器官剂量调制技术在头颅CT平扫中的应用

吴柯薇，钟朝辉，王振常，原 媛，张景东，崔茹欣

(首都医科大学附属北京友谊医院放射科，北京 100050)

图1 ODM技术应用于头颅CT平扫 A.定位像，蓝色框为头部扫描区域，黄色框为应用ODM技术区域； B.CT平扫图像分析时后颅窝颞骨岩部层面桥脑及双侧小脑半球ROI的位置 图2 试验组患者，男，56岁 头颅CT扫描时应用ODM技术，后颅窝颞骨岩部层面桥脑、左侧及右侧小脑半球客观噪声分别为4.4、3.3、3.1 图3 对照组患者，女，45岁 头颅CT扫描时未应用ODM技术，后颅窝颞骨岩部层面桥脑、左侧及右侧小脑半球客观噪声分别为4.3、3.3、3.2

头颅CT成像是检查神经系统疾病的重要手段[1]。既往流行病学研究[2-3]表明，晶状体对电离辐射的敏感性高，而辐射诱发的白内障甚至是无阈值剂量的随机过程，因此，晶状体是CT检查中需要给予特殊保护的器官。本研究探讨在头颅CT平扫时应用器官剂量调制(organ dose modulation， ODM)技术对辐射剂量和图像质量的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 连续收集2018年10—12月根据临床需要于我院接受头颅CT平扫的100例患者，男32例，女68例，年龄25～88岁，平均(57.7±14.2)岁；排除影像学诊断为颅内占位、脑出血、脑梗死及脑萎缩等可能影响图像测量分析等病变患者。将上述100例随机分为试验组和对照组，每组各50例。试验组中，男18例，女32例，年龄25～88岁，平均(57.6±15.1)岁；对照组男14例，女36例，年龄29～79岁，平均(57.7±13.6)岁。本研究经医学伦理委员会批准，患者均知情同意。

1.2 仪器与方法 采用GE Optima 680 64排螺旋CT机，嘱患者仰卧，以听眦线为扫描基线进行头颅CT平扫。扫描参数：管电压120 kV,管电流自动调节范围10～400 mA,预设噪声指数(noise index, NI)为4，探测器宽度为40 mm，层厚及层间距均为5 mm,螺距0.984∶1，球管旋转速度0.5 s/rot，均采用标准算法重建。试验组在定位像上眼眶区域开启ODM技术后，选择ODM扫描范围为40 mm,并将ODM区域框放置于眼眶区域(图1A)；对照组采用常规头部平扫方法。

1.3 图像评价

1.3.1 客观评价 记录2组患者眼眶区域前、后、左、右4个方向CT扫描管电流，CT平扫时仪器自动计算得出容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product, DLP)，计算有效辐射剂量(effective dose, ED)，ED=k×DLP，其中k为剂量转换系数，取0.0023。分别测量2组CT平扫图像后颅窝颞骨岩部层面桥脑及双侧小脑半球CT值和客观噪声，并计算SNR，SNR=CT值/客观噪声[4],桥脑及双侧小脑半球ROI面积50 mm2(图1B)。

表1 2组患者头颅CT平扫眼眶区域不同方向管电流及辐射剂量指标比较(±s，n=50)

表1 2组患者头颅CT平扫眼眶区域不同方向管电流及辐射剂量指标比较(±s，n=50)

组别管电流(mA)前左后右CTDIvol(mGy)DLP(mGy·cm)ED(mSv)试验组160±19227±26229±27227±2628.09±3.38331.76±30.690.76±0.07对照组226±24225±23226±24225±2329.29±2.86337.49±77.640.78±0.18t值9.72-0.37-0.38-0.37-4.76-2.34-0.67P值0.010.320.240.260.200.100.12

表2 2组患者头颅CT平扫眼眶区域图像客观噪声及SNR比较(±s，n=50)

表2 2组患者头颅CT平扫眼眶区域图像客观噪声及SNR比较(±s，n=50)

组别客观噪声桥脑小脑半球(左)小脑半球(右)SNR桥脑小脑半球(左)小脑半球(右)试验组4.97±0.285.05±0.685.10±0.575.37±0.235.35±0.215.78±0.12对照组4.90±0.314.98±0.304.99±0.315.28±0.245.66±0.345.34±0.56t值-0.92-0.49-2.17-0.780.23-0.45P值0.220.430.130.430.510.36

1.3.2 主观评价 由2名具有5年CT诊断经验的放射科医师采用双盲法对2组CT图像进行质量评估。选取后颅窝颞骨岩部层面，采用5分法从显示解剖结构、图像清晰度、伪影和诊断可接受程度各方面进行评价[5]：5分，图像质量优，解剖结构显示清楚、图像清晰，无伪影，完全符合诊断要求；4分，图像质量良好，解剖结构显示较为清楚、图像较清晰，轻度伪影，符合诊断要求；3分，图像质量一般，解剖结构可辨认，中度伪影，不影响诊断；2分，图像质量较差，解剖结构显示不清、仅可大致辨认，可见明显伪影，不符合诊断要求；1分，图像质量差，解剖结构显示不清、图像模糊，伪影严重，完全不能用于诊断。2名医师意见有分歧时，再次阅片后经讨论达成一致。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。2组间患者年龄、眼眶区域CT平扫管电流、客观噪声、SNR及辐射剂量参数比较采用独立样本t检验，主观图像质量评分比较采用Mann-WhitneyU检验，患者性别比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2组间患者性别(χ2=0.13，P=0.23)、年龄(t=0.04，P=0.21)差异均无统计学意义。

试验组头颅CT眼眶区域在前方向上管电流明显低于对照组(t=9.72,P=0.01)，其余3个方向管电流2组间差异均无统计学意义(P均>0.05)； 2组间CTDIvol、DLP及ED差异亦无统计学意义(P均>0.05)。见表1。2组后颅窝颞骨岩部层面桥脑及双侧小脑半球客观噪声(图2、3)和SNR差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

试验组及对照组主观图像质量评分见表3。2组图像质量均较好，可用于临床诊断(评分≥3分)；2组间图像质量评分差异无统计学意义(Z=0.25，P=0.31)，见表3。

表3 2组患者眼眶区域主观评价结果比较(±s，n=50)

表3 2组患者眼眶区域主观评价结果比较(±s，n=50)

组别主观图像质量评分(例)1分2分3分4分5分试验组003938对照组003839

图4 头颅CT扫描过程中应用ODM技术时管电流降低区域示意图

3 讨论

晶状体为辐射敏感器官，头颅CT扫描时易受辐照损伤[6]。既往降低晶状体头颅CT扫描中辐射剂量有如下方法：①使用防护屏蔽直接遮盖晶状体区域[7]；②改变传统扫描基线，使晶状体不直接暴露于X射线[8-9]；③通过自动管电流调制(automatic tube current modulation， ATCM)技术降低整个扫描区域的辐射剂量[10]。使用特殊材质的防护材料直接遮盖眼眶区域虽然能够减少晶状体的辐射剂量，但会造成图像中存在严重金属硬化伪影。改变扫描基线是降低晶状体辐射剂量的有效方法，但由于机械构造限制，目前多数CT扫描仪不能使机架产生角度而改变扫描基线。ATCM技术是采用z轴管电流调制的自动曝光技术，根据不同层面的体厚而改变对应的管电流。近年来，ATCM不断普及和发展[11]，其在CT扫描中常用以降低辐射剂量，但该技术不能特异性地保护晶状体区域。另有研究[12]报道，在头颅CT扫描时采用固定管电压及ATCM技术后，晶状体辐射剂量反而有所增加，原因主要与解剖层面上晶状体正好位于颅后窝层面的最前方，颅后窝周围有致密骨质结构，使得这个层面CT扫描时的管电流较高有关[13]。

利用ODM技术可有效解决晶状体等组织器官CT扫描辐射剂量的问题。ODM是在ATCM技术基础上新近发展起来的辅助扫描技术，通过改变敏感器官区域的管电流来实现对敏感器官的辐射保护，可大幅度降低受检者前方120°(身体)和90°(头部)扇形范围内的管电流量，进而降低敏感器官的辐射剂量[14](图4)。本研究试验组应用ODM技术，发现在头颅CT扫描直射方向(即前方)上管电流较对照组显著降低，而辐射剂量与管电流呈正相关[15]，提示应用ODM技术能够有效减低头颅CT扫描过程中眼眶区域的辐射剂量。本研究中试验组与对照组间CTDIvol及ED差异均无统计学意义，2组间头颅CT扫描整体辐射剂量相仿，可能与以下因素有关：①ODM技术仅在眼眶区域开启，范围较小，不足以影响头部整体辐射剂量；②本研究记录的是设备辐射剂量表的扫描剂量，而ODM改变的是眼眶直射方向上的管电流，从而影响晶体表面辐射剂量。此外，本研究结果显示2组CT图像质量均可满足诊断需求，试验组与对照组间颅后窝颞骨岩部区域CT图像质量客观评价(客观噪声、SNR)和主观评价(图像质量评分)指标差异均无统计学意义。

综上所述，在头颅CT扫描中应用ODM技术，可在不改变图像质量的前提下，有效降低眼眶区域直射方向上的管电流，从而降低眼眶区域的辐射剂量，保护敏感器官。