腹部CT低剂量扫描自动管电流调制技术的应用价值

张 鹏,都基权,许 韫,焦 健

目前，对胸部CT低剂量的研究较多[1-4]，对腹部CT低剂量研究相对较少，主要原因为腹部结构复杂，脏器密度差异大，简单调制扫描条件容易造成图像质量严重下降，影响诊断。近年来，自动管电流调制技术(automatic tube current modulation, ATCM)被广泛关注，ATCM是基于人体解剖差异，根据X线衰减变化智能自动调节管电流的技术，在腹部低剂量应用中具有较强的适用性。笔者通过探讨ATCM对部队查体时腹部CT图像质量及辐射剂量的影响，旨在了解其应用于腹部CT低剂量扫描中的价值。

1 对象与方法

1.1 对象 随机抽取2018-09至2019-09部队查体时180名官兵，入选标准：(1)身体质量指数(body mass index, BMI)20～24 kg/cm2; (2)男性，年龄18～35岁；(3)自愿参与并签署知情同意书。排除伴有脂肪肝等基础疾病或腹部术后者。随机分成两组进行腹部CT扫描，对照组40名；实验组140名。本研究通过医院伦理委员会批准。

1.2 方法 所有受检者均使用 Discovery 750HD CT(美国GE公司)行腹部扫描。患者取仰卧位，足先进，扫描范围自肝下缘至耻骨联合上缘水平，平均扫描视野20 cm。(1)对照组：采用常规条件扫描，管电压120 kV,固定管电流400 mA、机架转速0.6 s/rot,螺距0.984,扫描FOV50 cm,扫描准直0.625 mm×64层，标准重建算法；(2)实验组：使用ATCM技术扫描，合计140名，本技术中噪声指数(noise index, NI)是图像噪声参数，数值越高表示输出图像清晰度越低，因NI对图像质量和辐射剂量有直接影响，为了解其相互关系，根据NI值将实验组分为14个小组，每组10名。管电流采用ATCM技术，NI值0～5之间时各项指标相同，本研究自NI设置为5开始，其中NI值设置为5～30，共14个档次，管电流范围10～400 mA。其他扫描参数与对照组相同。

1.3 观察指标及评价方法

1.3.1 图像客观评价方法 扫描结束后分别记录各组扫描方案的辐射剂量指标：容积CT剂量指数(volumetric ct dose index, CTDIvol)、剂量长度积(dose length product, DLP) ，并参考相关文献[5]中标准，计算个体化剂量估计值(size-specific dose estimates, SSDE)、有效剂量(effective dose, ED)，SSDE=转换因子×CTDIvol, ED=k×DLP,转换因子以腹横径为基准查表为1.5，k为0.015 mSv/(mGy-1·cm)。测量各组图像中阑尾、腰大肌及皮下脂肪CT值，分别以CTA、CTPM、CTF表示，以CTF的标准差(standard deviation, SD)作为背景噪声值[6]，利用公式SNR=CT值/SD计算得到阑尾和腰大肌信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)，分别以SNRA、SNRPM。以上指标的平均值以CTDIvolm、DLPm、SSDEm、EDm、CTAm、CTPMm、CTFm、SDm、SNRAm、SNRPMm表示。

1.3.2 图像主观评价方法 由两名从事医学影像诊断工作15年以上医师对两组图像资料进行主观评价并记录评分。评分方法采用5分制[7]： (1)5分，边缘75%以上清晰可见且径线可测量；(2)4分，边缘50%～75%清晰可见且径线可测量；(3)3分,边缘50%显示不清且径线不可测量；(4)2分,边缘难以辨认；(5)1分,未显示目标。

2 结 果

2.1 两组辐射剂量结果对比 对照组与实验组辐射剂量结果见表1。随着NI值的增大，各项辐射剂量指标逐渐下降，自NI值从6开始，每增加2个单位，各辐射剂量减少10%～30%，自NI值22开始辐射剂量下降趋势明显减缓， NI值5～22时CTDIvol下降明显(87.33%)；而NI值22～30时下降缓慢(37.72%)。两组CTDIvolm、DLPm、SSDEm、EDm的检验值F分别为3.14、8.75、1.82、7.34，实验组较对照组有明显辐射剂量减少，差异有统计学意义(P<0.05，表1)。实验组NI值与CTDIvol、DLP的Pearson相关分析结果显示(r=-0.919，P<0.05)，呈显著性负相关，当NI值增大时辐射剂量逐渐减少。

2.2 图像质量评价结果 两组CT图像质量从客观评价指标上看，两组SD、SNRA、SNRPM的检验值F分别为1.22、2.93、5.38，差异有统计学意义(P<0.05)。但主观评价发现，两组图像评分对比检验值(F=1.34，P=0.176)，差异无统计学意义。2位影像科医师对各组CT图像质量评分的一致性分析结果显示：Kappa=0.675，有较强的一致性(表2)。

组别例数NICTDIvolm(mGy)DLPm(mG4y·cm)SSDEm(mGy)EDm(mSv)对照组40-18.51±0.00455.69±7.6827.77±1.566.84±1.71实验组1403.08±2.84①75.95±69.99①4.63±4.26①1.14±1.05①1059.09±0.35223.87±3.7413.64±0.593.36±0.911067.95±0.23195.82±2.6211.93±1.332.94±1.031086.52±0.19160.40±3.359.78±2.112.41±0.5810104.60±0.22113.18±1.986.90±1.961.70±0.3210123.26±0.1280.31±2.134.89±1.781.20±0.1610142.45±0.0960.43±3.143.68±2.110.91±0.1110161.93±0.1147.62±3.112.90±1.120.71±0.0810181.58±0.0738.91±2.992.37±1.320.58±0.0510201.31±0.0632.37±2.851.97±0.890.49±0.0610221.14±0.0428.01±2.621.71±0.650.42±0.0210240.98±0.0324.20±2.131.47±0.230.36±0.0310260.87±0.0521.47±1.991.31±0.150.32±0.0110280.78±0.0219.29±2.011.17±0.190.29±0.0010300.71±0.0117.39±1.881.07±0.150.26±0.00

注：与对照组相比，①P<0.05

表2 腹部CT低剂量扫描两组图像质量评价结果

注：与对照组相比，①P<0.05

3 讨 论

近20年来，CT检查使用频率在世界范围内增长超过8倍，国内CT使用频率更高，但其辐射剂量可达到所有医用设备辐射剂量的50%[8]，尤其在大规模查体中，受检者所受辐射剂量较大。有效降低CT检查辐射剂量目前已引起临床的广泛重视。低剂量CT的概念由Naidich等[9]1990年首次提出，随着公众自身防范意识的加强， CT设备生产商主要通过降低管电压、管电流、增大螺距、减小机架转速来降低辐射剂量[10]，使CT设备本身辐射剂量有一定降低。但原来无论哪种方法条件均是固定模式，在人体不同解剖结构上无法实现图像信噪比的统一，难以实现既保证图像质量又有效降低辐射剂量。随着科学技术的发展，特别是ATCM技术出现及CT后处理技术水平不断提高，不但图像质量得到很大提高，低剂量CT也开始应用于腹部CT检查中，但对腹部CT低剂量相关研究较少[11,12]。ATCM技术是一种智能的调控管电流方法，是根据被照射物体对X线衰减特性不同，从三维方向对机器管电流的输出实时调制的一项技术，其可在不同解剖结构层面实现智能自动调节管电流，使图像信噪比保持一致的前提下有效降低辐射剂量，且ATCM技术引入的NI参数，当适当调大NI值时，可以在保证诊断要求下有效降低辐射剂量[13]。本研究发现，ATCM技术虽使图像噪声有一定的提升，但对图像诊断影响较小，能够在保证诊断要求同时，有效降低辐射剂量[13-15]。实验组利用ATCM技术后腹部单次检查的SSDEm、EDm为(4.63±4.26)mGy、(1.14±1.05)mSv，与对照组SSDEm、EDm为(27.77±1.56)mGy、(6.84±1.71)mSv对比,下降达到50.9%～96.2%，差异具有统计学意义，证明ATCM技术是降低腹部CT辐射剂量行之有效的方法。

本研究选取样本人群均为BMI20～24 kg/cm2，18～35岁男性，体脂含量低，查体规模大，实际检查中以急腹症、急性外伤多见。阑尾是急腹症中发病率最高的部位[16,17]，腰肌劳损在军事训练伤发病率较高[18]，且是引起新兵下腰痛的重要原因[19]，所以对腹部CT图像噪声的对比研究中以阑尾和腰大肌较多。本研究发现，对比常规CT腹部扫描和ATCM技术应用后的图像噪声，虽然这两个部位噪声比有一定程度的减低，图像质量在客观数据上有所下降，但在主观评价中，两种检查方式对阑尾和腰大肌的分辨清晰程度没有明显差异，说明在明显降低辐射剂量基础上，图像诊断准确率不会受到影响。此外，ATCM技术应用便捷，适用性强且CT检查时间短、诊断速度快，能够在实际工作中应对大规模的官兵体检。本研究还发现在NI值超过22后辐射剂量下降程度有限，图像质量也以相同比率降低。因此，基本证实使用ATCM技术中将NI值设定为22可适应部队的大规模查体。

目前大量研究已经表明，CT辐射剂量已被控制得越来越小。本研究发现，在NI值大于10以上，ED均小于1 mSv,即单次接受腹部CT检查受检者吸收不高于1 mSv的辐射剂量，证明使用ATCM技术CT检查不会增加放射疾病的风险，是安全可靠的。

综上所述，本研究通过ATCM技术发现，其能够在保证图像质量前提下，有效降低辐射剂量，适用于大规模查体的腹部检查，下一步将增加相关参数，进行更深入地研究。