低劑量錐形束CT掃描可行性的實驗研究

施雄 李生嬌 周劍萍 張利

同濟大學口腔醫學院和附屬口腔醫院放射科，上海牙組織修復與再生工程技術研究中心，上海 200072

口腔頜面錐形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）的出現是口腔頜面部放射學檢查的一次飛躍式進步，其優秀的空間分辨率以及三維成像的特點給口腔醫生的工作帶來了極大的幫助。雖然CBCT的輻射劑量遠低于螺旋CT[1]，但仍明顯高于根尖片和曲面體層X線片等常規口腔X線檢查[2]。目前國內外關于如何降低CBCT輻射劑量的文獻報道不多。本研究選用新鮮巴馬豬豬頭作為模型，來探討低劑量CBCT掃描的可行性。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

實驗動物選用由上海甲干生物科技有限公司提供的巴馬豬6只，3公3母，體重25～30 kg，麻醉后取新鮮豬頭。

1.2 CBCT設備

CBCT設備采用日本Morita公司生產的3D Accuitomo型。

1.3 方法

將新鮮巴馬豬豬頭固定在CBCT掃描視野的中央，利用調節裝置和激光束進行精確水平和垂直定位，圍繞豬頭切牙區進行360°掃描。掃描參數：Hi-Speed模式，掃描時間10.5 s，掃描范圍60 mm×60 mm，掃描類型：連續，重建層厚1 mm，重建層距1 mm。廠商推薦的管電壓是90 kV，管電流是7.0 mA，本次研究首先管電壓固定為90 kV，管電流分別設為10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5和1.0 mA；然后管電流固定為7.0 mA，管電壓分別設為90、87、84、81、78、75、72、69、66、63和60 kV。

1.4 圖像質量評價

將新鮮巴馬豬豬頭在不同掃描參數下掃描獲得的圖像交由放射科2位高年資醫生采用盲法閱片評分，分別評價不同掃描劑量對切牙的顯示情況，要求能清楚地顯示釉質、牙本質、牙髓腔、牙周膜、牙槽突等。2位醫生使用同一臺電腦，可根據個人需要調整窗寬、窗位，所有圖像隱藏掃描參數信息。對評分結果有差異的圖像，2位醫生共同讀片達成一致評分。如仍未能達成一致結果，則由一名主任醫師確定最終的圖像質量評分。評分標準采用5分制，1分：圖像完全不符合診斷要求；2分：圖像質量較差，不能滿足診斷要求；3分：圖像質量一般，能滿足診斷要求；4分：圖像質量良好；5分：圖像質量優秀。≥3分的圖像質量為合格，可滿足臨床診斷要求。實際評分中可酌情加0.5分[3-4]。

1.5 輻射劑量評價

記錄不同掃描條件下CBCT自動生成的平均容積CT劑量指數（computed tomographic dose index，CTDIvol）。

1.6 統計學處理

采用SPSS 25.0軟件對新鮮豬頭掃描參數90 kV、2.5 mA組合與60 kV、7 mA組合的圖像質量評分進行t檢驗分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 管電流、管電壓與圖像質量的關系

管電壓不變，管電流與圖像質量的相關關系見圖1、2。隨著管電流的降低，圖像質量也逐漸下降。當管電壓保持90 kV不變，管電流分別為7.0、4.0、2.5 mA時，圖像質量評分分別為4.67±0.26、3.42±0.49、2.75±0.27。管電流超過4.0 mA的圖像質量評分超過3分，都能滿足臨床診斷需求；管電流為2.5、1 mA的圖像質量評分小于3分，圖像質量不能滿足臨床診斷需求。

圖1 不同電壓和電流時圖像質量的觀察結果Fig 1 Observation of image quality under different voltage and current

圖2 管電壓不變，管電流與圖像質量的關系Fig 2 Tube voltage unchanged, the relationship between tube current and image quality

當管電流保持7.0 mA不變，管電壓與圖像質量的相關關系見圖1、3。隨著管電壓的降低，圖像質量也逐漸下降。管電壓分別為75、60 kV時，圖像質量評分分別為2.67±0.26、1.17±0.26。管電壓為90、87、84、81、78 kV的圖像質量評分大于3分，圖像質量可滿足臨床診斷需求；管電壓為75、72、69、66、63、60 kV的圖像質量評分小于3分，不能滿足臨床診斷需求。

2.2 管電流、管電壓與輻射劑量的關系

管電壓不變，管電流與輻射劑量的相關關系見圖4。管電流為10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5、1.0 mA時，輻射劑量分別為6.8、5.8、4.8、3.8、2.8、1.7、0.7 mGy。隨著管電流的降低，輻射劑量也逐漸下降，輻射劑量與管電流呈線性關系。

圖3 管電流不變，管電壓與圖像質量的關系Fig 3 Tube current unchanged, the relationship between tube voltage and image quality

圖4 管電壓不變，輻射劑量與管電流的關系Fig 4 Tube voltage unchanged, the relationship between radiation dose and tube current

管電流不變，管電壓與輻射劑量的相關關系見圖5。管電壓為90、87、84、81、78、75、72、69、66、63、60 kV時，輻射劑量分別為4.8、4.4、4.0、3.6、3.3、3.0、2.7、2.4、2.2、1.9、1.7 mGy。隨著管電壓的降低，輻射劑量也逐漸下降，輻射劑量與管電壓呈指數關系。

圖5 管電流不變，輻射劑量與管電壓的關系Fig 5 Tube current unchanged, the relationship between radiation dose and tube voltage

2.3 90 kV、2.5 mA參數組合與60 kV、7.0 mA組合的圖像質量比較

基于常規掃描參數設置，降低管電流設置的90 kV、2.5mA組合與降低管電壓設置的60 kV、7.0 mA組合的CTDIvol值均為1.7 mGy。在輻射劑量相同的情況下，比較管電流和管電壓的降低對圖像質量的影響。Hi-Speed模式，在其他參數保持不變的前提下，掃描參數90 kV、2.5 mA組合（圖1C）的圖像質量評分為2.75±0.27，60 kV、7.0 mA組合（圖1E）的圖像質量評分為1.17±0.26，二者間差異具有統計學意義（P＜0.05）。

3 討論

CBCT在掃描過程中，X線呈錐形發射出，圍繞掃描對象旋轉360°，探測器將接收到的信號經模數和數模轉換后，通過設備自帶軟件直接將軸位、冠狀位、矢狀位及三維圖像顯示在計算機屏幕上[5-6]。與螺旋CT相比，CBCT具有空間分辨率高、掃描時間短、輻射劑量小、金屬偽影少、費用低廉以及占地少等優點[6-7]。

CBCT產生的輻射損害屬于隨機效應，包括細胞突變致癌和生殖細胞突變導致的遺傳疾病。其生物效應不存在閾值劑量，但是隨機效應的發生率與輻射劑量呈正相關，就是所接受的輻射劑量越大，隨機效應發生的概率越大。減少每一次的放射檢查輻射劑量，就可以降低輻射損害隨機效應發生的可能性。特別是對于兒童，其正處于生長代謝旺盛階段，接受放射學檢查的次數多，輻射損害風險也會大。因此，降低兒童每一次放射檢查的輻射劑量，探尋CBCT輻射劑量和圖像質量之間的平衡點具有重大意義。

據文獻報道，CBCT檢查的輻射劑量與管電壓、管電流、掃描時間、掃描視野和掃描模式等參數設置有關[8-9]。Morita 3D Accuitomo型CBCT適合兒童使用的是Hi-Speed模式，其掃描時間固定10.5 s，遠遠少于Std模式所需的17.5 s。掃描視野則由臨床醫生所需要了解的感興趣區大小決定。因此，實際工作中，CBCT操作者所能自由調整的就是管電壓和管電流這兩個參數。為了獲得優質的圖像質量，制造商推薦的參數設置一般高于實際需要。Gamache等[10]認為在保證圖像質量的前提下，可以修改制造商推薦的參數設置。本研究中輻射劑量采用CBCT設備上顯示的CTDIvol數值，它直接反映了每次CBCT檢查時的射線強度。筆者希望通過CBCT掃描參數的調整來降低每次檢查的射線強度，以此來減少對患者的輻射損害。

本研究采用新鮮巴馬豬豬頭模擬兒童的頜面部，豬的體重大致與我國7～10歲兒童的體重相仿[11]。豬在解剖組織學、生理學和免疫學等方面與人類有很多的相似性，豬的口腔解剖結構和牙齒形態特點也與人類較為相似，常被作為口腔相關研究的模型動物[12]。動物模型帶來的好處是允許使用不同的管電壓、管電流組合進行重復掃描，這是在人類身上絕對不允許的。本實驗結果表明，隨著管電壓或者管電流的下降，輻射劑量逐漸降低，同時圖像質量也隨之下降，直至圖像質量不能滿足臨床工作需求。廠商推薦的管電壓和管電流組合是90 kV、7 mA，分別調整管電壓和管電流。管電壓保持廠商推薦設置時，管電流4.0 mA及以上掃描的圖像質量能夠滿足臨床診療需求。管電流保持廠商推薦設置時，管電壓78 kV及以上掃描的圖像質量能夠滿足臨床診療需求。本研究發現降低管電壓導致的圖像質量下降速率明顯大于降低管電流的。90 kV、2.5 mA組合與60 kV、7.0 mA組合的CTDIvol均為1.7 mGy，前者的圖像質量評分高于后者。減少輻射劑量就是要減少人體對X射線的吸收，這由X射線的波長和X射線的數量兩方面所決定。波長越短，穿透力越強，被人體吸收的X射線越少；反之，波長越長，穿透力越弱，會使更多的X線被人體吸收。X射線的波長與管電壓有關，管電壓越高，X射線的能量越大，波長越短，穿透力越強。因此，在一定條件下，通常高電壓有利于受檢者防護[13]。并且降低管電壓時，X射線穿透力會明顯降低，探測器接收到的X射線量也明顯下降，圖像質量下降會比降低管電流更加明顯。X射線的數量和管電流呈正相關。管電流越低，輻射劑量就越少，但圖像噪聲會隨之增加，從而影響圖像質量。管電流的下降主要使各軟組織間的對比度受到影響，對高對比度的組織影響不大。牙齒、頜骨與周圍軟組織之間存在良好的自然對比，因此頜面部低劑量CBCT檢查更適合通過降低管電流來實現。

綜上所述，在保證圖像質量的前提下，通過降低管電流來降低CBCT掃描時的輻射劑量是可行的。但本研究仍有不足之處：1）樣本量較少；2）雖然豬的口腔系統和人類相似，但是兩者頜面部的X線衰減系數還是有所不同，研究受到一定局限，實驗獲得的數據不能直接應用于臨床實際工作，尚需進一步研究。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。