智能最佳管電壓技術對胸部CT 輻射劑量和圖像質量的影響

何新華 胡永勝 楊 越 王自勇 胡鵬程 王勁武 付 璇 孔祥旭

胸部CT 平掃方便快捷，臨床應用極為廣泛。由 于不同個體、不同掃描層面所需要的曝光劑量不相同，常規胸部低劑量掃描技術(固定低管電流、固定低管電壓等)［1－6］基本上可滿足發現病灶的需要，但由于胸廓入口區域結構復雜，胸壁肌肉較厚，骨骼較多且形態各異，圖像噪聲加大，胸廓入口區域層面常見較嚴重的條狀射束硬化偽影，圖像質量有所下降，加之平掃缺乏增強掃描的血管顯影對比，解剖結構顯示欠佳，常給診斷帶來困難，甚至影響診斷。根據體質指數(BMI)選擇不同電壓，不僅需要測量患者身高體重并計算BMI，還需要人工選擇電壓，耗時耗力，難以推廣;根據目測患者BMI 選擇電壓又缺乏準確性。智能毫安技術(CARE Dose 4D)技術可以根據人體的組織密度相應地動態調節曝光劑量，在有效減少輻射劑量、改善診斷圖像質量方面優于固定條件，但在實際工作中，仍然有相當部分患者輻射劑量較高，胸廓入口處噪聲較大，偽影較重。第4 代低劑量技術——智能最佳kV 掃描技術(combined applications to reduce exposure kV，CARE kV 技術)能否提高工作效率，在降低輻射劑量的同時有效地減輕胸廓入口區域層面的偽影，降低噪聲，改善圖像質量成為本研究的重點。

1 資料與方法

1.1 一般資料將本院2014 年4 月至6 月接受胸部CT 平掃檢查的病例按時間分為3 組，4 月1 日至30 日為常規管電壓組(A 組)，5 月1 日至31 日為低管電壓組(B 組)，6 月1 日至30 日為CARE kV(C 組)。將每組符合條件的前70 例共210 例納入研究。其中男性135 例，女性75 例，年齡18 ～93 歲，平均(61.2±15.9)歲。排除標準:年齡＜18 歲、雙臂不能上舉、屏氣不良、有運動偽影、金屬偽影、有肺葉或乳腺切除史、嚴重病變影響解剖結構觀察者。檢查征得所有患者知情同意。

1.2 設備與掃描參數采用德國Siemens Somatom Definition CT 掃描、Care stream PACS 工作站進行測量和圖像評價。吸氣末屏氣狀態下螺旋掃描，掃描范圍從胸廓入口處至肋膈角下緣。掃描參數:A 組采用120 kV，B 組采用100 kV，C 組采用CARE kV+參考管電壓(Ref.kV)100 kV、劑量優化按鈕選擇“3”。三組均開啟CARE Dose 4D 模式，參考管電流(Quality ref.mAs)180 mAs。肺窗重建層厚為2 mm，間隔2 mm，卷積核B70f，窗寬1400，窗位－520;縱膈窗重建層厚為5 mm，間隔5 mm，卷積核B31f，窗寬400，窗位40。兩組均采用1 mm 薄層重建，將全部圖像上傳PACS 和圖像后處理工作站。

1.3 圖像質量評價

1.3.1 主觀評價 由2 位高級職稱醫師、技師采用PACS 工作站對縱隔窗和肺窗兩組圖像的胸廓入口層面、肺動脈干層面及右下肺靜脈層面進行主觀質量評價。包括觀察肺實質、肺紋理、支氣管血管束，胸廓入口處及縱隔內血管、淋巴結、心包及胸壁結構、病灶邊緣及內部結構顯示的清晰度、組織間的對比度、噪聲、偽影等。綜合以上各結構的顯示情況，采用4 分制對圖像質量進行評分:4 分(優秀):圖像組織結構顯示清晰，對比度良好，無明顯偽影，噪聲小，完全能滿足診斷要求。3 分(良好):圖像組織結構顯示較清楚，對比度較好，偽影較輕，圖像噪聲稍大，能滿足診斷要求;2分(一般):圖像組織結構顯示稍差，偽影明顯，噪聲較大，但基本能滿足診斷要求;1 分(差):組織結構顯示不清，圖像偽影嚴重，噪聲大，不能滿足診斷要求。≥2分的圖像被認為可以接受。偽影嚴重程度分級:無明顯偽影、輕度偽影(可見輕微條狀偽影，不影響診斷)、中度偽影(條狀偽影明顯，但可以診斷)、重度偽影(條狀偽影多且寬大，結構顯示不清，影響診斷)。

1.3.2 客觀測量 在縱隔窗分別測量胸廓入口層面脊柱旁及背部肌肉3 個感興趣區域(ROI)、肺動脈干層面以及右下肺靜脈層面降主動脈內CT 值及噪聲，ROI 為10 mm2左右，注意避開骨骼、鈣化斑塊、脂肪組織、血管邊緣、偽影等。信噪比(SNR)為CT 值/噪聲，其中胸廓入口層面取3 個ROI 的平均值。

1.3.3 指標計算 測量記錄每位受檢者身高(m)、體重(kg)，計算體質指數(body mass index，BMI)。測量胸廓入口、肺動脈干以及右下肺靜脈層面胸廓最大前后徑和左右徑。記錄每名患者掃描時容積劑量指數(CTDIVOL)劑量長度積(dose length ptoduct，DLP)，計算有效吸收劑量(effective dose，ED):ED=DLP× k(組織權重因子)，參照歐洲CT 質量標準指南，胸部CT 的k 值為0.014。

1.4 統計學方法應用SPSS 17.0 軟件對數據進行統計學分析。計量數據采用±s 表示，組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD 法;計數數據采用χ2檢驗，主觀評分采用秩和檢驗。以P ＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料及輻射劑量3 組患者性別、年齡、BMI、胸廓前后徑等一般資料比較差異無統計學意義(P ＞0.05)。A、B 兩組各70 例按照預設參數完成掃描。C 組(CARE kV 組)70 例掃描時自動選擇管電壓及管電流，13 例為100 kV，ref.mAs180，有效mAs 為(94.23±12.85);47 例為120 kV，ref.mAs110，有效mAs 為(89.68±15.06);10 例為140 kV，ref.mAs77，有效mAs(85.10±11.27)。有效mAs、CTDIvol、DLP、ED 在3 組間的差異均有統計學意義(P ＜0.05)，見表1。B 組與A 組比較，有效mAs、CTDIvol、DLP、ED 分別降低10.35%、46.69%、47.10%、46.26%;C 組與A組 比 較，分 別 降 低 35.08%、35.34%、34.51%、33.48%。

表1 3 組患者一般資料及輻射劑量比較±s)

注:a 為χ2 檢驗

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2.2 圖像質量

2.2.1 圖像噪聲 B 組胸部3 個不同層面的噪聲 均高于A 組、C 組，且差異有統計學意義(P ＜0.05)。兩兩比較，胸廓入口層面C 組噪聲低于其余兩組，C 組與A 組噪聲比較，差異無統計學意義，C 組與B 組噪聲比較，差異有統計學意義(P ＜0.05)。中、下肺層面噪聲A 組＜C 組＜B 組，組間差異均有統計學意義(P ＜0.05)。詳見表2。

表2 3 組圖像CT 值、噪聲、SNR、質量評分比較(±s)

表2 3 組圖像CT 值、噪聲、SNR、質量評分比較(±s)

注:HU:CT 值;SD:噪聲;SNR:信噪比。評分1:縱膈窗評分;評分2:肺窗評分;b 為秩和檢驗。

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2.2.2 圖像SNR 胸廓入口層面SNR:C 組＞A 組＞B 組。兩兩比較，C 組與A 組比較差異無統計學意義，C 組與B 組比較差異有統計學意義。中、下肺層面SNR:A 組＞C 組＞B 組，組間差異均有統計學意義(P ＜0.05)。詳見表2。

2.2.3 主觀評分 胸廓入口層面肺窗和縱膈窗圖像質量評分C 組高于A 組和B 組。組間兩兩比較，C 組和A 組之間差異無統計學意義，其余各組兩兩比較差異均有統計學意義(P ＜0.05)。肺動脈干層面和下肺部右肺靜脈層面C 組和A 組評分均高于B 組，組間兩兩比較，C 組和A 組之間差異無統計學意義(P ＞0.05)。詳見表2。

2.2.4 偽影 胸廓入口層面C 組的條狀偽影及偽影嚴重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，差異有統計學意義。組間兩兩比較，結果顯示A 組與C 組差異無統計學意義(P=0.058)，但A 組與B 組、B 組與C 組之間差異均有統計學意義(P ＜0.05)。詳見表3。

表3 3 組胸廓入口層面偽影情況比較(例)

綜合評價，胸廓入口層面C 組的條狀偽影及偽影嚴重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，圖像質量顯著優于低劑量B 組(見圖1 ～3)。

3 討論

胸部CT 對于病變檢出、分辨其細微結構、定性診斷、療效評價等均具有重要價值，臨床應用日益廣泛，但隨之而來的醫源性輻射劑量也大為增加。如何充分利用現有設備的軟硬件條件，“降低輻射劑量，同時提高圖像質量”，成為人們研究和關注的熱點。

CARE kV 技術可根據檢查類型和患者被檢部位定位像的衰減信息，結合預先設定的圖像質量要求，自動計算出不同管電壓下所需管電流的基準值和變化曲線，同時計算出CTDIvol，然后從低到高依次選擇管電壓，在球管系統硬件允許的情況下選擇能實現的最低管電壓進行掃描，并適當進行管電流補充以降低輻射劑量，提高圖像質量［7］。有專家采用智能kV 技術在胸腹部CT 增強掃描及CTA 成像應用研究中顯示，當管電壓較低時，X 線的穿透能力下降，導致圖像噪聲增大。增強后X 線的衰減程度增加，CT 值升高，SNR、CNR 增加，有利于改善胸腹低劑量增強掃描后成像質量，同時可以降低輻射劑量20.41 ～38.5%［3，7－10］。而目前該技術在胸部CT 平掃中的應用價值報道較少。

本研究結果顯示，CARE kV 掃描模式下管電壓的選擇與患者的BMI、體型及掃描范圍內的組織結構相關。BMI 較小的患者選擇了較低的掃描管電壓，對于BMI 較大、體型寬厚的患者，CARE kV 掃描模式能夠自動選擇140 kV 的同時降低mAs 進行掃描，這就能夠在保證圖像質量的前提下把輻射劑量降到最低。mAs、CTDIvol、DLP、ED 在3 組 間 差 異 有 統 計 學 意 義(P ＜0.05)，B 組 與A 組 比 較，分 別 降 低10.35%、46.69%、47.10%、46.26%。C 組與A 組比較，分別降低35.08%、35.34%、34.51%、33.48%，與許軼群等［7－10］增強掃描時采用CARE kV 技術的研究結果相近。

噪聲和偽影是影響圖像質量的重要因素。本研究結果顯示，CARE kV 組胸廓入口區域層面的SD(11.76±3.20)最低，SNR(3.84±1.07)最高，條狀偽影及偽影嚴重程度明顯少于(輕于)A 組和B 組，圖像質量評分C 組高于A、B 組。病變的檢出率及細節顯示較好，表明圖像質量顯著優于低劑量B 組和常規劑量A 組。顯示CARE kV 技術在降低輻射劑量的同時可以顯著改善胸廓入口層面的圖像質量，有利于分辨組織結構和病變。

肺動脈干層面和右肺靜脈層面的SD 統計結果為A 組＜C 組＜B 組，SNR 的統計結果為A 組＞C 組＞B 組;圖像質量評分A 組略高于C 組和B 組，中、下肺層面C 組圖像質量介于A 組與B 組之間，優于常規低劑量組。分析原因是由于圖像噪聲與探測器接受的有效光子數成反比，圖像總體噪聲隨著掃描劑量降低而逐漸增大，SNR 有所下降。但由于CARE kV 技術能夠針對不同個體，結合預先設定的圖像質量要求，將最佳管電壓和管電流組合在一起，保證噪聲加大和信噪比下降在人眼的可接受范圍內，對于圖像質量主觀評價產生的影響較小，對診斷無明顯影響。

綜上所述，CARE kV 結合CARE Dose 4D 技術可以顯著降低胸部CT 平掃受檢者的輻射劑量，同時有效降低胸廓入口區域層面的噪聲，減少和減輕條狀偽影，有利于分辨組織結構和病變，圖像質量穩定;無需根據患者的體型和BMI 等選擇掃描參數，顯著提高了工作效率，具有很好的臨床應用價值。而本研究的不足之處在于本設備沒有SAFIRE 重建軟件，未能將CARE kV 與SAFIRE 重建技術聯合應用對圖像質量及輻射劑量的影響進行進一步研究。

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