随着CT技术的快速发展和应用领域的不断拓展，CT检查在许多国家成为了公众所受人工辐射的最大来源^[1]。因此，在放射检查中遵守和执行辐射防护最优化“ALARA”原则显得更加重要。在辐射剂量优化的方法中，自动管电压和自动管电流调制技术已为临床广泛应用，但其准确性受到诸多因素的影响，其中螺距、探测器宽度以及噪声指数水平等都有相关研究。而在定位像扫描时，X射线管投照角度对正式扫描中管电压和管电流也会产生影响，尚未见定位像参数中管电压设置的相关研究。本研究旨在综合定位像参数中X射线管投照角度和管电压两个因素，分析其对胸部CT图像质量和辐射剂量的影响规律。

1. 实验材料：GE Revolution CT机(美国GE公司)；PBU-2型成人胸部拟人模体(日本岛津公司)；TLD热释光剂量计(北京合悦达科技有限公司)，RGD-3B热释光仪(解放军防化研究院)，修正系数1.00；荷兰Philips Extended Brilliance后处理工作站。

2.体位设计：胸部模体置于检查床正中，激光定位灯的中心线对准胸骨正中，水平线位于腋中线。

3.扫描参数设置：定位像参数设置：X射线管投照角度选择0°(X射线管位于检查床上方，即前后位定位像)、180°(X射线管位于检查床下方，即后前位定位像)和90°(即侧位定位像)，分别对应：70、80、100、120和140 kV 5种管电压组，毫安值为25 mA。螺旋扫描参数设置，自动管电压(Assist kV)和自动管电流调制技术(Smart mA)，噪声指数(NI)10，探测器宽度80 mm，螺距0.992 ∶1，旋转时间0.5 s，扫描长度330 mm，层厚5 mm，迭代指数(ASiR-V)前置30%，后置为50%。观察15种定位像参数组合，对胸部模体进行螺旋CT扫描后影像质量和辐射剂量的影响。

4.记录15种组合螺旋扫描参数：记录管电压值和记录4个层面毫安值。选取肺尖层面、气管分叉层面、乳腺水平层面和横膈顶部层面，见图 1。

注：①为计算对比噪声比选择的信号区；②为计算对比噪声比选择的背景区；圆圈内为测量乳腺器官剂量时放置TLD的位置 图 1 胸部模体螺旋扫描图像  A. 肺尖层面；B. 气管分叉层面；C. 乳腺水平层面；D. 横膈顶部层面 Figure 1 Chest phantom images with spiral scanning A. Pulmonary apex; B. Trachea bifurcation; C.Mammary level; D. Diaphragmatic dome

5.辐射剂量评估：①容积CT剂量指数(CTDI_vol)为15种组合扫描完毕后设备的显示值。②乳腺器官剂量的测量是将热释光剂量计(TLD)置于胸部模体乳腺水平面(此层面与螺旋扫描选取的毫安值层面一致)，左右各一，如图 1所示，对测量值取均值。

6.图像质量评价：将层厚5 mm横断面图像(窗宽350，窗位40)传输至后处理工作站，取气管分叉和横膈顶部两个层面(与螺旋扫描选取的毫安值层面一致)，在每个层面测量两个200 mm²圆形感兴趣区，如图 1(B、D)所示，由公式1计算对比噪声比(CNR)。

式中，AV₁、SD₁分别为信号区的平均CT值和标准差，AV₂、SD₂为背景区的平均CT值和标准差。

7.统计学处理：应用SPSS 20.0统计软件进行数据分析。计量资料用x±s形式表示。对CTDI_vol、乳腺器官剂量和CNR进行正态性和方差齐性检验。乳腺器官剂量和CNR用单因素方差方法分析(方差齐性)，P < 0.05为差异有统计学意义。CTDI_vol用秩和检验方法分析(方差不齐)，P < 0.017为差异有统计学意义，因经多个独立样本的秩和检验，若P < 0.05，拒绝无效假设H₀，只能做出总体上有显著性意义的总的结论，而不能对每两两之间有无显著性差异做出结论。若进行两两比较，需进行分割。因重复多次的假设检验将第1类错误α扩大，必须重新规定检验水准，其检验水准按公式(2)计算：

式中，$ N = C_n^2 = \frac{{n\left( {n - 1} \right)}}{2}$为所需检验次数；n为参加检验的组数。

1.不同定位像参数组合对应产生的螺旋扫描参数：15种定位像参数组合产生15种螺旋扫描参数，螺旋扫描参数见表 1。X射线管投照角度0°时，螺旋扫描管电压自动选择80 kV，定位像管电压改变对4个层面管电流量影响较小，变化范围0~2%(5/230)。乳腺水平层面管电流量变化最大(230~235 mA)，变化范围上限为2%。

表 1(Table 1)

表 1 15种定位像组合下CT螺旋扫描管电压与毫安值变化 Table 1 Changes of tube potential and tube current in spiral scanning using 15 scout views 投照 角度 螺旋扫描 管电压(kV) 管电压 (kV) 毫安值(mA) 肺尖 层面 气管分 叉层面 乳腺水 平层面 横膈顶 部层面 0° 70 80 298 316 230 289 80 80 298 316 235 287 100 80 298 316 235 288 120 80 298 316 232 287 140 80 299 316 232 286 90° 70 100 218 239 138 188 80 100 233 284 168 194 100 100 241 304 160 189 120 100 236 302 176 186 140 100 236 303 177 186 180° 70 100 232 210 143 176 80 100 227 213 148 175 100 100 229 212 147 175 120 100 232 215 151 175 140 100 230 210 148 174

表 1 15种定位像组合下CT螺旋扫描管电压与毫安值变化 Table 1 Changes of tube potential and tube current in spiral scanning using 15 scout views

X射线管投照角度90°和180°时，螺旋扫描管电压自动选择100 kV，定位像管电压改变对气管分叉层面管电流量影响较大，变化范围14%(29/210)~44%(93/210)。在气管分叉层面定位像管电压70 kV时管电流量变化最小(210~239 mA)，变化范围下限为14%，定位像管电压140 kV时管电流量变化最大(210~303 mA)，变化范围上限为44%。

2.根据3种X射线管投照角度分组，对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响

(1) CTDI_vol：最大值在定位像X射线管投照角度90°和定位像管电压140 kV组合(90°/140 kV)(5.09 mGy)，最小值在0°/70 kV(3.23 mGy)。3种X射线管投照角度的CTDI_vol差异有统计学意义(P < 0.017)见表 2。进一步两两比较：3种X射线管投照角度之间的CTDI_vol差异均有统计学意义(P < 0.017)。

表 2(Table 2)

表 2 各投照度不同定位像管电压CT扫描辐射剂量和对比噪声比变化(x±s) Table 2 Changs of CT radiation dose and CNR at different tube voltages in scout view at different projection angles(x±s) 投照角度 CTDIvol(mGy) 乳腺器官剂量(mGy) 对比噪声比 气管分叉层面 横膈顶部层面   0° 3.31±0.08 6.69±0.57 119.84±6.53 122.88±7.15   90° 4.87±0.25 8.67±0.92 167.03±15.27 143.17±8.55   180° 4.38±0.08 7.14±0.28 143.60±8.07 142.18±7.75   F值 13.027 24.727 10.630   P值 < 0.017 < 0.05 < 0.05 < 0.05    注：均值为各投照角度5种定位像管电压值

表 2 各投照度不同定位像管电压CT扫描辐射剂量和对比噪声比变化(x±s) Table 2 Changs of CT radiation dose and CNR at different tube voltages in scout view at different projection angles(x±s)

(2) 乳腺器官剂量：最大值在90°/140 kV(10.21 mGy)，最小值在0°/80 kV(6.05 mGy)。3种X射线管投照角度的乳腺器官剂量差异有统计学意义(F=13.027，P < 0.05)，见表 2。进一步两两比较，0°与90°、90°与180°X射线管投照角度的乳腺器官剂量差异均有统计学意义(P < 0.05)；0°与180°X射线管投照角度的乳腺器官剂量差异无统计学意义(P>0.05)。

(3) CNR在各层面的最大值和最小值：①气管分叉层面：最大值为187.25(90°/120 kV)，最小值为112.69(0°/80 kV)。3种X射线管投照角度在气管分叉层面的CNR差异有统计学意义(F=24.727，P < 0.05)见表 2。3种X射线管投照角度之间在气管分叉层面的CNR差异均有统计学意义(P < 0.05)。②横膈顶部层面：最大值为153.55(90°/120 kV)，最小值在114.46(0°/80 kV)。3种X射线管投照角度在横膈顶部层面的CNR差异有统计学意义(F=10.630，P差异0.05)，见表 2。0°与90°、0°与180°X射线管投照角度在横膈顶部层面的CNR差异均有统计学意义(P才有0.05)；90°与180° X射线管投照角度在横膈顶部层面的CNR差异无统计学意义(P>0.05)。

3.根据5种定位像管电压分组，对胸部CT辐射剂量和图像质量的影响：根据定位像管电压分组，CTDI_vol、乳腺器官剂量和两个层面的CNR差异均无统计学意义(P>0.05)。CTDI_vol剂量最低在定位像管电压70 kV、最高在140 kV，分别为(4.01±0.68)、(4.34±0.85)mGy。乳腺器官剂量最低在定位像管电压80 kV、最高在140 kV，分别为(7.12±1.19)、(8.33±1.63)mGy。气管分叉层面CNR最低在定位像管电压100 kV、最高在120 kV，分别为(152.53±30.66)、(139.32±28.46)。横膈顶部层面CNR最低在定位像管电压80 kV、最高在120 kV，分别为(139.97±17.63)、(133.02±16.37)。

自动管电流调制技术是根据患者的体型和轮廓在z轴方向上实时调整输出以保证足够剂量的方法^[2-3]。自动管电压调制技术是根据患者体型和检查目的降低辐射剂量的另一种有效方法，特别是对增强扫描如CT血管成像^[4-5]。两种技术的联合应用就可以根据定位信息分析受检者衰减特性，根据不同的成像目的(如CT血管造影、软组织成像、非增强扫描等)和成像系统的限制(最大管电流值、最大的系统负载)推荐出最优化的管电压和管电流值。

本实验旨在研究定位像参数中X射线管投照角度和管电压联合对螺旋扫描中自动调制技术的影响，进而对影像质量和辐射剂量产生的影响。结果显示X射线管投照角度对自动调制技术起到决定性作用，定位像管电压作用较小。X射线管投照角度90°时，胸部CT图像质量和辐射剂量最高，由于模体左右径厚度明显大于前后径，所以在螺旋扫描时，自动调制技术将管电压和管电流量都提高了。此结论与Brisse等^[6]的研究结果相同，但与Papadakis等^[7]、Suntharalingam等^[8]以及刘丹丹和牛延涛^[9]的研究结果相反。分析其原因：本实验中使用的美国GE Revolution CT，而后三者使用的是德国西门子CT，可能与不同厂家的自动调制技术算法相关。由此可见针对不同的扫描设备，同一影响因素可能导致相反的结果，本实验为探讨不同设备特性提供一个参考。

X射线管投照角度180°与0°结果差异, 可能是前者行定位像扫描时X射线管位于床板下方，使床板位于X射线的入射面，而后者床板位于X射线的出射面，入射面较出射面对于射线的影响更为显著，最终引起CTDI_vol增加约32%(1.07/3.31)，但是乳腺器官剂量无差异。临床工作中表浅器官剂量不便于测量，但CTDI_vol较易掌控，因此下一步可以探讨在相同CTDI_vol时，定位像参数对于乳腺器官剂量和图像质量的影响，对于临床工作会更具指导意义。

研究结果还显示，X射线管投照角度90°与180°在气管分叉层面图像质量有差异，但在横膈顶部层面无差异，是由于两层面解剖结构差异引起自动调制技术产生调制的结果。由此可见，图像质量客观评价中感兴趣层面的选择对结果的评判至关重要，所以应在扫描范围内选取多个具有代表性的层面进行评价，综合评判的结果更客观。

综上所述，基于本研究中所使用的CT设备，胸部扫描定位像参数中的X射线管投照角度较管电压对图像质量和辐射剂量影响更为显著。推荐X射线管投照角度180°与定位像管电压80、100、120 kV的组合进行胸部CT螺旋扫描较为合理。但是由于本实验进行的模体研究，其衰减特性与人体相较存在差异，有可能会对定位像参数中管电压值的选择产生一定影响，所以需进一步临床验证。定位像扫描参数中的管电流这一影响因素没有进行探讨，考虑在下一步实验中进行研究。

利益冲突  作者与作者家属未接受任何不正当的职务或财务利益，在此对研究的独立性和科学性予以保证。

志谢 本研究接受北航-同仁大数据精准医疗高精尖创新分中心开放基金(BHTR-KFJJ-202007)资助。

作者贡献声明  刘丹丹负责数据整理、结果分析、论文撰写；崔莹负责数据采集和图像处理；赵波和张永县负责图像数据的测量和整理；牛延涛指导研究设计和论文修改。