剂量指数在成人胸部低剂量CT扫描中的应用

唐世龙 刘波 刘先凡 吴兰 刘代松 何玲

CT在疾病的检查及诊断中应用广泛，但扫描中产生的辐射剂量较大，因此低剂量CT扫描成为未来CT检查的发展方向。在目前较多的低剂量CT扫描技术研究中，剂量指数（dose right index，DRI）值的设定几乎都是按经验值来选择。本研究通过对成人胸部仿真体模CT扫描找出DRI的最佳临界值，并将该值应用到成人胸部低剂量CT扫描中，从而确定成人胸部CT检查时DRI最佳临界值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性纳入2018年6月—9月在重庆医科大学附属儿童医院放射科行胸部CT检查的志愿者100名，随机分为低剂量组和对照组（每组50名）。低剂量组：男28名，女22名，平均年龄（37.2±5.6）岁，平均体质量指数 21.4±1.1；对照组：男27名，女 23名，平均年龄（34.8±6.1）岁，平均体质量指数 21.7±0.9。2 组志愿者性别（χ2=0.932，P=0.574）、年龄（t=8.371，P=0.086）、体质量指数（t=21.965，P=0.638）差异均无统计学意义。志愿者纳入标准[1]：体质量指数在19.0～23.0之间，胸部CT扫描影像无伪影，肺部无明显病变者。排除标准[1]：严重心脏疾病；严重胸廓畸形等。本研究通过本院伦理委员会批准，所有志愿者检查前均签署知情同意书。

1.2 设备与方法 采用256层Philips Brilliance iCT设备，扫描范围自肺尖至肺底。预实验对成人仿真胸部体模（京都制作所；型号：PH-1）进行扫描（图1）。扫描参数：管电压120 kV，自动管电流调节技术，管电流为 30～200 mA，螺距 1.526，扫描时间 2.2 s，层厚 5 mm，层间距 5 mm，DRI设置为 18、16、14、12、10，数据采用迭代重建算法（idose4）重建。临床实验对2组志愿者进行扫描，低剂量组DRI值设置为预实验结果所得最佳指数值，对照组DRI值设置为飞利浦CT公司提供的成人CT检查经验值（18），其余扫描参数均与预实验相同。

图1 成人仿真胸部体模

1.3 数据测量 影像传至GE公司AW4.4工作站，由3名主管技师进行数据测量。在左心室最大横断层面及其上、下两层CT影像上，于左心室中部和竖脊肌上勾画圆形兴趣区（ROI），左心室中部ROI大小为 129.0～131.0 mm2，竖脊肌的为 24.0～26.0 mm2。所有志愿者CT影像上测量的ROI范围、层面、位置一致；在胸廓最大层面上记录前后径及左右径（图2）。测量并记录左心室中部和竖脊肌CT值及标准差（standard deviation，SD），以竖脊肌 SD 值作为背景噪声，计算影像信噪比（SNR）：SNR竖脊肌=CT值竖脊肌/SD值竖脊肌，SNR左心室=CT值左心室/SD值竖脊肌。

图2 左心室最大横断面影像。横线和竖线分别示意胸廓左右径和前后径的测量。A为左心室ROI，B为竖脊肌ROI。

1.4 辐射剂量 记录每名志愿者CT扫描总的剂量长度乘积（dose length product,DLP）、CT容积剂量指数（CT dose index volume,CTDIvol）值，计算有效剂量（effective dose,ED）值，ED=DLP×k，k值取0.014 mSv·mGy-1·cm-1[2]。

1.5 影像质量主观评价 由2名高年资影像医师对影像质量分别进行评分，如评分结果不一致时，由另外1名副主任医师进行终评计分。评分标准[3]：1分，影像噪声大，质量差，不能诊断；2分，大部分影像噪声大，质量差，影响诊断；3分，大部分影像解剖细节及病灶能清晰显示，有一定的影像噪声，但不影响诊断；4分，影像质量好，噪声小，解剖细节及病灶显示清晰；5分，影像质量非常好，解剖细节及病灶显示非常清晰。3分及以上影像视为满足诊断需求，检查成功。

1.6 统计学分析 采用SPSS 22.0软件进行统计分析。计数资料以例表示，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示。采用卡方检验比较计数资料，采用独立样本t检验对2组间计量资料进行比较，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 体模实验的影像质量评价 ①客观评价：随着DRI下降，体模影像噪声逐渐增加，SNR逐渐下降，ED逐渐减小（表1）。②主观评分：DRI为18～12时，影像质量评分≥3分，满足诊断要求；DRI值为10时，影像质量不稳定，部分影像质量主观评价＜3分，不满足诊断要求。当DRI值为12时，影像质量既能达到诊断要求，又能最大限度减少辐射剂量，视为体模扫描最佳值。将低剂量组DRI预设值设为12。

2.2 2组志愿者接受辐射剂量比较 低剂量组的CTDIvol、DLP、ED 均低于对照组（均 P＜0.05），ED 降低约 39%（表 2）。

表1 体模影像质量客观评价指标

表2 2组志愿者CT扫描的辐射剂量比较

表3 2组志愿者CT平扫影像质量客观评价比较

表4 2组志愿者CT平扫影像质量主观评分比较

2.3 2组志愿者的CT影像质量评价 ①客观评价：低剂量组比对照组影像SNR降低，SD增加（表3）。②主观评价：低剂量组比对照组影像主观评价得分低，但2组影像质量主观评分均≥3分（表4），2组影像比较见图3。

图3 A、B图为低剂量组，男性，38岁。影像解剖细节能清晰显示，纵隔窗影像噪声较大，但不影响诊断；A图的主观评分为4分，B图的主观评分为3分。C、D图为对照组，男性，33岁。影像质量非常好，肺窗及纵隔窗影像解剖细节显示非常清晰；C、D图的主观评分均为5分。

3 讨论

以往进行的胸部低剂量CT扫描研究是通过增加螺距、降低管电压、降低管电流与扫描时间、使用先进的影像重建方式等来降低辐射剂量[4-7]。增加螺距会减少照射时间，从而降低病人接受的辐射剂量，但因此会增加容积效应，造成小病变的遗漏。管电压决定X线穿透性，降低管电压就降低了X线穿透性，同时也就降低了CT扫描辐射剂量。管电流与扫描时间决定着CT球管发射的X线量，管电流与扫描时间越小，CT球管发射的X线量就越少，辐射剂量就越小。采用先进的影像重组方式可以大幅度降低CT扫描辐射剂量，如Brady等[8]采用GE公司自适应统计迭代重建算法比传统的滤过反投影重建算法在不影响诊断的条件下病人接受的X线辐射剂量降低32%～65%。

目前采用Philips Brilliance iCT扫描多通过以上几种方式降低CT检查辐射剂量，但通常忽略了CT扫描参数DRI值。DRI值是Philips Brilliance iCT扫描中非常重要的一个扫描参数，它类似于其他公司 CT 设备中的噪声指数（noise index，NI），直接影响扫描获得的影像质量和病人接受的X线辐射剂量，在其他扫描参数（kV、螺距等）不变的条件下，通过控制管电流来影响病人影像SNR。DRI直接影响检查者接受的X线辐射剂量和扫描后影像质量。若DRI值设置较高，系统会自动增加管电流来提高SNR，影像质量越好，但会增加病人扫描剂量；若DRI值设置较低，系统会自动降低管电流来降低SNR，影像质量也会降低，但也减少了病人扫描剂量。因此，在不影响影像诊断的情况下，应力求将DRI值设置到最小。DRI值与NI值区别在于，DRI值设置越大，病人接受的辐射剂量越大，影像质量越高；而NI值设置越大，病人接受辐射剂量越小，影像质量越差。有研究[9-11]显示，在满足影像诊断的前提下，NI值应尽量加大。目前关于DRI值在成人胸部CT扫描中的使用尚未见专门的研究报道，实际应用中DRI值通常会按照厂商推荐值或经验值来设定，这就有可能使DRI值设置不合理。

本研究通过找出成人胸部CT检查DRI最佳值，在不影响诊断的条件下尽可能减少病人接受的CT扫描辐射剂量。预实验结果显示DRI值为18～12时，影像质量主观评价得分均达到3分及以上，满足诊断需求；DRI值为10时，影像质量主观评价得分部分在3分以下，影响诊断，不能达到诊断需求。本次临床实验中，低剂量组DRI值设置为下限12，对照组DRI值设置为18（依据飞利浦CT公司提供的成人CT检查经验值），2组均获得了能够满足诊断需求的影像质量。

本研究选取竖脊肌、左心室中部为ROI并测量其CT、SD值，计算出竖脊肌、左心室中部SNR值作为指标进行对比分析，因为竖脊肌、左心室中部组织结构相对均匀，其CT值有一定的差异，具有较高的可比性。低剂量组肺窗影像解剖细节显示清晰，纵隔窗影像噪声稍高，但主观评价得分均≥3分，不影响诊断。肺窗影像解剖细节显示清晰是因为肺部含有大量空气，X线易穿透，衰减少；而纵隔窗影像噪声较高是因为纵隔窗显示的心脏、竖脊肌等实性组织，X线穿透这些组织能力较弱，衰减较大。低剂量组的DRI值下调，SNR、主观影像评分、接受检查辐射剂量等均低于对照组，影像SD值高于对照组，但2组影像主观评价得分均≥3分。因此，低剂量组影像完全能满足诊断需求。

本研究不足之处在于样本量较少，且只选择了体质量指数在19～23之间成人志愿者。

通过本研究获得了体质量指数在19～23之间成人胸部CT扫描最佳DRI值为12，可在不影响临床诊断的条件下最大幅度减少病人接受的辐射剂量，具有很大的推广价值和临床意义。