宝石能谱CT与常规CT在颌面部检查中辐射剂量及图像质量的对比研究

上海交通大学医学院附属第九人民医院 放射科，上海 200011

引言

宝石能谱成像（Gemstone Spectral Imaging，GSI）采用单源瞬时kVp切换技术，在极短的时间内（<0.5 ms）完成140～80 kVp高低能量间的周期切换，几乎同时、同角度得到匹配的高、低能量数据，进而在投影数据空间完成能谱分析[1-4]。GSI与常规120 kVp CT混合能量成像（Conventional Polychromatic Imaging，CPI） 相 比， 提 供了更多的成像参数和功能成像，比如：物质密度成像、单能量图像、能谱曲线和有效原子序数[5-9]。GSI为人们打开了新的思路，提供了新的信息，并迅速在临床上得到推广，与此同时，人们也对GSI的射线剂量问题非常关注。在满足临床诊断需要的适当图像质量的前提下，辐射剂量应该实现可合理达到的尽可能低（As Low As Reasonably Achievable，ALARA）的原则[10-11]。本文旨在探讨GSI在颌面部CT检查中对辐射剂量及图像质量的影响。

1 材料与方法

1.1 研究对象

收集本院2015年3月到2019年3月，临床医生疑颌面部外伤及发育畸形而开具的颌面部CT平扫的患者。纳入标准如下：① 年龄＞18岁；② 受检者能配合检查；③ 无妊娠。40例患者纳入研究，其中男15例、女25例，年龄19～45岁。将患者随机分为A组和B组，每组各20例。

1.2 检查方法

采用美国GE Discovery CT 750 HD能谱CT设备，扫描范围自下颌骨下缘至眶上缘。A组行GSI扫描，单源瞬时kVp切换能谱CT扫描模式，管电压140、80 kVp瞬时（0.5 ms）切换，重建出单能量70 keV水平图像。B组行CPI扫描，管电压120 kVp。其他扫描参数相同，如下：管电流375 mA，螺距和转速0.984：1/39.37，旋转时间0.7 s，层厚1.25 mm，层间距1.25 mm，矩阵：512×512，视野（Field of View，FOV）：25 cm，采用30%自适应统计迭代重建（Adaptive Statistical Iterative Reconstruction，ASiR)。

1.3 图像分析

由2名高年资放射科医师、技师共同用图像报告工作站显示器观察图像，对图像进行客观评价和主观评分，并记录辐射剂量。

1.3.1 客观评价

所有感兴趣区（Region of Interest，ROI）大小为0.11 cm2，分别定位在双侧颊部皮下脂肪、口咽/鼻咽腔气体、咬肌、颌下腺、腮腺、髁突和眼球玻璃体（图1）。测量上述部位的CT值，CT值的标准差（Standard Deviation，SD）作为图像的背景噪声。计算图像的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR），SNR=CT值/SD。

图1 ROI定位

1.3.2 主观评价

主观评价图像质量由两名高年资颌面部CT放射科医师、技师共同评估。采用5分法对图像进行评分[12]，分别评估图像噪声、伪影、解剖结构和图像的整体质量（表1）。主观评价采用软组织（窗宽350 HU，窗位40 HU）和骨窗（窗宽1500 HU，窗位350 HU）。

表1 主观评价图像质量的评分标准

1.3.3 辐射剂量

记录患者的容积CT剂量指数（CT Dose Index Volume，CTDIvo1）、剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP)，根据DLP计算有效剂量（Effective Dose，ED）[13-14]，ED=0.0031×DLP。

1.4 统计分析

运用SPSS 19.0进行统计学分析，用两独立样本t检验比较两组图像质量的客观评价和辐射剂量，用Mann-Whitney U非参数检验比较两组图像质量的主观评价，P＜0.05认为有统计学差异。

2 结果

2.1 患者的一般资料

A、B两组患者的性别、年龄、身高、体重和身体质量指数差异均无统计学意义（表2）。

表2 两组患者的一般资料比较

2.2 图像质量

A、B两组颊部皮下脂肪、口咽/鼻咽腔气体、咬肌、颌下腺、腮腺、髁突及眼球玻璃体的CT值、SD和SNR对比各不相同，部分存在统计学差异，部分无统计学差异（表3）。两组图像的主观评分差异无统计学意义（表4），两组图像均可清晰显示颌面部解剖结构（图2）。

图2 两组图像举例

表3 两组图像各解剖结构的CT值、SD值及SNR比较

2.3 辐射剂量

A组的辐射剂量低于B组，差异有统计学意义（表5）。

表5 两组图像的辐射剂量比较

表4 两组图像的主观评分比较

3 讨论

颌面部解剖结构复杂、病种繁多，颌面部外伤、先天发育异常、炎症及肿瘤等疾病的诊断越来越依赖于影像学检查手段。特别是宝石能谱CT的应运而生，使得CT检查在颌面部疾病的诊断中占据着越来越重要的地位。然而，随着CT的广泛应用，辐射剂量对被照射人群存在潜在危害性也逐渐受到人们的关注。因而，如何在保证临床影像诊断的同时，减少受检者辐射剂量，已然成为当今影像学关注的一个重要问题。

本文研究结果显示，两组患者的一般资料无统计学差异，说明两组具有可比性。对于两组图像质量的评估，我们对颌面部多种解剖结构进行了客观评估，结果显示两组颊部皮下脂肪的CT值、SD及SNR无统计学差异；A组口腔、鼻咽腔内气体的CT值低于B组，SD及SNR无统计学差异；A组咬肌、颌下腺及眼球玻璃体的CT值低于组、SD值高于B组及SNR低于B组；A组腮腺CT值、R值与B组对比无统计学差异，而A组SD值低于B组；组髁突CT值、SD值均低于B组，而SNR无统计学差。这样的结果揭示GSI扫描单能量70 keV水平图像对皮脂肪的图像质量较常规扫描无异；对气体的影响，只是低了CT值，对图像质量无影响；对肌肉、颌下腺软组及玻璃体（类似液体）的影响是降低了图像质量；对腮腺、组织的影响是降低了图像噪声。这归因于GSI扫描显示同单能量成像获得不同CT值，不同于常规混合能量获CT值，其较常规混合能量获得的CT值更为精准[15-16]。且能谱单能量图像在低keV水平条件下的图像高噪声可通过联合重建ASiR来进行降噪[17-18]。而对两组图像的观评估无统计学差异，表明主观上对临床影像诊断无影响。同时，我们的研究结果显示GSI较CPI的辐射剂量降低了约21%。国内外很多研究学者将GSI应用于不同的检查部位，并评估图像质量和辐射剂量，得到类似的结论。国外，Matsumoto等[19]的研究显示：用单能量70 keV水平的GSI能有效提高图像质量，与常规120 kVp的CPI相比，在辐射剂量相同的情况下，能有效降低图像噪声和提高对比噪声，GSI成像有望取代120 kVp CT作为标准CT成像方式。Dunet等[20]和Zhang等[21]探讨宝石谱成像和金属伪影消除软件对颅内动脉瘤夹闭后脑CT血管造影图像质量的影响，研究结果显示宝石谱成像和金属伪影消除软件不仅能显著减少颅内动脉瘤夹闭后脑CT血管造影上的金属夹的伪影，而且还可以用来减少辐射剂量，同时增加对比噪声比。国内，薛蕴菁等[22]用GSI评估颈部血管造影较常规的CT成像可以有效提高图像质量和降低辐射剂量。

本研究的局限性：我们的研究数量较少；不是同一个病例的两种成像方法的图像质量对比，而是两组独立的病例样本的两种成像方法的图像质量的对比，可能会存在一定的选择偏移。另外，本文未进行观察者间一致性研究，而是两个高年资颌面部影像医师、技师共同商讨决定图像质量的主观评分。综上所述，GSI扫描较CPI扫描能有效降低辐射剂量，但并没有明显影响图像质量和临床影像诊断。