多层螺旋CT眼眶扫描参数优化的离体标本实验研究

曾宪春 ZENG Xianchun

张 俊1 ZHANG Jun

韩 丹1 HAN Dan

王 勇1 WANG Yong

赵讯冉1 ZHAO Xunran

2. 贵州省人民医院放射科 贵州贵阳560004

随着多层螺旋CT技术的迅速发展，其对眼眶疾病的诊断能力日益提高。然而在眼眶CT扫描过程中不可避免地要扫描到眼球，而晶状体、角膜、玻璃体对射线极为敏感，尤其是晶状体，过量照射可致白内障[1]。目前认为200 cGy是致晶状体损伤的最低辐射剂量[2,3]。因此，最大限度地降低CT检查的射线剂量是国内外学者普遍关注的问题。本研究采用不同管电压和成倍降低管电流对离体头颅标本眼眶行CT检查，探讨眼眶低剂量CT检查的可行性，为更多低端CT机在辐射剂量与图像质量间的选择提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料 防腐固定成人离体头颅标本15具（30只眼），由昆明医科大学解剖教研室提供。

1.2 实验仪器 采用Siemens 16层螺旋CT机（Somatom Emotion 16 CT），螺旋扫描方式。扫描范围从眼眶上缘至下缘，常规眼眶扫描为管电压120 kV，管电流180 mA。固定管电流180 mA，分别行120 kV、110 kV、80 kV扫描；固定管电压120 kV，分别行180 mA、90 mA、45 mA扫描；固定管电压为80 kV，分别行180 mA、90 mA、50 mA、25 mA扫描，其余参数不变：球管旋转时间0.5 s，准直64×0.6 mm，螺距1.2，层厚及间距均为5 mm。软组织窗：窗宽100 Hu，窗位40 Hu；骨窗：窗宽1100 Hu，窗位1000 Hu。图像上传至Siemens Syngo Multi Modality工作站进行分析。

1.3 评价指标及方法

1.3.1 辐射剂量 机器自动生成CT剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）。ED=DLP×K，K为换算因子，采用欧洲CT质量标准指南头颅平均值0.0021[4]。

1.3.2 图像质量评价 平均CT值：测量赤道平面左、右侧视神经、眼睑皮下脂肪及背景空气，ROI 1.0 cm2，测量3次取平均值。信噪比（SNR）：为平均CT值/标准差，SNR=（CT值左平均+ CT值右平均）/（SD左+ SD右）。对比噪声比（CNR）：两种组织信号强度差值与背景噪声的标准差之比。CNR=（CT值平均－CT值脂肪）/标准差空气CT值，其中CT值平均=（CT值左平均+CT值右平均）/2。

由2名副主任医师以上职称的医师分别在隐藏扫描参数和标本信息后采用双盲法进行图像质量分析，包括骨窗：图像伪影多少或无、眶骨边缘、骨折线及折端模糊或清晰；软组织窗：图像伪影多少、眼环、晶状体、视神经及各眼肌显示的模糊或清晰。评分标准[5]：1分：解剖结构及病灶模糊，不能诊断；2分：解剖结构及病灶显示不清楚，细节不足以被发现；3分：大部分解剖结构及病灶可以满足诊断，但少数图像不能进行评价；4分：解剖结构和细节及病灶较清楚，能够评价，但不是特别好；5分：解剖细节及病灶清晰，能够简单明了地评价。其中5分图像质量最好，其余图像质量依次降低。图像质量评分达3分以上均能满足诊断要求，即不影响病灶的观察和诊断。取2名医师图像质量评分的平均值进行分析。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，对不同扫描条件的辐射剂量、平均CT值、SNR及CNR比较采用方差分析，两两比较行SNK-q检验，不同重建方式图像评分比较采用Kruskal-Wallis秩和检验（H检验），P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同管电压及管电流下辐射剂量比较 常规剂量组（120 kV、180 mA）ED高于其他组，差异有统计学意义（F=6.73, P＜0.05）。进一步两两比较发现，各组间差异均有统计学意义（F=6.22、6.17、6.13、6.69、6.58、6.44, P＜0.05）。与常规剂量组（120 kV、180 mA）比较，管电流50 mA、管电压80 kV时ED减少了约0.66 mSv（92%）；管电流降低至机器允许最小值25 mA时，ED减少了约0.69 mSv（96%），见表1。

表1 不同低扫描剂量组辐射剂量比较

2.2 不同管电压及管电流下平均CT值、SNR及CNR比较 固定管电流或管电压时，不同管电压或管电流下视神经、眼睑皮下脂肪及背景平均CT值比较，差异均无统计学意义（F=3.13、3.27、3.11, P＞0.05）。不同管电压及管电流下视神经及眼睑皮下脂肪SNR比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；CNR比较，差异有统计学意义（P＜0.01）；两两比较显示，不同管电压和管电流所得图像的SNR、CNR差异有统计学意义（P＜0.05）。随着管电压和管电流降低，SNR、CNR逐渐降低，最低均为80 kV、25 mA组。见表2。

2.3 空间分辨力比较 15具离体头颅标本（30眼）中，外侧壁骨折3眼，眼睑皮肤缺损4眼，鼻骨骨折2眼，筛窦黏膜增厚5眼，眼眶内积气3眼（图1～4）。除80 kV、25 mA组3例筛窦黏膜增厚及1例眶内积气显示欠清晰外，其余病变均可显示，各扫描剂量均清楚地显示骨折。见表3。

2.4 图像质量评分比较 不同管电压和管电流下图像质量评分比较，差异有统计学意义（H=7.132,P＜0.05）；两两比较显示，除固定管电压为80 kV改变管电流组差异有统计学意义（P＜0.05）外，其他组两两比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。所有图像评分均在3分以上。见表4。

表2 不同扫描剂量平均CT值、SNR及CNR比较

图1 A～D为不同剂量扫描的同一标本、同一层面显示。A.常规剂量120 kV/180 mA扫描清楚地显示右侧鼻骨骨折，骨折处及相邻软组织内少许积气（箭），皮肤局限性缺损，边缘毛糙，其旁见少许积气及皮瓣形成（箭头）；B. 80 kV/90 mA扫描清楚地显示右侧鼻骨骨折，骨折处及相邻软组织内少许积气（箭），皮肤局限性缺损，边缘毛糙，其旁见少许积气及皮瓣形成（箭头）；C. 80 kV/50 mA扫描清楚地显示右侧鼻骨骨折，骨折处及相邻软组织内少许积气（箭），皮肤局限性缺损，边缘毛糙，其旁见少许积气并皮瓣形成（箭头）；D. 80 kV/25 mA扫描清楚地显示右侧鼻骨骨折，但骨折处及相邻软组织内少许积气显示不清，和伪影所在不易鉴别（箭），皮肤缺损，边缘旁少许积气显示欠清晰，皮瓣形态较其他剂量扫描缩小（箭头）

表3 不同扫描剂量对病灶的显示情况

3 讨论

眼眶CT由于其良好的分辨率、定位准确、价格较低廉，已成为眼科临床工作中常用的辅助检查。高端CT机采用管电流调节及智能最佳管电压扫描等技术能有效降低辐射剂量，结合迭代重建技术，在降低辐射剂量的同时，可以提高图像质量[6-10]。国内中、低端CT机占很大比重，依然面临降低CT辐射剂量的挑战。目前，眼眶的低剂量CT研究仅局限于单纯减小管电流或管电压，存在一定的局限性。而同时改变管电压和管电流的研究鲜有报道。同时，由于伦理所致，无法实现大范围改变管电压及管电流的临床研究，更无法实现同时改变管电压及管电流扫描的临床研究。本研究采用离体头颅标本为研究对象，通过联合并大幅度降低管电压及管电流的方法，寻求ALARA（as low as reasonably achievable）原则[11]下眼眶扫描的最低管电压及管电流。

表4 不同剂量扫描图像质量评分比较（分）

CT辐射剂量的影响因素主要包括CT机自身设置情况和扫描参数（如管电压、管电流、照射野、层厚等）[12]。CT自身设置由CT的研发和制造部门完成，而作为放射科医（技）师可以合理调节扫描参数，保证图像质量，减少放射剂量，达到最优化。调节扫描参数减少辐射剂量的方法有降低管电流、管电压、减少扫描次数、增加螺距等。辐射剂量与管电流的一次方成正比[13]，与管电压的平方成正比。管电压决定射线的质，即射线的穿透能力，降低管电压不损害CT的低对比分辨力[14]，但会增大噪声。增大螺距也可以减少放射剂量，但层厚增宽以及容积效应会导致小病变的遗漏[15]。本研究中管电流不变时，降低管电压为110 kV、80 kV，ED分别降低了34%和71%，但是随着管电压的降低，SNR及CNR均降低；而随着管电流的降低，SNR降低幅度较小；随着管电压的降低，CT值稍有升高，但统计学处理无明显差异；而改变管电流对CT值无显著影响，与彭文献等[16]报道CT扫描管电压对物质的CT值有显著影响、管电流对CT值无显著影响的结果一致。当扫描剂量降低到80 kV、50 mA时，辐射剂量降低约92%，对黏膜等软组织及眶周积气等的诊断结果与常规剂量无显著差异。80 kV、25 mA时辐射剂量降低达96%，ED仅为（0.03±0.01） mSv，但对眶周骨折诊断与常规剂量无异常，但对鼻窦增厚黏膜及皮肤缺损等软组织显示欠佳，提示该剂量在显示软组织方面可能存在不足。

本研究的局限性在于：①受防腐固定物质的影响，测定皮下脂肪与活体CT值有一定差异。同时，扫描条件是否与活体相一致，将是今后的研究方向。②CT自身设置情况因厂家不同而存在差异，不同厂家的扫描参数及可降剂量可能存在一定的差异。

综上所述，眼部外伤患者低CT剂量扫描空间非常大。低剂量扫描的应用不但极大地减少了患者所接受的辐射剂量，减少了CT机球管及探测器的损耗，延长了使用寿命，降低了CT运行成本，同时对婴幼儿、孕妇等特殊人群的眼眶CT检查具有重要意义，值得临床推广应用。

[1] Brenner DJ, Hall EJ. Computed tomography-an increasing source of radiation exposure. N Engl J Med, 2007, 357(22):2277-2284.

[2] Hein E, Rogalla P, Klingebiel R, et al. Low-dose CT of the paranasal sinuses with eye lens protection: effect on image quality and radiation dose. Eur Radiol, 2002, 12(7): 1693-1696.

[3] 叶江枫, 袁名辉. 辐射对组织器官损伤的形态学机制. 中国组织工程研究, 2012, 16(28): 5291-5296.

[4] Menzel H, Schibilla H, Teunen D, et al. European guidelines on quality criteria for computed tomography. Luxembourg:European Commission, 2000, EUR 16262.

[5] Price RR, Axel L, Morgan T, et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging: report of AAPM nuclear magnetic resonance Task Group No. 1. Med Phys, 1990, 17(2): 287-295.

[6] 徐卓东. CARE kV—智能最佳kV扫描技术—降低剂量的同时提高图像质量. 中国医疗设备, 2012, 27(2): 120-123.

[7] Wang R, Schoepf UJ, Wu R, et al. Image quality and radiation dose of low dose coronary CT angiography in obese patients:sinogram aff i rmed iterative reconstruction versus f i ltered back projection. Eur J Radiol, 2012, 81(11): 3141-3145.

[8] Winklehner A, Karlo C, Puippe G, et al. Raw data-based iterative reconstruction in body CTA: evaluation of radiation dose saving potential. Eur Radiol, 2011, 21(12): 2521-2526.

[9] 贾楠, 王新江, 惠萍, 等. 适应性统计迭代重建技术降低胸部CT扫描剂量的初步临床研究. 中国医学影像学杂志,2010, 18(6): 551-553.

[10] 夏宾, 杨学华, 高剑波, 等. Flash CT低管电压结合迭代重建技术在超重患者冠状动脉成像中的应用. 中国医学影像技术, 2012, 28(5): 1006-1010.

[11] Burnette JO, Klaassen Z, Hatley RM, et al. Staging paratesticular rhabdomyosarcoma in the "as low as reasonably achievable" (ALARA) age the case for positron emission tomography-computed tomography. Urology, 2013, 12(1): 39-41.

[12] Behrendt FF, Schmidt B, Plumhans C, et al. Image fusion in dual energy computed tomography: effect on contrast enhancement, signal-to-noise ratio and image quality in computed tomography angiography. Invest Radiol, 2009,44(1): 1-6.

[13] Sigal-Cinqualbre AB, Hennequin R, Abada HT, et al. Lowkilovoltage multi-detector row chest CT in adults: feasibility and effect on image quality and iodine dose. Radiology, 2004,231(1): 169-174.

[14] Funama Y, Awai K, Nakayama Y, et al. Radiation dose reduction without degradation of low-contrast detectability at abdominal multisection CT with a low-tube voltage technique:phantom study. Radiology, 2005, 237(3): 905-910.

[15] Kalra MK, Prasad S, Saini S, et al. Clinical comparison of standard-dose and 50% reduced-dose abdominal CT: effect on image quality. Am J Roentgenol, 2002, 179(5): 1101-1106.

[16] 彭文献, 彭天舟, 叶小琴, 等. CT扫描参数对人体组织CT值影响的研究. 中华放射医学与防护杂志, 2010, 30(1): 79-81.