基于胸部模體的CARE Dose4D技術(shù)不同定位像對圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響

唐紅梅，任芳芳，2，楊柳，余澤平，2，郁仁強

1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶400016；

2.重慶醫(yī)科大學(xué)第一臨床學(xué)院醫(yī)學(xué)影像技術(shù)系，重慶400016

隨著計算機體層攝影(computer tomography，CT)檢查技術(shù)的發(fā)展，CT檢查成為最常用的放射診斷手段之一。越來越多的人選擇CT檢查，由此帶來的CT檢查的診療輻射也已經(jīng)成為重要的衛(wèi)生安全問題。目前主要的CT設(shè)備制造商都提供自動曝光控制(Automatic Exposure Control，AEC)系統(tǒng)，通過增加對高衰減區(qū)域的暴露和調(diào)節(jié)管電流減少對低衰減區(qū)域的暴露來優(yōu)化患者的劑量和圖像質(zhì)量[1-2]。定位像用于確定合適的管電流量，是AEC系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。CARE Dose 4D是西門子提出的四維自動實時劑量調(diào)整技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于臨床CT檢查中。本研究利用胸部仿真CT模體，探討在CARE Dose 4D技術(shù)中使用不同定位像對胸部CT檢查圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗材料 采用西門子新一代雙源炫速CT(SOMATOM Definition Flash，Siemens，Germany)，胸部仿真CT模體(日本Kyoto KAGAKU公司)，該模體由與人體的組織等效的X線吸收率的材料制成，模擬成年男性的胸部。

1.2 掃描方案2018年在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，使用胸部仿真CT模體進行實驗，將胸部仿真CT模體按照標(biāo)準(zhǔn)胸部掃描體位進行擺位，在肺尖層面、氣管分叉層面、心臟層面放置直徑約為15 mm模擬磨玻璃結(jié)節(jié)。實驗一共分成三組掃描，A組使用胸部正位定位像(圖1A)掃描，B組使用側(cè)位定位像(圖1B)掃描，C組使用正、側(cè)位雙定位像掃描，每次掃描參數(shù)一致。采用螺旋掃描，F(xiàn)OV 350 mm，參考管電壓120 kV，參考管電流量80 mAs，螺距1，層厚5 mm，層間隔5 mm，開啟CARE Dose4D技術(shù)。每組分別掃描10次，每次掃描的層數(shù)和范圍完全一致，均為肺尖到肺底，并記錄每一次掃描的劑量長度乘積(dose length product，DLP)。

圖1 胸部仿真CT模體掃描正位定位像(A)和側(cè)位定位像(B)

1.3 主觀圖像質(zhì)量評價 將掃描的圖像傳輸至工作站(MMWP workstation，Siemens，Germany)，并分別設(shè)置肺窗(窗寬1 400 Hu，窗位-500 Hu)和縱隔窗(窗寬350 Hu，窗位50 Hu)進行，并隱藏圖片信息。請兩名工作經(jīng)驗在五年以上的放射科醫(yī)師進行盲閱。采用5分法進行評價，5分圖像：模擬磨玻璃結(jié)節(jié)邊緣清晰，肺組織結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)顯示清楚，圖像質(zhì)量佳(圖2A)；4分圖像：模擬磨玻璃結(jié)節(jié)邊緣顯示可，肺組織結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)顯示較好，圖像質(zhì)量較好(圖2B)；3分圖像：模擬磨玻璃結(jié)節(jié)邊緣略模糊，大部分肺組織結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)顯示清楚，圖像質(zhì)量可；2分圖像：模擬磨玻璃結(jié)節(jié)邊緣模糊，肺組織結(jié)構(gòu)顯示不清，細(xì)節(jié)顯示不良，圖像質(zhì)量差；1分圖像：模擬磨玻璃結(jié)節(jié)邊緣不可見，肺組織結(jié)構(gòu)顯示不清，圖像質(zhì)量很差。3分及其以上為滿足診斷要求，當(dāng)兩名醫(yī)師意見不一致時，協(xié)商達成一致意見。

圖2 氣管分叉層面CT圖像(A)和心臟層面CT圖像(B)

1.4 客觀圖像質(zhì)量評價 選擇肺尖層面、氣管分叉層面、心臟層面的模擬磨玻璃結(jié)節(jié)作為感興趣區(qū)(ROI)，ROI均為圓形，面積為20 mm2，測量每一次掃描三個層面的ROI的CT值和SD值，同時將相同大小的ROI放置在同一層面的模擬血管處，測量模擬血管的CT值SD值，計算信噪比(SNR)及對比噪聲比(CNR)，SNR=模擬磨玻璃結(jié)節(jié)CT值/模擬磨玻璃結(jié)節(jié)SD值；CNR=(模擬磨玻璃結(jié)節(jié)CT值—模擬血管CT值)/模擬血管SD值。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 22軟件包數(shù)據(jù)分析。計量資料均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，三組圖像的主觀質(zhì)量比較采用方差分析，三組掃描的SNR、CNR及輻射劑量比較采用方差分析，組間兩兩比較使用LSD-t法，行方差齊檢驗；使用Kappa檢驗判斷兩名醫(yī)師評分的一致性。Kappa值≥0.80時，表示一致性非常好；當(dāng)0.80＞Kappa值≥0.6時，表示一致性較好；當(dāng)0.60＞Kappa值≥0.4時，表示一致性一般；當(dāng)時Kappa值＜0.4時，表示一致性差。檢驗水準(zhǔn)α=0.05，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 三組圖像的主觀質(zhì)量評價 兩名影像科醫(yī)師對圖像質(zhì)量評價的一致性較好(Kappa=0.626)，且所有圖像質(zhì)量評分都在4分及其以上，均能滿足診斷要求。A、B、C三組圖像質(zhì)量評分分別為(4.83±0.38)分、(4.73±0.45)分、(4.80±0.41)分，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(F=0.456，P=0.630)。

2.2 三組圖像的客觀質(zhì)量評價A、B、C三組圖像在肺尖層面、氣管分叉層面及心臟層面的SNR和CNR見表1。A組圖像在肺尖層面、氣管分叉層面及心臟層面的SNR和CNR高于B組和C組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。B和C組圖像在肺尖層面、氣管分叉層面及心臟層面的SNR和CNR的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

表1 三組圖像質(zhì)量客觀評價指標(biāo)比較(±s)

表1 三組圖像質(zhì)量客觀評價指標(biāo)比較(±s)

注：與A組比較，a P＜0.05。

客觀評價指標(biāo)A組(n=10)B組(n=10)C組(n=10)F值P值肺尖層面SNR22.25±0.2421.76±0.16a21.80±0.18a18.960.001 CNR17.31±0.0717.16±0.09a17.16±0.12a7.610.002氣管分叉層面SNR24.66±0.2022.31±0.14a22.24±0.19a585.780.001 CNR18.74±0.1818.05±02.0a18.04±0.10a58.480.001心臟層面SNR28.09±0.3427.43±0.33a27.52±0.32a11.610.001 CNR16.21±0.2615.39±0.14a15.60±0.52a15.130.001

2.3 三組掃描的輻射劑量比較A組、B組、C組掃描的DLP分別為(143.50±0.71)mGy·cm、(106.90±0.74)mGy·cm和(107.20±0.79)mGy·cm，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=7 972.02，P=0.001)，其中B組、C組的輻射劑量明顯低于A組，而B組和C兩組的輻射劑量相當(dāng)。

3 討論

隨著CT檢查臨床應(yīng)用的增加，人們對輻射劑量的危害越來越重視。目前，臨床上降低受檢者輻射劑量的方法很多，包括重建算法技術(shù)[3]和人工智能技術(shù)[4]等。AEC技術(shù)可以根據(jù)定位像的信息，智能調(diào)節(jié)管電流，提高X線的使用效率，保證不同體型的受檢者之間、同一受檢者不同層面之間圖像質(zhì)量的一致性，減少X線球管的負(fù)荷，從而延長球管使用壽命，已被證實是一種可以有效降低受檢者輻射劑量的技術(shù)[5]。

CARE Dose 4D技術(shù)是西門子公司提供的四維智能在線劑量調(diào)節(jié)管理軟件，該軟件可以根據(jù)不同的體型、不同解剖部位，自動調(diào)節(jié)球管電流的輸出。在盡可能低的劑量水平下，提供噪聲一致的圖像，廣泛應(yīng)用于降低受檢者的輻射劑量[6]。CARE Dose 4D技術(shù)是根據(jù)受檢者的身高、體質(zhì)量和Z軸方向自動調(diào)整受檢者接受的輻射劑量，同時，通過定位像確定長軸各個位置的衰減，根據(jù)這個衰減來調(diào)節(jié)管電流[7-8]。在常規(guī)臨床工作中，胸部CT檢查常采用正位定位像成像，但部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)：在采用CARE Dose 4D技術(shù)的胸部CT檢查中，利用正、側(cè)雙定位像進行掃描時可以進一步的降低患者的輻射劑量，從而得出正、側(cè)雙定位像掃描可提供更多X射線衰減信息，能更準(zhǔn)確地計算出受檢者檢查所需要的最優(yōu)的掃描條件[9-12]。然后，以上研究僅對比了胸部正位像和正、側(cè)雙定位像掃描，沒有考慮單一側(cè)位定位像對CARE Dose 4D技術(shù)的影響，故得出的結(jié)論具有一定的局限性。

為了探討正、側(cè)雙定位像掃描為什么會降低輻射劑量，筆者通過對胸部仿真CT模體進行實驗，設(shè)計分別采用胸部正位定位像掃描(A組)，側(cè)位定位像掃描(B組)，正、側(cè)位雙定位像掃描(C組)，最終研究得出：在胸部CT檢查時，側(cè)位定位像掃描(B組)同樣可以達到正、側(cè)位雙定位像掃描(C組)的效果。即側(cè)位定位像掃描(B組)時，與常規(guī)正位定位像掃描(A組)相比，在沒有明顯降低圖像質(zhì)量的情況下，同樣可以降低了檢查時的輻射劑量。所以筆者認(rèn)為：正、側(cè)位雙定位像降低輻射劑量并不是因為雙定位像掃描可提供更多X射線衰減信息，而是因為胸部側(cè)位定位像提供了更短的投影像橫截面積及胸骨和脊柱等高密度的骨組織位于定位像的邊緣：①胸部正位定位像顯示的是左右方向的投影，而胸部側(cè)位定位像顯示的是前后方向的定位像，胸部仿真模體與正常人胸部相似，前后徑短于左右徑，故側(cè)位定位像(圖1B)比正位定位像(圖1A)徑線更短。②胸部側(cè)位定位像掃描時，密度較高的胸骨和脊柱投影于定位像的邊緣，而正位定位像掃描時，密度較高的胸骨和脊柱投影于定位像的中央?yún)^(qū)。CARE Dose 4D技術(shù)調(diào)節(jié)管電流與患者的體型、部位的密度等多種因素有關(guān)[13-15]，胸部CT檢查中，與常規(guī)正位定位像相比，側(cè)位定位像可以在保證圖像質(zhì)量的前提下，提供更低的輻射劑量。與正位定位像相比，側(cè)位定位像定位還可以清楚顯示后肋膈角，可以準(zhǔn)確定位減少了掃描長度[16]。

在CARE Dose 4D技術(shù)下，利用正、側(cè)雙定位像來進行定位掃描也可以降低輻射劑量的同時獲得滿足診斷要求的圖像，但掃描兩個定位像畢竟是要花費一定的時間，增加了輻射劑量風(fēng)險，并會減少球管的使用壽命。臨床上工作較繁重，病人較多，采用單一側(cè)位定位像掃描可以節(jié)省一定的時間，并可能減少定位像的劑量。西門子公司CT設(shè)備可以根據(jù)預(yù)覽圖像重建合適的顯示視野，可以取得與正、側(cè)雙定位像一樣的效果。

故在應(yīng)用CARE Dose 4D技術(shù)進行胸部CT掃描時，推薦使用單一側(cè)位定位像掃描，在保證圖像滿足診斷要求的同時，減少曝光次數(shù)，降低輻射劑量。

本研究尚有一定的局限性：以模體作為研究對象，沒有考慮到受試者具有個體性的差異，也不能觀察呼吸運動對圖像的影響；體模實驗?zāi)M最理想的掃描狀態(tài)，僅使用側(cè)位像定位，對于不能舉手的患者，可能由于肩關(guān)節(jié)、肱骨、椎體或肺尖病灶等影響，不利于對肺尖的定位，反而出現(xiàn)多掃或漏掃的情況；側(cè)位定位像用于定位掃描，要取得合適的顯示視野，需要再次重建圖像。在今后的研究中，會逐步推廣到臨床受試者中掃描驗證。