羅立鎮(zhèn) 陳嘉華 鄧燁 劉東旭 趙欣

我國大中型醫(yī)院CT配置率很高，CT已成為協(xié)助臨床診斷與治療不可或缺的工具。隨著CT廣泛應(yīng)用于臨床工作，人均接受輻射的劑量明顯增長，輻射劑量越來越受人們重視，降低CT輻射劑量逐漸成為大家爭相追逐的研究熱點(diǎn)，如何降低輻射劑量成為關(guān)注的焦點(diǎn)[1]?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，讓低劑量掃描成為了現(xiàn)實(shí)，越來越多低劑量技術(shù)應(yīng)用于臨床，以雙源CT為例，雙球管應(yīng)用、Flash大螺距、Care Dose4D自動電流調(diào)節(jié)技術(shù)、迭代重建技術(shù)等，要降低輻射劑量，必須盡量降低掃描管電流和管電壓，普通濾波反投影重建（FBP）技術(shù)降低劑量后噪聲較明顯，對比度不佳，影響圖像質(zhì)量，不利于診斷；而應(yīng)用原始數(shù)據(jù)的迭代重建技術(shù)（SAFIRE）Strength 3級，降低更多劑量同時(shí)應(yīng)用于3D打印腰椎模型及導(dǎo)板，不影響3D打印質(zhì)量。雙源CT迭代重建技術(shù)應(yīng)用于腰椎的臨床研究比較少，而聯(lián)合低劑量掃描應(yīng)用于腰椎滑脫3D打印更是沒有先例，值得開展該臨床研究。以往腰椎低劑量掃描研究者多為不同患者間比較低劑量掃描，不同患者因人體厚度、BMI等個(gè)體差異影響，數(shù)據(jù)不客觀，而相同個(gè)體間對比研究更具說服力，數(shù)據(jù)更客觀真實(shí)，存在較大研究價(jià)值。另外我院脊柱外科為重點(diǎn)特色?？?，脊柱病例多，以腰椎為主，腰椎滑脫病患手術(shù)例數(shù)多，對于復(fù)雜病例術(shù)前進(jìn)行3D打印腰椎模型和導(dǎo)板很有必要，能為腰椎滑脫內(nèi)固定手術(shù)提供很好的幫助。

1 材料與方法

1.1 一般資料選取2015年5月～2018年2月我院收治第4腰椎向前滑脫伴椎間盤病變的患者40例，其中男24例，女16例；年齡25～65歲，平均43.5歲；病程最長2年，最短1月。臨床表現(xiàn)：腰腿痛、雙下肢麻木等。此40例均為平片診斷后行腰椎常規(guī)劑量掃描確診腰椎滑脫合并椎間盤病變需隨訪復(fù)查的患者，擬每年隨訪復(fù)查1次并逐次降低劑量掃描，共復(fù)查2次。3次CT檢查中，第1次為常規(guī)劑量掃描（120kV、300mAs），第2次為低管電流掃描、管電壓不變（120kV、150mAs），第3次為低管電壓及低管電流掃描（100kV、150mAs），掃描范圍為第4腰椎體上緣至第5腰椎體下緣，3次掃描圖像依照順序被分成A、B、C 3組，預(yù)測3次檢查輻射劑量遠(yuǎn)少于平常第1腰椎至第1骶椎的一次常規(guī)劑量掃描，不必?fù)?dān)心輻射劑量倫理問題。本研究開展均取得患者同意并簽署知情同意書并經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。剔除嚴(yán)重骨質(zhì)疏松者及懷孕、短期備孕者。

1.2 檢查方法檢查設(shè)備：采用德國西門子第二代Flash雙源CT。掃描參數(shù)：A組管電壓120kV，應(yīng)用 CARE Dose 4D 技術(shù)，設(shè)置參考 mAs為 300；B 組管電壓 120kV，應(yīng)用 CARE Dose 4D 技術(shù)，設(shè)置參考mAs為 150；C 組管電壓 100kV，應(yīng)用 CARE Dose 4D技術(shù)，設(shè)置參考mAs為150。其余參數(shù)相同：矩陣512×512，螺距 0.6，重建層厚 1.0mm，層距 0.75mm。掃描范圍由第4腰椎上緣至第5腰椎下緣。

1.3 圖像重組全部患者橫斷面軟組織窗及骨窗均行1mm薄層重組，矢狀位骨窗行3mm重組。A組采用 FBP重建，B、C 組采用 SAFIRE Strength 3級迭代重建。

1.4 輻射劑量輻射劑量采用公式：ED=DLP×K（K=0.011 mSv/mGy.cm）[2]，由于同一患者 K 值相同，本組研究的輻射劑量以有效DLP數(shù)值作為參考。

1.5 圖像評價(jià)客觀圖像質(zhì)量評價(jià)：測量椎間盤、硬膜囊、腰大肌及腰椎體骨松質(zhì)、附件骨皮質(zhì)平均CT值（MD）及標(biāo)準(zhǔn)差（SD），分別測三次后取得平均值，椎間盤、硬膜囊、腰大肌及腰椎體骨松質(zhì)ROI大小20mm2，附件骨皮質(zhì)ROI大小2mm2，計(jì)算各ROI的信噪比（SNR）及椎間盤與硬膜囊的對比噪聲比（CNR）。計(jì)算公式：SNR=MD/SD，CNR=（MD椎間盤-MD硬膜囊）/兩者平均標(biāo)準(zhǔn)差SD。

主觀評價(jià)：兩名高級醫(yī)師在不清楚A、B、C三組圖像情況下盲評，評價(jià)椎間盤、硬膜囊、腰大肌及腰椎體骨松質(zhì)、附件骨皮質(zhì)清晰情況，采用辛文龍等[3]所用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]：結(jié)構(gòu)清晰、輪廓清楚、無偽影、可明確診斷為2分；結(jié)構(gòu)清晰、輪廓欠清晰、輕度偽影、但不影響診斷為1分；結(jié)構(gòu)不清、輪廓不清、偽影較重、影響診斷為0分。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS 17.0軟件學(xué)統(tǒng)計(jì)，計(jì)量資料用±s表示，各客觀指標(biāo)采用單因素方差分析（ANOVA）；觀察者圖像主觀評價(jià)一致性采用Kappa檢驗(yàn)，測定不同醫(yī)師評分結(jié)果的一致性，一致性較差（＜0.40），一致性中等（0.40～0.75），一致性較好（＞0.75）。以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.7 3D打印腰椎模型及導(dǎo)板導(dǎo)入患者薄層圖像采集三維數(shù)據(jù)，利用Mimics軟件制作腰椎模型及導(dǎo)板。

2 結(jié)果

2.1 患者輻射劑量B組較A組有效輻射劑量降低約60%，C組較A組有效輻射劑量降低約75%，見表1。

2.2 客觀質(zhì)量評價(jià)A、B組各興趣區(qū)SNR及CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；C組腰椎體骨松質(zhì)和附件骨皮質(zhì)興趣區(qū)SNR及CNR與A、B組無差異（P＞0.05），其余興趣區(qū)圖像質(zhì)量降低，見表2。

表1 輻射劑量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

表2 客觀圖像質(zhì)量評價(jià)

2.3 主觀圖像質(zhì)量評價(jià)A、B組腰椎間盤、硬膜囊、腰大肌及腰椎體骨松質(zhì)、附件骨皮質(zhì)圖像質(zhì)量好，A、B組各興趣區(qū)主觀圖像質(zhì)量評分無顯著差異；C組腰椎體骨松質(zhì)、附件骨皮質(zhì)圖像質(zhì)量好，主觀圖像質(zhì)量評分與A、B組無差異，用于3D打印效果佳，但其椎間盤、硬膜囊、腰大肌噪聲增粗，圖像質(zhì)量降低，與A、B組差異明顯，見圖1。

2.4 各組主觀圖像質(zhì)量評價(jià)及C組3D打印模型評分2名醫(yī)師對各組興趣區(qū)主觀評分Kappa值分別為0.798、0.829、0.983，顯示一致性很好。C 組低劑量圖像數(shù)據(jù)用于3D打印腰椎模型及制作術(shù)前導(dǎo)板，3D打印主觀圖像質(zhì)量評分佳，2名醫(yī)師對3D打印模型Kappa值達(dá)0.787，見圖2、表3。

圖1 各組主觀圖像質(zhì)量評價(jià)

圖2 3D打印效果

表3 圖像質(zhì)量評分

3 討論

由于CT設(shè)備本身特性，CT的輻射劑量明顯高于傳統(tǒng)X線檢查。Brenner等[5]曾做過調(diào)查研究，一次胸部CT篩查掃描的劑量相當(dāng)于拍一次正位胸片的300倍，一次經(jīng)典腹部CT掃描的劑量至少相當(dāng)于拍一次正位腹部平片的50倍。另外有研究表明[6，7]，CT輻射劑量對人體存在危害，與癌癥發(fā)生存在相關(guān)性，尤其對兒童及青少年，輻射致癌風(fēng)險(xiǎn)更是幾何倍數(shù)增長。我們使用過量的放射線來獲取某一影像，而這種影像的獲得與低于50%的放射線所獲得的影像無差別[8]，所以CT檢查時(shí)降低輻射劑量很有必要。

目前CT圖像重建算法主要有解析算法和迭代算法[9]。自CT被引入臨床以來，F(xiàn)BP算法一直被作為CT圖像重建方法的基礎(chǔ)和“金標(biāo)準(zhǔn)”，但該算法要求投影數(shù)據(jù)完備且精確定量，同時(shí)，該算法易受統(tǒng)計(jì)波動的影響，投影數(shù)據(jù)量不足時(shí)，重建的圖像質(zhì)量就會明顯下降，因此保證完備的投影數(shù)據(jù)量已確保能重建出達(dá)到臨床診斷要求的圖像，該算法對CT的輻射劑量要求也較高[10]。而迭代重建技術(shù)SAFIRE則是對X線光子分布進(jìn)行原始估計(jì)，在此基礎(chǔ)上估算每個(gè)投影方向上探測器獲得的可能計(jì)數(shù)（即正投影），再將正投影數(shù)據(jù)與探測器實(shí)際采集的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于更新原始估計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過多次迭代和校正更新就會重建出高質(zhì)量和低噪聲的圖像。迭代重建算法所需的投影數(shù)少、具有可在數(shù)據(jù)不完全和低信噪比（低劑量）條件下成像等優(yōu)點(diǎn)[11]。近來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像重建算法的不斷發(fā)展以及低劑量成像的需求，迭代算法技術(shù)在CT領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注[11]，SAFIRE技術(shù)是圖像空間迭代重建技術(shù)的改進(jìn)[12]，迭代重組（IR）可顯著抑制噪聲[13]。因此迭代重建技術(shù)SAFIRE應(yīng)用于腰椎低劑量掃描比傳統(tǒng)算法具有更大的優(yōu)勢。本研究選取SAFIRE Strength 3級迭代重建，圖像質(zhì)量評分高，與大部分學(xué)者研究報(bào)道只選擇SAFIRE-3 與 FBP 比較具有高度一致性[2，14，15]。3D打印技術(shù)是基于材料累加原理進(jìn)行快速成型操作，制作三維物體的技術(shù)，打印腰椎模型主要是采集腰椎骨質(zhì)的三維數(shù)據(jù)。

以往較多腰椎低劑量掃描的研究利用不同患者進(jìn)行對比輻射劑量與圖像質(zhì)量，達(dá)到探討迭代重建腰椎低劑量掃描的可行性，而患者性別、年齡、BMI、體厚等各項(xiàng)指標(biāo)不同，存在個(gè)體差異，而本組研究在患者同意情況下對同一患者進(jìn)行降低劑量復(fù)查研究，患者性別、年齡、BMI、體厚等各項(xiàng)指標(biāo)相仿，輻射劑量監(jiān)測及圖像質(zhì)量具有很好的對比、對照參考價(jià)值，結(jié)果客觀可信。本組研究檢查設(shè)備采用更新一代的Flash雙源CT，結(jié)果顯示腰椎低劑量掃描（降低 50% 管電流）結(jié)合 SAFIRE Strength 3級迭代重建，有效輻射劑量明顯少于常規(guī)掃描，降低60%輻射劑量的同時(shí)獲得很好的圖像質(zhì)量，另外降低20%管電壓、降低50%管電流的低劑量掃描，有效輻射劑量更低，降低約75%，雖然椎間盤、硬膜囊、腰大肌圖像質(zhì)量有所下降，但腰椎體骨松質(zhì)、附件骨皮質(zhì)等質(zhì)量不影響，應(yīng)用于3D打印腰椎模型及導(dǎo)板，3D打印效果佳，能指導(dǎo)臨床制定術(shù)前方案，模擬打釘固定，進(jìn)行術(shù)前演練，大大提高腰椎內(nèi)固定手術(shù)的成功率和效率。本研究不足之處在于條件所限，僅探索盡可能低的輻射劑量掃描方案應(yīng)用于3D打印腰椎模型的可行性，沒有對常規(guī)劑量掃描圖像進(jìn)行3D打印腰椎模型與其對比分析。

綜上所述，迭代重建技術(shù)應(yīng)用于腰椎低劑量掃描完全可行，采用低管電流150mAs的低劑量掃描能把輻射劑量降低約60%，圖像質(zhì)量不受影響；而同時(shí)采用低管電壓100kV及低管電流150mAs的雙低劑量掃描能把輻射劑量降低約75%，應(yīng)用于3D打印腰椎模型及導(dǎo)板，既大幅降低輻射劑量又不影響3D打印效果，值得推廣應(yīng)用于腰椎滑脫手術(shù)前演練，提高手術(shù)效率及成功率，減少患者術(shù)中出血量、術(shù)中透視次數(shù)及縮短手術(shù)時(shí)間。