随着CT技术的不断发展, CT的应用范围及检查频数均大幅增加，具有高空间分辨力、密度分辨力以及时间分辨力, 为疾病诊断提供了巨大价值, 但随之而来的电离辐射问题也愈发受到关注。在临床工作中, 对CT辐射的主动防护和被动防护均具有重要价值^[1-2], 同时扫描区域内和区域外敏感器官的屏蔽防护也非常重要^[2]。器官-管电流调制(X-care)是基于器官的管电流调制技术, 实现了选择性地屏蔽对辐射敏感器官的直接照射, 当探测器扫描至敏感器官前方时, X射线管自动降低管电流, 旋转至后方适当增加管电流保证层面内的图像质量, 选择性地保护辐射敏感器官^[3-4]。铋是一种新型的降低体表敏感性的屏蔽材料, 可有效降低体表腺体组织的辐射剂量^[5-6]。传统的铅屏蔽试图完全吸收辐射，铋屏蔽可使射线束的能量质变硬、改变能量分布，减少软散射线对模体的表面剂量。即可以允许X射线穿透，又不会造成图像质量的大幅降低。Karim等^[7]研究发现，在不影响胸部CT图像质量的前提下，使用铋屏蔽和低管电压方案可以减少乳腺的辐射剂量。Lopresti等^[8]研究发现，硫酸钡和铋锑屏蔽均能显著降低晶状体的辐射剂量，并能明显诱发图像伪影。眼内结构的图像质量明显下降，而颅内结构的图像质量则没有明显变化。本研究应用铋屏蔽联合器官管电流调制技术探讨其在颅脑CT检查中应用价值。

1. 实验材料: 采用日本京都Kagaku公司的PBU-60头部模型，仿真头颈体模(体模颅内包含单侧颅脑血管), 重庆市疾病预防控制中心提供的热释光剂量计(TLD), LiF(Mg，Cu，P)探测器型号RGD-3B。美国F & L公司的铋屏蔽防护垫，眼部铋屏蔽护垫型号为：ARE，规格为13.90 cm×3.10 cm；甲状腺铋屏蔽护垫型号为：ART，规格为15.00 cm×8.50 cm。屏蔽护垫中铋厚度均为1 mm, 外层覆盖粘合剂确保密封紧密，空气间隙最小。

2. 实验方法：铋屏蔽放置位置为晶状体及甲状腺所在部位体模的表面(图 1)。采用德国西门子公司Definition Flash CT对头颈体模在铋屏蔽前后分别进行颅脑扫描和双能量CT血管造影(DE-CTA)扫描，每次扫描重复3次。颅脑序列扫描: 采用常规序列扫描和X-care两种模式：颅脑扫描分为无铋屏蔽常规序列扫描、铋屏蔽后常规序列扫描、无铋屏蔽X-care扫描、铋屏蔽联合X-care扫描4组，扫描参数为管电压120 kV, CARE DOSE 4D, 参考管电流量320 mAs, 转速0.5 s/圈, 重建5 mm, 间隔5 mm；DE-CTA扫描分为无铋屏蔽和铋屏蔽后2组，管电压80~140 kV, CARE DOSE 4D, 参考管电流量80 mAs, 转速0.28 s/圈, 螺距1, Safire-3重建1 mm, 间隔1 mm。

图 1 仿真体模及铋屏蔽放置 Figure 1 Simulation phantom and the placement of bismuth shield

3. 图像分析：选取铋屏蔽所在相同层面, 分别测量脑血管(颈内动脉眼段)及临近脑组织(颞叶脑组织)CT值, 血管感兴趣区(ROI)面积0.3 cm², 脑实质ROI面积1 cm², 测量5次取平均值。将脑组织的CT值的标准差(SD)值作为图像的噪声, 脑血管的对比噪声比(CNR)=(CT值_脑血管-CT值_脑组织)/SD_脑组织。

选取铋屏蔽所在相同层面, 分别测量脑组织(颞叶脑组织)及邻近脑脊液(鞍上池脑脊液)CT值, 脑实质ROI面积1 cm², 脑脊液ROI面积0.5 cm², 测量5次取平均值。将脑脊液的CT值的SD值作为图像的噪声, 脑实质的对比噪声比CNR=(CT值_脑实质-CT值_脑脊液)/SD_脑脊液。

4. 辐射剂量检测：通过在体模晶状体、甲状腺区放置热释光个人剂量计(TLD), 具体方法为每次扫描左右甲状腺区共放置8个, 左右晶状体区共放置8个, 测量每次扫描后器官吸收剂量, TLD数据读取在重庆市疾病预防控制中心完成, 计数值减去本底后, 乘以X射线刻度因子1.466×10^-3 mSv/ 读数，得到器官剂量当量(H_T)。记录每次扫描后机器生成的容积CT剂量指数(CTDI_VOL)、剂量长度乘积(DLP)，计算有效剂量(ED)=DLP×k(成人头部k=0.002 1 mSv·mGy^-1·cm^-1)。

5. 统计学处理：采用SPSS 24.0软件进行统计学分析。数据符合正态分布用x±s表述，颅脑扫描各组之间比较采用单因素方差分析，组间比较采用Tukey法，DE-CTA扫描两组之间比较采用独立样本t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. 颅脑常规扫描中不同扫描方法晶状体及甲状腺的器官当量剂量比较：在相同CTDI_vol下, 采用X-care、铋屏蔽、X-care联合铋屏蔽3种扫描方法的H_{T，晶状体}均值分别为37.89、42.20、28.21 mSv, 较颅脑常规序列扫描的55.75 mSv下降明显, 差异有统计学意义(F=186.52，P＜0.05)。具体数据见表 1。说明3种方法均能有效降低晶状体的器官当量剂量，其中X-care联合铋屏蔽效果最好。采用铋屏蔽和X-care联合铋屏蔽后较常规颅脑扫描H_{T，甲状腺}显著降低(F=103.26，P＜0.05)，说明这两种方法能够有效降低甲状腺的器官当量剂量，其中，单独应用X-care与常规颅脑扫描两组之间差异无统计学意义(P > 0.05)，说明在常规颅脑扫描中单独使用X-care对降低甲状腺的器官当量剂量意义不大。

表 1(Table 1)

表 1 颅脑扫描在相同CTDIvol下采用不同扫描方法晶状体及甲状腺的器官当量剂量 Table 1 Organ equivalent dose of lens and thyroid with different scanning methods under the same CTDIvol in the brain scan 扫描模式 样本数 容积CT剂量指数(mGy) 剂量长度乘积(mGy·cm) 有效剂量(mSv，x±s) 器官剂量当量(mSv，x±s) 晶状体 甲状腺 常规 24 49.26 690 1.45 55.75±2.81 1.53±0.11 X-care 24 49.16 689 1.45 37.89±2.00 1.47±0.12 铋屏蔽 24 49.26 690 1.45 42.20±2.96 0.77±0.07 X-care联合铋屏蔽 24 49.15 689 1.45 28.21±1.31 0.89±0.08 F值 186.52 103.26 P值 ＜0.01 ＜0.01 注：X-care.器官-管电流调制

表 1 颅脑扫描在相同CTDIvol下采用不同扫描方法晶状体及甲状腺的器官当量剂量 Table 1 Organ equivalent dose of lens and thyroid with different scanning methods under the same CTDIvol in the brain scan

2. 颅脑常规扫描中不同扫描方法图像质量比较：采用X-care、铋屏蔽、X-care联合铋屏蔽3种扫描方法的脑实质、脑脊液CT值均值较颅脑常规序列扫描均有不同程度增高, 图像噪声和CNR差异均无显著性，见表 2。说明除CT值稍增加外，采用了X-care、铋屏蔽、X-care联合铋屏蔽3种扫描方法后图像质量未发生明显变化。

表 2(Table 2)

表 2 颅脑扫描中采用不同扫描方法图像质量比较(x±s) Table 2 CT value of brain parenchyma and cerebrospinal fluid, noise and contrast noise ratio of images with different scanning protocols(x±s) 扫描模式 样本数 CT值脑实质 CT值脑脊液 噪声 对比噪声比 常规 15 43.12±1.09 2.98±1.15 4.60±0.91 9.02±1.85 X-care 15 45.73±2.38 7.87±3.12 4.00±0.53 9.89±0.91 铋屏蔽 15 48.38±1.86 7.88±1.61 5.12±0.78 8.11±1.59 X-care联合铋屏蔽 15 49.92±1.61 10.63±1.80 5.18±1.12 7.95±2.17 F值 16.72 14.36 2.43 1.7 P值 ＜0.01 ＜0.01 0.10 0.19 注：X-care.器官-管电流调制

表 2 颅脑扫描中采用不同扫描方法图像质量比较(x±s) Table 2 CT value of brain parenchyma and cerebrospinal fluid, noise and contrast noise ratio of images with different scanning protocols(x±s)

3. 双能CTA扫描中不同扫描方法晶状体及甲状腺的器官当量剂量比较：在相同CTDI_vol下, 采用铋屏蔽后进行双能量CTA扫描的H_{T，晶状体}、H_{T，甲状腺}均值分别为11.56、0.32 mSv, 较屏蔽前的器官剂量当量下降明显(t=5.07、9.59，P＜0.05)，见表 3，说明在头部双能CTA扫描中采用铋屏蔽能够有效降低晶状体及甲状腺的器官当量剂量。

表 3(Table 3)

表 3 相同CTDIvol采用铋屏蔽前后进行双能量CTA扫描中晶状体及甲状腺的器官当量剂量 Table 3 Organ equivalent dose of crystal and thyroid in dual energy CTA scanning with and without bismuth shielding under the same CTDIvol 扫描模式 样本数 容积CT剂量指数(mGy) 剂量长度乘积(mGycm) 有效剂量(mSv) 器官剂量当量(mSv，x±s) 晶状体 甲状腺 铋屏蔽前 24 6.59 129 0.27 14.18±0.85 0.58±0.05 铋屏蔽后 24 6.60 129 0.27 11.56±1.04 0.32±0.03 t值 5.07 9.59 P值 ＜0.01 ＜0.01 注：CTDIvol.容积CT剂量指数；CTA. CT血管造影

表 3 相同CTDIvol采用铋屏蔽前后进行双能量CTA扫描中晶状体及甲状腺的器官当量剂量 Table 3 Organ equivalent dose of crystal and thyroid in dual energy CTA scanning with and without bismuth shielding under the same CTDIvol

4.双能CTA扫描中不同扫描方法图像质量比较：采用铋屏蔽后进行双能量CTA扫描的脑血管、脑实质CT值均值较屏蔽前均有不同程度增高, 两组图像SD、CNR差异均无统计学意义(P>0.05)，具体数据见表 4。说明除CT值稍增加外，采用铋屏蔽后图像质量未发生明显变化。

表 4(Table 4)

表 4 采用铋屏蔽前后双能量CTA扫描图像质量的参数对比(x±s) Table 4 CT values of cerebral vessels and brain parenchyma, noise and contrast noise ratio of dual energy CTA images with and without bismuth shielding(x±s) 扫描模式 CT值血管 CT值脑 噪声 对比噪声比 铋屏蔽前 15 188.70±4.38 37.32±1.99 5.80±0.66 26.43±3.58 铋屏蔽后 15 194.39±3.69 40.96±2.72 6.14±0.38 25.06±1.63 t值 -1.67 -4.69 -1.94 1.11 P值 0.17 0.01 0.12 0.33 注：CTA. CT血管造影

表 4 采用铋屏蔽前后双能量CTA扫描图像质量的参数对比(x±s) Table 4 CT values of cerebral vessels and brain parenchyma, noise and contrast noise ratio of dual energy CTA images with and without bismuth shielding(x±s)

CT检查时扫描野内、外敏感组织器官的防护一直备受关注, 医学实践中应当以重视操作和防护技术, 加强放射卫生管理的原则为指导, 根据辐射防护的最优化原则(ALARA)进行临床检查。降低辐射剂量的方法可分为主动和被动防护, X-care技术属于主动防护的一种, 应用该技术可以在保证图像质量的前提下实现对敏感器官的防护^[9-10]。相比于主动防护，被动防护(也就是屏蔽防护)更容易被忽视。国内外近10年来使用无铅材料进行了防护研究^[11], 其中铋作为一种新型防护材料能够显著减少辐射剂量。

与常规序列扫描相比, 采用X-care技术、铋屏蔽以及两者联合应用的图像CNR差异两两比较差异均无显著性, 证明上述3种扫描方法均可保证图像中脑内相关解剖结构的显示效果。在保证图像质量的前提下, 采用X-care技术、铋屏蔽扫描的H_{T，晶状体}较常规序列下降, 证明这两种方法都能有效地减少晶状体在颅脑CT平扫中的辐射伤害, 利用X-care技术联合铋屏蔽扫描, 可以降低H_{T，晶状体}下降达50%, 值得推荐。与颅脑常规序列扫描相比, 采用X-care技术、铋屏蔽以及两者联合应用进行扫描后, 图像中各组织的CT值会有所增加, 这与国内外相关研究结果一致^[12-14], 分析其原因可能是铋屏蔽产生的线束硬化伪影以及线束质的改变减少了模体表面吸收剂量。

对比铋屏蔽防护前后的CTA图像, 两者均能清楚显示血管形态及走形情况, 脑血管CNR差异亦无显著性。相比防护前, 采用铋屏蔽可以减少20% H_{T，晶状体}, 本研究采用双能量CTA扫描, 如果是进行常规减影CTA扫描, 铋屏蔽对晶状体的防护意义将更大。由于扫描范围的原因, 虽然甲状腺的表面吸收剂量相对较低, 但采用铋屏蔽后, H_{T，甲状腺}可以减少40%~50%, 说明在颅脑CT检查中, 对颈部敏感器官的防护的必要性值得探讨。

该研究为体模研究, 旨在对方法的可行性进行基础性验证, 但体模与人体存在一定差异, 实验结果还有待下一步收集临床病例进行验证；此外铋屏蔽造成眼部的线束硬化伪影较重，虽不影响结构显示，但可在以后的临床病例研究中将铋屏蔽与眼睛之间放置薄层海绵软垫以减轻伪影在图像中的显示。另外，有研究表明，使用铋屏蔽可能会导致临近结构明显的CT值变化和可感知的伪影，特别是对于靠近护盾的浅表器官，不建议用于量化CT检查或后续CT检查^[15]。

与常规序列扫描相比, 采用X-care技术、铋屏蔽以及两者联合应用的图像3种扫描方法均可保证图像中脑内相关解剖结构的显示效果。采用X-care技术、铋屏蔽进行颅脑序列扫描都能有效地减少晶状体在颅脑CT平扫中的辐射伤害, 利用X-care技术联合铋屏蔽扫描, 可以降低H_T晶状体下降达50%, 值得推荐。双能量CTA扫描中，采用铋屏蔽可以减少20% H_T晶状体, 如果是进行常规减影CTA扫描, 铋屏蔽对晶状体的防护意义将更大。由于扫描范围的原因, 甲状腺的表面吸收剂量相对较低, 不同于铅防护的全部吸收，故在颅脑CT检查中, 对颈部敏感器官防护的必要性值得探讨。

利益冲突  本项研究工作无任何形式的利益冲突。作者独立取得实验数据，并对数据及其统计分析的准确性和可靠性负完全责任

作者贡献声明  孙静坤负责数据采集和分析及论文撰写；彭刚负责设计实验方案，指导研究；吕发金参与实验数据分析及论文修改；王杰、金瑞及何谐参与实验并协助整理数据