头颅CT不同扫描方式的图像质量分析

刘晓怡

綦维维QI Weiwei

刘 卓LIU Zhuo

陈 雷CHEN Lei

洪 楠HONG Nan

头颅CT不同扫描方式的图像质量分析

刘晓怡LIU Xiaoyi

綦维维QI Weiwei

刘 卓LIU Zhuo

陈 雷CHEN Lei

洪 楠HONG Nan

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第6期：418-421，429

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (6): 418-421, 429

目的分析256排宽体探测器轴扫描、常规探测器轴扫描和螺旋扫描头颅CT的图像质量，为患者提供更加有效的头颅CT检查方法。资料与方法将90例行常规头颅CT检查的患者随机分为3组进行前瞻性研究，采用GE Revolution CT分别进行探测器宽度160 mm轴扫描、40 mm轴扫描和40 mm螺旋扫描。调整扫描条件使辐射剂量保持一致的情况下进行图像质量分析。比较3种扫描模式所得图像的脑灰、白质CT值及灰白质对比噪声比（CNR）和图像噪声，并对3种扫描方式进行图像质量的主观评分。结果侧脑室体部层面3种扫描方式的脑灰、白质CT值及CNR差异无统计学意义（P＞0.05）。在半卵圆中心层面，160 mm轴扫描的脑灰、白质CT值分别为（31.71±1.82）HU和（22.97±1.50）HU，灰白质CNR为2.05±0.42，与其他2种扫描方式差异有统计学意义（F=26.74、47.16、3.85，P＜0.05）。在半卵圆中心层面，160 mm 轴扫描的图像噪声低于其他2 种扫描方式，差异有统计学意义（F=6.31，P＜0.05）；在基底节层面和后颅窝层面3 种扫描方式的图像噪声差异无统计学意义（P＞0.05）。3种扫描方式主观评分均符合诊断标准，差异无统计学意义（P＞0.05）。160 mm宽体探测器轴扫描有效剂量、扫描时间均低于其他2种扫描方式，射线利用率高。结论160 mm宽体探测器头颅CT轴扫描更加适合常规头颅CT检查，并可作为急诊及不合作患者的首选扫描方式。

体层摄影术，X线计算机；体层摄影术，螺旋计算机；脑；辐射剂量；质量控制

CT是公认的神经系统疾病一线检查手段[1]。由于探测器宽度的限制，常规头颅CT平扫一直沿用窄体探测器轴扫描采集模式，存在一定的局限性，包括扫描时间长、躁动不合作的患者容易出现运动伪影以及冠状位重组时的伪影等[2-3]。近来，基于硬件和软件的进步，多排螺旋CT的探测器宽度可达到80 mm和160 mm，宽体探测器CT不仅可以进行更快速的扫描，还可以通过轴扫描完成大范围的容积成像，空间分辨率、时间分辨率等性能有大幅度的提升。对于头颅CT检查，射线要穿过颅骨，窄体轴扫描因为较好的准直和较少的散射线是获得良好图像质量的保证，但能否通过探测器宽度的增加进行快速单次头颅扫描，并获得较高质量的图像，目前国内外相关报道较少。本研究采用Revolution CT（GE Healthcare）探讨不同探测器宽度的轴扫描和螺旋扫描对常规头颅CT图像质量的影响，分析更加适合常规头颅CT检查的扫描方式。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2015年6－8月因头痛、头晕等在北京大学人民医院行头颅CT检查的患者共90例进行前瞻性研究，其中男33例，女57例；年龄21～66岁，平均（49.2±12.1）岁。将90例患者随机分为3组，每组30例，分别采用160 mm宽体探测器轴扫描、40 mm常规探测器轴扫描和40 mm常规探测器螺旋扫描3种方式进行检查，其中160 mm轴扫描组男12例，女18例；年龄25～66岁，平均（50.8±12.2）岁；40 mm轴扫描组男10例，女20例；年龄21～65岁，平均（47.5±12.9）岁；40 mm螺旋扫描组男11例，女19例；年龄21～65岁，平均（49.2±11.4）岁。排除标准：影像诊断颅内占位、脑出血、脑梗死、脑萎缩等影响数据测量的患者。

1.2 仪器与方法 采用GE Revolution 256排螺旋CT机，取仰卧位，以听眦线为扫描基线进行头颅CT扫描。160 mm轴扫描、40 mm轴扫描及40 mm螺旋扫描的扫描参数：管电压均为120 kV，管电流分别为425、435、430 mA，旋转时间均为0.5 s/r，螺旋扫描螺距为0.969∶1，扫描时间分别为0.5、9.5、2.5 s。扫描范围颅顶至颅底，标准重建算法。

1.3 图像客观分析 比较3种扫描模式所得图像的脑灰质、白质CT值和图像噪声，计算脑灰、白质对比噪声比（CNR），CNR=（灰质平均CT值－白质平均CT值）/[（灰质平均噪声）2+（白质平均噪声）2]1/2[4]。选择3个解剖层面来研究，即半卵圆中心层面、侧脑室体部层面及后颅窝颞骨岩部层面。在半卵圆中心层面、侧脑室体部层面测量脑灰、白质CT值，灰质ROI大小3～5 mm2，白质ROI大小30 mm2。取3个层面平均CT值的标准差（SD）衡量图像噪声，ROI大小30 mm2。比较3种扫描方式的辐射剂量、射线利用率，有效剂量=CTDI×16×0.0023，其中CTDI为CT容积剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol）。

1.4 图像主观分析 由2名放射科副主任医师采用双盲法对3种扫描方式获得的CT图像从解剖结构显示、伪影、噪声和诊断的可接受程度4个方面进行图像质量评分。采用5分法进行评价[4]，5分：优，解剖结构清楚，图像清晰，无伪影，完全符合诊断要求；4分：良好，解剖结构较清楚，图像较清晰，轻度伪影，符合诊断要求；3分：一般，解剖结构能辨认，图像中度模糊或伪影，不影响诊断；2分：较差，解剖结构不清，能大致辨认，有明显伪影，不符合诊断要求；1分：差，解剖结构显示不清，图像模糊，伪影重，完全不能用于诊断。2名医师意见不一致时，协商达成一致。

1.5 统计学方法 采用SPSS 21.0软件，采用单因素方差分析进行3种扫描方式客观指标及主观指标的比较，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 图像客观质量比较 3种扫描方式的灰、白质CT值及CNR见表1。在半卵圆中心层面，160 mm轴扫描的灰、白质CT值低于40 mm轴扫描和40 mm螺旋扫描，分别降低了9%及8%（P＜0.05）；160 mm轴扫描CNR优于其他2种扫描方式，差异有统计学意义（F=3.85，P＜0.05）。在侧脑室体部层面，3种扫描方式的灰、白质CT值及CNR差异无统计学意义（P＞0.05）。3种扫描方式的图像噪声见表2。在半卵圆中心层面，160 mm轴扫描的图像噪声低于其他2种扫描方式，差异有统计学意义（F=6.31，P＜0.05），在侧脑室体部层面和后颅窝层面3种扫描方式的图像噪声差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 图像主观质量评分 160 mm轴扫描、40 mm轴扫描和40 mm螺旋扫描主观评分分别为（4.40±0.56）分、（4.33±0.55）分和（4.36±0.56）分，三者差异无统计学意义（P＞0.05）。160 mm轴扫描在脑白质病、脑梗死（急性-亚急性）和脑梗死（陈旧性）3个代表层面对头颅正常解剖部位和病变的显示清晰，符合诊断要求（图 1～3）。

2.3 辐射剂量、射线利用率 160 mm轴扫描、40 mm轴扫描和40 mm螺旋扫描CTDIvol分别为33.33、33.77、33.91 mGy；射线利用率分别为96.6%、89.5%和89.5%；有效剂量分别为1.23、1.24、1.25 mGy。

表1 3种扫描方式灰、白质CT值及CNR比较（±s）

表1 3种扫描方式灰、白质CT值及CNR比较（±s）

扫描方式 半卵圆中心层面 侧脑室体部层面灰质CT值（HU）白质CT值（HU） CNR 灰质CT值（HU）白质CT值（HU） CNR 160 mm 轴扫描 31.71±1.82 22.97±1.50 2.05±0.42 34.67±1.14 27.56±1.02 1.59±0.30 40 mm 轴扫描 34.81±1.41 26.11±1.29 2.00± 0.42 34.73±1.28 27.16±1.06 1.71±0.41 40 mm 螺旋扫描 34.45±2.10 25.81±1.35 1.76± 0.42 34.39±1.47 26.95±1.11 1.67±0.47F值 26.74 47.16 3.85 0.60 2.51 0.75P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

表2 3种扫描方式噪声比较（±s）

表2 3种扫描方式噪声比较（±s）

扫描方式 半卵圆中心层面后颅窝层面160 mm轴扫描 2.89±0.68 4.11±0.67 6.10±0.98 40 mm轴扫描 3.48±0.44 4.27±0.51 5.72±0.99 40 mm螺旋扫描 3.35±0.83 4.37±0.56 5.91±1.00F值 6.31 1.45 1.09P值 ＜0.05 ＞0.05 ＞0.05侧脑室体部层面

图1 女，59岁，脑白质病。双侧半卵圆中心低密度灶，解剖结构清楚，图像清晰，无伪影，病灶显示清晰，评分5分

图2 男，58岁，脑梗死（急性-亚急性期）。右侧侧脑室旁白质内及左侧侧脑室前角旁低密度灶，边界稍模糊，解剖结构显示较清楚，图像较清晰，无伪影，评分4分

3 讨论

既往由于探测器技术的限制，覆盖范围最多达40 mm。头颅CT传统轴扫描模式扫描时间长，对于临床配合差或不自主运动的患者很难获得满意的图像，因此，唯有缩短扫描时间并保证图像质量才能克服常规轴扫描模式带来的局限性。本研究采用的Revolution CT机具有160 mm的Z轴覆盖范围，能够实现一次轴扫覆盖整个头颅，极大地提高了扫描速度并获得了满意的图像质量。

图3 女，58岁，脑梗死（陈旧性）。右侧小脑半球低密度灶，边界清晰，水样密度，解剖结构清楚，图像清晰，无伪影，病灶显示清晰，评分5分

从图像质量的客观评价来看，宽体探测器轴扫描较传统探测器有优势。本研究中在半卵圆中心层面，160 mm轴扫描模式灰、白质CT值略低于40 mm轴扫描和螺旋扫描（P＜0.05），相应160 mm轴扫描模式的CNR高于其他2种扫描模式（P＜0.05）。在侧脑室体部层面，3种扫描方式的灰、白质CT值及CNR差异均无统计学意义（P＞0.05），其主要原因可能随着160 mm宽体探测器的X线锥角增加，足跟效应相应增加，X线频谱在Z轴发生变化，扫描野的边缘部位发生了CT值的偏移，即在半卵圆中心层面出现了CT值的偏移[5]。虽然发生了CT值的偏移，但偏移程度在10%以内。同时本研究还发现，160 mm轴扫描的CNR与40 mm轴扫描和螺旋扫描的CNR相当，甚至在靠近扫描野边缘的半卵圆中心层面，脑组织的CNR优于其他2种扫描模式。因此，本研究认为160 mm轴扫描方式的扫描野边缘部位CT值的轻度偏移不会影响如急性脑梗死等低对比度病灶的清晰显示，并且主观评分结果也证实了3种扫描方式图像质量的主观评分差异并无统计学意义（P＞0.05）。此外，在进行图像冠状位或矢状位重组时，由于160 mm宽体探测器旋转1周即可完成整个头颅的扫描，扫描速度快、运动伪影少，因此其图像重建时比传统探测器轴扫描或螺旋扫描更具有优势。

宽体探测器与传统探测器相比，提高了射线的利用率，减少了辐射。根据数据采集方式的不同可知，螺旋扫描模式的剂量要高于轴扫描模式。螺旋扫描有剂量叠加的情况，而轴扫描模式没有重叠扫描的部分，因此不会增加额外的辐射剂量[6]。螺旋扫描因为需要采集扫描野外的部分数据，有扫描野外的无效剂量导致射线利用率降低。在螺旋扫描模式下，同时随着探测器宽度的增加，超范围扫描将增大，扫描剂量会增加，因此，宽线束带来的额外辐射所占整体辐射的比例要小于窄线束[7]。即轴扫模式下，宽体探测器的额外辐射占整体辐射的比例小于常规探测器。从本研究的射线利用率来看，160 mm宽体探测器轴扫描最高（96.6%），40 mm常规探测器轴扫描和螺旋扫描较低（89.5%）。本研究结果与常鑫等[8]关于头颅CT轴扫描模式和螺旋扫描模式的辐射剂量比较结果一致。目前64排CT轴扫描已广泛应用于心脏低剂量扫描，在腹部成像中也得到了较多的应用[9-12]。射线利用率的结果显示宽体探测器轴扫描对于降低头颅CT扫描的辐射剂量有更多的贡献。

另外，宽体探测器的应用提高了检查的时间分辨率。轴扫描模式中，扫描时间为曝光时间与扫描床移动的时间之和。而螺旋扫描总的检查时间即为曝光时间，因此，螺旋扫描时间常常短于轴扫描模式，既往常规探测器轴扫描模式对于躁动患者图像采集时容易出现运动伪影。探测器宽度增加到160 mm，旋转1周即可覆盖整个头颅，极大地缩短了检查时间。本研究中160 mm宽体探测器轴扫描时间仅需0.5 s，明显低于40 mm探测器轴扫描的9.5 s和螺旋扫描的2.5 s，有效提高了时间分辨率，尤其适用于急诊及躁动不合作的患者，可以减少甚至避免运动伪影的产生，提高检查成功率。

同时，宽体探测器也面临着一系列的挑战。本研究中，在后颅窝层面，宽体探测器轴扫描图像的噪声略高于其他2种扫描模式，其原因可能为探测器宽度增加，需要大的X线锥角，提示数据采集过程中会出现Z轴的信号盲区，产生锥形束伪影、形变及散射线问题，增加图像的噪声、影响成像质量[13]。此外，轴扫描模式和较宽的探测器宽度对颅底高密度骨质结构产生的伪影更加敏感[6,14]。因此，在接近颅底的层面，宽体探测器轴扫描的噪声可能会有所增加，虽然本研究中颅底层面的噪声略有增加，但与其他2种方法相比差异并无统计学意义（P＞0.05）。此外，在半卵圆中心层面，图像噪声低于其他2种扫描方式。本研究考虑这可能与CT设备为了克服锥形束图像边缘形变而做的改变有关。但整个头颅图像从主观评分来看，3种扫描方式的图像质量差异无统计学意义（P＞0.05），说明探测器宽度的增加未导致临床诊断质量下降。160 mm轴扫描组的头颅CT图像均符合临床诊断要求，并且与另外2组相比，图像质量未见明显降低。

为了比较不同模式的图像质量，本研究在辐射剂量尽量一致的条件下进行了研究，因为噪声和CNR均与辐射剂量有关，辐射剂量越高，噪声越低。然而，由于设备的限制，本研究中管电流只能按5的整数倍进行调节，3种扫描方式间略有差别。

总之，采用160 mm宽体探测器进行常规头颅CT单圈扫描，可以提高射线的利用率，同时图像质量未降低。此外，160 mm宽体探测器轴扫描较40 mm常规探测器轴扫描和螺旋扫描分别缩短了约95%和75%的时间，这能为急诊、躁动及不合作的患者获得满意的图像提供有效的检查方法。随着今后CT硬件性能的不断提高、重建算法和扫描技术的进步，宽体探测器轴扫描的优越性将更进一步得到体现。

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（本文编辑 周立波）

Image Quality Assessment of Brain CT with Different Scanning Modes

PurposeTo analyze the image quality of brain CT with 256-slice wide detector axial scanning mode, routine axial scanning mode and spiral scanning mode, and to provide a more effective brain CT examination method for patients.Materials and MethodsThe prospective study was conducted on 90 patients accepting routine brain CT examination, and they were randomly divided into three groups. CT examination with 160 mm axial scanning mode, 40 mm axial scanning mode and 40 mm spiral scanning mode were respectively conducted using GE Revolution CT. The scanning condition was adjusted to remain constant radiation dose, and then the image quality was analyzed. CT attenuation of gray and white matter, contrast-to-noise ratio (CNR) of white-gray matter and image noise of the three scanning modes were compared. Subjective scoring on image quality of the three scanning modes was also performed.ResultsOn body lateral cerebral ventricle level, there were no signi fi cant difference in CT attenuation of gray and white matter and CNR (P＞0.05). On centrum semiovale level, the CT attenuation of gray matter[(31.71±1.82) HU], white matter [(22.97±1.50) HU] and CNR 2.05±0.42 of 160 mm axial scanning mode was significantly different from the other two scanning modes(F=26.74, 47.16 and 3.85,P＜0.05). On centrum semiovale level, image noise of 160 mm axial scanning mode was lower than the other two kinds of scanning methods (F=6.31,P＜0.05)， in the basal ganglia and posterior fossa there were no statistically significant differences in the image noise between the three scanning modes (P＞0.05). The subjective score of the three scanning modes all met the diagnostic requirements, and there was no significant difference (P＞0.05). The effective dose and scanning time of 160 mm axial scanning mode was lower than those of the other two scanning modes, and the X-ray utilization was higher.Conclusion160 mm wide detector axial scanning mode is more suitable for brain CT scan, and it can be used as the preferred scanning mode in the emergency and among non-cooperative patients.

Tomography, X-ray computed; Tomography, spiral computed; Brain;Radiation dosage; Quality control

北京大学人民医院放射科 北京 100044

洪 楠

2016-10-29

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.06.005

2016-12-20

Department of Radiology, Peking University People's Hospital, Beijing 100044, China

Address Correspondence to:HONG Nan

E-mail: hongnan@bjmu.edu.cn

R445.3；R816.1