人体体模检测多层螺旋CT低剂量胸-腹部联合扫描剂量研究

黄翔静 谢应朗 董 赟 李值慧

1.四川省雅安职业技术学院，四川雅安 625000；2.四川省雅安市人民医院，四川雅安 625000

近年来CT 检查已在临床诊疗中应用非常广泛，患者扫描的次数也日益增多，因而患者所接受辐射剂量逐步增多，致癌风险也随之增高。我们在满足诊断的要求下，适当降低CT 扫描剂量。有文献报道，一般认为被检者所接受的剂量较常规剂量降低20%以上才能确认为剂量降低[1]。胸部的LDCT（低剂量CT）的辐射剂量为标准剂量的10% ～ 30%[2]。胸部低剂量CT 扫描应用目前在临床上已较为成熟，而胸-腹部多部位联合低剂量扫描的研究报道目前相对较少，本研究是利用人体体模检测MSCT 低剂量胸-腹部联合“一站式”扫描的剂量研究。

1 资料与方法

1.1 CT设备及扫描方案

使用东软64 层螺旋CT 及AVW 图像处理工作站；主要技术参数为：管电压120kV，层厚5mm，层间距5mm，螺距1.20。分别设置8 组不同的管电流（400、240、200、160、120、80、40、20mA），定位从肺尖扫至耻骨联合（每次扫描获得120 幅轴位像），扫描结束后记录每组扫描方案CT 扫描自动生成体模X 线剂量参数，包括CT 容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）。

1.2 实验对象

日本京都科学生产的X 线/CT 全身可动体模PH2B（体模身高165cm，体重50kg）。

1.3 体模等效性论证

以管电压120kV，固定管电流400mA 分别对人体仿真体模和本院体检中心检查者（选取本院自愿参加体检人群男性10 名，平均身高170cm，平均体重65kg，均告知取得同意），在自然呼吸状态下进行胸-腹部联合CT 平扫，分别测量肺、心脏、胸椎、肝脏、肾脏相同层面的平均CT 值，ROI 大小均为100mm2。根据对各组织器官平均CT 值测量后分析体模组织的X 线衰减等效程度。

1.4 图像质量评价

1.4.1 主观图像质量评价 由三名有十年以上工作经验放射诊断医师采用双盲法对图像质量进行主观评价，通过观察锐利程度进行评价，评分标准分为5 级：1 分：差，图像模糊，组织对比差，完全无法满足临床诊断要求；2 分：较差，不能满足诊断要求；3 分：一般，尚能满足诊断要求；4 分：良好，能满足诊断要求；5 分：优，图像质量好，组织对比清晰，内部结构边缘锐利，完全能满足诊断要求。≥3分的图像被认为可以满足临床要求。

1.4.2 将图像传送到AVW 后处理工作站，分别选取第二肝门层面、右肺下叶背段层面、四腔心层面，设置面积为100mm2的圆形ROI，测量背景区CT 值（CTb）和标准差（SDb），测量目标区域CT 值（CTo），选取目标区域分别为肝右叶后段、右肺下叶背段、四腔心及胸椎，测量时ROI 大小、位置保持一致，多次测量取平均值，SD 为图像噪声，对比噪声比（CNR）=（CTo-CTb）/SDb 计算得出。

1.5 辐射剂量的计算

记录每次扫描结束后CT 设备上显示每组各受检查的CT 容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）。DLP=CTDIvol×扫描长度；ED =DLP×K[K=0.015 Sv/（mGy·cm）][3]。

1.6 统计学处理

采用SPSS22.0 进行统计学分析，体模与志愿者主要脏器的CT 值以表示，采用独立样本t检验的方法，P ＜0.05 表示差异有统计学意义；计量资料多组间比较采用ANOVA 分析，进一步两两比较采用Dunnett-t 检验。主观评分资料为非正态分布的定量资料，多组间主观评分资料的比较采用Kruskal-Wallis 秩和检验，进一步两两比较采用Mann-Whitney U 检验[4]。

表1 人体仿真体模与人体主要器官CT值（，HU）

表1 人体仿真体模与人体主要器官CT值（，HU）

检查对象 肺 心脏 脊柱 肝脏 肾脏体模 -882.18±78.70 36.49±2.64 267.70±81.87 64.56±7.56 26.19±0.91志愿者 -852.09±38.00 37.43±4.45 242.22±39.77 54.42±6.09 28.03±2.98 t -1.089 -0.575 0.885 3.302 -1.868 P 0.291 0.573 0.392 0.004 0.089

图1、2、3 为人体体模肺尖、四腔心、肝门平面CT 横断面图像

图4、5、6 分别为与之对应的正常成人CT 横断面图像

2 结果

2.1 CT体层解剖及X线衰减等效性

人体仿真体模胸腹部主要脏器均能在CT 图像上良好显示，与正常人体CT 图像相似（图1 ～6）。

人体仿真体模胸腹部主要脏器与正常人体对比如下：肝脏平均CT 值差异有统计学意义（P ＜0.05），肺、心脏、脊柱及肾脏平均CT 值与人体差异无统计学意义（P ＞0.05）。体模主要器官平均CT 值为肺组织-882.18HU、心脏36.49HU、脊柱267.70HU、肝脏64.56HU、肾脏26.19HU。见表1。

2.2 不同mA值扫描的辐射剂量

实验1 组较对照组毫安量降低40%，实验2 组降低50%，实验3 组降低60%，实验4 组降低70%，实验5 组降低80%，实验6 组降低85%，实验7 组降低90%，均属于低剂量扫描；随着mA 值逐渐降低，CT 容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）均随之下降，实验组前5组mA 值降低均相差40mA，CTDIvol 逐级下降1.3 mGy，DLP 逐级下降85 mGy.cm，ED 逐级下降1.26 mSv；后两组上述值减小幅度逐渐变小。见表2。

表2 对照组与各实验组管电压为120kV、不同管电流下的辐射剂量结果比较

2.3 不同mA值的图像质量评分

2.3.1 客观图像质量评价 图像噪声（SD）随着mA 值减小而增大，肺、心、肝、骨的图像噪声差异均有统计学意义（P ＜0.001）。其中实验3 ～ 7 组的肺图像噪声均高于对照组（P ＜0.05），实验组的心和肝图像噪声均高于对照组（P ＜0.05），实验2 ～7 组的骨图像噪声均高于对照组（P ＜0.05），可以认为肺组织CT 检查选择240mA 或200mA，骨检查使用240mA 时，尚不能认为图像噪声与对照组有差异。见表3。

表3 对照组与各实验组管电压为120kV、不同管电流下的图像噪声值比较

表3 对照组与各实验组管电压为120kV、不同管电流下的图像噪声值比较

注：与对照组比较，*P ＜0.05

组别 SD肺 SD心 SD肝 SD骨对照组400mA 31.57±5.87 4.67±0.25 8.63±1.19 11.30±0.66实验1组240mA 35.10±1.01 6.13±0.25* 10.26±0.40* 12.17±0.71实验2组200mA 39.50±3.40 6.50±0.30* 10.87±0.45* 13.03±0.51*实验3组160mA 41.33±2.22* 7.07±0.64* 11.87±0.51* 14.00±0.44*实验4组120mA 43.40±1.47* 7.63±0.72* 12.90±0.44* 14.83±0.90*实验5组80mA 46.83±1.69* 9.30±1.01* 13.63±0.55* 17.03±0.91*实验6组60mA 54.80±5.20* 10.53±0.15* 14.00±0.52* 22.27±1.05*实验7组40mA 68.93±5.24* 12.33±0.68* 14.77±0.35* 23.90±1.61*F 30.640 57.658 35.760 78.554 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 对照组与各实验组管电压为120KV、不同管电流下的图像对比噪声比较

表4 对照组与各实验组管电压为120KV、不同管电流下的图像对比噪声比较

注：与对照组比较，*P ＜0.05

组别 肺 心 肝 骨对照组400mA 21.15±2.15 8.12±0.38 10.17±1.07 52.12±6.30实验1组240mA 18.24±0.98* 6.60±0.40* 8.36±0.29* 42.64±2.86*实验2组200mA 16.17±0.30* 5.81±0.19* 7.78±0.30* 36.56±1.29*实验3组160mA 15.67±0.14* 5.30±0.17* 6.68±0.27* 34.00±0.09*实验4组120mA 14.57±0.56* 5.26±0.20* 6.11±0.05* 31.53±0.15*实验5组80mA 13.53±0.32* 4.89±0.06* 5.92±0.06* 30.74±0.21*实验6组60mA 13.00±0.46* 4.43±0.03* 4.70±0.20* 29.10±0.89*实验7组40mA 12.00±0.46* 3.32±0.38* 4.32±0.13* 26.41±0.84*F 33.257 87.661 62.704 33.104 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

对比噪声比（CNR）随着mA 值减小而降低，肺、心、肝、骨的图像对比噪声比差异均有统计学意义（P ＜0.001）；实验1 ～ 7 组的肺、心、肝、骨的图像对比噪声比均低于对照组（P ＜0.05）。见表4。

2.3.2 主观图像质量评价 三名医师分别对不同管电流下图像质量进行主观评分，主观评分资料为非正态分布的定量资料，故多组间主观评分资料的比较采用Kruskal-Wallis 秩和检验，可以认为不同管电流下图像质量不全相同（P ＜0.001）。采用Mann-Whitney U 检验的方法进一步两两比较得知，实验3 ～ 7 组影像质量的主观评分低于对照组（P＜0.05），实验1 ～ 2 组影像质量的主观评分与对照组间差异无统计学意义（P ＞0.05）。见表5。

3 讨论

随着CT 检查技术的飞速发展，在现代临床辅查中应用及范围越来越广，CT 检查在给人们带来裨益的同时，它的电离辐射危害也不容小觑。诊断成像的辐射暴露与癌症诱发的风险之间的关系仍然是一个有争议的话题，长期暴露于低水平电离辐射被广泛认为与恶性肿瘤风险增加有关，X 线辐射过量会引发白血病、放射性白内障、甲状腺癌、乳腺癌和肺癌等。对此，国家卫生部指定的“放射卫生防护标准”强调“医疗照射必须遵循实践的正当化和放射防护最优化的原则，必须减少受检者所受照射量，开展X 线诊断服务的医疗单位和有关临床医师，X 线工作者等都直接对受检者的防护有重要责任”；在不损失诊断性能的前提下进行剂量优化是使用CT 良好实践的关键[5-9]。在日常CT 扫描中，为了更加突出CT 图像的临床价值，使得临床放射工作者更加注重图像的质量而忽略了辐射剂量的问题[10]。因此，在保证影像诊断的前提下，通过合理运用CT 扫描参数优化扫描方案，最大限度地降低患者接受的辐射剂量。

表5 不同医师对各组图像质量评分结果M（P25，P75）

若以患者作为实验对象反复扫描使其接收更多的辐射剂量，存在伦理问题[11]。本研究表明人体仿真体模胸腹部主要脏器均能在CT 图像上良好显示，与正常人体CT 图像相似；人体仿真体模胸腹部主要脏器与正常人体对比，肝脏平均CT 值差异有统计学意义（P ＜0.05）。因此本研究是利用人体仿真体模来测量选择不同曝光剂量在胸-腹部联合扫描中实质器官的吸收剂量及辐射剂量评估来确定最佳扫描参数。研究结果表明，随着mA 值逐渐降低，CT 容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）、有效剂量（ED）均随之下降，图像噪声值（SD）增加，图像对比噪声比（CNR）下降。管电流的降低在导致信噪比下降的同时，会引起密度分辨率的下降，其结果可能导致密度相近区域辨识困难[12]。我国放射卫生防护标准（GB4792284）对CT检查辐射的年剂量做出一定要求，严格控制个人组织或器官接受辐射的年剂量＜50mSv。有文献资料报道欧共体早在1997 年就出台胸腹部CT 扫描剂量参考标准，规定（CTSIw）27mGy，剂量长度乘积650mGy×cm[13]。通过调整X 射线管电流和管电压可直接改变扫描剂量，降低mAs 是降低射线剂量的重要途径[14]。本研究采用客观及主观图像质量评价，兼顾图像质量满足诊断要求，且扫描剂量较常规剂量下降＞20%为技术目标，管电压为120kV 时，降低管电流，实验1 ～ 5 组（管电流分为240、200、160、120、80mA）显示肺组织较好，实验1组（管电流为240mA）显示心脏较好，实验1、2 组（管电流分为240、200 mA）显示肝脏较好，实验1 ～3 组（管电流分为240、200、160mA）显示骨骼较好。因此，综合以上因素考虑，管电压为120kV 时，降低管电流为240、200mA，显示胸腹部脏器较好，且两组低剂量组分别较对照组毫安量降低40%、50%，CTDIvol 较对照组分别降低 5.3、 6.6mGy， DLP 较对照组分别ED 较对照组分别降低5.1、6.38mSv。

胸-腹部联合“一站式”扫描可一次性快速完成胸部与腹部CT 扫描，缩短了扫描时间，避免交叉部位重复扫描，既提高了检查效率，又降低了患者辐射剂量。MSCT 一站式检查优势明显， 它不但可以节约检查时间优化检查流程， 还具有极高的诊断价值，在群体性突发应急事件中， MSCT 可推荐为多部位损伤的首选检查方法[15]。

本研究存在的不足：人体体模为中等身材成年男性，未涉及体型过小或过大的受检者；体模实验数据还需经过临床研究进一步论证。由于CT 机型的不同，运用扫描的技术参数差异较大，准确性参差不齐，在临床实际操作中缺乏完整的最优化的技术方案。