)和試驗組的最大管電流值。計數(shù)資料采用χ2檢驗，計量資料采用成組設(shè)計的t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié) 果

2.1 圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果試驗組的圖像質(zhì)量評分低于對照組，但全部患者的圖像均能滿足臨床診斷需求，兩組無顯著統(tǒng)計學差異，見表1。

表1 實驗組和對照組的圖像質(zhì)量評分

2.2 圖像噪聲測量結(jié)果比較圖像層厚5mm時試驗組的圖像噪聲為(10.53±1.61)HU，高于對照組的(6.78±3.54)HU；圖像層厚5mm時試驗組的圖像噪聲為(13.85±2.46)HU，高于對照組的(11.32±3.43)HU。兩組差異有統(tǒng)計學意義(P值均＜0.05)。

表2 試驗組照組的圖像噪聲測量結(jié)果比較

2.3 CT輻射劑量比較試驗組的最大管電流、CTDIvol和DLP分別為(30±9.8)mA、(2.9±1.4) mGy和(32.5±13.8)mGy·cm；對照組的分別為100mA、14.4mGy、(143.2±20.1)mGy·cm。試驗組較對照組分別降低70.8%、79.9% 和77.3%，兩組差異有統(tǒng)計學意義(P值均＜0.05)。

表3 實驗組和對照組的輻射劑量比較

3 討 論

MSCT在四肢骨關(guān)節(jié)骨折診斷中的優(yōu)勢：四肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，骨折情況變化多樣，為提高治療效果，外科醫(yī)生對臨床診斷和影像顯示提出了更高的要求。而骨折患者癥狀重疼痛明顯，很難在檢查中配合技師完成多方位的拍片，傳統(tǒng)X線拍片已經(jīng)不能滿足復(fù)雜骨折的臨床診斷需求[7]。MSCT掃描速度快，能在10s內(nèi)完成四肢骨關(guān)節(jié)的毫米甚至亞毫米薄層掃描，結(jié)合VR、MPR、MIP和CPR等多種三維重組技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)X線拍片不能發(fā)現(xiàn)的隱匿性骨折[8]，還可從多方位多角度立體觀察骨折的詳細情況，幫助臨床醫(yī)生選擇最佳的治療方案、制定最合適的手術(shù)方式并進行預(yù)后評估，明顯減少并發(fā)癥和關(guān)節(jié)功能障礙。現(xiàn)在臨床醫(yī)生已逐漸認識到MSCT在四肢骨關(guān)節(jié)外傷診斷中的優(yōu)勢，MSCT檢查在四肢骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用明顯增多。

MSCT在四肢骨關(guān)節(jié)骨折診斷中的不足：CT檢查的輻射劑量較高，通常是X線拍片的數(shù)倍，而患者多數(shù)是對輻射比較敏感的兒童和青少年，這限制了MSCT在四肢骨關(guān)節(jié)成像方面的應(yīng)用；目前四肢骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)的CT掃描參數(shù)不夠規(guī)范，傳統(tǒng)的以掃描技師經(jīng)驗為準的固定管電流技術(shù)導(dǎo)致患者所接受的輻射劑量較高，也很難保證圖像質(zhì)量的一致；而MSCT掃描時必須使用較高的管電流來保證薄層圖像和三維重組圖像的質(zhì)量，這進一步增加了患者的輻射劑量。

骨關(guān)節(jié)的MSCT圖像。圖1-2為腕關(guān)節(jié)VR圖像，圖1為對照組圖像采用120kVp、50mAs掃描，CTDIvol 7.0mGy, DLP 84.0mGy·cm，標準軟組織算法（FC01）；圖2為實驗組圖像采用120kVp、10mAs掃描，CTDIvol 1.4mGy, DLP16.8mGy·cm，柔和軟組織算法（FC41），兩幅圖像無明顯差異。圖3-4為實驗組掃描圖像，圖3采用柔和軟組織算法（FC41）噪聲為3.06HU，圖4采用標準軟組織算法（FC01）噪聲為6.32HU。圖5-6為腕關(guān)節(jié)冠狀位骨算法圖像，圖5為試驗組，圖6為對照組，圖5的噪聲水平明顯高于圖6，兩組圖像在骨小梁和舟骨骨折線的顯示無明顯差別。圖7-8為試驗組肘關(guān)節(jié)的VR和MPR圖像，圖9-10為試驗組踝關(guān)節(jié)的VR和MPR圖像，圖11-12為試驗組頜面部的VR和MPR圖像，采用不同函數(shù)重建的VR和MPR圖像均達到良好的圖像質(zhì)量，完全滿足臨床診斷需求。

四肢骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)良好的天然對比是降低CT輻射劑量的基礎(chǔ)，但相關(guān)的研究還不夠成熟。MSCT管電流調(diào)制技術(shù)是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的輻射劑量控制技術(shù)，它根據(jù)預(yù)設(shè)的圖像噪聲水平和掃描部位的厚度和密度自動調(diào)整管電流，優(yōu)化了管電流的輸出，實現(xiàn)了輻射劑量的個性化。該技術(shù)在全身多個部位如頸部、胸部和腹部都有非常成熟的應(yīng)用并取得良好的效果。本研究首次將它應(yīng)用于四肢骨關(guān)節(jié)MSCT掃描中，盡管試驗組的圖像質(zhì)量評分低于對照組，但全部圖像均能滿足臨床診斷需求(表1)，試驗組的輻射劑量較對照組有非常顯著的下降，最大管電流(mA)、CTDIvol、DLP的降幅分別達到了69.60%、79.90%、77.30%(表3)。試驗組通過前瞻性地設(shè)置，圖像噪聲比較均勻一致，波動范圍明顯小于對照組(表2)，保持了圖像質(zhì)量的恒定。對照組的圖像噪聲水平低于實驗組，但個體差異導(dǎo)致的圖像質(zhì)量偏差明顯增大，這不利于醫(yī)學影像圖像質(zhì)量控制的操作。在CT圖像重建過程中，重建函數(shù)對圖像噪聲水平、空間分辨力和密度分辨力有非常大的影響，根據(jù)圖像層厚和重建目的不同優(yōu)選和采用有針對性的重點突出的重建函數(shù)，實現(xiàn)空間分辨力、密度分辨力和圖像噪聲個性化和最優(yōu)化的設(shè)置，在輻射劑量不變的情況下明顯提高圖像質(zhì)量。在重建層厚為5mm時采用標準軟組織算法(FC01)來觀察骨關(guān)節(jié)周圍軟組織，骨算法(FC31)來觀察骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。重建0.5mm層厚的圖像用于三維重組時，由于圖像層厚變薄使圖像噪聲明顯增加，試驗組管電流低圖像噪聲下降更明顯，嚴重影響三維重組的圖像質(zhì)量。試驗組采用柔和軟組織算法(FC41)的圖像用于VR(圖2)，圖像噪聲明顯下降(圖3)，接近對照組的圖像(圖1)噪聲水平(表2)，低噪聲圖像重組的VR圖像骨結(jié)構(gòu)立體感強，表面光滑，顏色鮮艷，而空間分辨力的下降并不會降低VR的圖像質(zhì)量。試驗組用于MPR的圖像(圖5)仍采用骨算法(FC31)，以保持良好的空間分辨力來觀察骨的微細結(jié)構(gòu)，而骨皮質(zhì)、骨小梁與周圍組織結(jié)構(gòu)巨大的密度對比可以承受更高的圖像噪聲，與對照組(圖6)相比圖像質(zhì)量并不會出現(xiàn)明顯下降。本研究在肘關(guān)節(jié)(圖7-8)、腕關(guān)節(jié)(圖2，5-6)、手、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)(圖 9-10)和足的應(yīng)用均取得非常滿意的效果，在脊柱和頜面部(圖11-12)也均取得較好效果。

綜上所述，四肢骨關(guān)節(jié)多層CT掃描時應(yīng)用管電流調(diào)制技術(shù)結(jié)合多函數(shù)優(yōu)選多次重建圖像，既可以使圖像質(zhì)量滿足臨床診斷需求，又可以大幅降低患者的輻射劑量，在臨床工作中有很大的應(yīng)用和推廣價值。

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(本文編輯: 汪兵)

The Application of Multi-slice CT Automatic Tube-cu rren t Modu lation Technique Combine Multiple Reconstruction Kernal to Decrease the Radiation Dose of Extremities and Joints*

YUAN Zhi-dong, FENG Fei, SH I Qiao, et al., Department of M edical Imaging, Peking University Shenzhen Hospital, Shenzhen 518036, Guangdong Province, China

ObjectiveTo compare MSCT radiation doses and image quilities of extrem ities and joints between automatic tube-current modulation(ATCM) technique combine multiple reconstruction kernal and fixed tube-current technique, and evaluate the effectiveness of ACTM decreased radiation doses of extrem ities and joints.Methods108 patients performed MSCT extrem ities and joints scanning were devided into two groups, group of automatic tube-current modulation technique combine multiple reconstruction kernal(test group) and group of fixed tube-current technique (control group), 54 patients of tw o each group. The target image noise level of test group w as 10HU and the machine automatically set tube-current in scanning according to attenuated information of scaning range in scanogram, tube-current of control group was 100m A, gantry rotation time 0.5s/r, others parameters were totally same. CTDIvol and DLP of two groups and the maximum tube-current of test group w ere recorded respectively. Muscle and uniform fatty noises of two groups were measured. Images thickness of 0.5mm were reconstructed for 3D reformation, the test group reconstructed images by gentle soft tissue algorithm(FC41) for VR and bone algorithm(FC30) for MPR, the control group reconstructed images by standard soft tissue algorithm(FC41) for VR and bone algorithm(FC30) for MPR. Images quality evaluation were divided into 5 score according to Likert 5 point by one CT technologist and one radiologist With double blind method. Images better than 3 points achieved diagnostic requirements.ResultsImages quality scores of test group were poor to control group, but all images of test group achieved diagnostic requirements. Image noise of test group higher than that's of control group. the differences of two groups were significant(P＜0.05).ConclusionMSCT extrem ities and joints scanning With automatic tube-current modulation technique combine multiple reconstruction kernal can dramatic reduce the radiation dose of patients and images achieve diagnostic requirements, it has great value in clinical practice.

Tube-current Modulation Technique; Image Quility; Noise

R322.7+2

A

深圳市科技研發(fā)資金項目(JCYJ20130402114431528)，深圳市醫(yī)療衛(wèi)生科研項目(201303039)

10.3969/j.i s sn.1672-5131.2016.11.037

成官迅

2016-10-09