随着多层螺旋 CT 的普及和大量的临床应用,人类癌症发病率与CT 检查所受的辐射剂量存在相关性^[1]。近年来,国内、 外放射学者的研究热点之一就是降低多层螺旋 CT 辐射剂量^[2-3]。CT增强扫描是腹部疾病检查重要方法之一,其多期相扫描中的辐射剂量逐渐受到关注。辐射防护最优化,即ALARA(as low as reasonably achievable,达到尽可能低)原则,是降低 CT 辐射剂量的指导性原则^[4],如何在保证CT图像质量的同时,最大程度地降低患者辐射剂量,是当前研究的热点问题。本研究探讨双源CT采用智能最佳管电压(Care kV)联合自动管电流(Care Dose 4D)技术行腹部增强扫描时,选择合理参考管电流,在保证图像质量同时降低患者辐射剂量的可行性。

1. 一般资料:选择2016年2月至3月行全腹CT检查的成年患者180 例为研究对象。排除标准:1合并严重的心脏、 肾脏功能障碍的患者。2碘过敏的患者。3存在意识障碍无法配合屏气的患者。4腹部扫描范围内有金属植入物的患者。依据质量参考mAs,采用完全随机分组方法,将患者分为3组,每组60例,3组患者的年龄和体质量指数(BMI)具有可比性(F=0.67,P＞0.05),见表 1。本研究经医院伦理委员会批准,所有患者签署了知情同意书。

表 1(Table 1)

表 1 3组患者的年龄和体质量指数(BMI)的比较 Table 1 The comparison of age and BMI of the three groups 组别 例数 年龄(岁) BMI(kg/m2) 250 mAs 60 48～75 18～24 200 mAs 60 51～77 19～25 150 mAs 60 46～78 19～26 F值 0.34 0.64 P值 0.71 0.53

表 1 3组患者的年龄和体质量指数(BMI)的比较 Table 1 The comparison of age and BMI of the three groups

2. 扫描方法:Somatom Definition CT机(德国西门子公司)。采用Care kV 技术(Ref.kV参考管电压120 kV)联合Care Dose 4D技术进行扫描。3组患者平扫期采用剂量优化指数3(Dose saving optimized for 3),动脉期及门脉期采用剂量优化指数7(Dose saving optimized for 7),其他扫描参数和图像重建参数均相同,螺距0.8,层厚5 mm,层间距5 mm,准直24×1.2,旋转时间0.5 s,卷积核中等平滑+(B30 medium smooth),重建算法为滤波反投影法,使用非离子型对比剂(碘普罗胺300 mgI/ml),用量1 ml/kg,注射速率为2~3 ml/s,扫描范围从膈肌顶端至耻骨联合下2 cm,于腹主动脉第二肝门层面触发扫描,触发阈值130 HU,到达阈值后6 s开始扫描,采用吸气后屏气扫描,检查前对患者进行屏气训练。

3. 观察指标:对比3组患者的信噪比(SNR)、 对比噪声比(CNR)、 噪声(SD)、 平均容积 CT 剂量指数(CTDI_vol)、 剂量长度乘积(DLP)和有效剂量(E)。

4. 辐射剂量估算:记录患者平扫、 增强动脉期、 门脉期CTDI_vol和DLP,并根据公式计算有效剂量E,E=DLP×k,其中k为换算因子,采用欧洲CT质量标准指南腹部平均值,取0.015 mSv·mGy^-1·cm^-1[5]。

5. 图像质量分析:由2 名高年资放射科医师采用双盲法对平扫期、 动脉期和门脉期图像进行评判,有分歧时请上级医师综合分析,并达成共识。

(1) 主观评价:参考胡敏霞等^[6]的4 分制评分法对图像质量进行评价:4分,图像无明显噪声,细腻,各器官边界清晰,肝边缘处无肋缘下伪影,肾上腺显示清晰;3分,图像噪声较小,较细腻,各器官边界较清晰,肝边缘处有轻度肋缘下伪影,肾上腺能够显示,但边缘欠清晰;2分,图像噪声较大,各器官边界尚较清楚,肝边缘处有明显肋缘下伪影,肾上腺能够分辨,但边缘较模糊;1分,图像噪声大,各器官边界欠清晰,肝边缘处有严重的肋缘下伪影,并有其他伪影,肾上腺显示不清或虽能显示但难以确定边界。评分>2分的图像,认为可以满足诊断要求。

表 2(Table 2)

表 2 3组患者扫描参数比较 Table 2 The comparison of the scanning parameters of the three groups 组别 例数 平扫期kV分布 增强期kV分布 mAs 80 100 120 140 80 100 120 140 平扫期 动脉期 门脉期 250 mAs 60 0 20 31 2 0 45 15 0 239.15±50.12 238.62±47.62 238.60±47.73 200 mAs 60 0 29 28 3 10 47 3 3 180.25±49.30 220.62±52.12 218.62±52.39 150 mAs 60 0 37 23 0 25 35 0 0 139.20±42.19 201.65±72.35 201.20±72.15 F值 2.45 32.14 67.57 6.01 6.16 P值 0.09 0.00 0.00 0.003 0.003

表 2 3组患者扫描参数比较 Table 2 The comparison of the scanning parameters of the three groups

(2) 客观评价:分别测量第二肝门层面肝左、 右叶和肝下缘实质的CT值,取平均值作为肝脏CT值(ROI_肝脏);同层面测量左、 右两侧的竖脊肌CT值,取平均值作为肌肉的CT值(ROI_肌肉)。测量前、 后背景 CT值,取平均值作为背景的 CT 值(ROI_背景)。连续测量5层图像、 同位置背景CT,噪声被定义为背景CT值的标准差,ROI面积为1.00 cm²。计算SNR和CNR:SNR=ROI_肝脏/噪声,CNR=(ROI_肝脏 - ROI_肌肉)/噪声。分别测量计算平扫期、 动脉期和门脉期的SNR、 CNR及图像噪声,分别比较做出最终评价标准。

6. 统计学处理:采用SPSS 17.0软件包进行统计学分析,计量资料采用独立样本t检验,图像的主观、 客观质量评价、 SNR、 CNR及噪声采用秩和检验(Mann-Whitney U)分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

1. 扫描参数比较:3组患者扫描的平扫期、 动脉期及门脉期kV和mAs数值差异均有统计学意义(F=35.25,P<0.05),随着质量参考mAs的降低,3组患者选择低kV的频率逐渐增加(表 2)。

2. 辐射剂量比较:3组患者平扫、 动脉及门脉期的CTDI_vol、 DLP和E差异均有统计学意义(F=31.51,P<0.05),随着质量参考mAs的下降,辐射剂量逐渐下降,150 mAs组患者的 CTDI_vol、 DLP和E最低(表 3)。

表 3(Table 3)

表 3 3组患者平扫期、动脉期和门脉期的辐射剂量 Table 3 The comparison of radiation dose for plain scan,arterial phase and portal phase of three groups 组别 例数 平扫期 动脉期 门脉期 CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) E(mSv) CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) E(mSv) CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) E(mSv) 250 mAs 60 11.12±2.64 511.83±142.45 7.67±2.13 10.65±2.77 502.30±140.13 7.51±2.10 10.61±2.77 502.60±140.50 7.52±2.10 200 mAs 60 8.35±2.59 433.65±135.12 6.65±2.02 7.84±2.64 371.30±137.00 5.56±2.05 7.82±2.64 370.20±136.80 5.55±2.05 150 mAs 60 5.86±1.69 309.50±97.34 4.64±1.46 5.47±1.63 255.05±87.92 3.82±1.31 5.47±1.66 254.40±87.63 3.81±1.31 F值 74.95 39.46 39.52 69.51 59.69 59.23 68.19 60.17 59.88 P值 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 注：CTDIvol. 平均容积CT剂量指数；DLP. 剂量长度乘积；E. 有效剂量

表 3 3组患者平扫期、动脉期和门脉期的辐射剂量 Table 3 The comparison of radiation dose for plain scan,arterial phase and portal phase of three groups

3. 图像主观及客观质量评分:250 mAs组与200 mAs组患者的三期图像中SNR、 CNR及噪声差异均无统计学意义(P>0.05);250 mAs组与150 mAs组患者的平扫及动脉期图像中SNR及噪声差异均无统计学意义(P>0.05),门脉期图像中SNR及三期图像中CNR 差异均有统计学意义(P<0.05);200 mAs组与150 mAs组患者的平扫及动脉期图像中SNR、 CNR及噪声差异均无统计学意义(P>0.05),门脉期图像中SNR、 CNR差异均有统计学意义(P<0.05)。说明随着质量参考毫安秒的下降,图像CNR逐渐升高,150 mAs组最高,其图像比250、 200 mAs两组图像细腻,这是因为系统自动选择低管电压时,管电流会适当增加,弥补低管电压所损失的部分图像质量,提高图像CNR。150 mAs组增强时选择以80 kV或100 kV为主,mAs选择高于参考管电流150 mA。见表 4。

表 4(Table 4)

表 4 3组患者图像SNR、 CNR及噪声比较 Table 4 The comparison of image SNR,CNR and noise of the three groups mAs 例数 SNR CNR 噪声 平扫期 动脉期 门脉期 平扫期 动脉期 门脉期 平扫期 动脉期 门脉期 250 60 5.31±3.58 5.78±3.64 7.98±5.35 0.81±1.56 1.22±1.83 3.51±2.63 21.89±2.03 21.46±2.29 23.88±2.29 200 60 4.94±3.37 5.62±3.63 8.01±5.65 1.22±1.41 1.74±1.67 4.16±3.63 22.77±2.94 22.51±2.01 22.58±1.90 150 60 5.78±3.18 6.37±3.18a 10.44±4.93 ab 1.70±2.44 a 2.39±2.48 a 6.20±4.41b 16.52±1.38 15.63±1.53 15.62±1.5 注： SNR.信噪比； CNR. 对比噪声比。a与250 mAs比较，U=1625、 1330、 1308、 1140，P<0.05；b与200 mAs比较，U=1317、 1255，P<0.05

表 4 3组患者图像SNR、 CNR及噪声比较 Table 4 The comparison of image SNR,CNR and noise of the three groups

4. 一致性比较:两名医师对图像质量评价的结果一致性较好(κ=0.85,P<0.05)。

国际放射防护委员会(ICRP)在2000年对辐射剂量进行了统计,CT扫描的辐射剂量占据了三分之一左右^[6]。全腹部CT检查扫描范围大,从膈肌顶端至耻骨联合下2 cm,扫描范围包括性腺,同时增强时需要多期扫描,所致辐射危害往往高于其他部位。Tsapaki等^[7]报道,每位腹部CT检查患者的癌症发生率约为12.5/10⁴,其危害程度等于吸烟1年。如何既保证图像质量,又能最大程度降低辐射剂量,是目前放射工作者研究的重点与热点。临床常用的降低辐射剂量的方法有降低管电流和管电压。由于降低管电压会使图像噪声增加,在众多研究中已经得到实践证明^[8-9],因此,临床首选降低管电流的方法来降低辐射剂量。

表 5(Table 5)

表 5 3组患者图像主观质量评价比较 Table 5 The comparison of subjective image quality score of three groups 组别 例数 平扫期 动脉期 门脉期 250 mAs 60 3.72±0.45 3.67±0.47 3.68±0.47 200 mAs 60 3.63±0.48 3.60±0.49 3.60±0.49 150 mAs 60 3.60±0.49 3.72±0.45 3.70±0.46

表 5 3组患者图像主观质量评价比较 Table 5 The comparison of subjective image quality score of three groups

Care Dose 4D技术是一种全自动动态实时射线剂量调控技术,它通过患者体厚大小,扫描时X射线管的角度等来调节管电流的大小,从而减少患者受照剂量^[10-11]。Winklehner等^[12]提出,该技术可使所有扫描部位总体辐射剂量减少29.4%。Care kV技术根据预选扫描部位的定位像自动确定被检者体型,根据图像质量要求,自动计算出不同管电压下所需管电流的基准值和变化曲线,同时计算出CTDI_vol,选择管电压从低到高,在X射线管系统硬件允许的情况下选择最低管电压进行扫描^[13]。如果单纯降低管电流来降低辐射剂量,影响图像低对比分辨力,信噪比降低,从而影响图像密度分辨力。本研究采用Care Dose 4D技术与Care kV技术联合应用,在保证影像质量的前提下,更大程度地降低腹部 CT检查的辐射剂量。结果显示,平扫期剂量优化指数选择3,动脉期和门脉期选择7,在质量参考毫安秒250 mAs时,对kV影响不大,而当选择200和150 mAs时,对kV选择影响大,随着质量参考毫安秒的降低,系统对选择低kV的概率增加;随着质量参考毫安秒的下降,患者辐射剂量随之下降,150 mAs组E值最低,但3组图像质量评分无差异。

腹部各脏器组织之间的密度差很小,对比度相对低。以往为了保证腹部各脏器能有良好对比,一般使用120 kV扫描。唐坤等^[14]研究表明,对于低对比的腹部,单纯降低管电压会导致图像CNR下降。CNR是评价影像质量的一项重要指标。管电压物理特性提示,降低管电压可以使高原子序数的物质如碘/骨骼等的CT值增高,对于使用碘对比剂进行增强检查的患者,使用低管电压可以提高含碘血管的对比度。Schindera等^[15]研究显示,较低的管电压(100 kV或80 kV)比常规管电压(120 kV)能增加碘对比剂的CT衰减值。因此,考虑到腹部脏器的解剖特点和管电压的物理特性,平扫时将剂量优化指数选择3,动脉期和门脉期选择7,说明随着质量参考毫安秒的下降,图像CNR逐渐升高,与Mayer等^[16]提到的在胸腹部 CT 检查中,相比于固定管电压(100或120 kV)结合自动管电流,Care kV结合Care Dose 4D扫描所获影像的信噪比、 对比噪声比均明显升高,且E降低18%的观点相符。Yu等^[17]的研究结果也证实了这一观点。

总之,采用Care kV 技术联合Care Dose 4D技术进行腹部扫描,能根据患者的体型给出最低的摄影条件,做到真正的个性化参数扫描。选择参考毫安值150 mAs所得图像能满足诊断的需求,患者辐射剂量大幅度降低,同时操作便捷,可延长X射线管使用寿命,节约医疗成本,因而值得推广应用。