劑量調制強度對成人CT輻射劑量及圖像噪聲的影響

李 寧，張照喜，賀瑤瑤，張 彪，劉明飛，胡 奎，袁子龍

(湖北省腫瘤醫院放射科，湖北 武漢 430079)

CT臨床應用日趨廣泛，其所帶來的輻射劑量備受關注[1-2]。現階段已有較多方法可用于降低患者所受輻射劑量，如CARE Dose4D、CARE Kv及迭代重建技術等[3-6]。本研究通過體模實驗探討不同劑量調制強度對成人頭部、胸部、腹部CT輻射劑量及噪聲的影響。

1 材料與方法

1.1 體模 全身輻射仿真體模購自成都方拓仿真技術有限公司，身高170 cm，體質量60 kg，由高分子復合材料制成，主要成分為環氧樹脂、聚氨脂及Shonka塑料等，能等效于成人腦組織、肺組織、骨骼及肌肉等。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Definition AS+64排CT機對體模頭部、胸部及腹部進行測試掃描。掃描前按照成人條件設置劑量調制強度：Very Weak，Weak，Average，Strong和Very Strong。以仰臥位頭先進方式將體模置于檢查床中央，使體模正中矢狀面對準掃描野正中矢狀線，頭部水平線平齊外耳孔水平，胸部及腹部水平線平齊腋中線水平。對頭部采用側位定位像，軸位掃描，掃描范圍為顱頂至顱底；胸腹部采用正位定位像，橫斷位螺旋掃描，胸部自肺尖至肺底、腹部自膈頂至L3椎體下緣水平。掃描參數：管電壓120 kV，探測器寬度為128×0.6 mm，層厚和層間距均為5 mm，頭、胸、腹部掃描螺距分別為0.5、1.2和0.6。對胸部圖像采用迭代重建算法重建，等級為3；重建頭部和腹部圖像時，關閉迭代重建。先行固定管電流掃描，頭、胸、腹部固定毫安秒分別為350、200及380 mAs；之后激活CARE Dose4D，各部分參考管毫安秒(reference mAs, ref.mAs)依次為350、110及420 mAs，并于逐次修改調制強度后進行5次對應掃描。

分別記錄固定毫安秒及利用CARE Dose4D技術5種調制強度掃描時頭、胸、腹部各層有效毫安秒(effective mAs, eff.mAs)及容積CT劑量指數(volume CT dose index, CTDIvol)，計算各調制強度掃描時各部位CTDIvol改變量，CTDIvol改變量=[(A-B)/B]×100%，A為不同調制強度下各部位的CTDIvol，B為固定毫安秒模式下的CTDIvol。掃描結束后于Siemens Syngo CT Workplace工作站對圖像進行后處理。頭部：自頭側向足側于腦實質均勻區域逐層勾畫3個面積2 cm2的圓形ROI，測量其標準偏差值(standard deviation, SD)，使同一層面6幅圖像中ROI的位置、大小和形狀完全相同，以3次測量SD值的平均值(SDAVG)為該層圖像噪聲水平。胸部和腹部：自頭側向足側于椎體或椎間盤后緣脊髓腔內逐層勾畫3個面積0.49 cm2的ROI[7]， 選擇條件與頭部一致，測量其SD值3次，以SDAVG值為該層圖像的噪聲水平。見圖1。

圖1 于體模不同部位CT橫斷位圖像上勾畫ROI(箭)示意圖 A.頭部； B.胸部； C.腹部

1.3 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。計量資料符合正態分布時，以±s表示，否則以中位數(上下四分位數)表示。以GraphPad Prism軟件繪制固定毫安秒及5種調制強度下不同部位各層eff.mAs的變化曲線。將固定毫安秒及5種調制強度掃描圖像分為Fix組及相應調制強度組，各組噪聲水平符合正態分布和方差齊性時，采用單因素方差分析進行比較，否則采用非參數Kruskal-Wallis檢驗；兩兩比較采用LSD法。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 體模不同部位各層eff.mAs的變化 隨層數增加，頭部以5種調制強度掃描的eff.mAs首先迅速上升、之后平緩上升；腹部呈先降低后升高、再緩慢降低趨勢；調制強度越強，頭部和腹部同層面eff.mAs越小。胸部呈先升高后持續降低再緩慢升高趨勢，近肺尖及肺部中間層面eff.mAs隨調制強度增加而增加，近肺底層面則隨調制強度增加而下降。見圖2。

圖2 固定毫安秒及5種調制強度下，各部位圖像eff.mAs變化曲線 A.頭部； B.胸部； C.腹部

2.2 體模 不同部位的CTDIvol不同調制強度下掃描頭、胸、腹部的CTDIvol均低于固定參數掃描。掃描頭部和腹部時，調制強度越強，CTDIvol改變量的絕對值越大，其降低越明顯，而胸部相反。見表1。

表1 固定毫安秒及5種調制強度下各部位的CTDIvol(mGy)及相應改變量(%)

2.3 圖像噪聲 頭部及腹部圖像SD值數據均符合正態分布及方差齊性，采用單因素方差分析進行比較。不同調制強度下頭部及腹部圖像SD值的差異有統計學意義(F=9.73、45.78，P均<0.01)。對于頭部圖像，兩兩比較示Very Strong組與其余5組間SD值差異均有統計學意義(P均<0.05)，Strong組與Very Weak組及Weak組間SD值差異均有統計學意義(P均<0.05)，Average組與Fix組間SD值差異有統計學意義(P<0.01)，其余各組間SD值差異無統計學意義(P均>0.05)。腹部圖像中，兩兩比較顯示Fix組與其余5組間SD值差異均有統計學意義(P均<0.05)，余各組間差異無統計學意義(P>0.05)。胸部圖像SD值數據不符合正態分布，采用非參數Kruskal-Wallis檢驗進行分析，結果示各組間SD值差異無統計學意義(H=4.60，P=0.47)。見表2。

表2 不同部位各組圖像SD值比較(HU)

3 討論

CARE Dose4D技術是四維實時智能在線劑量調節管理技術[8-9]，可根據不同體型、不同解剖部位自動控制球管電流輸出，智能程度高，亦可通過調整掃描參數使其更適于臨床應用，包括調節ref.mAs[10]及改變CARE Dose4D的劑量調制強度，可在不改變ref.mAs的前提下改變圖像噪聲。臨床常規CT掃描協議均通過平均調制強度獲得較平均的輻射劑量和圖像質量，適用于大部分人群，但用于少數人時需要有所修正。本研究通過體模實驗觀察劑量調制強度對成人CT輻射劑量及圖像噪聲的影響，結果表明隨著調制強度逐漸增強，頭部及腹部輻射劑量逐漸降低，圖像噪聲亦逐漸增加；而胸部輻射劑量雖亦逐漸增加，但圖像噪聲水平無明顯變化。

SODERBERG等[11]應用劑量調制強度研究兒童仿真體模，發現各部位輻射劑量均隨調制強度增強而逐漸降低；本研究結果與之基本一致，不同的是胸部eff.mAs變化曲線在肺部中間層面及肩部大部分層面與SODERBERG等[11]的結果相反，表現為調制強度越強，各層eff.mAs越大，考慮與體模設計有關。常規胸部掃描時，為減少手臂的干擾和偽影，患者需將雙臂上舉，而體模雙上臂固定，無法上舉，掃描體模胸部時，肺部中間偏上的大部分層面受上臂的影響，采用CARE Dose4D管電流調節技術針對此區域進行調節時，調制強度變強，為保證圖像質量，將管電流調至更大，導致輻射劑量隨之增高。RIZZO等[12]報道，在不同解剖區域，調制強度對輻射劑量的影響并不相同，將解剖區域分為“肥胖”和“瘦弱”2個區域，不同調制強度下其eff.mAs變化曲線相反，欲改善“肥胖”區域圖像質量，需將調制強度調至更高；而對“瘦弱”區域，則需弱化調制強度。本研究結果與之基本一致，可將肺部中間偏上區域視為RIZZO等[12]的“肥胖”區域。臨床上患者手臂不能上舉的情況十分常見，通過提高調制強度以保證圖像質量，可能為解決這一問題提供新的方法。

本研究結果顯示不同調制強度下頭部及腹部圖像SD值存在差異，而胸部圖像SD值無明顯差異；噪聲水平與毫安秒顯著相關，毫安秒越高、有效光子數越高，噪聲越低[13]。本研究中頭部及腹部eff.mAs均隨調制強度升高而降低，表明這2個部位圖像噪聲會隨調制強度加大而增高；而胸部由于部分屬“肥胖”區域、部分屬“瘦弱”區域，導致不同調制強度下圖像總體噪聲水平差異并不顯著。

綜上所述，利用CARE Dose4D技術進行仿真體模CT掃描時，隨調制強度增加，頭部及腹部輻射劑量逐漸降低，圖像噪聲改善；胸部輻射劑量逐漸增加，但圖像噪聲無明顯改變。本研究主要不足：①未對不同大小及類型體模進行比較觀察；②所用體模上臂不能上舉，無法模擬臨床真實檢查狀態；③體模與人體存在差異，所獲結論是否適用于人體尚待觀察。