寬體探測(cè)器CT不同掃描方式對(duì)胸部低劑量CT圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響

吳柯薇，鐘朝輝，王振常，袁穎，秦翔宇，李妍

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院 放射科，北京 100050

引言

肺癌目前高居我國惡性腫瘤發(fā)病、死因首位，早期準(zhǔn)確診斷肺癌具有重要意義。2011 年美國國家肺癌篩查試驗(yàn)[1]結(jié)果指出低劑量CT 是目前唯一能降低肺癌死亡率的影像學(xué)篩查方法。由于探測(cè)器寬度和檢查床運(yùn)動(dòng)模式的限制，常規(guī)胸部低劑量掃描均采用螺旋掃描方式，隨著CT技術(shù)的不斷進(jìn)步，多排螺旋CT 的機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度和探測(cè)器寬度都有了大幅的提升，在完成快速掃描的同時(shí)還可以通過軸位掃描完成大范圍的容積成像[2-3]。與窄體探測(cè)器CT相比，寬體探測(cè)器CT 顯著增加了單次旋轉(zhuǎn)掃描的覆蓋范圍，減少實(shí)際掃描時(shí)間，降低掃描劑量，提供更高質(zhì)量的圖像。本研究采用寬體探測(cè)器CT 分別利用軸位掃描方式和螺旋掃描方式行胸部低劑量CT 檢查對(duì)圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響，分析運(yùn)用寬體探測(cè)器時(shí)更適合胸部低劑量的掃描方式。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究為回顧性研究，收集2018 年10 至11 月來我院行胸部低劑量CT 篩查的病人，共160 例。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 不能完成屏氣檢查；② 體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）＞28 kg/m2；③ 掃描后層數(shù)超過60 層的受檢者。將受檢者隨機(jī)分為兩組，分別采用螺旋掃描和軸位掃描方式。A 組：男33 例，女47 例，平均年齡70.53±9.84 歲，BMI 17.91～26.33 kg/m2；B 組：男39 例，女41 例，平均年齡70.88±9.30 歲，BMI 17.02～27.03 kg/m2。

1.2 儀器與方法

采用GE 公司Revolution 256 排螺旋CT 機(jī)，取仰臥位，行吸氣位全肺掃描。其中A 組采用螺旋掃描方式，準(zhǔn)直寬度128×0.625 mm，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.28 轉(zhuǎn)/s，螺距比0.992:1。B 組采用軸位掃描方式，準(zhǔn)直寬度設(shè)置為根據(jù)患者肺野長(zhǎng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)，最大256×0.625 mm，最小為64×0.625 mm，機(jī)架轉(zhuǎn)速0.28 轉(zhuǎn)/s。兩組均采用120 kVp 管電壓，應(yīng)用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（Automatic Tube Current Modulation，ATCM），設(shè)定控制圖像質(zhì)量的噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）為25[4]，管電流調(diào)制范圍10～500 mA，采用多模型迭代重建（ASIR-V）權(quán)重選擇50%[5-6]，重建層厚5 mm，重建間隔5 mm，掃描層數(shù)選擇60 層。

1.3 圖像客觀分析

應(yīng)用圖像后處理工作站aw4.6，選擇肺上部、中部及肺底部（胸廓入口處軟組織、氣管分叉層面胸主動(dòng)脈、肺底部肝臟中心區(qū)域）共三個(gè)層面面積為100 mm2的密度均勻的區(qū)域（圖1），讀取其CT 值。每位受檢者同一位置測(cè)量3 次CT 值，取其平均值作為CT 值測(cè)量結(jié)果，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差作為噪聲值。計(jì)算信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR），SNR=CT 值/噪聲值。

圖1 測(cè)量CT值所選取的層面

1.4 圖像主觀分析

將2 組CT 圖像傳至PACS，由兩名十年以上放射科工作經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師采用雙盲法對(duì)獲得的CT 圖像從解剖結(jié)構(gòu)顯示、偽影、噪聲和診斷共4 個(gè)方面的可接受程度進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)分。采用5 分法進(jìn)行評(píng)價(jià)，5 分：優(yōu)，解剖結(jié)構(gòu)清楚，圖像清晰，無偽影，完全符合診斷要求；4 分：良好，解剖結(jié)構(gòu)較清楚，圖像較清晰，輕度偽影，符合診斷要求；3 分：一般，解剖結(jié)構(gòu)能辨認(rèn)，圖像中度模糊或偽影，不影響診斷；2 分：較差，解剖結(jié)構(gòu)不清，能大致辨認(rèn)，有明顯偽影，不符合診斷要求；1 分：差，解剖結(jié)構(gòu)顯示不清，圖像模糊，偽影重，完全不能用于診斷。兩名醫(yī)師評(píng)分相同時(shí)，以該分值作為最后評(píng)分；評(píng)分不一致時(shí)，請(qǐng)另一名高年資放射科醫(yī)師評(píng)定，并以之作為最后評(píng)分。

1.5 輻射劑量

根據(jù)劑量報(bào)告記錄容積CT 劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol），劑 量 長(zhǎng) 度 乘 積（Dose Length Product，DLP），計(jì) 算 有 效 劑 量（Effective Dose，ED），ED=DLP×0.017[7]，記錄機(jī)器列表中給出的射線利用率。比較兩種掃描方式的輻射劑量和射線利用率。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0 軟件，采用單因素方差分析評(píng)價(jià)兩種掃描方式的客觀指標(biāo)，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像客觀質(zhì)量比較

兩種掃描方式不同位置的CT 值、噪聲值及SNR，見表1。兩種掃描方式氣管分叉層面胸主動(dòng)脈的噪聲值及SNR 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。軸位掃描胸廓軟組織層面的噪聲值及SNR 較螺旋掃描分別下降了8%和10%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），軸位掃描肺底部肝臟區(qū)域的噪聲值及SNR 較螺旋掃描分別下降了9%和8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 圖像主觀質(zhì)量評(píng)分

A 組和B 組圖像主觀評(píng)分分別為（4.13±0.35）分和（4.16±0.41）分，兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。對(duì)胸部正常解剖部位和病變的顯示清晰，符合診斷要求（表2）。

2.3 輻射劑量、射線利用率

B 組和A 組比較有效劑量降低了8%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表1 兩種掃描方式的CT值、噪聲值及SNR

表1 兩種掃描方式的CT值、噪聲值及SNR

CT值 噪聲值 SNR組別 胸廓入口處 氣管分叉層 肺底部肝臟 胸廓入口處軟 氣管分叉層面 肺底部肝臟 胸廓入口處 氣管分叉層 肺底部肝臟軟組織 面胸主動(dòng)脈 區(qū)域 組織 胸主動(dòng)脈 區(qū)域 軟組織 面胸主動(dòng)脈 區(qū)域A組 18.19±2.90 15.35±1.45 20.01±1.94 50.29±12.55 50.29±12.55 42.20±4.93 2.83±0.82 2.80±0.45 2.12±0.28 B組 19.26±2.99 15.11±1.22 18.83±1.71 46.65±12.47 42.31±5.02 38.72±6.05 2.48±0.75 2.81±0.34 1.97±0.38 F 3.374 0.080 15.857 5.237 1.324 0.896 7.815 0.041 8.209 P ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05

表2 兩組輻射劑量和主觀評(píng)分

表2 兩組輻射劑量和主觀評(píng)分

組別 掃描時(shí)間 C(TmDG Iyv)o l(mGD yL·P cm) ED (mSv) 主觀評(píng)分A組 2.22±0.24 1.05±0.24 36.18±8.38 0.61±0.12 4.15±0.56 B組 4.23±1.19 1.2±0.27 32.86±7.35 0.56±0.10 4.15±0.32 F 33.840 6.540 6.540 6.909 0.143 P ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05

3 討論

胸部低劑量CT 檢查是肺癌篩查的有效方法[8]，然而受窄體探測(cè)器CT 機(jī)硬件影響，螺旋掃描成為胸部低劑量CT 檢查的主要掃描方式。隨著硬件和軟件的不斷進(jìn)步，大部分高端CT 均可使用軸掃方式進(jìn)行大范圍容積掃描，不僅降低了劑量，而且達(dá)到了高清的圖像質(zhì)量[9]。

本次研究顯示在胸廓入口處軟組織和肺底部肝臟中心區(qū)域處，兩組的噪聲值有顯著性差異。原因是掃描使用自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（ATCM）。ATCM 技術(shù)是基于解剖結(jié)構(gòu)及掃描結(jié)構(gòu)對(duì)X 線衰減差異不同來控制X 線的輸出[10]。在寬體探測(cè)器CT 軸位掃描中，由于胸廓入口處軟組織和肺底部肝臟中心區(qū)域組織對(duì)X 線衰減的差異較大，而球管的輸出是基于該區(qū)域組織對(duì)X 線衰減的平均值，所以在胸廓入口處軟組織和肺底部肝臟中心區(qū)域的圖像質(zhì)量要低于CT掃描預(yù)設(shè)的圖像質(zhì)量。氣管分叉層面胸主動(dòng)脈區(qū)域?qū) 線衰減比較相近，所以兩組的客觀評(píng)價(jià)結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖2）。而肺部屬于含氣組織，肺泡內(nèi)空氣和肺實(shí)質(zhì)或者病灶之間有天然的對(duì)比，并且在采用窗技術(shù)（肺窗）的幫助下，肺部中的病灶不易受圖像噪聲的影響。主觀評(píng)價(jià)結(jié)果顯示兩組評(píng)分無顯著性差異（表2）。

圖2 球管輸出情況示例（氣管分叉層面胸主動(dòng)脈區(qū)域）

在輻射劑量方面，由于螺旋掃描采用螺旋前進(jìn)的掃描方式，在掃描開始與結(jié)束時(shí)均有一段掃描為無用數(shù)據(jù)，即為無效輻射。而軸位掃描采用步進(jìn)式掃描方式，掃描時(shí)準(zhǔn)直射線全部落在圖像層面的探測(cè)器上，雖有探測(cè)器利用部分的少量重疊，但沒有無效輻射，因此軸位掃描模式與螺旋掃描方式相比，在減少患者輻射劑量方面更具優(yōu)勢(shì)[11]。而且，寬體探測(cè)器較傳統(tǒng)探測(cè)器提高了射線的利用率，X線射線利用率是在Z 軸方向的劑量分布中，通過計(jì)算用于數(shù)據(jù)采集的檢測(cè)器范圍內(nèi)積分值和劑量分布的總積分值之間的比率，通過機(jī)器計(jì)算，可以看到軸位掃描時(shí)，射線利用率為96.6%，螺旋掃描時(shí)射線利用率為89.5%，軸位掃描比螺旋掃描減少了輻射[12]。根據(jù)數(shù)據(jù)處理方式的不同，螺旋掃描模式的劑量要高于軸位掃描。螺旋掃描模式數(shù)據(jù)采集的軌跡是螺旋式，因此會(huì)有劑量疊加的情況，而軸位掃描雖有疊加部分，但只是在軸位的兩端小范圍內(nèi)，因此較螺旋掃描增加的額外輻射劑量要少[13]。目前寬體探測(cè)軸位掃描多用于冠脈CT 掃描[14-16]，本研究顯示寬體探測(cè)軸位掃描的輻射劑量與螺旋掃描比較降低了8%（表2）。在掃描時(shí)間方面，螺旋掃描的掃描時(shí)間雖明顯小于軸位掃描時(shí)間，但因?yàn)檩S位掃描中兩個(gè)軸掃的動(dòng)床時(shí)間至少在2.2 s 以上，因此實(shí)際曝光時(shí)間要小于螺旋掃描的曝光時(shí)間。使用軸位掃描也可延長(zhǎng)球管壽命。

本研究的不足之處在于沒有探討掃描方式的不同對(duì)有效層厚的影響。有研究表明在采用螺旋掃描時(shí)，由于是在不間斷的運(yùn)動(dòng)，就使得數(shù)據(jù)采集產(chǎn)生解剖上輕度的差異，導(dǎo)致了有效層厚的增加和偽影的產(chǎn)生，也影響了圖像質(zhì)量[17]，掃描方式的不同對(duì)胸部CT 有效層厚的影響需進(jìn)一步討論。本研究基于GE Revolution 256 排螺旋CT 機(jī)，對(duì)于其他設(shè)備使用不同掃描模式對(duì)圖像的影響是否有相同的結(jié)果，需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本文探討寬體探測(cè)器CT 應(yīng)用不同掃描方式對(duì)胸部低劑量CT 圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響。結(jié)果提示，軸位掃描可在保證圖像質(zhì)量的情況下，有效降低輻射劑量，并減少曝光時(shí)間，延長(zhǎng)球管壽命。