应用自动管电流调制技术不同探测器宽度对胸部CT图像质量及辐射剂量的影响

袁 颖 吴天棋 钟朝辉*

随着CT技术的不断发展，胸部CT检查已成为肺部病变诊断及肺癌筛查的主要方法[1]。美国国家肺癌筛查实验(National Lung Screening Trail，NLST)2011年的研究结果显示，与胸片相比，使用CT对肺癌高危人群筛查可使肺癌病死率降低20%[2]。然而，辐射剂量却是胸片的数十倍甚至上百倍，降低CT扫描辐射剂量逐渐成为研究热点。

自动管电流调制(automatic tube current modulation，ATCM)技术是保证图像质量的情况下能有效降低辐射剂量的方法[3-4]。近年来，多排螺旋CT探测器宽度有了大幅的提升，宽体探测器使用ATCM技术对胸部CT的图像质量和肺磨玻璃结节(ground glass nodules，GGN)的检出影响尚未有相关研究，本研究旨在探讨探测器宽度对ATCM技术的影响，为临床优化胸部CT扫描方案提供参考。

1 材料与方法

1.1 胸部模型

采用Shimadzu PH-1型胸部仿真模体，大小为43 cm×48 cm，胸围94 cm，重量为18 kg，模体主要成分为聚氨酯树脂SZ-50以及人工骨骼，模体内部肺纹理与人体无显著差别。模体内放置9个GGN，其直径分别为5 mm、8 mm和12 mm，共3种，将其随机置于体模的上、中、下肺野及内、中、外带[5](见图1)。

图1 Shimadzu PH-1胸部仿真模体

1.2 仪器设备与扫描方法

(1)仪器设备。采用Revolution型螺旋CT(美国GE公司)对胸部仿真模体进行扫描，将模体放置扫描野等中心点水平，扫描范围自肺尖到肺底。

(2)扫描参数。使用ATCM技术，管电压120 kVp，管电流调节范围为10～700 mA，机架旋转时间为0.5 s/rot，螺距为1：1，容积自适应统计迭代重建(volumebased adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR-V)算法权重选择30%，各组扫描覆盖范围相同[6]。

(3)扫描参数方法。探测器宽度分别为40 mm和80 mm进行扫描，并记作40 mm组和80 mm组，每组在设定不同噪声指数(noise index，NI)值为10、15、20、25及30时分别扫描，层厚5 mm，层间距5 mm。图像重建矩阵为512×512，记录各组容积CT剂量指数(volumetric CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose-length product，DLP)，重建薄层图像层厚0.625 mm，层间距0.625 mm，采用标准重建。

1.3 图像客观噪声测量方法

两组CT扫描数据传到图像后处理adw4.6工作站adw4.6，分别测量气管分叉处主动脉80 mm2的感兴趣区(regionof intrest，ROI)，读取其CT值和标准差(standard deviation，SD)，每组图像测量3次，并计算图像信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，其中SNR=CT值÷SD，以反映图像客观噪声。

1.4 图像质量评价

(1)将各组图像传至医学影像存档和传输系统，由两名5年以上工作经验的放射科医生独立评价所有图像。应用固定窗宽、窗位：肺窗窗宽1600 HU，窗位-600 HU，见图2。

图2 GGN在肺窗下的图像

(2)对GGN的清晰度采用4分制进行主观评分：①4分，结节边缘清晰可见；②3分，结节边缘稍显模糊；③2分，结节边缘较模糊但结节仍可见；④1分，结节不可见。共评价3次。

1.5 统计学方法

应用SPSS16.0统计学软件，比较两组扫描的CTDIvol和DLP。采用配对t检验比较同一预设NI下不同探测器宽度的图像SD和SNR。应用非参数检验中的Wilcoxon检验，比较相同预设NI下不同探测器宽度扫描的图像GGN主观评分。以P＜0.05为差异具有统计学意义。应用Kappa检验判断两名放射科医师对图像诊断的一致性，Kappa值≥0.75为一致性较好，0.4～0.74为一致性中等，＜0.4为一致性较差。

2 结果

2.1 辐射剂量和扫描时间

40 mm组在NI值为10、15、20、25及30时的CTDIvol分别为6.27 mGy、2.58 mGy、1.35 mGy、0.83 mGy和0.56 mGy，与80 mm组(6.93 mGy、2.83 mGy、1.49 mGy、0.91 mGy和0.61 mGy)比较，分别降低了10.53%、9.69%、10.37%、9.64%和8.93%；DLP分别降低了21.57%、20.67%、22.57%、20.29%和19.36%。40 mm组和80 mm组的扫描时间分别为4.1 s和2.25 s，见表1。

2.2 图像质量客观评估

对两组在相同NI扫描的图像质量进行客观评估，在气管分叉处层面胸主动脉旋转密度均匀的区域测量CT值，其SD的大小代表该层面的客观噪声水平，数据显示，两组在相同NI扫描的SD和SNR无显著性差异，其测量结果见表2、表3。

表1 两组在不同NI值下的CTDIvol、DLP和扫描时间

表2 气管分叉处胸主动脉SD值()

表2 气管分叉处胸主动脉SD值()

注：表中NI为噪声指数

表3 气管分叉处胸主动脉SNR()

表3 气管分叉处胸主动脉SNR()

注：表中NI为噪声指数

2.3 图像质量主观评估

对两组在相同NI下扫描得到图像的质量进行主观评估，相同NI下，不同探测器宽度扫描得到的CT图像主观评分无统计学差异，GGN评分一致性较好。

3 讨论

自1998年多排螺旋CT问世以来，4层、8层、16层及64层CT相继出现，探测器宽度也从最早的2 cm增加到现在的16 cm，而探测器宽度对CT扫描辐射剂量的影响主要反映在冠状动脉CT扫描中[7-8]。宽体探测器应用ATCM对图像质量和辐射剂量的研究较少，本研究通过对体内含有GGN的胸部体模进行扫描，探讨探测器宽度对图像质量和辐射剂量的影响。

辐射剂量方面，CTDIvol是目前公认并被使用的CT辐射剂量表征量，是指CT机在轴向扫描时的平均单位容积剂量[9]。本研究结果显示，40 mm组在NI为10、15、20、25及30时的CTDIvol分别为6.27 mGy、2.58 mGy、1.35 mGy、0.83 mGy和0.56 mGy，与80 mm组(6.93 mGy、2.83 mGy、1.49 mGy、0.91 mGy和0.61 mGy)比较分别降低了10.53%、9.69%、10.37%、9.64%和8.93%，这与ATCM技术调节的精度有关，相同扫描范围(30 mm)，相同螺距(1∶1)，使用80 mm准直宽度扫描管球需旋转4圈，而使用40 mm准直宽度扫描管球需旋转8圈，管球旋转增加调节精度提高，继而辐射剂量降低。

DLP是CTDIvol与扫描长度的乘积[10]。40 mm组与80 mm组DLP在NI值为10、15、20、25及30比较，分别降低21.57%、20.67%、22.57%、20.29%和19.36%，降低幅度大于CTDIvol，其原因主要是与螺旋扫描数据采集重建有关，螺旋扫描是通过180°内插算法重建CT图像，故在扫描范围两侧需要多采集部分数据，这一结果与李晓娜等[11]应用西门子Somatom Sensation 64螺旋CT扫描水模模体结果一致，所以应用ATCM技术使用宽准直宽度扫描胸部CT会增大辐射剂量。

图像质量方面，在气管分叉处胸主动脉层面和肝部上缘层面，80 mm和40 mm探测器分别在NI为10、15、20及25图像的SD均无统计学差异，与ATCM调节有关。孤立性肺结节的诊断中，GGN的影像学表现和生物特性较复杂，最新的肺结节诊治指南[12]明确规范了肺结节的定义，并以8 mm为界，进一步完善了肺结节良恶性的评估和诊治指南。本研究以5 mm、8 mm及12 mm肺结节随机放置在模体中，结果显示，不同探测器宽度扫描对于模体内GGN的主观评分无统计学差异。

在扫描时间上，80 mm和40 mm探测器扫描时间分别为2.25 s和4.1 s，宽体探测扫描提高了检查的时间分辨率，对慢性阻塞性肺病等喘憋患者，可有效降低呼吸运动伪影[13-14]。CT剂量效率方面，80 mm探测器(93.73%)明显高于40 mm探测器(89%)的使用，刘晓怡等[15]使用160 mm探测器扫描头颅，得出宽体探测器轴扫对降低头颅CT扫描的辐射剂量有更多的贡献。

本研究的不足之处在于：只探讨了80 mm和40 mm探测器应用ATCM技术对胸部CT扫描图像质量和辐射剂量的影响，提示40 mm探测器扫描可在保证图像质量的情况下有效的降低辐射剂量，而对于更窄的探测器宽度，如20 mm探测器应用ATCM是否能进一步提高调节精度降低辐射剂量需进一步探究。本研究应用GE Revolution CT机扫描，对于其他设备ATCM技术应用不同探测器宽度扫描是否有相同的结果，需进一步研究。

4 结论

本研究探讨了应用ATCM技术行胸部CT扫描时，不同探测器宽度对图像质量及辐射剂量的影响。提示使用40 mm探测器扫描可以显著降低辐射剂量，80 mm探测器扫描可以显著降低扫描时间，提高辐射剂量效率。胸部CT扫描采用ATCM技术时，需根据患者的呼吸情况合理设置探测器宽度，最好在扫描前对患者进行呼吸憋气训练，从而在保证图像质量的前提下实现辐射剂量的降低。