宽体探测器CT不同扫描方式对胸部低剂量CT图像质量及辐射剂量的影响

吴柯薇，钟朝辉，王振常，袁颖，秦翔宇，李妍

首都医科大学附属北京友谊医院 放射科，北京 100050

引言

肺癌目前高居我国恶性肿瘤发病、死因首位，早期准确诊断肺癌具有重要意义。2011 年美国国家肺癌筛查试验[1]结果指出低剂量CT 是目前唯一能降低肺癌死亡率的影像学筛查方法。由于探测器宽度和检查床运动模式的限制，常规胸部低剂量扫描均采用螺旋扫描方式，随着CT技术的不断进步，多排螺旋CT 的机架旋转速度和探测器宽度都有了大幅的提升，在完成快速扫描的同时还可以通过轴位扫描完成大范围的容积成像[2-3]。与窄体探测器CT相比，宽体探测器CT 显著增加了单次旋转扫描的覆盖范围，减少实际扫描时间，降低扫描剂量，提供更高质量的图像。本研究采用宽体探测器CT 分别利用轴位扫描方式和螺旋扫描方式行胸部低剂量CT 检查对图像质量和辐射剂量的影响，分析运用宽体探测器时更适合胸部低剂量的扫描方式。

1 材料与方法

1.1 临床资料

本研究为回顾性研究，收集2018 年10 至11 月来我院行胸部低剂量CT 筛查的病人，共160 例。排除标准：① 不能完成屏气检查；② 体质量指数（Body Mass Index，BMI）＞28 kg/m2；③ 扫描后层数超过60 层的受检者。将受检者随机分为两组，分别采用螺旋扫描和轴位扫描方式。A 组：男33 例，女47 例，平均年龄70.53±9.84 岁，BMI 17.91～26.33 kg/m2；B 组：男39 例，女41 例，平均年龄70.88±9.30 岁，BMI 17.02～27.03 kg/m2。

1.2 仪器与方法

采用GE 公司Revolution 256 排螺旋CT 机，取仰卧位，行吸气位全肺扫描。其中A 组采用螺旋扫描方式，准直宽度128×0.625 mm，机架转速0.28 转/s，螺距比0.992:1。B 组采用轴位扫描方式，准直宽度设置为根据患者肺野长度自动调节，最大256×0.625 mm，最小为64×0.625 mm，机架转速0.28 转/s。两组均采用120 kVp 管电压，应用自动管电流调制技术（Automatic Tube Current Modulation，ATCM），设定控制图像质量的噪声指数（Noise Index，NI）为25[4]，管电流调制范围10～500 mA，采用多模型迭代重建（ASIR-V）权重选择50%[5-6]，重建层厚5 mm，重建间隔5 mm，扫描层数选择60 层。

1.3 图像客观分析

应用图像后处理工作站aw4.6，选择肺上部、中部及肺底部（胸廓入口处软组织、气管分叉层面胸主动脉、肺底部肝脏中心区域）共三个层面面积为100 mm2的密度均匀的区域（图1），读取其CT 值。每位受检者同一位置测量3 次CT 值，取其平均值作为CT 值测量结果，计算其标准差作为噪声值。计算信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR），SNR=CT 值/噪声值。

图1 测量CT值所选取的层面

1.4 图像主观分析

将2 组CT 图像传至PACS，由两名十年以上放射科工作经验的医师采用双盲法对获得的CT 图像从解剖结构显示、伪影、噪声和诊断共4 个方面的可接受程度进行图像质量评分。采用5 分法进行评价，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。两名医师评分相同时，以该分值作为最后评分；评分不一致时，请另一名高年资放射科医师评定，并以之作为最后评分。

1.5 辐射剂量

根据剂量报告记录容积CT 剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol），剂 量 长 度 乘 积（Dose Length Product，DLP），计 算 有 效 剂 量（Effective Dose，ED），ED=DLP×0.017[7]，记录机器列表中给出的射线利用率。比较两种扫描方式的辐射剂量和射线利用率。

1.6 统计学分析

应用SPSS 22.0 软件，采用单因素方差分析评价两种扫描方式的客观指标，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

两种扫描方式不同位置的CT 值、噪声值及SNR，见表1。两种扫描方式气管分叉层面胸主动脉的噪声值及SNR 差异无统计学意义（P＞0.05）。轴位扫描胸廓软组织层面的噪声值及SNR 较螺旋扫描分别下降了8%和10%，差异有统计学意义（P＜0.05），轴位扫描肺底部肝脏区域的噪声值及SNR 较螺旋扫描分别下降了9%和8%，差异有统计学意义（P＜0.05）。

2.2 图像主观质量评分

A 组和B 组图像主观评分分别为（4.13±0.35）分和（4.16±0.41）分，两者差异无统计学意义（P＞0.05）。对胸部正常解剖部位和病变的显示清晰，符合诊断要求（表2）。

2.3 辐射剂量、射线利用率

B 组和A 组比较有效剂量降低了8%，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表1 两种扫描方式的CT值、噪声值及SNR

表1 两种扫描方式的CT值、噪声值及SNR

CT值 噪声值 SNR组别 胸廓入口处 气管分叉层 肺底部肝脏 胸廓入口处软 气管分叉层面 肺底部肝脏 胸廓入口处 气管分叉层 肺底部肝脏软组织 面胸主动脉 区域 组织 胸主动脉 区域 软组织 面胸主动脉 区域A组 18.19±2.90 15.35±1.45 20.01±1.94 50.29±12.55 50.29±12.55 42.20±4.93 2.83±0.82 2.80±0.45 2.12±0.28 B组 19.26±2.99 15.11±1.22 18.83±1.71 46.65±12.47 42.31±5.02 38.72±6.05 2.48±0.75 2.81±0.34 1.97±0.38 F 3.374 0.080 15.857 5.237 1.324 0.896 7.815 0.041 8.209 P ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.05

表2 两组辐射剂量和主观评分

表2 两组辐射剂量和主观评分

组别 扫描时间 C(TmDG Iyv)o l(mGD yL·P cm) ED (mSv) 主观评分A组 2.22±0.24 1.05±0.24 36.18±8.38 0.61±0.12 4.15±0.56 B组 4.23±1.19 1.2±0.27 32.86±7.35 0.56±0.10 4.15±0.32 F 33.840 6.540 6.540 6.909 0.143 P ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＞0.05

3 讨论

胸部低剂量CT 检查是肺癌筛查的有效方法[8]，然而受窄体探测器CT 机硬件影响，螺旋扫描成为胸部低剂量CT 检查的主要扫描方式。随着硬件和软件的不断进步，大部分高端CT 均可使用轴扫方式进行大范围容积扫描，不仅降低了剂量，而且达到了高清的图像质量[9]。

本次研究显示在胸廓入口处软组织和肺底部肝脏中心区域处，两组的噪声值有显著性差异。原因是扫描使用自动管电流调制技术（ATCM）。ATCM 技术是基于解剖结构及扫描结构对X 线衰减差异不同来控制X 线的输出[10]。在宽体探测器CT 轴位扫描中，由于胸廓入口处软组织和肺底部肝脏中心区域组织对X 线衰减的差异较大，而球管的输出是基于该区域组织对X 线衰减的平均值，所以在胸廓入口处软组织和肺底部肝脏中心区域的图像质量要低于CT扫描预设的图像质量。气管分叉层面胸主动脉区域对X 线衰减比较相近，所以两组的客观评价结果无统计学差异（图2）。而肺部属于含气组织，肺泡内空气和肺实质或者病灶之间有天然的对比，并且在采用窗技术（肺窗）的帮助下，肺部中的病灶不易受图像噪声的影响。主观评价结果显示两组评分无显著性差异（表2）。

图2 球管输出情况示例（气管分叉层面胸主动脉区域）

在辐射剂量方面，由于螺旋扫描采用螺旋前进的扫描方式，在扫描开始与结束时均有一段扫描为无用数据，即为无效辐射。而轴位扫描采用步进式扫描方式，扫描时准直射线全部落在图像层面的探测器上，虽有探测器利用部分的少量重叠，但没有无效辐射，因此轴位扫描模式与螺旋扫描方式相比，在减少患者辐射剂量方面更具优势[11]。而且，宽体探测器较传统探测器提高了射线的利用率，X线射线利用率是在Z 轴方向的剂量分布中，通过计算用于数据采集的检测器范围内积分值和剂量分布的总积分值之间的比率，通过机器计算，可以看到轴位扫描时，射线利用率为96.6%，螺旋扫描时射线利用率为89.5%，轴位扫描比螺旋扫描减少了辐射[12]。根据数据处理方式的不同，螺旋扫描模式的剂量要高于轴位扫描。螺旋扫描模式数据采集的轨迹是螺旋式，因此会有剂量叠加的情况，而轴位扫描虽有叠加部分，但只是在轴位的两端小范围内，因此较螺旋扫描增加的额外辐射剂量要少[13]。目前宽体探测轴位扫描多用于冠脉CT 扫描[14-16]，本研究显示宽体探测轴位扫描的辐射剂量与螺旋扫描比较降低了8%（表2）。在扫描时间方面，螺旋扫描的扫描时间虽明显小于轴位扫描时间，但因为轴位扫描中两个轴扫的动床时间至少在2.2 s 以上，因此实际曝光时间要小于螺旋扫描的曝光时间。使用轴位扫描也可延长球管寿命。

本研究的不足之处在于没有探讨扫描方式的不同对有效层厚的影响。有研究表明在采用螺旋扫描时，由于是在不间断的运动，就使得数据采集产生解剖上轻度的差异，导致了有效层厚的增加和伪影的产生，也影响了图像质量[17]，扫描方式的不同对胸部CT 有效层厚的影响需进一步讨论。本研究基于GE Revolution 256 排螺旋CT 机，对于其他设备使用不同扫描模式对图像的影响是否有相同的结果，需进一步研究。

4 结论

本文探讨宽体探测器CT 应用不同扫描方式对胸部低剂量CT 图像质量及辐射剂量的影响。结果提示，轴位扫描可在保证图像质量的情况下，有效降低辐射剂量，并减少曝光时间，延长球管寿命。