不同成像參數對胸部CT圖像質量及輻射劑量的影響*

彭盛坤，趙 原，蒲 紅，廖宗慧，李 方，何岳峰

四川省人民醫院 放射科(成都 610072 )

隨著人們健康意識的提升，健康體檢者日益增加，尤其是肺部CT常規健康體檢數量明顯增多。肺部CT在肺結節檢出方面具有重要作用。肺部CT廣泛應用的同時，輻射劑量一直是醫學界關注的重點，低劑量CT可大大降低高危人群早期肺癌的檢出率[1]。目前，國內外尚未對胸部CT掃描的具體成像參數制定統一標準，各醫療單位胸部CT成像參數不一。臨床工作中，降低輻射劑量的主要方式是調整X線球管參數。管電壓與管電流是X線球管最重要和最易調整的2個調節參數。過低的CT成像參數會降低圖像質量，影響影像的診斷；較高的CT成像參數會增加患者輻射劑量。本研究旨在通過調整CT掃描參數，探討不同成像參數下胸部CT圖像質量及輻射劑量的相關性。

1 對象與方法

1.1 研究對象

仿真人體胸部體模(Lungman N1)1具(大小約48 cm×43 cm×40 cm)，體模(肺、心臟、肝臟)可拆卸，其仿真軟組織及骨骼X線衰減等效性與真人相似。

1.2 CT掃描參數及后處理技術

采用飛利浦極速CT(Brilliance iCT)及MMWP工作站。掃描參數：首先固定管電壓，分3組(80、100、120 kV)分別成像，管電流在3組內分別設置6組參數(15、20、25、30、100、200 mAs)，各自掃描6次。準直寬度128 mm×0.6 mm×2 mm，層厚0.6 mm，螺距0.976，球管轉速0.5 s/rot，層厚1.5 mm。掃描范圍：肺尖至肝臟頂部。圖像重建參數：圖像在工作站上行迭代重建(i5：選擇5次迭代過程)，重建層厚1.5 mm，重建間隔0.5 mm。圖像后處理：在MMWP工作站上對圖像進行多平面、曲面、最大密度投影、容積成像。記錄每次CT掃描參數后得到的輻射劑量表。

1.3 圖像分析后處理測量

1.3.1 主觀評價 由2位工作5年以上主治醫師盲法對圖像質量進行評分[2]，肺窗(窗寬1 500，窗位-600)，縱隔窗(窗寬300，窗位40)。評分標準按照4分法評分完成：4分：噪聲小，肺血管、氣管束及組織結構清晰度顯示清晰，三級分支肺紋理清晰，完全滿足診斷；3分：噪聲較小，肺血管、氣管束及組織結構清晰度顯示較輕，三級分支肺紋理分界可辨，可滿足診斷；2分：噪聲較大，肺血管、氣管束及組織結構清晰度顯示欠清，三級分支肺紋理分界不清，二級肺紋理分支可辨，基本滿足診斷；1分：噪聲大，肺血管、氣管束及組織結構清晰度顯示不清，二級肺紋理分支分界不清，無法滿足診斷。2位評價醫師進行一致性檢驗。

1.3.2 客觀評價 計算圖像對比噪聲比(CNR)及信噪比(SNR)。CT1=心臟中心層面CT值，ROI占心臟大小2/3，約30 cm2；CT2=心臟測量相應水平椎體CT值，ROI占椎體大小2/3，約17.5 cm2，并同時獲得SD值(噪聲指數)。CNR=(CT1-CT2)/椎體SD值；SNR=CT1/椎體SD值。測量心臟水平雙肺CT值并記錄平均值，右肺ROI為15 cm2，左肺ROI為20 cm2。

1.4 統計學方法

采用SPSS 19.0統計軟件進行數據處理。相同管電壓不同管電流SNR值及CNR值采用方差分析(方差齊)；固定管電流不同管電壓組間CT值差異采用非參數檢驗(方差不齊)Kruskal-Wallis，固定管電壓不同管電流組內CT值差異采用方差分析(方差齊)。不同管電壓肺CT值差異采用方差分析(方差齊)。圖像質量與輻射劑量的影響分析采用Logitic回歸分析。2位評價者間一致性采用Kappa分析：Kappa值≥0.75為一致性較好，0.4～0.75為一致性一般，≤0.4為一致性較差。檢驗水準α設定為0.05。

2 結果

2.1 管電流及管電壓對圖像質量的影響

隨著管電流逐漸增高，圖像質量(SNR及CNR)隨之提升，CNR及SNR值比較，差異均有統計學意義(P<0.05)。隨著管電壓逐漸增高，圖像質量(SNR及CNR)隨之提升，不同管電壓(固定管電流100 mAs)非參數檢驗Kruskal-Wallis得到CNR，差異有統計學意義(P<0.05)；由方差分析得到SNR，差異有統計學意義(F=2 994.1，P<0.05)(表1～2)。

表1 3種管電壓不同管電流圖像CNR及SNR比較

表2 不同管電流及管電壓對應的輻射劑量水平

2.2 管電壓和管電流對CT值的影響

椎體CT值隨著管電壓的增高，逐漸降低。管電流固定時(100 mAs)80、100、120 kV管電壓椎體CT值分別為(489.92±4.50)、(426.38±7.19)、(383.47±1.75)HU，差異有統計學意義(F=1 516.8，P<0.05)；雙肺CT值隨管電壓增高，變化不明顯，80、100、120 kV CT值分別為(896.58±40.19)、(893.61±43.12)、(892.39±44.51)HU，差異無統計學意義(F=0.02，P=0.98)。當管電壓固定時，隨著管電流增高相應椎體及肺CT值比較，差異無統計學意義(F=0.128，P<0.01)。

2.3 圖像質量與輻射劑量的關系

不同管電壓對應的回歸方程為：80 kV：Y=2.625X+0.038(R2=0.892)；100 kV: Y=14.66X+0.158(R2=0.993)；120 kV: Y=18.59X+0.093(R2=0.975)。結果表明圖像質量與輻射劑量成正相關。

2.4 圖像質量主觀評價結果

2位醫師評價的總分 ：A醫師與B醫師對CT圖像質量主觀評分(4分法)相加之和為評價的總分。2位評價圖像醫師一致性高，Kappa值=0.936(P<0.05)(表3)。

表3 圖像質量主觀評價結果(分)

3 討論

隨著多層螺旋CT技術進步,臨床應用加速增長,而國際廣泛關注的輻射劑量導致的致癌風險及臨床放射防護與安全問題是不可忽視的重要議題。西方發達國家CT的實用被認為是醫源性輻射的主要原因[3-4]。胸部CT用于體檢項目已被人們廣泛接受，其使用日益增加，低劑量胸部CT是大家追求的目標。目前大多數研究[5]報道以降低管電流來實現，雖然管電流可降低輻射劑量，但降低輻射劑量的同時光子到達物質的數目減少，從而使探測器接收的光子數減低，圖像質量勢必下降。如何評估管電流降低程度；及是否可通過管電壓減低輻射劑量，是本研究探索的重點。

本研究采用仿真胸部體模進行研究，設置不同成像參數，每種參數分別進行2次成像，避免了倫理及誤差方面的問題，也從管電流、管電壓層面全面評估球管參數的改變對圖像質量及輻射劑量的影像因素[6-8]。本研究結果表明，固定管電壓時，隨管電流逐漸增高，圖像質量[9](SNR及CNR)隨之提升，說明管電流的增加與圖像質量的提升呈正相關；管電流與管電壓降低時所對應的輻射劑量降低程度以管電壓更明顯。故管電壓對輻射劑量的降低占主導地位。圖像質量主觀評分方面，100 kV與120 kV圖像質量的主觀評價結果一致。而80 kV條件下100、200 mAs與100、120 kV圖像主觀評價比較，差異無統計學意義。當管電流固定時，管電壓的升高對圖像質量的提升呈正相關。而輻射劑量隨管電流及管電壓的上升呈逐漸上升趨勢。管電流固定時，椎體CT值隨管電壓增高，逐漸降低。而雙肺CT值隨管電壓增高，變化不明顯，說明X線對骨骼的吸收最明顯，而對肺的吸收不明顯。結果提示，若關注椎體的動態隨訪過程，必須統一掃描參數，測量的CT值相對穩定；而對肺野的隨訪過程CT值變化不明顯情況下則應更多關注輻射劑量的降低。

本研究采用仿真人體模型進行，較其他國內外研究利用患者進行前瞻性研究比較，有更好安全性，且避免了倫理相關問題。使用同個實驗對象進行不同參數設置的CT掃描，有效避免了患者變換帶來的不統一因素。本研究使用日本仿真體模，具有真人等效性，能夠與真人組織吸收特性高度相近，且日本體模與中國人的組織特性相近。CT參數設置方面，本研究采用管電壓和管電流的變換進行掃描，這2個參數的改變均為技師工作中較易修改的參數，更加貼近臨床工作可操作性。

綜上所述，通過對管電壓及管電流的合理控制，可明顯降低輻射劑量。但本研究存在以下局限性：客觀評價圖像均為人為測量，雖然測量3次并取平均值進行統計分析，但沒有進行測量的重復性檢驗分析；實驗對象為仿真體模，體模只能模擬身體質量指數(BMI指數)條件下患者的情況，無法對不同BMI患者進行個性化評價；本研究未對肺結節的檢出進行評價。