Care Dose 4D联合Care kV技术降低CT辐射剂量精准性的实验研究

曾宪春　ZENG Xianchun张小勇　ZHANG Xiaoyong王荣品　WANG Rongpin王玉权　WANG Yuquan吴曙光　WU Shuguang

Care Dose 4D联合Care kV技术降低CT辐射剂量精准性的实验研究

曾宪春1ZENG Xianchun张小勇1ZHANG Xiaoyong王荣品1WANG Rongpin王玉权1WANG Yuquan吴曙光2WU Shuguang

作者单位
1.贵州省人民医院影像科贵州贵阳550002 2. 贵阳中医学院实验动物研究所贵州贵阳550004

目的 应用双源CT对贵州小型猪胸部行不同方案扫描，探讨Care Dose 4D联合Care kV技术降低辐射剂量的精准性。材料与方法 对10只经冠状动脉栓塞造模后的贵州小型猪胸部重复行A、B、C 3组CT扫描，A组为常规扫描，100 kV/120 mAs；B组开启Care Dose 4D扫描，电压100 kV、参考电流120 mAs；C组开启Care Dose 4D、Care kV扫描，参考电压100 kV、参考电流120 mAs，其余条件保持不变。比较A、B、C 3组实际扫描管电流、管电压、辐射剂量及图像的平均CT值、噪声、信噪比、对比噪声比、主观评分等。结果 A、B、C 3组实际扫描管电流、管电压及辐射剂量差异均有统计学意义（P＜0.05）。与A组比较，B组有效剂量（ED）降低约13.89%，C组ED降低26.85%；图像的平均CT值、噪声、信噪比、对比噪声比及图像质量主观评分比较差异无统计学意义（P＞0.05）。结论 与常规扫描比较，Care Dose 4D联合Care kV技术能大大降低辐射剂量并保证图像质量。

体层摄影术，X线计算机； 辐射剂量；疾病模型，动物；猪，雏型

CT最佳管电流智能调节（Care Dose 4D）技术和最佳管电压智能调节（Care kV）技术能根据CT检查目的、受检者体型而自动调整管电流和管电压，实现个性化智能扫描［1］，从而降低人群医源性辐射剂量。针对Care Dose 4D及Care kV技术降低辐射剂量的研究，受伦理学限制均为不同个体间相同部位的报道［2-3］，准确性和一致性受到质疑。本研究通过对与儿童胸廓大小相近的贵州小型猪胸部行不同方案的扫描，探讨Care Dose 4D联合Care kV技术在胸部CT扫描中降低辐射剂量、保证图像质量的准确性和与不同个体间相同部位研究的一致性。

1　材料与方法

1.1实验动物 选取10只健康成年贵州小型猪，雌雄各5只，12～15个月龄，体重平均（17.39±4.19）kg。由贵阳中医学院实验动物研究所饲养场提供［4］。经冠状动脉栓塞造模后即刻行本研究，研究方案经贵州省人民医院实验动物伦理委员会批准。

1.2仪器与方法 采用Siemens双源CT（Somatonm Definition，Siemens Health Care，Forchheim，Germany）。对同一贵州小型猪分别行A、B、C 3组扫描，A组：100 kV/120 mAs扫描；B组：开启Care Dose 4D，参考电流120 mAs，其余条件同A组；C组开启Care Dose 4D及Care kV扫描，参考电压100 kV、参考电流120 mAs，其余条件同A组。扫描范围为胸廓入口至肺底层面。球管旋转时间0.28 s，准直128 mm×0.6 mm，螺距1.2，层厚及间距均为8 mm，纵隔窗窗宽360 HU、窗位50 HU；肺窗窗宽-1000 HU、窗位-600 HU；图像重建卷积核：肺窗（B70f very sharp ASA）；纵隔窗（B31 Medium smooth +）。图像重建工作站为MMWP。

1.3辐射剂量 容积CT剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）分别反映整个扫描容积的平均剂量和评价受检者一次完成CT扫描总辐射剂量，由机器自动生成；有效剂量（effective dose，ED）根据公式：ED= DLP×K，K为换算因子（采用欧洲CT质量标准指南胸部平均值0.014［5］，单位为mSv）。

1.4图像质量分析 图像质量评价包括主观评分和客观评价。

1.4.1图像质量主观评分 主观评分由3名主治医师分别行双盲法评判分析，根据评分进行图像质量的评估，取三者的平均值为最后的主观评分。评分标准见表1［6］，其中解剖细节包括肺纹理及纵隔内血管形态、范围、边缘清晰度以及容积再现（VR）和最小密度投影（MinIP）重建后支气管的完整性等。图像质量评分≥3分可满足诊断要求。

表1　贵州小型猪胸部行不同方案扫描图像质量的主观评分标准

1.4.2图像质量客观评价 客观评价包括CT值、噪声、信噪比（SNR）及对比噪声比（CNR）。在各组图像纵隔窗选择升主动脉干，脊柱后方肌肉内无伪影、钙化等干扰区划定感兴趣区（ROI），大小为（50±10）mm2，记录ROI内平均CT值及标准差（SD）；SNR=CT值主动脉平均/SD主动脉平均。CNR指两种组织信号强度差值与背景噪声的SD之比，即CNR=（CT值主动脉平均-CT值脂肪）/SD主动脉平均。

1.5统计学方法 采用SPSS 20.0软件，数据采用假设检验：完全随机设计的方差分析，存在统计学差异后，再行配对t检验两两比较，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

2.13组扫描方案管电流、管电压调节情况 3组方案实际扫描管电流差异有统计学意义（P＜0.01），进一步行两两比较：A组、B组、C组间差异均有统计学意义（P＜0.05）；3组方案实际扫描管电压比较差异有统计学意义（P＜0.01），进一步行两两比较：C组与A组和B组差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2　贵州小型猪胸部行不同方案扫描管电流、管电压调节比较

2.23组扫描方案辐射剂量比较 CTDIvol、DLP、ED差异均有统计学意义（P＜0.01），进一步行两两比较：A组、B组、C组间差异均有统计学意义（P＜0.05）。与A组比较，B组ED减低约13.89%；C组ED减低26.85%。见表3。

表3　贵州小型猪胸部行不同方案扫描辐射剂量比较

2.33组扫描方案CT值、噪声、SNR及CNR比较3组扫描方案图像升主动脉、脊柱后方肌肉、皮下脂肪CT值及升主动脉噪声差异均无统计学意义（P＞0.05）；3组扫描方案图像升主动脉区SNR、CNR差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表4、5。

2.43组扫描方案纵隔窗、肺窗图像质量评分比较 3组扫描方案所得纵隔窗、肺窗图像质量评分均在4分以上，差异无统计学意义（P＞0.05），可认为3种扫描方式得到的胸部CT平扫图像质量无明显差异。见表6及图1、2。

表4　贵州小型猪胸部行不同方案扫描平均CT值及噪声比较（HU）

表5　贵州小型猪胸部行不同方案扫描升主动脉区SNR、CNR比较

表6　贵州小型猪胸部行不同方案扫描图像质量评分比较（分）

图1　同一贵州小型猪3种扫描方案同一层面肺窗及纵膈窗的比较。A组扫描方法所得肺窗，评分为4.78分A）；B组扫描方法所得肺窗，评分为4.79分（B）；C组扫描方法所得肺窗，评分为4.80分（C）；A组扫描方法所得纵隔窗，评分为4.82分D）；B组扫描方法所得纵隔窗，评分为4.81分（E）；C组扫描方法所得纵隔窗，评分为4.80分（F）

图2　贵州小型猪胸部行C组扫描方案重建后VR支气管树重建完整，末梢结构清晰（A），同一方案扫描后MinIP重建显示气管、支气管及其分支清晰，管壁光滑，走行清晰（B）

3　讨论

随着CT技术的快速发展，CT检查越来越广泛地运用于临床诊疗中，但其获得精确诊断的同时，也对人体造成一定的医源性辐射损害。X线辐射存在一定致癌、致畸风险，尤其对婴幼儿、孕妇及育龄期妇女更加敏感［7-8］。因此，降低辐射剂量是当前研究的焦点。Care Dose 4D联合Care kV技术是降低CT辐射剂量同时保证图像质量的措施之一，其工作原理［9］：根据定位像自动确定受检者的体型，再根据预先设定的图像质量水平（参考电流、参考电压），自动计算不同管电压下所需管电流的基准值和变化曲线，在保证图像资料达到预设图像质量水平的同时，优化并降低扫描剂量。

关于Care Dose 4D和Care kV技术的文献较多，集中在不同个体及不同部位间的研究比较［10-11］。本研究通过对雌雄各半共10只贵州小型猪胸部行不同方案的CT扫描，与常规胸部扫描比较，分析Care Dose 4D扫描及Care Dose 4D联合Care kV扫描的各参数，发现3组扫描方案之间实际扫描管电流、实际扫描管电压差异有统计学意义（P＜0.01）。ED间比较，差异有统计学意义（P＜0.01），且以常规扫描剂量最高（P＜0.01）；开启Care Dose 4D扫描剂量稍低，ED降低约13.89%；开启Care Dose 4D联合Care kV扫描最低，ED降低约26.85%，表明Care Dose 4D联合Care kV技术确实能降低CT辐射剂量，这与康绍磊等［12］运用Care Dose 4D联合Care kV技术研究不同个体间胸部扫描报道一致。3种扫描方案图像主观评分差异无统计统计学意义（P＞0.05），且所有图像评分均较高，在4分以上，原因是实验动物为冠状动脉栓塞心肌缺血造模失败死亡后立刻进行的本项研究，避免了呼吸伪影的干扰。和已有在不同个体间相同部位的研究［10，12-13］图像质量评分结果一致性相同。对于客观评价的比较，无论是对不同组织的CT值，还是对升主动脉区域的噪声、SNR及CNR的对比，差异均无统计学意义（P＞0.05），说明运用Care Dose 4D联合Care kV技术扫描所得图像的客观评价指标并未下降。理论上扫描剂量的降低，必然导致图像噪声的增加，但本研究显示，虽然3组图像噪声绝对数据依次有所增大，但差异无统计学意义（P＞0.05），其原因主要考虑为Care Dose 4D、Care kV技术根据预先设定参考电流、参考电压扫描从而保证图像噪声与之一致，与在不同个体、相同部位研究报道结果［3，10-11］同样具有较准确的一致性。

总之，Care Dose 4D联合Care kV技术在CT扫描中，能降低辐射剂量、保证图像质量，其功能和结果的准确性可信，值得临床推广应用。但本研究尚有一定的局限性：受实验动物所限，样本数量相对较少，未对体重指数进行分组研究，未对图像诊断效能作分析比较，将在以后的研究中进一步完善。

［1］ Zhang J， Kang S， Han D， et al. Application of intelligent optimal kV scanning technology （CARE kV） in dual-source computed tomography （DSCT） coronary angiography. Int J Clin Exp Med， 2015， 8（10）: 17644-17653.

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（本文编辑周立波）

Care Dose 4D Combined with Care kV to Reduce CT Radiation Dose: An Experimental Study of Assessing Its Accuracy

Purpose To explore the accuracy of combining Care kV and Care Dose 4D to reduce radiation dose by using Guizhou miniature pigs which underwent dual-source CT chest scans with different options. Materials and Methods Chest CT scans were performed upon the 10 Guizhou miniature pigs which were divided into groups A， B and C. With the other conditions remain unchanged， group A underwent conventional scan （100 kV/120 mAs）；group B had Care Dose 4D scan （voltage 100 kV， reference current 120 mAs）； group C underwent Care Dose 4D and Care kV scan （reference voltage 100 kV， reference current 120 mAs）. Aspects of actual scan tube current， tube voltage， radiation dose， average CT value， noise， signal noise ratio， contrast noise ratio， subjective ratings of images were compared among the three groups. Results In the three groups， the actual scan tube current， the tube voltage and radiation dose had significant differences （P＜0.05）. Compared with that in group A， effective dose in group B decreased by 13.89% and that in group C reduced by 26.85%； the average CT value， noise， signal noise ratio， contrast noise ratio and subjective ratings of images had no significant difference （P＞0.05）. Conclusion Compared with conventional scan， the technology of combining Care Dose 4D with Care kV can greatly reduce radiation dose but still remain high image quality.

Tomography， X-ray computed； Radiation dosage； Disease models， animal；Swine， miniature

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.09.001

王荣品

Department of Imaging， Guizhou Provincial People's Hospital， Guiyang550002， China

Address Correspondence to: WANG Rongpin E-mail: wangrongpin@126.com

贵州省科技计划项目（黔科合SY字［2011］3057号）；贵阳市科技计划项目（筑科合同［20151001］社63号）。

R445.3；R543.3

2016-03-17

2016-05-13

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷 第9期：641-644

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 （9）: 641-644