施雄 李生嬌 周劍萍 張利

同濟(jì)大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院和附屬口腔醫(yī)院放射科，上海牙組織修復(fù)與再生工程技術(shù)研究中心，上海 200072

口腔頜面錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）的出現(xiàn)是口腔頜面部放射學(xué)檢查的一次飛躍式進(jìn)步，其優(yōu)秀的空間分辨率以及三維成像的特點(diǎn)給口腔醫(yī)生的工作帶來了極大的幫助。雖然CBCT的輻射劑量遠(yuǎn)低于螺旋CT[1]，但仍明顯高于根尖片和曲面體層X線片等常規(guī)口腔X線檢查[2]。目前國內(nèi)外關(guān)于如何降低CBCT輻射劑量的文獻(xiàn)報(bào)道不多。本研究選用新鮮巴馬豬豬頭作為模型，來探討低劑量CBCT掃描的可行性。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選用由上海甲干生物科技有限公司提供的巴馬豬6只，3公3母，體重25～30 kg，麻醉后取新鮮豬頭。

1.2 CBCT設(shè)備

CBCT設(shè)備采用日本Morita公司生產(chǎn)的3D Accuitomo型。

1.3 方法

將新鮮巴馬豬豬頭固定在CBCT掃描視野的中央，利用調(diào)節(jié)裝置和激光束進(jìn)行精確水平和垂直定位，圍繞豬頭切牙區(qū)進(jìn)行360°掃描。掃描參數(shù)：Hi-Speed模式，掃描時(shí)間10.5 s，掃描范圍60 mm×60 mm，掃描類型：連續(xù)，重建層厚1 mm，重建層距1 mm。廠商推薦的管電壓是90 kV，管電流是7.0 mA，本次研究首先管電壓固定為90 kV，管電流分別設(shè)為10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5和1.0 mA；然后管電流固定為7.0 mA，管電壓分別設(shè)為90、87、84、81、78、75、72、69、66、63和60 kV。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

將新鮮巴馬豬豬頭在不同掃描參數(shù)下掃描獲得的圖像交由放射科2位高年資醫(yī)生采用盲法閱片評(píng)分，分別評(píng)價(jià)不同掃描劑量對(duì)切牙的顯示情況，要求能清楚地顯示釉質(zhì)、牙本質(zhì)、牙髓腔、牙周膜、牙槽突等。2位醫(yī)生使用同一臺(tái)電腦，可根據(jù)個(gè)人需要調(diào)整窗寬、窗位，所有圖像隱藏掃描參數(shù)信息。對(duì)評(píng)分結(jié)果有差異的圖像，2位醫(yī)生共同讀片達(dá)成一致評(píng)分。如仍未能達(dá)成一致結(jié)果，則由一名主任醫(yī)師確定最終的圖像質(zhì)量評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)采用5分制，1分：圖像完全不符合診斷要求；2分：圖像質(zhì)量較差，不能滿足診斷要求；3分：圖像質(zhì)量一般，能滿足診斷要求；4分：圖像質(zhì)量良好；5分：圖像質(zhì)量優(yōu)秀?！?分的圖像質(zhì)量為合格，可滿足臨床診斷要求。實(shí)際評(píng)分中可酌情加0.5分[3-4]。

1.5 輻射劑量評(píng)價(jià)

記錄不同掃描條件下CBCT自動(dòng)生成的平均容積CT劑量指數(shù)（computed tomographic dose index，CTDIvol）。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 25.0軟件對(duì)新鮮豬頭掃描參數(shù)90 kV、2.5 mA組合與60 kV、7 mA組合的圖像質(zhì)量評(píng)分進(jìn)行t檢驗(yàn)分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 管電流、管電壓與圖像質(zhì)量的關(guān)系

管電壓不變，管電流與圖像質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系見圖1、2。隨著管電流的降低，圖像質(zhì)量也逐漸下降。當(dāng)管電壓保持90 kV不變，管電流分別為7.0、4.0、2.5 mA時(shí)，圖像質(zhì)量評(píng)分分別為4.67±0.26、3.42±0.49、2.75±0.27。管電流超過4.0 mA的圖像質(zhì)量評(píng)分超過3分，都能滿足臨床診斷需求；管電流為2.5、1 mA的圖像質(zhì)量評(píng)分小于3分，圖像質(zhì)量不能滿足臨床診斷需求。

圖1 不同電壓和電流時(shí)圖像質(zhì)量的觀察結(jié)果Fig 1 Observation of image quality under different voltage and current

圖2 管電壓不變，管電流與圖像質(zhì)量的關(guān)系Fig 2 Tube voltage unchanged, the relationship between tube current and image quality

當(dāng)管電流保持7.0 mA不變，管電壓與圖像質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系見圖1、3。隨著管電壓的降低，圖像質(zhì)量也逐漸下降。管電壓分別為75、60 kV時(shí)，圖像質(zhì)量評(píng)分分別為2.67±0.26、1.17±0.26。管電壓為90、87、84、81、78 kV的圖像質(zhì)量評(píng)分大于3分，圖像質(zhì)量可滿足臨床診斷需求；管電壓為75、72、69、66、63、60 kV的圖像質(zhì)量評(píng)分小于3分，不能滿足臨床診斷需求。

2.2 管電流、管電壓與輻射劑量的關(guān)系

管電壓不變，管電流與輻射劑量的相關(guān)關(guān)系見圖4。管電流為10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5、1.0 mA時(shí)，輻射劑量分別為6.8、5.8、4.8、3.8、2.8、1.7、0.7 mGy。隨著管電流的降低，輻射劑量也逐漸下降，輻射劑量與管電流呈線性關(guān)系。

圖3 管電流不變，管電壓與圖像質(zhì)量的關(guān)系Fig 3 Tube current unchanged, the relationship between tube voltage and image quality

圖4 管電壓不變，輻射劑量與管電流的關(guān)系Fig 4 Tube voltage unchanged, the relationship between radiation dose and tube current

管電流不變，管電壓與輻射劑量的相關(guān)關(guān)系見圖5。管電壓為90、87、84、81、78、75、72、69、66、63、60 kV時(shí)，輻射劑量分別為4.8、4.4、4.0、3.6、3.3、3.0、2.7、2.4、2.2、1.9、1.7 mGy。隨著管電壓的降低，輻射劑量也逐漸下降，輻射劑量與管電壓呈指數(shù)關(guān)系。

圖5 管電流不變，輻射劑量與管電壓的關(guān)系Fig 5 Tube current unchanged, the relationship between radiation dose and tube voltage

2.3 90 kV、2.5 mA參數(shù)組合與60 kV、7.0 mA組合的圖像質(zhì)量比較

基于常規(guī)掃描參數(shù)設(shè)置，降低管電流設(shè)置的90 kV、2.5mA組合與降低管電壓設(shè)置的60 kV、7.0 mA組合的CTDIvol值均為1.7 mGy。在輻射劑量相同的情況下，比較管電流和管電壓的降低對(duì)圖像質(zhì)量的影響。Hi-Speed模式，在其他參數(shù)保持不變的前提下，掃描參數(shù)90 kV、2.5 mA組合（圖1C）的圖像質(zhì)量評(píng)分為2.75±0.27，60 kV、7.0 mA組合（圖1E）的圖像質(zhì)量評(píng)分為1.17±0.26，二者間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

3 討論

CBCT在掃描過程中，X線呈錐形發(fā)射出，圍繞掃描對(duì)象旋轉(zhuǎn)360°，探測器將接收到的信號(hào)經(jīng)模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過設(shè)備自帶軟件直接將軸位、冠狀位、矢狀位及三維圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上[5-6]。與螺旋CT相比，CBCT具有空間分辨率高、掃描時(shí)間短、輻射劑量小、金屬偽影少、費(fèi)用低廉以及占地少等優(yōu)點(diǎn)[6-7]。

CBCT產(chǎn)生的輻射損害屬于隨機(jī)效應(yīng)，包括細(xì)胞突變致癌和生殖細(xì)胞突變導(dǎo)致的遺傳疾病。其生物效應(yīng)不存在閾值劑量，但是隨機(jī)效應(yīng)的發(fā)生率與輻射劑量呈正相關(guān)，就是所接受的輻射劑量越大，隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生的概率越大。減少每一次的放射檢查輻射劑量，就可以降低輻射損害隨機(jī)效應(yīng)發(fā)生的可能性。特別是對(duì)于兒童，其正處于生長代謝旺盛階段，接受放射學(xué)檢查的次數(shù)多，輻射損害風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)大。因此，降低兒童每一次放射檢查的輻射劑量，探尋CBCT輻射劑量和圖像質(zhì)量之間的平衡點(diǎn)具有重大意義。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，CBCT檢查的輻射劑量與管電壓、管電流、掃描時(shí)間、掃描視野和掃描模式等參數(shù)設(shè)置有關(guān)[8-9]。Morita 3D Accuitomo型CBCT適合兒童使用的是Hi-Speed模式，其掃描時(shí)間固定10.5 s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于Std模式所需的17.5 s。掃描視野則由臨床醫(yī)生所需要了解的感興趣區(qū)大小決定。因此，實(shí)際工作中，CBCT操作者所能自由調(diào)整的就是管電壓和管電流這兩個(gè)參數(shù)。為了獲得優(yōu)質(zhì)的圖像質(zhì)量，制造商推薦的參數(shù)設(shè)置一般高于實(shí)際需要。Gamache等[10]認(rèn)為在保證圖像質(zhì)量的前提下，可以修改制造商推薦的參數(shù)設(shè)置。本研究中輻射劑量采用CBCT設(shè)備上顯示的CTDIvol數(shù)值，它直接反映了每次CBCT檢查時(shí)的射線強(qiáng)度。筆者希望通過CBCT掃描參數(shù)的調(diào)整來降低每次檢查的射線強(qiáng)度，以此來減少對(duì)患者的輻射損害。

本研究采用新鮮巴馬豬豬頭模擬兒童的頜面部，豬的體重大致與我國7～10歲兒童的體重相仿[11]。豬在解剖組織學(xué)、生理學(xué)和免疫學(xué)等方面與人類有很多的相似性，豬的口腔解剖結(jié)構(gòu)和牙齒形態(tài)特點(diǎn)也與人類較為相似，常被作為口腔相關(guān)研究的模型動(dòng)物[12]。動(dòng)物模型帶來的好處是允許使用不同的管電壓、管電流組合進(jìn)行重復(fù)掃描，這是在人類身上絕對(duì)不允許的。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著管電壓或者管電流的下降，輻射劑量逐漸降低，同時(shí)圖像質(zhì)量也隨之下降，直至圖像質(zhì)量不能滿足臨床工作需求。廠商推薦的管電壓和管電流組合是90 kV、7 mA，分別調(diào)整管電壓和管電流。管電壓保持廠商推薦設(shè)置時(shí)，管電流4.0 mA及以上掃描的圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診療需求。管電流保持廠商推薦設(shè)置時(shí)，管電壓78 kV及以上掃描的圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診療需求。本研究發(fā)現(xiàn)降低管電壓導(dǎo)致的圖像質(zhì)量下降速率明顯大于降低管電流的。90 kV、2.5 mA組合與60 kV、7.0 mA組合的CTDIvol均為1.7 mGy，前者的圖像質(zhì)量評(píng)分高于后者。減少輻射劑量就是要減少人體對(duì)X射線的吸收，這由X射線的波長和X射線的數(shù)量兩方面所決定。波長越短，穿透力越強(qiáng)，被人體吸收的X射線越少；反之，波長越長，穿透力越弱，會(huì)使更多的X線被人體吸收。X射線的波長與管電壓有關(guān)，管電壓越高，X射線的能量越大，波長越短，穿透力越強(qiáng)。因此，在一定條件下，通常高電壓有利于受檢者防護(hù)[13]。并且降低管電壓時(shí)，X射線穿透力會(huì)明顯降低，探測器接收到的X射線量也明顯下降，圖像質(zhì)量下降會(huì)比降低管電流更加明顯。X射線的數(shù)量和管電流呈正相關(guān)。管電流越低，輻射劑量就越少，但圖像噪聲會(huì)隨之增加，從而影響圖像質(zhì)量。管電流的下降主要使各軟組織間的對(duì)比度受到影響，對(duì)高對(duì)比度的組織影響不大。牙齒、頜骨與周圍軟組織之間存在良好的自然對(duì)比，因此頜面部低劑量CBCT檢查更適合通過降低管電流來實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，在保證圖像質(zhì)量的前提下，通過降低管電流來降低CBCT掃描時(shí)的輻射劑量是可行的。但本研究仍有不足之處：1）樣本量較少；2）雖然豬的口腔系統(tǒng)和人類相似，但是兩者頜面部的X線衰減系數(shù)還是有所不同，研究受到一定局限，實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)不能直接應(yīng)用于臨床實(shí)際工作，尚需進(jìn)一步研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。