宽体探测器CT儿童头部不同扫描模式对辐射剂量及图像质量影响的研究

李杨，庄勋慧，李伟凯，刘霞，宋修峰

1. 青岛市妇女儿童医院 医学影像科，山东 青岛 266034；2. 青岛大学附属医院 腹部超声科，山东 青岛 266500

引言

自1972年世界首台CT机问世并发展到今天的过去几十年里，关于CT成像速度、辐射剂量及成像质量的研究层出不穷。目前，遵循尽可能低的剂量原则（As Low As Reasonably Achievable，ALARA）[1]及早期CT机螺旋扫描影像的低对比分辨力不及轴扫描模式[2]等因素影响，国内绝大多数医院在成人头部CT扫描模式上一直沿用着轴扫描模式。然而，对于儿童、急诊等无法配合检查患者而言，螺旋扫描模式的快速采集和容积数据特点又有着独特的临床优势。随着以Revolution CT为代表的宽探测器CT机问世，头部CT不同扫描模式影像质量和辐射剂量如何平衡，哪种扫描模式为儿童头部CT常规扫描最优模式，我们对此进行探讨。

1 资料与方法

1.1 一般资料

采用回顾性研究方法，选取2018年1月至6月期间就诊于我院行头部CT扫描的儿童患者，排除标准为影像诊断颅内占位、脑出血、脑水肿、脑萎缩等影响数据测量病例，因配合度差异就诊时分别采用轴扫描和螺旋扫描模式，分别随机抽取25例作为实验组A、B。根据相同排除标准随机抽取25例既往16排CT检查患者作为对照组C。75例患者中男性39例，女性36例；年龄2～10岁，平均年龄（5.60±2.89）岁。

1.2 设备与方法

采用GE 256排宽体探测器Revolution CT机和Philips Brilliance16排CT机进行头部CT常规扫描。其中A组采用256排宽体探测器CT螺旋扫描，设置管电压为100 kV，自动管电流180～350 mA，噪声指数设为4.00，螺距0.984:1，探测器宽度40 mm，球管转速为0.28 s/R。B组采用256排宽体探测器CT轴扫描，设置管电压为100 kV，自动管电流180～350 mA，噪声指数设为4.00，探测器宽度140 mm，球管转速为0.28 s/R。C组采用16排CT螺旋扫描，设置管电压为120 kV，管电流200 mA，螺距0.69:1。仰卧位扫描，扫描范围颅底至颅顶。采用东软PACS/RIS系统对所得影像资料测量评价。

1.3 图像质量及辐射剂量评价

1.3.1 客观评价

比较三组所得影像的脑灰、白质CT值和背景噪声，计算信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）、灰-白质对比噪声比（Contrast-To-Noise Ratio，CNR）。计算公式为：SNR=白质CT值/噪声，CNR=(脑灰质CT值-脑白质CT值)/噪声。测量脑灰、白质CT值时，两种扫描方式均选取侧脑室体部的临近层面（图1），分别测量左、右两侧取平均值。测量背景噪声时，ROI大小为20 mm2，选择脑灰、白质CT值测量层面并距左侧颅板外2 cm，避开患者头发，测量空气CT值[3]。

图1 测量位置

1.3.2 主观评价

采用双盲法，由2名具有10年以上工作经验的放射诊断医师，分别独立对不同扫描模式所得的影像质量进行评估（评估层面为侧脑室体部层面，图1）。将影像局部客观指标与影像总体观相结合，评估标准采用5分评价法[2]：按照优（4～5分）、良（3～4分）、可（2～3分）、差（1～2分）的4个不同等级对影像质量进行评估（图2）。

图2 图像质量评分

1.3.3 辐射剂量

分别记录三组患者头部CT扫描结束后设备自动记录和指示的CT扫描剂量值，计算CT剂量指数（Computed Tomography Dose Index，CTDI）（单位 ：mGy）和剂量长度乘积（Dose-Length Product，DLP）（单位 ：mGy·cm）。

1.4 统计学分析

使用SPSS 19.0统计学分析软件，计量资料用（±s）表示，对三组患者一般资料、客观评价及辐射剂量参数采用单因素方差分析，图像质量主观评分比较采用Kruskal Wallis H秩和检验，2名诊断医师图像主观评价的一致性采用Kappa检验进行分析，Kappa值>0.6为一致性较好。认为P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

三组患者性别、年龄等一般资料的差异均无统计学意义（P>0.05）。两名医师图像主观评价的Kappa值为0.831，具有较高的诊断一致性。

2.1 图像质量评价

2.1.1 客观评价

三组影像质量客观评价，见表1。

表1 图像质量评价（±s）

表1 图像质量评价（±s）

注：a1～4与A组比较，t=0.965、0.391、0.338、1.288，P>0.05；b1～4与A组比较t=2.809、6.135、8.175、9.727，P<0.05；c1～4与B组比较t=3.470、5.895、7.018、10.005，P<0.05。经单因素方差分析知，A、B、C三组之间脑灰（白）质CT值、SNR、CNR差异均有统计学意义。经LSD-t检验进一步两两比较发现，以上均为A、B组之间无统计学差异，A组、B组分别与C组比较有统计学差异。

组别脑灰质CT值(HU)脑白质CT值(HU) SNR CNR A组 40.00±3.11 25.81±2.29 6.45±0.57 3.54±0.89 B组 41.14±4.00a1 25.50±2.25a2 6.38±0.56a3 3.91±1.09a4 C组 36.95±3.33b1c130.26±2.33b2c24.74±0.81b3c31.03±0.39b4c4 F 6.906 24.589 39.84 66.165 P 0.002 0.000 0.000 0.000

2.1.2 主观评价

A组、B组、C组图像质量主观评分分别为（4.43±0.60）分、（4.50±0.65）分、（3.00±0.75）分，A、B组评分高于C组，差异有统计学意义（P<0.05），两两比较得知A、B组间各评价指标差异无统计学意义（z=0.437，P>0.05），A、B组分别与C组比较差异有统计学意义（z=4.673、4.198，P<0.05）。

2.2 辐射剂量

A、B、C组CTDIvol值分别为（15.99±1.42）、（16.17±0.07）、（29.68±1.31）mGy；DLP值分别为（279.05±35.32）、（243.20±15.51）、（446.71±63.02）mGy·cm。三组数据CTDIvol值、DLP值的差异均具有明显统计学意义(F=160.581，P<0.05)。结果表明，应用256排Revolution CT机螺旋扫描（A组）及轴扫描（B组）患者所接受的辐射剂量均大幅度低于采用传统16排CT机的对照组（C组），其中256排Revolution CT机轴扫描模式辐射剂量最低。

3 讨论

目前，国内多数医院头部CT成人采用轴扫描，儿童则采用螺旋扫描。对比早期CT机两种扫描模式的特点，其主要的原因是成人头部易于固定，轴扫描辐射剂量较螺旋扫描小，且部分CT机可以通过改变机架角度来调整扫描基线。对于儿童、急诊等部分无法自主配合检查人群，虽然螺旋扫描模式图像质量不及轴扫描，但其快速扫描、容积数据采集并易于三维重建等特点又有着独特优势。近年来，随着宽探测器CT机问世，软硬件技术均有较大革新，如何平衡影像质量、扫描速度和辐射剂量，为儿童头部CT常规扫描重新确定合适的扫描模式势在必行。

本研究结果显示，采用256排Revolution CT的实验组两种扫描模式所得到的图像在客观评价和主观评分中均优于采用16排螺旋CT的对照组。我们认为主要原因是16排螺旋CT采用的重组算法是建立在二维反投影重组法（Back Projection Reconstruction，2DBP）基础上的，中心附近的探测器因为没有锥形角度的影响所采集的图像质量较高，而外侧的探测器却因为受到锥形角度的影响，得到的图像的质量下降[4]，从技术角度部分解释了对照组虽然扫描条件高于实验组，但图像质量却是最差这一结果。

学术界广泛认为64排螺旋CT的出现是具有里程碑意义的，受探测器宽度增加等因素影响，其重组算法革新为3D锥形束反投影重组法（Cone Beam Back Projection Reconstruction Algorithm，3DBP），3DBP技术较2DBP技术最大的优势就是其可以利用标准层面的每一个点, 都使用X-Y（channel）轴、Z轴（row）上不同的探测器单元的容积数据来进行插值处理，然后再使用反投影法来重组图像，从而大大减少锥形伪[4]。这一时期大量研究证实[5-9]，在头部CT扫描中，采用螺旋扫描及轴扫描所得到的图像质量已无统计学差异，螺旋扫描虽然辐射剂量稍高于轴扫描，但因扫描时间短、可进行容积重建的巨大优势，在儿童、急诊等无法主动配合检查的特殊患者中仍然有相当的应用前景。

近年来随着CT技术进一步发展，各大医学影像设备厂商纷纷推出了采用宽体探测器的超高端CT，以本研究所使用的GE Revolution CT为例，其采用的160 mm宽度探测器已经大于儿童头部扫描时所需的扫描长度，采用轴扫描模式机架旋转一周（时间0.28 s）即可完成检查[10-11]。反而采用螺旋扫描模式时，受螺距、Z轴宽度等参数影响，且螺旋方式采集数据时在开始和末尾都需额外加扫一圈才能保证有足够的数据重组图像[12]，螺旋扫描的实际扫描范围和扫描时间均长于轴扫描，使得宽体探测器的优势不能充分展现。本研究采用宽体探测器轴扫描模式的扫描时间仅为0.5 s，可获得256层0.625 mm图像并进行任意层厚重建，无需制动即可完成扫描，采用宽体探测器螺旋扫描模式的扫描时间为1.8 s，由此证明以往螺旋扫描的速度及容积重建优势已不复存在。

依据低剂量技术使用原则[13]，在保证图像质量能够满足诊断需要的同时，应尽可能地降低扫描辐射剂量[14]，对于儿童这一放射敏感人群更应如此。宽体探测器CT在扫描速度、图像质量及功能成像等方面均已明显优于目前仍广泛应用于临床的16排乃至64排螺旋CT，采用更先进迭代重建算法（如GE的ASIR、飞利浦的iDose、东芝的ADIR和西门子的IRIS等）来进一步降低辐射剂量的研究也层出不穷[15-20]，实验组两种扫描模式辐射剂量均大幅度低于对照组便是受益于此。

综上所述，采用256排宽体探测器的Revolution CT行儿童头部扫描，综合图像质量、扫描速度、辐射剂量，轴扫描模式可以完美替代螺旋扫描，应当作为日常工作的首选检查模式。在后续的研究中我们会设计头颅体模研究，以期进一步优化扫描参数，为儿童头颅CT检查提供最优的扫描方案。