寬體探測器CT兒童頭部不同掃描模式對輻射劑量及圖像質量影響的研究

李楊，莊勛慧，李偉凱，劉霞，宋修峰

1. 青島市婦女兒童醫院 醫學影像科，山東 青島 266034；2. 青島大學附屬醫院 腹部超聲科，山東 青島 266500

引言

自1972年世界首臺CT機問世并發展到今天的過去幾十年里，關于CT成像速度、輻射劑量及成像質量的研究層出不窮。目前，遵循盡可能低的劑量原則（As Low As Reasonably Achievable，ALARA）[1]及早期CT機螺旋掃描影像的低對比分辨力不及軸掃描模式[2]等因素影響，國內絕大多數醫院在成人頭部CT掃描模式上一直沿用著軸掃描模式。然而，對于兒童、急診等無法配合檢查患者而言，螺旋掃描模式的快速采集和容積數據特點又有著獨特的臨床優勢。隨著以Revolution CT為代表的寬探測器CT機問世，頭部CT不同掃描模式影像質量和輻射劑量如何平衡，哪種掃描模式為兒童頭部CT常規掃描最優模式，我們對此進行探討。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用回顧性研究方法，選取2018年1月至6月期間就診于我院行頭部CT掃描的兒童患者，排除標準為影像診斷顱內占位、腦出血、腦水腫、腦萎縮等影響數據測量病例，因配合度差異就診時分別采用軸掃描和螺旋掃描模式，分別隨機抽取25例作為實驗組A、B。根據相同排除標準隨機抽取25例既往16排CT檢查患者作為對照組C。75例患者中男性39例，女性36例；年齡2～10歲，平均年齡（5.60±2.89）歲。

1.2 設備與方法

采用GE 256排寬體探測器Revolution CT機和Philips Brilliance16排CT機進行頭部CT常規掃描。其中A組采用256排寬體探測器CT螺旋掃描，設置管電壓為100 kV，自動管電流180～350 mA，噪聲指數設為4.00，螺距0.984:1，探測器寬度40 mm，球管轉速為0.28 s/R。B組采用256排寬體探測器CT軸掃描，設置管電壓為100 kV，自動管電流180～350 mA，噪聲指數設為4.00，探測器寬度140 mm，球管轉速為0.28 s/R。C組采用16排CT螺旋掃描，設置管電壓為120 kV，管電流200 mA，螺距0.69:1。仰臥位掃描，掃描范圍顱底至顱頂。采用東軟PACS/RIS系統對所得影像資料測量評價。

1.3 圖像質量及輻射劑量評價

1.3.1 客觀評價

比較三組所得影像的腦灰、白質CT值和背景噪聲，計算信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）、灰-白質對比噪聲比（Contrast-To-Noise Ratio，CNR）。計算公式為：SNR=白質CT值/噪聲，CNR=(腦灰質CT值-腦白質CT值)/噪聲。測量腦灰、白質CT值時，兩種掃描方式均選取側腦室體部的臨近層面（圖1），分別測量左、右兩側取平均值。測量背景噪聲時，ROI大小為20 mm2，選擇腦灰、白質CT值測量層面并距左側顱板外2 cm，避開患者頭發，測量空氣CT值[3]。

圖1 測量位置

1.3.2 主觀評價

采用雙盲法，由2名具有10年以上工作經驗的放射診斷醫師，分別獨立對不同掃描模式所得的影像質量進行評估（評估層面為側腦室體部層面，圖1）。將影像局部客觀指標與影像總體觀相結合，評估標準采用5分評價法[2]：按照優（4～5分）、良（3～4分）、可（2～3分）、差（1～2分）的4個不同等級對影像質量進行評估（圖2）。

圖2 圖像質量評分

1.3.3 輻射劑量

分別記錄三組患者頭部CT掃描結束后設備自動記錄和指示的CT掃描劑量值，計算CT劑量指數（Computed Tomography Dose Index，CTDI）（單位 ：mGy）和劑量長度乘積（Dose-Length Product，DLP）（單位 ：mGy·cm）。

1.4 統計學分析

使用SPSS 19.0統計學分析軟件，計量資料用（±s）表示，對三組患者一般資料、客觀評價及輻射劑量參數采用單因素方差分析，圖像質量主觀評分比較采用Kruskal Wallis H秩和檢驗，2名診斷醫師圖像主觀評價的一致性采用Kappa檢驗進行分析，Kappa值>0.6為一致性較好。認為P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

三組患者性別、年齡等一般資料的差異均無統計學意義（P>0.05）。兩名醫師圖像主觀評價的Kappa值為0.831，具有較高的診斷一致性。

2.1 圖像質量評價

2.1.1 客觀評價

三組影像質量客觀評價，見表1。

表1 圖像質量評價（±s）

表1 圖像質量評價（±s）

注：a1～4與A組比較，t=0.965、0.391、0.338、1.288，P>0.05；b1～4與A組比較t=2.809、6.135、8.175、9.727，P<0.05；c1～4與B組比較t=3.470、5.895、7.018、10.005，P<0.05。經單因素方差分析知，A、B、C三組之間腦灰（白）質CT值、SNR、CNR差異均有統計學意義。經LSD-t檢驗進一步兩兩比較發現，以上均為A、B組之間無統計學差異，A組、B組分別與C組比較有統計學差異。

組別腦灰質CT值(HU)腦白質CT值(HU) SNR CNR A組 40.00±3.11 25.81±2.29 6.45±0.57 3.54±0.89 B組 41.14±4.00a1 25.50±2.25a2 6.38±0.56a3 3.91±1.09a4 C組 36.95±3.33b1c130.26±2.33b2c24.74±0.81b3c31.03±0.39b4c4 F 6.906 24.589 39.84 66.165 P 0.002 0.000 0.000 0.000

2.1.2 主觀評價

A組、B組、C組圖像質量主觀評分分別為（4.43±0.60）分、（4.50±0.65）分、（3.00±0.75）分，A、B組評分高于C組，差異有統計學意義（P<0.05），兩兩比較得知A、B組間各評價指標差異無統計學意義（z=0.437，P>0.05），A、B組分別與C組比較差異有統計學意義（z=4.673、4.198，P<0.05）。

2.2 輻射劑量

A、B、C組CTDIvol值分別為（15.99±1.42）、（16.17±0.07）、（29.68±1.31）mGy；DLP值分別為（279.05±35.32）、（243.20±15.51）、（446.71±63.02）mGy·cm。三組數據CTDIvol值、DLP值的差異均具有明顯統計學意義(F=160.581，P<0.05)。結果表明，應用256排Revolution CT機螺旋掃描（A組）及軸掃描（B組）患者所接受的輻射劑量均大幅度低于采用傳統16排CT機的對照組（C組），其中256排Revolution CT機軸掃描模式輻射劑量最低。

3 討論

目前，國內多數醫院頭部CT成人采用軸掃描，兒童則采用螺旋掃描。對比早期CT機兩種掃描模式的特點，其主要的原因是成人頭部易于固定，軸掃描輻射劑量較螺旋掃描小，且部分CT機可以通過改變機架角度來調整掃描基線。對于兒童、急診等部分無法自主配合檢查人群，雖然螺旋掃描模式圖像質量不及軸掃描，但其快速掃描、容積數據采集并易于三維重建等特點又有著獨特優勢。近年來，隨著寬探測器CT機問世，軟硬件技術均有較大革新，如何平衡影像質量、掃描速度和輻射劑量，為兒童頭部CT常規掃描重新確定合適的掃描模式勢在必行。

本研究結果顯示，采用256排Revolution CT的實驗組兩種掃描模式所得到的圖像在客觀評價和主觀評分中均優于采用16排螺旋CT的對照組。我們認為主要原因是16排螺旋CT采用的重組算法是建立在二維反投影重組法（Back Projection Reconstruction，2DBP）基礎上的，中心附近的探測器因為沒有錐形角度的影響所采集的圖像質量較高，而外側的探測器卻因為受到錐形角度的影響，得到的圖像的質量下降[4]，從技術角度部分解釋了對照組雖然掃描條件高于實驗組，但圖像質量卻是最差這一結果。

學術界廣泛認為64排螺旋CT的出現是具有里程碑意義的，受探測器寬度增加等因素影響，其重組算法革新為3D錐形束反投影重組法（Cone Beam Back Projection Reconstruction Algorithm，3DBP），3DBP技術較2DBP技術最大的優勢就是其可以利用標準層面的每一個點, 都使用X-Y（channel）軸、Z軸（row）上不同的探測器單元的容積數據來進行插值處理，然后再使用反投影法來重組圖像，從而大大減少錐形偽[4]。這一時期大量研究證實[5-9]，在頭部CT掃描中，采用螺旋掃描及軸掃描所得到的圖像質量已無統計學差異，螺旋掃描雖然輻射劑量稍高于軸掃描，但因掃描時間短、可進行容積重建的巨大優勢，在兒童、急診等無法主動配合檢查的特殊患者中仍然有相當的應用前景。

近年來隨著CT技術進一步發展，各大醫學影像設備廠商紛紛推出了采用寬體探測器的超高端CT，以本研究所使用的GE Revolution CT為例，其采用的160 mm寬度探測器已經大于兒童頭部掃描時所需的掃描長度，采用軸掃描模式機架旋轉一周（時間0.28 s）即可完成檢查[10-11]。反而采用螺旋掃描模式時，受螺距、Z軸寬度等參數影響，且螺旋方式采集數據時在開始和末尾都需額外加掃一圈才能保證有足夠的數據重組圖像[12]，螺旋掃描的實際掃描范圍和掃描時間均長于軸掃描，使得寬體探測器的優勢不能充分展現。本研究采用寬體探測器軸掃描模式的掃描時間僅為0.5 s，可獲得256層0.625 mm圖像并進行任意層厚重建，無需制動即可完成掃描，采用寬體探測器螺旋掃描模式的掃描時間為1.8 s，由此證明以往螺旋掃描的速度及容積重建優勢已不復存在。

依據低劑量技術使用原則[13]，在保證圖像質量能夠滿足診斷需要的同時，應盡可能地降低掃描輻射劑量[14]，對于兒童這一放射敏感人群更應如此。寬體探測器CT在掃描速度、圖像質量及功能成像等方面均已明顯優于目前仍廣泛應用于臨床的16排乃至64排螺旋CT，采用更先進迭代重建算法（如GE的ASIR、飛利浦的iDose、東芝的ADIR和西門子的IRIS等）來進一步降低輻射劑量的研究也層出不窮[15-20]，實驗組兩種掃描模式輻射劑量均大幅度低于對照組便是受益于此。

綜上所述，采用256排寬體探測器的Revolution CT行兒童頭部掃描，綜合圖像質量、掃描速度、輻射劑量，軸掃描模式可以完美替代螺旋掃描，應當作為日常工作的首選檢查模式。在后續的研究中我們會設計頭顱體模研究，以期進一步優化掃描參數，為兒童頭顱CT檢查提供最優的掃描方案。