袁穎，鐘朝輝，吳天棋，白玫

1. 首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處，北京 100053；2. 首都醫(yī)科大學(xué)北京友誼醫(yī)院 放射科，北京 100050

引言

由于人口老齡化和空氣污染等多種因素，自21世紀(jì)初期，肺癌已成為我國死亡率最高的惡性腫瘤[1-2]，胸部CT檢查在肺癌、肺結(jié)核疾病的檢出與診斷等方面具有一定的優(yōu)勢，尤其對(duì)于肺癌篩查，其檢出率約為X線胸片的6倍，而輻射劑量卻是X線胸片的幾十甚至上百倍[3]，CT檢查引起的輻射傷害逐漸引起人們的關(guān)注。自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）是保證圖像質(zhì)量的情況下能有效降低輻射劑量的方法。影響ATCM技術(shù)的因素很多[4-6]，如管電壓、準(zhǔn)直寬度、螺距等，應(yīng)用ATCM技術(shù)對(duì)胸部CT的圖像質(zhì)量和磨玻璃密度結(jié)節(jié)的檢出的影響尚未有相關(guān)研究，本文旨在探討螺距對(duì)ATCM技術(shù)的影響，為臨床優(yōu)化胸部CT掃描方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 胸部模型

采用Shimadzu PH-1胸部仿真模體，如圖1所示，大小為43 cm×48 cm，胸圍94 cm，重量為18 kg，主要成分為聚氨酯樹脂SZ-50以及人工骨骼，模體內(nèi)部肺紋理與人體無顯著差別。模體內(nèi)放置9個(gè)磨玻璃密度結(jié)節(jié)（Ground Glass Nodules，GGN）[7]，其直徑為5、8、12 mm三種，將5 mm的GGN置于肺尖區(qū)，其余GGN隨機(jī)置于體模的上、中、下肺野及內(nèi)、中、外帶。GGN的平均CT值為-437.44上、中、下肺野。

1.2 儀器與方法

采用GE Optima CT680對(duì)胸部仿真模體進(jìn)行掃描，將模體放置掃描野等中心點(diǎn)水平，掃描范圍自肺尖到肺底。掃描條件：管電壓120 kVp，使用ATCM技術(shù)，管電流調(diào)節(jié)范圍為10～560 mA，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.5 s/rot，準(zhǔn)直寬度為40 mm（64×0.625），圖像重建矩陣為512×512，層厚5 mm，層間距5 mm。重建條件：以標(biāo)準(zhǔn)算法ASIR30重建[8-9]。每組掃描覆蓋范圍一致（30 cm）。應(yīng)用ATCM技術(shù)，分別以螺距為0.516:1、0.984:1和1.375:1進(jìn)行掃描并記作A、B、C組，每組在設(shè)定噪聲指數(shù)（Noise Index，NI）值為10、15、20、25、30時(shí)分別掃描。記錄各組容積CT劑量指數(shù)（Volumetric CT Dose Index，CTDIvol），劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

圖1 Shimadzu PH-1胸部仿真模體

1.3 測量圖像噪聲

所有的數(shù)據(jù)傳到圖像后處理工作站adw4.6，測量氣管分叉處主動(dòng)脈噪聲值（120 mm2）和肝部上緣噪聲值（200 mm2），每組圖像測量3次。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

將各組圖像傳至PACS，由兩名10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)生獨(dú)立評(píng)價(jià)所有圖像。應(yīng)用固定窗寬、窗位：肺窗窗寬1600 HU，窗位-600 HU（圖2）；縱隔窗窗寬400 HU，窗位40 HU （圖3）。對(duì)GGN的清晰度采用4分制進(jìn)行主觀評(píng)分：4分，結(jié)節(jié)邊緣清晰可見；3分，結(jié)節(jié)邊緣稍顯模糊；2分，結(jié)節(jié)邊緣較模糊但結(jié)節(jié)仍可見；1分，結(jié)節(jié)不可見。共評(píng)價(jià)3次。

圖2 肺窗

圖3 縱隔窗

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

比較15組掃描的CTDIvol和DLP。應(yīng)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，采用單因素方差分析比較同一預(yù)設(shè)NI下不同螺距的圖像客觀噪聲。應(yīng)用非參數(shù)檢驗(yàn)中的Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)比較相同預(yù)設(shè)NI下不同螺距的圖像GGN主觀評(píng)分。P＜0.05時(shí)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。應(yīng)用Kappa檢驗(yàn)判斷兩名放射科醫(yī)師對(duì)圖像診斷的一致性，Kappa值≥0.75為一致性較好，0.4～0.74為一致性中等，＜0.4為一致性較差。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量和掃描時(shí)間

A組在NI為10、15、20、25、30時(shí)的CTDIvol分別為 8.45、3.17、2.04、1.33、1.00，與 B組（10.86、4.77、2.67、1.67、1.15）比較分別降低了22.19%、22.22%、23.60%、20.36%、13.04%，如表1所示。

表1 各組在不同NI下的CTDIvol、DLP和掃描時(shí)間

A、B、C組的掃描時(shí)間分別為8.15、4.33、3.27 s。受最低管電流的限制（最小輸出為10 mA），NI為30時(shí)，在肺野中部的管電流輸出均為10 mA，見圖4。

圖4 各層面管電流值

2.2 圖像質(zhì)量

2.2.1 客觀評(píng)估

對(duì) A、B、C三組在相同 NI掃描的圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)估，在氣管分叉處胸主動(dòng)脈和肝部上緣層面分別選擇密度均勻的區(qū)域測量CT值，其標(biāo)準(zhǔn)差的大小代表該層面的客觀噪聲水平，測量結(jié)果見表2～3，數(shù)據(jù)顯示三組掃描在相同NI掃描的圖像噪聲沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.2.2 主觀評(píng)估

對(duì)三組掃描在相同NI下掃描得到圖像的質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)估，評(píng)分結(jié)果，見表4。相同NI下，不同螺距掃描得到的CT圖像主觀評(píng)分無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。GGN評(píng)分一致性，見表5，一致性較好。毫安值的限制，螺距在0.516:1時(shí)的輻射劑量降低程度小于其他噪聲指數(shù)下的輻射劑量降低程度，見圖4。表1顯示，A組的掃描時(shí)間為8.15 s，B組的掃描時(shí)間為4.33 s，一般患者可以完成10 s以內(nèi)的憋氣，應(yīng)用ATCM技術(shù)使用小螺距可有效地降低輻射劑量。

3 討論

降低CT掃描輻射劑量的方法很多，如降低管電壓、管電流等，然而過度的降低往往導(dǎo)致病變的模糊與遺漏，ATCM技術(shù)是按事先設(shè)定的圖像質(zhì)量參考水平獲取圖像同時(shí)優(yōu)化輻射劑量的方法。

螺距是影響ATCM技術(shù)重要的參數(shù)之一。本次研究顯示螺距在0.516:1時(shí)，與0.984:1在噪聲指數(shù)為10、15、20、25、30的輻射劑量分別降低了23%、23%、25%、22%、14%，兩組掃描圖像的客觀噪聲均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（表2和表3），對(duì)于模體內(nèi)GGN的主觀評(píng)分亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（表4和表5），這一結(jié)果與張志偉等[10]應(yīng)用GE（BrightSpeed Elite 16）掃描模體結(jié)論一致。NI為30時(shí)，由于受到最小

表5 不同預(yù)設(shè)NI及螺距條件下兩名醫(yī)生對(duì)GGN評(píng)分一致性

掃描長度一定時(shí)，增大螺距可以減少曝光時(shí)間，在固定管電流掃描時(shí)，可以有效降低輻射劑量[11-12]。本研究發(fā)現(xiàn)使用ATCM技術(shù)，當(dāng)螺距比大于1時(shí)，輻射劑量并未隨螺距比的增加而降低，螺距比在1.375:1與0.984:1比較在噪聲指數(shù)為10、15、20、25、30的輻射劑量分別降低了4.2%、-0.1%、0.4%、-0.4%、-2.3%，兩組掃描圖像的客觀噪聲均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（表2和表3），對(duì)于模體內(nèi)GGN的主觀評(píng)分亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（表4和表5），數(shù)據(jù)表明應(yīng)用ATCM技術(shù)，螺距比增加并未帶來明顯的噪聲和輻射劑量的降低。而Papadakis等[13]在對(duì)西門子公司16層螺旋CT在線角調(diào)制技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)螺距比在0.500:1～1.250:1間變化時(shí)輻射劑量降低的幅度不變。本研究顯示螺距增大并未使輻射劑量降低，在相同的預(yù)設(shè)NI下，為了達(dá)到相同的圖像質(zhì)量，大螺距掃描會(huì)增大管電流輸出，來彌補(bǔ)掃描時(shí)間上的減少，如圖4所示。表1顯示，A組和C組的掃描時(shí)間分別為8.15 s和3.27 s，而對(duì)于COPD病人等憋氣困難患者，增大螺距可以顯著減小掃描時(shí)間，對(duì)抑制運(yùn)動(dòng)偽影有一定幫助[14-15]。

表2 氣管分叉處胸主動(dòng)脈噪聲值（120 mm2）

表3 肝部上緣噪聲值（200 mm2）

表4 不同預(yù)設(shè)NI及螺距下對(duì)GGN的主觀評(píng)分 （分）

本研究的不足之處在于沒有探討螺距的改變對(duì)Z軸分辨率的影響。隨著螺距的增大,層面敏感性曲線增寬,使影像在Z軸的空間分辨力下降[16-17]，Z軸分辨率的改變對(duì)多平面成像（Multiplanar Reconstruction，MPR）的影響需進(jìn)一步探究。本研究應(yīng)用GE OptimaCT680 CT機(jī)掃描，對(duì)于其他設(shè)備ATCM技術(shù)應(yīng)用不同管螺距比掃描是否有相同的結(jié)果，需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本文探討了應(yīng)用ATCM技術(shù)行胸部CT掃描時(shí)，螺距比的變化對(duì)圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響。結(jié)果提示，小螺距比可以顯著降低輻射劑量，大螺距比可以顯著降低掃描時(shí)間，胸部CT掃描采用ATCM技術(shù)時(shí)，需根據(jù)患者的憋氣情況合理設(shè)置螺距比，最好在掃描前對(duì)患者進(jìn)行呼吸憋氣訓(xùn)練，從而在保證圖像質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)輻射劑量的降低。