人體體模檢測多層螺旋CT低劑量胸-腹部聯(lián)合掃描劑量研究

黃翔靜 謝應(yīng)朗 董 赟 李值慧

1.四川省雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川雅安 625000；2.四川省雅安市人民醫(yī)院，四川雅安 625000

近年來CT 檢查已在臨床診療中應(yīng)用非常廣泛，患者掃描的次數(shù)也日益增多，因而患者所接受輻射劑量逐步增多，致癌風(fēng)險也隨之增高。我們在滿足診斷的要求下，適當(dāng)降低CT 掃描劑量。有文獻報道，一般認(rèn)為被檢者所接受的劑量較常規(guī)劑量降低20%以上才能確認(rèn)為劑量降低[1]。胸部的LDCT（低劑量CT）的輻射劑量為標(biāo)準(zhǔn)劑量的10% ～ 30%[2]。胸部低劑量CT 掃描應(yīng)用目前在臨床上已較為成熟，而胸-腹部多部位聯(lián)合低劑量掃描的研究報道目前相對較少，本研究是利用人體體模檢測MSCT 低劑量胸-腹部聯(lián)合“一站式”掃描的劑量研究。

1 資料與方法

1.1 CT設(shè)備及掃描方案

使用東軟64 層螺旋CT 及AVW 圖像處理工作站；主要技術(shù)參數(shù)為：管電壓120kV，層厚5mm，層間距5mm，螺距1.20。分別設(shè)置8 組不同的管電流（400、240、200、160、120、80、40、20mA），定位從肺尖掃至恥骨聯(lián)合（每次掃描獲得120 幅軸位像），掃描結(jié)束后記錄每組掃描方案CT 掃描自動生成體模X 線劑量參數(shù)，包括CT 容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）。

1.2 實驗對象

日本京都科學(xué)生產(chǎn)的X 線/CT 全身可動體模PH2B（體模身高165cm，體重50kg）。

1.3 體模等效性論證

以管電壓120kV，固定管電流400mA 分別對人體仿真體模和本院體檢中心檢查者（選取本院自愿參加體檢人群男性10 名，平均身高170cm，平均體重65kg，均告知取得同意），在自然呼吸狀態(tài)下進行胸-腹部聯(lián)合CT 平掃，分別測量肺、心臟、胸椎、肝臟、腎臟相同層面的平均CT 值，ROI 大小均為100mm2。根據(jù)對各組織器官平均CT 值測量后分析體模組織的X 線衰減等效程度。

1.4 圖像質(zhì)量評價

1.4.1 主觀圖像質(zhì)量評價 由三名有十年以上工作經(jīng)驗放射診斷醫(yī)師采用雙盲法對圖像質(zhì)量進行主觀評價，通過觀察銳利程度進行評價，評分標(biāo)準(zhǔn)分為5 級：1 分：差，圖像模糊，組織對比差，完全無法滿足臨床診斷要求；2 分：較差，不能滿足診斷要求；3 分：一般，尚能滿足診斷要求；4 分：良好，能滿足診斷要求；5 分：優(yōu)，圖像質(zhì)量好，組織對比清晰，內(nèi)部結(jié)構(gòu)邊緣銳利，完全能滿足診斷要求。≥3分的圖像被認(rèn)為可以滿足臨床要求。

1.4.2 將圖像傳送到AVW 后處理工作站，分別選取第二肝門層面、右肺下葉背段層面、四腔心層面，設(shè)置面積為100mm2的圓形ROI，測量背景區(qū)CT 值（CTb）和標(biāo)準(zhǔn)差（SDb），測量目標(biāo)區(qū)域CT 值（CTo），選取目標(biāo)區(qū)域分別為肝右葉后段、右肺下葉背段、四腔心及胸椎，測量時ROI 大小、位置保持一致，多次測量取平均值，SD 為圖像噪聲，對比噪聲比（CNR）=（CTo-CTb）/SDb 計算得出。

1.5 輻射劑量的計算

記錄每次掃描結(jié)束后CT 設(shè)備上顯示每組各受檢查的CT 容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）。DLP=CTDIvol×掃描長度；ED =DLP×K[K=0.015 Sv/（mGy·cm）][3]。

1.6 統(tǒng)計學(xué)處理

采用SPSS22.0 進行統(tǒng)計學(xué)分析，體模與志愿者主要臟器的CT 值以表示，采用獨立樣本t檢驗的方法，P ＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義；計量資料多組間比較采用ANOVA 分析，進一步兩兩比較采用Dunnett-t 檢驗。主觀評分資料為非正態(tài)分布的定量資料，多組間主觀評分資料的比較采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗，進一步兩兩比較采用Mann-Whitney U 檢驗[4]。

表1 人體仿真體模與人體主要器官CT值（，HU）

表1 人體仿真體模與人體主要器官CT值（，HU）

檢查對象 肺 心臟 脊柱 肝臟 腎臟體模 -882.18±78.70 36.49±2.64 267.70±81.87 64.56±7.56 26.19±0.91志愿者 -852.09±38.00 37.43±4.45 242.22±39.77 54.42±6.09 28.03±2.98 t -1.089 -0.575 0.885 3.302 -1.868 P 0.291 0.573 0.392 0.004 0.089

圖1、2、3 為人體體模肺尖、四腔心、肝門平面CT 橫斷面圖像

圖4、5、6 分別為與之對應(yīng)的正常成人CT 橫斷面圖像

2 結(jié)果

2.1 CT體層解剖及X線衰減等效性

人體仿真體模胸腹部主要臟器均能在CT 圖像上良好顯示，與正常人體CT 圖像相似（圖1 ～6）。

人體仿真體模胸腹部主要臟器與正常人體對比如下：肝臟平均CT 值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05），肺、心臟、脊柱及腎臟平均CT 值與人體差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。體模主要器官平均CT 值為肺組織-882.18HU、心臟36.49HU、脊柱267.70HU、肝臟64.56HU、腎臟26.19HU。見表1。

2.2 不同mA值掃描的輻射劑量

實驗1 組較對照組毫安量降低40%，實驗2 組降低50%，實驗3 組降低60%，實驗4 組降低70%，實驗5 組降低80%，實驗6 組降低85%，實驗7 組降低90%，均屬于低劑量掃描；隨著mA 值逐漸降低，CT 容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）均隨之下降，實驗組前5組mA 值降低均相差40mA，CTDIvol 逐級下降1.3 mGy，DLP 逐級下降85 mGy.cm，ED 逐級下降1.26 mSv；后兩組上述值減小幅度逐漸變小。見表2。

表2 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的輻射劑量結(jié)果比較

2.3 不同mA值的圖像質(zhì)量評分

2.3.1 客觀圖像質(zhì)量評價 圖像噪聲（SD）隨著mA 值減小而增大，肺、心、肝、骨的圖像噪聲差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.001）。其中實驗3 ～ 7 組的肺圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），實驗組的心和肝圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），實驗2 ～7 組的骨圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），可以認(rèn)為肺組織CT 檢查選擇240mA 或200mA，骨檢查使用240mA 時，尚不能認(rèn)為圖像噪聲與對照組有差異。見表3。

表3 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的圖像噪聲值比較

表3 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的圖像噪聲值比較

注：與對照組比較，*P ＜0.05

組別 SD肺 SD心 SD肝 SD骨對照組400mA 31.57±5.87 4.67±0.25 8.63±1.19 11.30±0.66實驗1組240mA 35.10±1.01 6.13±0.25* 10.26±0.40* 12.17±0.71實驗2組200mA 39.50±3.40 6.50±0.30* 10.87±0.45* 13.03±0.51*實驗3組160mA 41.33±2.22* 7.07±0.64* 11.87±0.51* 14.00±0.44*實驗4組120mA 43.40±1.47* 7.63±0.72* 12.90±0.44* 14.83±0.90*實驗5組80mA 46.83±1.69* 9.30±1.01* 13.63±0.55* 17.03±0.91*實驗6組60mA 54.80±5.20* 10.53±0.15* 14.00±0.52* 22.27±1.05*實驗7組40mA 68.93±5.24* 12.33±0.68* 14.77±0.35* 23.90±1.61*F 30.640 57.658 35.760 78.554 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 對照組與各實驗組管電壓為120KV、不同管電流下的圖像對比噪聲比較

表4 對照組與各實驗組管電壓為120KV、不同管電流下的圖像對比噪聲比較

注：與對照組比較，*P ＜0.05

組別 肺 心 肝 骨對照組400mA 21.15±2.15 8.12±0.38 10.17±1.07 52.12±6.30實驗1組240mA 18.24±0.98* 6.60±0.40* 8.36±0.29* 42.64±2.86*實驗2組200mA 16.17±0.30* 5.81±0.19* 7.78±0.30* 36.56±1.29*實驗3組160mA 15.67±0.14* 5.30±0.17* 6.68±0.27* 34.00±0.09*實驗4組120mA 14.57±0.56* 5.26±0.20* 6.11±0.05* 31.53±0.15*實驗5組80mA 13.53±0.32* 4.89±0.06* 5.92±0.06* 30.74±0.21*實驗6組60mA 13.00±0.46* 4.43±0.03* 4.70±0.20* 29.10±0.89*實驗7組40mA 12.00±0.46* 3.32±0.38* 4.32±0.13* 26.41±0.84*F 33.257 87.661 62.704 33.104 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

對比噪聲比（CNR）隨著mA 值減小而降低，肺、心、肝、骨的圖像對比噪聲比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.001）；實驗1 ～ 7 組的肺、心、肝、骨的圖像對比噪聲比均低于對照組（P ＜0.05）。見表4。

2.3.2 主觀圖像質(zhì)量評價 三名醫(yī)師分別對不同管電流下圖像質(zhì)量進行主觀評分，主觀評分資料為非正態(tài)分布的定量資料，故多組間主觀評分資料的比較采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗，可以認(rèn)為不同管電流下圖像質(zhì)量不全相同（P ＜0.001）。采用Mann-Whitney U 檢驗的方法進一步兩兩比較得知，實驗3 ～ 7 組影像質(zhì)量的主觀評分低于對照組（P＜0.05），實驗1 ～ 2 組影像質(zhì)量的主觀評分與對照組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P ＞0.05）。見表5。

3 討論

隨著CT 檢查技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代臨床輔查中應(yīng)用及范圍越來越廣，CT 檢查在給人們帶來裨益的同時，它的電離輻射危害也不容小覷。診斷成像的輻射暴露與癌癥誘發(fā)的風(fēng)險之間的關(guān)系仍然是一個有爭議的話題，長期暴露于低水平電離輻射被廣泛認(rèn)為與惡性腫瘤風(fēng)險增加有關(guān)，X 線輻射過量會引發(fā)白血病、放射性白內(nèi)障、甲狀腺癌、乳腺癌和肺癌等。對此，國家衛(wèi)生部指定的“放射衛(wèi)生防護標(biāo)準(zhǔn)”強調(diào)“醫(yī)療照射必須遵循實踐的正當(dāng)化和放射防護最優(yōu)化的原則，必須減少受檢者所受照射量，開展X 線診斷服務(wù)的醫(yī)療單位和有關(guān)臨床醫(yī)師，X 線工作者等都直接對受檢者的防護有重要責(zé)任”；在不損失診斷性能的前提下進行劑量優(yōu)化是使用CT 良好實踐的關(guān)鍵[5-9]。在日常CT 掃描中，為了更加突出CT 圖像的臨床價值，使得臨床放射工作者更加注重圖像的質(zhì)量而忽略了輻射劑量的問題[10]。因此，在保證影像診斷的前提下，通過合理運用CT 掃描參數(shù)優(yōu)化掃描方案，最大限度地降低患者接受的輻射劑量。

表5 不同醫(yī)師對各組圖像質(zhì)量評分結(jié)果M（P25，P75）

若以患者作為實驗對象反復(fù)掃描使其接收更多的輻射劑量，存在倫理問題[11]。本研究表明人體仿真體模胸腹部主要臟器均能在CT 圖像上良好顯示，與正常人體CT 圖像相似；人體仿真體模胸腹部主要臟器與正常人體對比，肝臟平均CT 值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P ＜0.05）。因此本研究是利用人體仿真體模來測量選擇不同曝光劑量在胸-腹部聯(lián)合掃描中實質(zhì)器官的吸收劑量及輻射劑量評估來確定最佳掃描參數(shù)。研究結(jié)果表明，隨著mA 值逐漸降低，CT 容積劑量指數(shù)（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）均隨之下降，圖像噪聲值（SD）增加，圖像對比噪聲比（CNR）下降。管電流的降低在導(dǎo)致信噪比下降的同時，會引起密度分辨率的下降，其結(jié)果可能導(dǎo)致密度相近區(qū)域辨識困難[12]。我國放射衛(wèi)生防護標(biāo)準(zhǔn)（GB4792284）對CT檢查輻射的年劑量做出一定要求，嚴(yán)格控制個人組織或器官接受輻射的年劑量＜50mSv。有文獻資料報道歐共體早在1997 年就出臺胸腹部CT 掃描劑量參考標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定（CTSIw）27mGy，劑量長度乘積650mGy×cm[13]。通過調(diào)整X 射線管電流和管電壓可直接改變掃描劑量，降低mAs 是降低射線劑量的重要途徑[14]。本研究采用客觀及主觀圖像質(zhì)量評價，兼顧圖像質(zhì)量滿足診斷要求，且掃描劑量較常規(guī)劑量下降＞20%為技術(shù)目標(biāo)，管電壓為120kV 時，降低管電流，實驗1 ～ 5 組（管電流分為240、200、160、120、80mA）顯示肺組織較好，實驗1組（管電流為240mA）顯示心臟較好，實驗1、2 組（管電流分為240、200 mA）顯示肝臟較好，實驗1 ～3 組（管電流分為240、200、160mA）顯示骨骼較好。因此，綜合以上因素考慮，管電壓為120kV 時，降低管電流為240、200mA，顯示胸腹部臟器較好，且兩組低劑量組分別較對照組毫安量降低40%、50%，CTDIvol 較對照組分別降低 5.3、 6.6mGy， DLP 較對照組分別ED 較對照組分別降低5.1、6.38mSv。

胸-腹部聯(lián)合“一站式”掃描可一次性快速完成胸部與腹部CT 掃描，縮短了掃描時間，避免交叉部位重復(fù)掃描，既提高了檢查效率，又降低了患者輻射劑量。MSCT 一站式檢查優(yōu)勢明顯， 它不但可以節(jié)約檢查時間優(yōu)化檢查流程， 還具有極高的診斷價值，在群體性突發(fā)應(yīng)急事件中， MSCT 可推薦為多部位損傷的首選檢查方法[15]。

本研究存在的不足：人體體模為中等身材成年男性，未涉及體型過小或過大的受檢者；體模實驗數(shù)據(jù)還需經(jīng)過臨床研究進一步論證。由于CT 機型的不同，運用掃描的技術(shù)參數(shù)差異較大，準(zhǔn)確性參差不齊，在臨床實際操作中缺乏完整的最優(yōu)化的技術(shù)方案。