近年来，随着CT检查项目的扩展和检查人次显著增加，辐射剂量的优化已成为关注的热点^[1]。影响CT检查辐射剂量的因素有管电压、管电流、螺距、探测器宽度、重建算法、扫描模式等^[2]。管电压的合理选择以最大程度地降低CT扫描中辐射剂量的研究越来越受关注^[3]。自动管电流调制技术日趋成熟，系统可根据被检体不同部位对X射线的衰减特性不同，对管电流(mA)的输出进行调制，以实现扫描范围不同层面之间影像质量的一致性^[4]。器官剂量调制(organ dose modulation，ODM)技术是一种特殊的自动mA技术，当球管位于被检体前方射线敏感器官(如眼晶状体、乳腺等)位置时，通过降低管电流来降低表浅辐射敏感器官的辐射剂量。目前针对使用ODM时，管电压的选择对受检者辐射剂量、表浅器官辐射剂量、影像质量的影响程度相关研究较少，本研究旨在基于胸部模体的辐射剂量与图像质量分析，探讨不同管电压联合器官剂量调制技术对降低表浅辐射敏感器官剂量作用的影响。

1.实验材料：美国GE Revolution CT扫描仪；日本岛津公司PBU-2成人胸部拟人模体；CT机多功能检测仪(瑞典RTI公司Piranha型)，CT长杆探头CT-DP(169 mm)；CT Dose Profile Analysis软件(版本Ocean 2014)；荷兰Philips EBW4.5.2后处理工作站。

2.扫描方法及参数：将胸部模体置于CT扫描床的等中心点，扫描前后位定位像，使用临床胸部CT扫描参数，自动管电压(kV Assist)技术，探测器宽度80 mm，旋转时间为0.5 s/圈，螺距0.992，前置迭代ASiR-V 30%，开启智能管电流调制Smart mA(调制范围10~720 mA)，扫描长度为320 mm，初级重建为Lung算法，层厚为0.625 mm，噪声指数(NI)为20。使用140、120、100和80 kV(100 kV为系统推荐值)共4种管电压，分别①不使用器官剂量调制技术(ODM off，仅开启Smart mA)。②从扫描起始乳腺区域240 mm长度开启Smart mA ODM(ODM part)，对胸部模体进行扫描。

3.剂量测量与记录：在右侧乳腺区域前方固定位置放置长杆电离室，点电离室(传感器)则位于乳头位置(在模体上做标记)，每个序列连续重复扫描并测量剂量7次，分别记录剂量测量值D，每次扫描后自动生成的剂量信息表中的容积CT剂量指数CTDI_vol。

4.图像重建与重组：使用临床胸部CT参数重建肺及软组织算法原始图像，参数见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 成人胸部模体肺及软组织算法原始图像重建参数 Table 1 The reconstruction parameters for primary images of lung and soft tissue algorithmsfor adult chest phantom 重建算法 层厚 (mm) 间隔 (mm) ASiR-V (%) 窗宽/窗位 (HU) Lung 0.625 0.625 30 1100/-700 Stnd 1.250 1.250 50 400/40 注：Lung.肺算法；Stnd.软组织算法；ASiR-V.自适应迭代重建

表 1 成人胸部模体肺及软组织算法原始图像重建参数 Table 1 The reconstruction parameters for primary images of lung and soft tissue algorithmsfor adult chest phantom

使用第1次扫描的肺及软组织原始图像重组冠状面图像：载入原始图像后，在默认冠状面层面更改层厚为5 mm，直接保存，不做任何基线和对称性等的调整，保证所有冠状面图像的一致性。

5.图像质量评价：将冠状面图像沿z轴方向平均分为8部分，在每部分的匀质信号区画一圆形感兴趣区，记录CT值均值(Av)和标准差(Sd)；复制该兴趣区黏贴于同部分的空气区(调节窗宽窗位，须确保该兴趣区内无体外异物等非空气成分)或肺纹理较少的肺野区域，记录均值Av′，标准差Sd′见图 1。图像质量评价采用对比度噪声比表示，公式为：$\mathrm{CNR}=\left(\mathrm{Av}-\mathrm{Av}^{\prime}\right) / \sqrt{\left(\mathrm{Sd}^{2}+\mathrm{Sd}^{\prime 2}\right) / 2}$^[5]。分别测算图像8部分CNR并计算均值。不同序列图像测量时复制相应1~8部分的感兴趣区，分别在其他序列冠状面图像上粘贴，保证在测量每个序列图像时各部分相应感兴趣区位置及面积相同。

图 1 成人胸部模体冠状面图像8部分信号区和背景区画感兴趣区示意图   A.肺算法冠状面；B.软组织冠状面 Figure 1 Sketch map of painting region of interest in the signal areas and background areas   A.The coronal image of the lung algorithm; B.The coronal image of the soft tissue algorithm

6.统计学处理：采用SPSS 17.0统计软件进行数据分析，正态分布的计量资料以x±s表示，对不同ODM扫描方式和不同管电压下CTDI_vol、乳腺区域皮肤剂量D、肺及软组织算法图像8区域CNR，经方差齐性检验后分别进行双因素无重复试验方差分析，组间两两比较采用LSD法。P < 0.05为差异有统计学意义。

1.辐射剂量：CTDI在80 kV时最低，100 kV时次之，乳腺皮肤剂量测量值D在100 kV时最低。随着管电压的降低，CTDI_vol依次降低，差异有统计学意义(F=105.580, P < 0.05)。140~100 kV变化时，所测量乳腺区的辐射剂量依次降低，但管电压降到80 kV时，所测量的乳腺区剂量不降反增，差异有统计学意义(F=27.736, P < 0.05)。各管电压下ODM part与ODM off相比，CTDI_vol和乳腺皮肤剂量均下降，差异均有统计学意义(F=39.732, 81.961, P < 0.05，表 2)。

表 2(Table 2)

表 2 4种管电压下成人胸部模体辐射剂量的比较(x±s) Table 2 Comparison of radiation doses at 4 different tube voltages(x±s) 管电压 (kV) CTDIvol(mGy) D(mGy) ODM off ODM parta ODM off ODM partb 140 8.55±0.06 7.75±0.01 9.89±0.59 8.58±0.61 120 7.51±0.02 6.80±0.16 9.44±0.93 7.99±0.90 100 6.98±0.01 6.31±0.01 9.04±0.79 7.73±0.54 80 5.74±0.01 5.00±0.06 10.45±0.73 8.43±0.76 F值 105.580 27.736 P值 0.002 0.009 注：ODM off.不使用ODM技术; ODM part.从扫描起始至乳腺区域开启ODM；D.乳腺皮肤剂量测量值。与ODM off数据比较，aF=39.732, bF＝81.961, P < 0.05

表 2 4种管电压下成人胸部模体辐射剂量的比较(x±s) Table 2 Comparison of radiation doses at 4 different tube voltages(x±s)

2.图像质量：管电压140~100 kV变化时，CNR均下降但差异无统计学意义(P>0.05)，80 kV时CNR显著下降。随着管电压下降，4种管电压下肺及软组织算法图像CNR依次下降，差异有统计学意义(F=12.809、11.261, P < 0.05)。两两比较，80 kV组与其他组比较差异有统计学意义(P < 0.05)；ODM part与ODM off相比肺及软组织算法图像的CNR均下降，但差异均无统计学意义(P>0.05，表 3)。

表 3(Table 3)

表 3 4种管电压下成人胸部体模8部分对比度噪声比的比较 Table 3 Comparison of the CNRs at 4 different tube voltages 管电压 (kV) CNRLung CNRStnd ODM off ODM part ODM off ODM part 140 79.13 76.12 320.91 297.75 120 77.28 73.93 311.97 295.39 100 75.24 72.57 306.44 291.69 80 69.71 67.90 267.35 268.36 F值 12.809 11.261 P值 0.033 0.039 注：ODM off.不使用ODM技术; ODM part.从扫描起始至乳腺区域开启ODM; CNRlung和CNRStnd分别8部分肺及软组织算法图像对比度噪声比均值；80 kV组与其他组各项比较(LSD法)(P < 0.05)

表 3 4种管电压下成人胸部体模8部分对比度噪声比的比较 Table 3 Comparison of the CNRs at 4 different tube voltages

管电压的改变对辐射剂量的影响程度显著高于管电流，但管电压与其他扫描参数以及图像重建参数有着复杂的交互作用^[]。另外，管电压、管电流以及图像重建参数也因不同的临床诊断需求而不同^[5]。当CT设备使用智能管电压(kV Assist)模式时，系统将根据定位像中的不同的X射线衰减特点、基准管电压、智能管电流(Smart mA)模式以及扫描协议的临床诊断需求等来自动选择适宜的kV值。本研究结果显示，随着管电压的降低，CTDI_vol逐步下降，140~100 kV所测量的乳腺区辐射剂量也较大幅度的下降；但当管电压降到低于系统推荐值的80 kV时，在mA表中出现橙色警告，提醒操作者核实最大mA所产生的图像质量是否满足临床诊断需求。80 kV时，CTDI_vol为4组管电压中最低，但所测量的乳腺区剂量却不降反升，呈现出与CTDI_vol不同的趋势。一方面由于管电压低于系统推荐值时射线穿透力不足只能通过增加mA来增加达到探测器所需的光子数，另一方面低能射线更容易被人体吸收，从而使得表浅器官的吸收剂量显著增加。CT扫描中，接近皮肤表面的器官和组织接受到的辐射剂量越大，当射线能量过低而通过mA的增加来补偿透射剂量时，表浅器官的剂量增加幅度显著加大。这一结果，也证明了本研究所用CT设备推荐管电压为100 kV的合理性，而低于管电压推荐值的扫描可能不利于对表浅辐射敏感器官的保护。

开启ODM技术时，在Smart mA基础上进一步降低表浅辐射敏感器官的剂量^[7]。本研究中，ODM应用于体部时可在人体正前方约150°范围内降低mA，在其他角度则保持足够的剂量。结果表明，使用ODM技术后，CTDI_vol和乳腺区的辐射剂量的均下降，而且乳腺区域的皮肤剂量下降的幅度大于CTDI_vol，这说明ODM技术可以有效降低表浅器官的剂量。刘丹丹等^[8]使用西门子Flash双源CT研究自动管电流模式下管电压对CT辐射剂量和影像质量影响的结果为手动管电压结合自动管电流模式中CTDI_vol和乳腺的器官剂量随电压减低而减低；Rupcich等^[9]在冠状动脉CTA模拟研究中指出，使用80 kV常规剂量和同时开启部分角度协议两种方法可较120 kV最大程度的减少乳房和肺部的剂量，然而随后图像噪声的增加可能被认为是临床上不可接受的。本研究为保证图像质量一致性，所有扫描序列参数均使用相同的噪声指数NI，开启Smart mA及Smart mA ODM时设置管电流调制范围为设备允许的mA最大范围，剂量调制时可最大程度的保证图像质量的一致性。

根据ALARA原则的要求，辐射剂量降低的前提是图像质量满足诊断需求。本研究结果显示，随着管电压的降低肺及软组织算法的图像对比度噪声比有所下降，在不同ODM组间对比及140~100 kV管电压之间比较差异均无统计学意义。但是当管电压下降至80 kV时CNR明显降低，其原因可能为，一方面由于射线穿透力不足，另一方面设备所能达到的最大mA值可能限制了扫描所需达到的有效mAs。为保证图像质量方面满足诊断需求，操作者在试图降低管电压来降低患者的辐射剂量时，应慎用低于系统推荐值的管电压。

本研究不足之处有：①所使用胸部模体细节较少，图像质量仅限于客观评价。②剂量测量时长杆电离室放在模体表面，测量值可能与器官实际剂量值有一定差异。

总之，在胸部CT扫描时，使用系统推荐管电压并在射线敏感器官区域联合使用ODM技术，可在保证图像质量的前提下降低乳腺区域的辐射剂量，建议在临床实践中使用。