CT扫描是踝关节骨折诊断的常用检查手段，但越来越多地使用CT扫描引起人们对辐射暴露的担忧。CT扫描仅占X射线检查项目的11%，而CT扫描辐射剂量约占全部X射线检查项目总辐射剂量的70%^[2]。如何使用最低辐射剂量获得能满足诊断需要的图像质量，确保诊断正确率的前提下尽量减低患者接受的辐射剂量，是近年来CT检查研究的重要方向之一^[3]。

近年来，三维打印(three dimensional printing, 3DP)技术在各领域得到了广泛应用^[4-5]。在骨科领域，该技术主要用于术前形态设计、术中组织修复、大骨缺损重建等。基于CT图像的3DP模型为外科医生提供更清晰的全3D解剖视图，有助于术前规划和复杂问题的解决。本研究尝试将超低剂量扫描技术应用于踝关节骨折检查，通过评价标准(standard dose, SD)CT扫描和超低剂量(ultra low dose, ULD)CT扫描条件下图像的噪声、信噪比(signal noise ratio，SNR)、对比信噪比(contrast noise ratio，CNR)、CT图像质量及3DP模型质量，探讨超低剂量CT扫描技术在临床踝关节骨折诊断及3DP模型打印方面的应用价值。

1. 一般资料：收集2019.11—2022.01广东省中医院珠海医院踝关节骨折患者共61例，男24例，女37例；年龄20~69岁，中位数年龄48岁。本研究为前瞻性研究，全部患者对研究知情同意且签署知情同意书，并经广东省中医院伦理委员会批准(审批号BF2019-030-01)。所有患者均行SD和ULD CT扫描，两次检查之间的间隔时间(9.23±1.92)d(保守治疗1~2周DR复查，了解移位加重是否需要手术治疗，本研究采用超低剂量CT扫描代替DR检查)。

2. 纳入标准与排除标准: 纳入标准：①年龄≥18岁，≤70岁。②明确外伤病史，单纯外伤骨折患者。③无骨骼器质性病变，如骨肿瘤、骨囊肿、骨纤维结构不良等。④无关节炎性疾病，如类风湿、强直性脊柱炎等。⑤无其他致骨代谢不良的基础疾病，如肾性骨病、甲状旁腺功能亢进、糖尿病等。排除标准：①因外伤活动受限无法以标准体位配合扫描的患者。②因疼痛导致较多运动伪影的患者。③其他客观原因导致图像质量较差者，踝关节脂肪层过于菲薄而无法测量。

3.扫描方法：均采用日本佳能320排动态CT(Canon Aquilion One)扫描，SD、ULD CT扫描参数(管电压/管电流时间乘积)分别为：120 kV/100 mAs，80 kV/10 mAs；扫描时间分别为1 s、0.75 s；显示野均为200 mm；层厚层间距均为0.5 mm，扫描范围为跟骨下缘向上16 cm。足先进，仰卧或端坐检查床上，患侧下肢伸直放于检查床中心，健侧下肢膝关节弯曲，平踩于检查床上。身体置于检查床中间并保持不动。

4. 图像处理及3DP模型：对每组原始数据采用迭代重建(iterative reconstruction, IR)得到数据包，把数据包传送到日本东芝CT后处理工作站(VitreaFX3.0)，采用横断面，多平面重组(multiplaner reformatting, MPR)、容积再现(volume rendering, VR)、最大强度投影(mamxium intensity projection, MIP)、曲面重组(curve planar reformatting, CPR)技术进行图像重组。软组织AIDR 3D数据包导入重建软件(Mimics Research 19.0，比利时，Materialise)重建立体3D模型，利用切片软件(Print-Rite CoLiDo Repetier-Host，中国，天威)对踝关节骨折3DP模型进行切片，天威熔融沉积方式打印踝关节骨折3DP模型(CoLiDo 3.0 3D)，打印耗材白色聚乳酸(poly lactic acid，PLA，直径1.75 mm)。

5. 图像质量评估和骨折判读

(1) 骨折判读：将所有影像传至佳能工作站，对横断面、矢状面、冠状面，利用MPR、VR、MIP及CPR技术，2名影像科高年资主治医生分别判读是否骨折，当两人意见不一致时共同协商统一意见后录入结果。

(2) 客观图像质量评价^[6]：1名影像科高年资主治医生挑选跟腱前方3层不同层面脂肪组织，测量其CT值，感兴趣区(region of interest, ROI)为15 mm²，得到3次测量脂肪CT值的均值(CT_f)及脂肪标准差(SD)的均值；挑选踝关节3层不同层骨皮质最厚处测量其CT值，ROI=8 mm²，得到3次测量CT值的均值(CTg)；CTc= CTg- CT_f。噪声=SD均值绝对值，信噪比(SNR)= CT_f/SD的绝对值，对比噪声比= CTc/SD的绝对值。

(3) 主观图像质量评价^[7]：由两名高年资影像科主治医生、2名高年资骨科主治医生分别按李克特5分法评价主观CT图像质量、3DP模型质量(表 1)。

表 1(Table 1)

表 1 李克特5分法评价61例踝关节骨折患者CT图像主观质量及3DP模型质量表 Table 1 Likert 5-point scale to evaluate the subjective quality of CT images and 3DP model quality in 61 patients with ankle fractures 评分标准 CT图像主观评价 3DP模型 优秀(5分) 骨折线清晰，对骨折诊断无影响 3DP模型表面光滑，对手术方案的设计、术前手术操作的演练、术中辅助手术操作无影响 良好(4分) 骨折线稍模糊，对骨折诊断无影响 3DP模型表面稍毛糙，对手术方案的设计、术前手术操作的演练、术中辅助手术操作无影响 合格(3分) 骨折线模糊，对骨折诊断有影响，但是仍能做出较正确的诊断 3DP模型表面毛糙，对手术方案的设计、术前手术操作的演练、术中辅助手术操作基本无影响 差(2分) 骨折线显示不清，对骨折诊断有较大影响 3DP模型表面明显毛糙，对手术方案的设计、术前手术操作的演练、术中辅助手术操作有较大影响 极差1分 骨折线显示不清，诊断困难甚至无法正确诊断 3DP模型表面毛糙，部分缺失，无法行手术方案的设计、术前手术操作的演练、术中辅助手术操作

表 1 李克特5分法评价61例踝关节骨折患者CT图像主观质量及3DP模型质量表 Table 1 Likert 5-point scale to evaluate the subjective quality of CT images and 3DP model quality in 61 patients with ankle fractures

6. 辐射剂量：每位患者辐射剂量，CT扫描仪软件自动生成容积CT剂量指数(computed tomography dose index volume, CTDI_vol，mGy)和剂量长度乘积(dose length product, DLP，mGy·cm)，将DLP乘以k(转换系数)以获得每位患者的有效剂量(E=DLP·k)，踝关节k=0.000 2^[8]。

7. 统计学处理：采用SPSS 26.0统计软件进行数据分析，噪声、SNR、CNR、CTc、CTDI_vol、DLP、E等计量资料是先行正态分布检验及方差齐性分析，若数据存在正态分布或方差齐, 配对t检验，若数据存在非正态分布或方差不齐，则采用秩和检验，P＜0.05为差异有统计学意义，主观评价CT图像质量和3DP模型质量采用秩和检验；两名医师对主观评价CT图像质量和3DP模型质量一致性分析采用ICC检验，共分为4级：< 0.40为一致性较差；0.41~0.60为中等一致；0.61~0.80为较好一致；0.81~1.00为完全一致。

1.骨折判读：61例踝关节骨折患者SD、ULD检查均诊断骨折94处，与SD检查对比，ULD检查未出现误诊、漏诊病灶。

2. 客观CT图像质量：噪声、SNR、CNR SD检查优于ULD检查(F=5.92, 9.70, 8.32，P < 0.01)，而骨皮质-周围软组织差值后者优于前者(F=27.55，P=0.00)，见表 2、表 3。

表 2(Table 2)

表 2 61例踝关节骨折患者两种扫描方式CT图像质量及3DP模型质量评分的比较(x ±s) Table 2 Comparison of subjective and objective CT image quality and 3DP model quality score between two scanning methods in 61 patients with ankle fracture(x ±s) 扫描方式 噪声 信噪比 对比信噪比 CTc(HU) CT图像主观评价 3DP模型评分 SD 9.56±2.18 11.00±3.62 163.28±63.28 1444.66±185.02 4.97±0.18 4.99±0.01 ULD 19.41±3.38 7.40±1.58 121.04±30.24 2287.04±408.17 4.21±0.71 4.87±0.34 F/Z值 5.92 9.70 8.32 27.55 -6.88a -2.91a P值 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 注：SD. 标准剂量；ULD.超低剂量；b为Z值

表 2 61例踝关节骨折患者两种扫描方式CT图像质量及3DP模型质量评分的比较(x ±s) Table 2 Comparison of subjective and objective CT image quality and 3DP model quality score between two scanning methods in 61 patients with ankle fracture(x ±s)

表 3(Table 3)

表 3 61例踝关节骨折患者两种扫描方式的辐射剂量的比较(x ±s) Table 3 Comparison of radiation dose between two scanning methods in 61 patients with ankle fracture(x ±s) 扫描方式 CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) E(μSv) SD 11.36±0.38 173.38±24.79 34.68±4.96 ULD 0.35±0.05 5.21±0.49 1.04±0.10 Z值 156.37 38.77 38.77 P值 0.00 0.00 0.00 注：SD. 标准剂量；ULD.超低剂量；CTDIvol.容积CT剂量指数；DLP.剂量长度乘积；E.有效剂量

表 3 61例踝关节骨折患者两种扫描方式的辐射剂量的比较(x ±s) Table 3 Comparison of radiation dose between two scanning methods in 61 patients with ankle fracture(x ±s)

3.辐射剂量：SD、ULD检查平均E分别为：(34.68±4.96)和(1.04±0.10)μSv，采用ULD扫描E约为SD扫描E的3.00%(1.04/34.68)，见表 3。

4. 主观CT图像质量及3DP模型质量：对CT图像及3DP模型质量按5分评分法，各检查评分结果见表 2、表 3，SD检查CT图像质量1例良好，其余60例优秀(占比98.36%)，ULD检查CT图像质量10例合格(占比16.39%)，优秀加良好占比83.61%，SD检查CT图像质量优于ULD检查(Z=-6.88，P < 0.01)，后者均≥3分；所有3DP模型质量评价均≥4分, 见图 1。SD检查主观评价CT图像质量和主观评价3D模型质量一致性ICC均为0.97；ULD检查主观评价CT图像质量一致性ICC=0.92，主观评价3D模型质量一致性ICC=0.84。

图 1 女56岁，扭伤1天余，左外踝骨折CT扫描及3DP模型图像(红色箭头为骨折线，评分均为5分)  A. SD扫描；B. SD 3DP模型；C. ULD扫描；D. ULD 3DP模型 Figure 1 Female, 56, twisted more than 1 day, left lateral malleolus fracture CT and 3DP model images (fracture line see red arrow, all 5 points)  A. SD scanning; B. SD 3 DP model; C. ULD scanning; D. ULD 3 DP model

低剂量CT扫描行3DP模型研究较少^{[6, 9]}，低剂量CT扫描在四肢骨折研究较多，但超低剂量CT扫描在四肢骨折研究较少^[10]。目前少见基于超低剂量踝关节骨折CT扫描数据打印3DP模型并评价其质量的报道。本研究比较SD检查、ULD检查扫描图像质量及其3DP模型质量。SD检查的噪声、SNR、CNR及主观评价优于ULD检查，但是CTc后者优于前者。首次初步评估3DP踝关节模型与CT扫描辐射剂量的相互关系，得到辐射剂量降低，3DP模型质量也随着降低。基于CT图像与3DP模型结合制定手术计划，有利于患者提高疗效和减低并发症^[10-11]。本研究表明ULD CT扫描能够满足临床踝关节骨折诊断需求及3DP模型打印需求；与SD CT扫描对比，ULD CT扫描诊断踝关节骨折无漏诊、误诊病例。

目前骨折手术前，打印出1∶1的骨折实体原型，外科医生可以直观地观察骨折的解剖结构，并能够模拟外科手术。该技术可以将虚拟手术设计转化为实际操作，减少手术并发症^[7]。随着3D打印技术的快速发展，术前行3DP模型，根据3DP模型提前评估是否需要置钉及置钉位置，该技术运用也越来越成熟^[12]。准确的术前诊断和模拟手术操作减少医源性并发症的发生^[11]。根据本团队前期CT扫描X射线管参数设定对腰椎骨折3D打印模型影响的体模研究^[7]，得到图像质量不能满足诊断骨折需求，但3DP模型较好。在超低剂量CT在桡骨远端骨折3D打印中的应用^[9]及本次研究得到，CT图像质量基本满足临床诊断需求，而3DP模型均优秀。推测骨皮质与周围软组织密度差别较大，CT图像质量对骨的三维重建影响相对较小，因此，相对较差CT图像质量，可得到较好的3DP模型。本研究表明，ULD CT扫描踝关节骨折3DP模型能够满足临床手术需求。

在骨肌系统方面，CT检查是重要的检查方法之一，与常规X射线相比较，CT组织密度分辨率较高，可以精准定位病变范围，全面地评价骨折程度，减少漏诊误诊^[13]。在所有医源性辐射中，因CT扫描造成的辐射剂量占比最大，有关文献表明因CT检查辐射引起的肿瘤，约占所有恶性肿瘤的2% ^[7]。近年来迭代重建技术的运用提高了CT图像质量，使得超低剂量CT扫描运用在骨肌肉系统方面成为可能^[14-16]。李岩等^[17]采用德国西门子CT机器对踝关节骨折患者行低剂量扫描，较标准CT扫描，辐射剂量降低40.28%，低剂量CT扫描辐射剂量DLP为58 mGy·cm，而本课题组DLP仅为5.21 mGy·cm，约为前者的8.98%。Alagic等^[16]利用Revolution^TM CT (GE Healthcare, Waukesha, WI, 美国)对踝关节骨折行超低剂量CT扫描，扫描参数为120 kV、10 mAs，而本研究采用扫描剂量更低为80 kV、10 mAs。常规四肢关节DR辐射剂量约为几个μSv的有效辐射剂量^[18]，本研究超低剂量踝关节CT剂量约为1 μSv，结果显示ULD CT扫描E小于常规DR，而图像质量能够满足临床需求。同时本研究显示SD、ULD CT扫描对诊断踝关节骨折的准确性无差异。

本研究存在一些局限性。首先，图像质量与各种CT扫描仪硬件和软件相关，例如球管或探测器材料、迭代重建算法等；其次，本研究只是基于SD、ULD扫描行3DP模型，比较两次扫描3DP模型图像质量，未比较基于3DP模型制定手术计划后术中、术后疗效及并发症情况。

综上所述，采用ULD扫描E约为SD扫描E的3.00%，但是图像质量能够满足诊断需求，与SD扫描对比，ULD扫描未出现误诊、漏诊病灶，且3DP模型可满足术前评估的需求。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  张萌负责论文撰写；叶敬志负责数据整理及论文撰写; 雷鸣、林凤涣、陈妍黠负责数据收集；陈俊、刘金丰负责数据分析；肖梦强负责研究设计和论文修改