螺旋CT不同参数与辐射剂量相关性的实验研究

赵海波，罗焕江，龙腾河，林盛才

螺旋CT不同参数与辐射剂量相关性的实验研究

赵海波，罗焕江，龙腾河，林盛才

目的：使用不同参数对水模进行CT扫描，探讨不同参数与辐射剂量的相关性。方法：螺距：0.526和1.375，管电流分组选择：20、40、60、80、100、140、180、220、250、300 mA，分别对水模进行扫描，对所有图像进行测量，记录CT值与CT值标准差（SD），分别记录CT机自动计算出来的单次容积CT剂量指数和剂量长度乘积。对水模的CT值和CT值标准差进行方差检验，P＜0.05为有统计学意义。结果：螺距0.516∶1约在220 mA相交，相交后，噪声、信噪比曲线走行变缓，略变直；螺距1.375∶1在220 mA后，随着管电流的增加，噪声曲线走行变缓，信噪比增加不多。同等管电流下，螺距大，噪声值大。螺距1.375∶1的图像颗粒感较大，螺距0.516∶1图像较为细腻。结论：2组螺距0.516和1.375，扫描同一范围时，螺距小，采集图像时间较长，辐射剂量也较大；相反，螺距大，图像采集时间短，辐射剂量较小，但是密度分辨率低于小螺距，相同管电流下，图像质量的目测评分也较低。

螺旋CT；参数；辐射剂量；实验；研究

0 引言

影响患者所受辐射剂量的CT参数包括管电压、管电流、扫描方式、螺距、扫描范围、准直、扫描时间等[1]。本研究的辐射剂量数值是在CT机器上生成的容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP）。降低辐射剂量的方法主要有：降低管电流（mA）、增加螺距（Pitch）和降低管电压（kV）。而降低管电压值，X线硬度会随之降低，会导致患者吸收辐射的比例增加。本文使用不同参数对水模进行了CT扫描，以探讨不同参数与辐射剂量的相关性。

1 材料与方法

1.1 实验材料

用GE CT机专用水模采集图像，并进行数据分析。

1.2 使用设备及方法

采用GE 64排CT对水模进行容积扫描，管电压为120 kV，转数为0.5 s/r，螺距为0.526和1.375，层厚为10 mm，管电流分组选择：20、40、60、80、100、140、180、220、250、300 mA。

1.3 图像测量和评价

所得图像传至工作站进行测量并记录CT值与CT值标准差（SD）。根据不同参数扫描水模，测量并记录扫描层面内图像的CT值标准差，感兴趣区（ROI）范围为1.9 cm2，每层面测量5处，算出平均值与标准差。分别记录CT机自动计算出来的单次CTDIvol和DLP。

1.4 统计学方法

使用SPSS18.0分别对水模的CT值和CT值标准差进行方差检验，P＜0.05有统计学意义。用线性图表示不同参数下CT值与图像噪声、辐射剂量以及图像质量的相关性。

2 结果

水模在不同参数下CT值与噪声（CT值标准差）的比较见表1。

表1 不同管电流、2种螺距下，水模的CT值、标准差（SD）值比较

（1）在螺距0.516∶1下，不同管电流条件下的CT值：F=0.036，P=1＞0.05；10组CT值无统计学差异。噪声：F=47.561，P=0.000＜0.05；10组CT值有统计学差异。采用Student-Newman-Keuls法，组间差别可以分为6组：①20 mA；②40 mA；③60和80 mA；④80～140 mA；⑤100～180 mA；⑥180～300 mA。

（2）在螺距1.375∶1下，不同管电流条件下CT值：F=0.043，P=1＞0.05；10组CT值无统计学差异。噪声：F=45.23，P=0.000＜0.05；10组CT值有统计学差异。采用Student-Newman-Keuls法，组间差别可以分为5组：①20 mA；②40 mA；③60和80 mA；④100～140 mA；⑤180～300 mA。

300和20mA下2组螺距的水模比较如图1所示。测量ROI的CT值标准差代表噪声值，同等管电流下，螺距大，噪声值越大。螺距1.375∶1的图像颗粒感非常强，同螺距相比，管电流越小，噪声越大，图像颗粒度增加。

不同管电流下2组螺距的信噪比和噪声关系如图2所示。螺距0.516∶1约在210 mA相交，相交后，噪声、信噪比曲线走行变缓，略变直；螺距1.375∶1在220 mA后，随着管电流增加，噪声曲线走行变缓，信噪比增加不多。

图1 300和20 mA下2组螺距的水模比较

图2 不同管电流下2组螺距的信噪比和噪声关系

3 讨论

3.1 螺旋CT成像参数与辐射剂量、图像质量的关系

国内外许多学者都围绕管电流和螺距做实验研究，分析其相关性，在不同扫描条件下，影响CT图像质量的参数主要有剂量、噪声、层厚、空间分辨率、密度分辨率等[2]，本研究主要分析辐射剂量与噪声对图像质量的影响。管电流是CT机重要的成像参数，它的大小代表着X线量的多少，CT图像质量和X线辐射剂量直接相关联，在管电压不变的前提下，管电流量（mAs）是反映CT辐射剂量的重要参数，X线球管的管电流增加100%，图像噪声降低41.4%[3]。降低管电流值可以使辐射剂量明显降低，但同时图像噪声随之增加，而低剂量研究的首要任务是确定以图像能满足诊断为前提下使用最小管电流[4]。假如一味降低管电流值，到达底线后，图像的噪声、伪影等会严重影响诊断。研究低剂量CT扫描的任务就是找到各部位最低的管电流值底线，分析各组织在管电流值变化后的关系。通过降低管电流，可以有效地减少辐射剂量，通过合理选择管电流和扫描层厚可以较好地保证图像的质量。不同管电流值的扫描条件对图像噪声影响较显著，图像噪声与管电流及层厚组间有显著性差异，在本组研究中，从20～300 mA中共分为10组，随着管电流值的变化，CT值无统计学差异。螺旋CT的螺距是扫描架旋转360°进床距离与通过探测器的X线束厚度之比，多层螺旋CT（multi-slice computer tomography，MSCT）的辐射剂量与螺距呈反比，这与扫描Z轴上某一点的受照时间有关，对体形肥胖者更显著。噪声增加后对于软组织的影响较大。郑敏文等[5]研究表明，在Pitch值、管电压不变和扫描时间固定时，辐射剂量与管电流成正比，本组研究也证实了这种观点，同时证明了在管电流值、管电压、扫描长度不变的情况下，增大Pitch值，扫描时间会缩短，患者所受辐射剂量值CTDIvol、DLP会降低。本组研究使用美国GE公司的Lightspeed 64 VCT，选择了其中2组螺距0.516和1.375，扫描同一范围时，螺距小，采集图像时间较长，辐射剂量也较大；相反，螺距大，图像采集时间短，辐射剂量较小，但是密度分辨率就低于小螺距的，相同管电流下，图像质量的目测评分也较低。由图1可以得出，同等管电流下，螺距大，噪声值（测量ROI的CT值标准差代表噪声值）大，螺距1.375∶1的图像颗粒感非常强；同螺距相比，管电流越小，噪声值越大，图像颗粒度增加。

3.2 CTDIvol和DLP与管电流、螺距的关系

CTDIvol和DLP是现在CT机器必备的评价辐射剂量的参数，CTDIvol值表示螺旋CT在容积扫描范围内的平均辐射剂量；DLP表示受检者的所受有效剂量估算值，可以用DLP=CTDIvol·L计算所得（L表示扫描长度），DLP和有效剂量具有很好的线性相关性。本组研究结果表明，在0.516∶1的螺距下，300～20 mA的CTDIvol为28.83～1.92 mGy，DLP为969.330 mGy·cm～64.62 Gy·cm；在0.375∶1螺距下，300～20mA的CTDIvol为10.81～0.72 mGy，DLP为388.69 mGy·cm～25.91 Gy· cm。在同一螺距下，随着管电流的增加，辐射剂量增加，20～140 mA是 300 mA所得 CTDIvol/DLP的6.67%～46.7%，低剂量CT扫描能够大大降低患者所受到的辐射剂量。在管电流在60 mA以下时，辐射剂量达到较低的水平，但是图像质量明显下降，图像颗粒增加，有条形伪影，在骨的边缘有放射状伪影。从图2可以看出，当螺距从0.516∶1变为1.375∶1时，CTDIvol/DLP相应变小，螺距增加，大大降低了患者所受的辐射剂量。

3.3 噪声、信噪比与图像质量的关系

噪声是影响CT图像质量重要的因素，它包括X线量子噪声和电气元件、重建算法及系统所形成的噪声。噪声与图像均匀度相关。图像均匀度是指整个扫描野中均匀物质CT值的一致性，与噪声具有一定的相关性[6]。降低管电压、增大螺距和降低管电流会使图像噪声增加[7]，因水模和肝脏是均一组织，比较水模和肝脏噪声的曲线，走行大致相同。本组研究水模和肝脏组织在60～80 mA时，SD值突然增大很多；在300～100 mA时，SD值增加缓慢。

3.4 不同剂量CT扫描对图像质量的影响

管电流的降低可引起图像量子噪声的增加，信噪比和密度分辨率的下降。低剂量CT检查在副鼻窦、急性阑尾炎、肺小结节、胸痛三联症、儿童胸部及冠脉动脉等部位研究并使用[8-10]。本文使用模体进行不同参数病症的扫描，为研究腹部低剂量CT扫描奠定了基础。

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（收稿：2014-03-06 修回：2014-06-15）

Experimental study on correlation between spiral CT parameters and radiation dose

ZHAO Hai-bo1,LUO Huan-jiang1,LONG Teng-he1,LIN Sheng-cai2
(1.Department of Radiology,the Fourth Affiliated Hospital of Guangxi Medical University,Liuzhou 545005,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China;2.Department of Radiology,the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University, Liuzhou 545005,Guangxi Zhuang Autonomous Region,China)

ObjectiveTo carry out CT scanning for water phantom with different parameters in order to explore the correlation between the parameters and radiation dose.MethodsThe parameters involved in the pitch of 0.526 and 1.375 as well as the tube current of 20,40,60,80,100,140,180,220,250 and 300 mA.All the images were measured,and CT values and standard deviations(SD)were calculated.Single volume CT dose index and dose-length product from CT machine were recorded respectively.Variance tests were performed for CT values and SDs of the water phantom,with P＜0.05.ResultsWhen the pitch was 0.516:1,intersection occurred at 220 mA,and then the curve of noise and signal noise ratio(SNR)slowed down and straightened slightly;with the pitch 1.375∶1 and after 220 mA,noise curve slowed down with the tube current increased,while the curve of SNR hardly rose.With the same tube current,the pitch was raised with the increase of the noise.The image felt grainy with the pitch of 1.375∶1,while exquisite with the pitch of 0.516∶1.ConclusionWith the pitches of 0.516 and 1.375 and for the same scope,the pitch positively correlates with the image acquisition time and radiation dose.With the same tube current,the image quality has low visual scores.[Chinese Medical E-quipment Journal，2014，35（11）：89-91]

spiral CT;parameter;radiation dose;experiment;research

R318.6；TH774

A

1003-8868（2014）11-0089-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.089

广西壮族自治区卫生厅自筹经费科研课题（Z2012067）

赵海波（1981—），男，主管技师，主要从事CT后处理重建技术及辐射防护方面的研究工作，E-mail：zhb2015@126.com。

545005广西柳州，广西医科大学第四附属医院放射科（赵海波，罗焕江，龙腾河）；530021南宁，广西医科大学第一附属医院放射科（林盛才）

林盛才，E-mail：linshengcai999@126.com