320排容積CT肘關節優化體位掃描技術的應用

李雅芳，張進慧，徐如林，周建軍

1.復旦大學附屬中山醫院廈門醫院 放射科，福建 廈門 361000；2.佳能醫療系統（中國）有限公司 CT科研合作部，廣東 廣州 510627；3.復旦大學附屬中山醫院 放射科，上海 200032

引言

骨關節病變在臨床中較常見，其主要包括外傷性或非外傷性病變，其中最常見為肘關節創傷[1]。既往臨床常借助X線平片診斷骨關節病變，但由于肘關節解剖結構較為復雜，常規X線難以清晰顯示，具有一定局限性。多層螺旋 CT（Multisliecs Helieal CT，MSCT）因具有快速掃描、多方位成像、后處理技術強大等特點，且能清晰顯示關節解剖細節等，極大地提高了肘關節創傷檢出率，可為疾病治療方案的制定和效果判斷提供重要參考[2]。提高CT圖像質量對臨床診斷具有重要作用。目前影響CT圖像質量因素較多，包括CT分辨率、噪聲、X線劑量、掃描體位等[3]，臨床診斷對肘關節螺旋CT掃描體位的要求較高，受肘關節解剖位置影響及CT機掃描的特點，常規體位由于受到胸腹部等厚密度組織的干擾，多不能獲得理想的圖像而不利于診斷[4]，因此需優化體位掃描，以提高CT圖像質量。基于此，本研究通過與常規體位掃描比較，探討一種CT肘關節優化體位掃描方法，旨在獲得更好的圖像質量，并降低受檢者輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年1月至2022年3月于我院就診的因肘關節外傷或非外傷需行CT掃描的42例患者作為研究對象。本研究經醫院倫理委員會批準，所有患者均知情同意。排除標準：① 妊娠期女性及年齡＜18歲患者；② 上肢損傷范圍太大，16 cm軸掃無法一次性覆蓋全部病變；③ 觀察組排除患側上肢活動受限，無法配合優化體位檢查方法的患者。根據不同的體位方式將患者分為觀察組和對照組，每組各21例。觀察組中男性10例，女性11例；對照組中男性14例，女性7例。

1.2 檢查方法

觀察組患者采用站立位，并協助患者佩戴鉛衣、鉛圍脖，將掃描床頭枕托調高至檢查定位所需位置，利用定位燈取掃描中心點，患者站于掃描機架后方，身體略前傾將所需檢查肘關節置于定位中心點（類似于標準的普通X線肘關節正位攝片擺位）。對照組患者采用臥位，并采用標準解剖學體位，將受檢肘關節置于身體一側，另一上肢抬舉過頭頂。掃描條件：兩組患者均采用16 cm軸掃。觀察組制定一個無需掃描定位像程序：電壓100 kV，電流60 mA，層厚3 mm，層間距3 mm，轉速0.5 s，掃描視野和顯示視野均為240 mm，重建矩陣512×512。對照組依據自動管電流調節（CARE Dose 4D）技術 ：電壓 120 kV，電流 100～350 mA，噪聲指數（Noise Index，NI）為10，掃描視野和顯示視野分別為400 mm 和 240 mm，重建矩陣 512×512，轉速 0.5 s/圈。

1.3 評價方法

1.3.1 圖像質量客觀評價

測量并記錄每例患者肘關節橫斷位肱骨內外上髁至鷹嘴窩附近層面的脂肪和肌肉的CT值，以同層面空氣CT值的標準差（Standard Deviation，SD）值作為背景噪聲，計算兩組患者圖像的信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）、對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。

1.3.2 圖像質量主觀評價

由兩名經驗豐富的放射科主治醫師進行雙盲讀片，并對圖像質量進行評分。以軟組織的分辨率、肘關節解剖結構和病灶顯示的清晰度進行評分。① 肘關節結構顯示清晰，軟組織分辨率高，對病變的大小、位置、邊緣均可清晰顯示，圖像無噪聲，計為3分；② 肘關節結構顯示較清晰，軟組織分辨率較高，對病變的大小、位置、邊緣顯示比較清晰，噪聲低，計為2分；③ 肘關節結構顯示一般，軟組織分辨率較低，對病變的大小、位置、邊緣顯示一般，噪聲略粗，計為1分；④ 肘關節結構顯示不清晰，軟組織分辨率低，對病變的大小、位置、邊緣顯示模糊，噪聲大，計為0分。≥1分的圖像被認為符合診斷要求。

1.4 觀察指標

比較兩組圖像的主觀得分、圖像的SNR、CNR及單次掃描的容積 CT 劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）、劑量 -長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 兩組患者一般資料比較

兩組年齡、性別分布、體質量均無統計學意義差異（P＞0.05），具有可比性，見表1。

表1 兩組患者一般資料比較（n，±s）

表1 兩組患者一般資料比較（n，±s）

指標 觀察組 對照組 χ2/t值 P值性別（男/女) 10/11 14/7 2.000 0.500年齡/歲 39.55±15.29 40.44±14.39 -0.153 0.880體質量/kg 60.22±6.72 66.16±8.01 0.512 0.615

2.2 兩組患者CT掃描圖像質量比較

2.2.1 兩組患者CT掃描圖像質量客觀評價結果

觀察組肘關節CT掃描圖像的SNR和CNR分均顯著高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組患者CT掃描圖像SNR和CNR比較（±s）

表2 兩組患者CT掃描圖像SNR和CNR比較（±s）

組別 例數 SNR CNR觀察組 21 6.7±2.9 21.3±8.3對照組 21 13.9±3.4 55.0±13.7 t值 4.647 6.328 P值 0.002 0.004

2.2.2 兩組患者CT掃描圖像質量客觀評價結果

在兩組圖像均滿足診斷要求的情況下（≥1分），觀察組圖像質量評分為（2.95±0.22）分，高于對照組的（2.38±0.81）分，差異有統計學意義(P＜0.05)，見表3。

表3 兩組患者圖像質量客觀評分情況（n）

2.3 兩組患者X線輻射劑量情況

觀察組和對照組的CTDIvol分別為2、（9.5±4.9）mGy，差異有統計學意義（t=4.55，P=0.002）；DLP分別為31.7、（155.7±47.2）mGy·cm，差異有統計學意義（t=6.21，P=0.001）。

2.4 兩組患者CT掃描圖像比較

采用優化掃描方法（觀察組）無外來物或其他部位干擾，噪聲低，圖像密度分辨率明顯提高，三維重建圖像銳利（圖1a～d）。采用常規掃描方法（對照組）肘關節結構顯示較清晰，噪聲略粗，分辨率下降，有輕微條索狀偽影（圖 1e～h）。

圖1 兩組患者CT掃描圖像情況

3 討論

肘關節的解剖結構非常復雜，鷹嘴窩、肱骨小頭之間存在一定的重疊性，冠狀突均為不規則曲面，X線平片檢查時結構重疊多，因此易造成誤診或漏診，同時肘關節損傷患者經常伴隨疼痛、畸形癥狀，診斷難度較大[5]。MR雖然能清楚顯示肘關節軟組織等情況，但其掃描時間長，部分人群不耐受，近年來，MSCT的普及使得肘關節CT掃描率逐漸增高，已被認為是診斷骨折最廣泛且可靠的方法[6]。MSCT屬于容積掃描，利用獲得的原始橫斷位圖像還可進行后處理，能更清晰的顯示一些重疊結構的相互關系和細微的損傷，真實反映骨折的部位和類型以及骨折線的走形、移位情況,為臨床治療提供更多的信息，從而幫助醫生制定更精確的治療方案[7]。

肘關節站立位CT掃描以往使用不多，因此鮮見文獻報道。因320排CT可以一次覆蓋16 cm寬的掃描范圍，利用無定位像掃描，無需隨檢查床移動，這樣保證圖像的均勻，減少影響圖像質量的因素，以往也有文獻提到類似的站立體位[8]，但是由于探測器寬度的限制導致Z軸覆蓋肘關節的范圍不夠，只能采用螺旋掃，因此患者需隨檢查床移動，對于老人、兒童較難配合，容易造成運動偽影導致重復掃描，同時不利于保證檢查的安全性。有研究認為，應用此方法時患者需采用俯臥或側臥，患肢高舉過頭，自然平伸，頭偏向健側[8-9]，但很多人頭頂無法完全偏離肘關節的中心平面，因此無法實現單純的肘關節掃描，并且容易增加敏感器官晶狀體接受射線照射的概率。佳能320排CT利用其寬體探測器的優勢，不用定位像，檢查床不動，快速軸描，球館旋轉1圈僅需0.5 s就能完成掃描，簡單易行，可以防止上肢移動影響圖像質量。本研究中觀察組中21例患者的肘關節掃描成功率均為100%，且均未出現因運動偽影或其他原因導致的重復掃描，說明佳能320排CT在優化肘關節掃描方法上具有重要作用。

優化掃描方法相比于行仰臥常規體位掃描，在掃描層面內存在肺組織、脊柱肋骨等時，掃描視野需增加至L，由于同層面內存在多種組織，胸腹部厚度較大，無法避免產生部分容積效應和偽影，掃描本身相對偏離掃描中心，也導致了圖像噪聲較大，影像清晰度，銳利度均較差，特別是肥胖患者。同時采用此站立位的方法，由于僅將肘關節置于掃描野內，可以實現單純的肘關節掃描，所以掃描視野可以設為S，在分析全病變組織的情況下，盡量選擇接近掃描范圍的小掃描野，可以提高圖像質量[10]，并且消除了常規體位胸腹部等厚度高的組織對肘關節圖像質量的影響，無其他干擾因素，有利于更清晰顯示肘關節的解剖結構，明顯提高了圖像密度分辨率和SNR，軟組織密度顯示清晰，三維重建圖像較銳利，能清晰觀察關節面及關節間隙情況。

隨著MSCT的發展，在圖像質量越來越好的同時，也存在電離輻射增加的潛在風險，所以合理的控制輻射劑量也成為研究的焦點，準直器寬度、掃描時間、電壓、電流、掃描范圍等參數均會影響影響輻射劑量，管電壓與X線輻射劑量呈冪指數關系，因此降低管電壓是降低輻射劑量最有效的方法之一[11-12]，而在實際應用中，劑量降低往往會使圖像質量變差，如何兼顧圖像質量和輻射劑量是MSCT劑量管理研究的重點，本研究從肘關節掃描體位的改變出發，以提高CT原始圖像質量，同時由于此體位的投照優勢，在掃描野內只有肘關節無其他外來物干擾，所以在掃描參數上也做出了調整，Kim等[13]認為，超低劑量CT方案和常規CT在腕部和踝關節等末梢關節的主觀圖像評分、客觀圖像噪聲和診斷性能均無明顯差異，而肘關節與腕、踝關節組織厚度接近，參照該研究的低劑量參數設定，本研究觀察組電壓100 kV，電流60 mA使得單次掃描的CTDIvol低至2 mGy。對于常規體位，由于掃描偏中心和胸部肋骨脊柱等組織對圖像產生的干擾偽影，圖像噪聲大，提高密度分辨率和控制噪聲的有效方法為提高探測器效率與X射線劑量[14]，所以如果降低常規體位掃描管電壓和管電流，即使可以減少輻射劑量，但同時也會使圖像噪聲更加大，密度分辨率更低。這也與Kim等[13]在肩關節使用低劑量CT方案會使圖像質量顯著降低的結果相符。

CT機房內的輻射場具有一定的空間分布規律，不同的型號、掃描參數、機房面積高度等均會使室內劑量分布場有略微不同[15]，CT掃描時以機架孔徑中心為原點，水平面和立面的等劑量線呈8字型分布[16]。有研究報道[17]，用熱釋光劑量計（Thermoluminescence Dosimeter，TLD）測量CT掃描時機房內的輻射場，輻射場分布曲線顯示測量值最大出現在掃描孔徑內，掃描孔中心層面直接接受X線的照射；其次是機架后方的輻射劑量高于離中心同等距離的檢查床側。陳基煒等[18]的研究表明，在模體的中心和周邊5個孔洞放熱釋光劑量片TLD與CT設定的CTDIvol的誤差低于國家相關標準限值，一致性較高。故與常規掃描體位相比，站立位不僅機架后方的輻射場小于掃描孔徑內，而且可讓患者佩帶鉛衣、鉛圍脖來做好輻射防護，同時也避免了胸腹部等其他無關的軟組織受到X線的直接照射，進一步減少了電離傷害。

本研究的不足之處在于樣本量較少，并且如果上肢損傷范圍太大，軸掃無法一次性覆蓋病變的情況未進行討論，未來應進一步進行大樣本研究，以為臨床提供更科學的依據。

4 結論

利用佳能320排CT的寬體探測器對肘關節采取站立位掃描法，擺位簡單，患者容易接受，且可優化圖像質量，更好地顯示病變情況，同時輻射劑量低，并且能對非檢查部位進行更全面的輻射防護以提高MSCT掃描的安全性，值得臨床運用。