CARE Dose 4D联合CARE kV技术降低胸部 CT扫描辐射剂量的可行性研究

王广启,郑 义,吴友双,袁建涛

(1.咸宁市中心医院放射科,湖北 咸宁 437100;2.咸宁第一人民医院)

随着技术不断发展,计算机断层扫描(computed tomography,CT)已成为临床影像学检查中重要手段之一,广泛应用于各种疾病的诊断和治疗。然而,CT检查涉及的辐射剂量是影响患者健康的重要因素之一。1990年,Naidich等[1]首次提出了低剂量CT的概念,虽然降低辐射剂量和辐射危害,但仍能获得相同的图像质量。近年来,低剂量CT扫描成为了一个广泛关注的研究领域,其主要目的是在降低剂量的前提下,保证影像的质量和诊断的准确性。

自动管电流调节(CARE Dose 4D)是新型CT扫描技术,它可以在不影响图像质量的情况下降低辐射剂量。智能最佳管电压扫描(CARE kV)技术通过优化管电压的选择,以降低CT扫描中的辐射剂量。本研究将CARE Dose 4D和CARE kV技术相结合,以探讨其在减低胸部CT扫描辐射剂量中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

前瞻性搜集了2021年12月至2022年6月在咸宁市中心医院放射科进行胸部CT检查的105例中青年患者作为研究对象,患者为健康查体或体检。排除了以下情况的患者:怀孕或可能怀孕的女性以及CT检查结论包含肺炎、肺部肿瘤、肺间质性疾病,有重大肝肾功能异常或其他严重疾病的患者和无法完成检查的患者。所有纳入的患者都签署了知情同意书,并完成胸部CT检查。最后共有72名患者满足纳入排除要求并被均分为3组:A组24例,年龄20～50岁,平均(31.65±9.82)岁;男11例,女13例。B组24例,年龄20～45岁,平均(32.26±11.98)岁;男12例,女12例。C组24例,年龄20～49岁,平均(29.45±8.23)岁;其中男14例,女10例。3组在年龄、性别分布均无统计学差异(P>0.05)。

1.2 扫描方法

采用SOMATOM Definition双源64层螺旋CT扫描仪(德国西门子公司),机架转速0.33s/r,螺距范围0.20～0.50。患者采取仰卧位,扫描前训练患者吸气后屏气,扫描范围自胸廓入口至肺底层面。A组为常规剂量平扫,扫描参数为管电流80mAs,管电压120kV,准直器宽度为4.0mm;B组为低管电压扫描,管电流为80mAs,管电压100kV,准直器宽度为4.0mm;C组使用CARE kV[2]联合CARE Dose 4D[3]技术。

1.3 评价指标

1.3.1 图像质量的评价[4-5]

比较不同扫描方案得到的图像信号噪声比(signal to noise ratio,SNR)、CT值、噪声。通过测量主动脉弓水平层面的双侧脊柱竖脊肌作为感兴趣区(ROI)的CT值,测量范围约为0.4cm2,计算两次测量的平均CT值,平均CT值的标准差(SD)作为噪声值,SNR=CT/SD。

图像质量的主观评价由本科2名医生在未知扫描条件情况下独立评判上述三种扫描方案得到的图像质量,并进行打分评判。这两名医师都具有良好的胸部影像学诊断能力,并且对双源CT技术有较深入的了解。在评价过程中,应按照以下指标进行主观评估。图像质量:包括分辨率、噪声、对比度等;病变诊断:包括肺实性结节、肺部阴影、肺气肿、肺不张、肺栓塞、肺炎、肺结核等疾病的诊断能力;解剖结构可视化:包括肺叶、纵隔、肺门、胸膜、胸廓、肝脾等解剖结构的清晰度和可视化程度并最终给出诊断意见和建议。1分:胸部解剖结构模糊,图像对比度差,不能诊断;2分:解剖结构显示不清楚,图像对比度一般,解剖细节难以被发现;3分:解剖结构显示比较清楚,对比度良好,基本可以满足诊断需求;4分:解剖结构以及解剖细节显示清晰,对比度良好,易作诊断。

1.3.2 放射剂量评估

记录每例患者扫描时机器自动生成的容积CT剂量指数(CT dose index of volume,CTDI)值及剂量长度乘积(dose length product,DLP)。CTDI反映整个扫描容积的平均剂量,DLP用来评价受检者1次完整CT扫描总的辐射剂量。有效辐射剂量(effective does,ED),公式:ED=DLP×K,采用欧洲CT质量标准指南,胸部平均值K=0.014mSv/(mGy·cm)。

1.4 统计学方法

采用R-software进行统计分析。多组间客观及主观图像质量、辐射剂量的比较,如符合正态分布采用F检验,不符合正态分布使用K-W秩和检验(kruskal-wallstests),组间两两比较采用t检验,通过bonferroni修正。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 图像质量评分

结果显示:3组图像平扫平均CT值、SD、SNR、主观评分无统计学差异(P>0.05),见表1。抽取A、B、C 3组部分图像(图1～3),由于3组扫描参数不同,3组图像对应噪声值有所差异,但其主观评分无统计学差异(P>0.05),可近似认为3种方案所得胸部CT图像质量无明显区别,符合临床诊断要求。

图1 A组随机测量3例病人主动脉层面竖脊肌的整体噪声值较低

图2 B组随机测量3例病人主动脉层面竖脊肌的噪声值略高

图3 C组随机测量3例病人主动脉层面竖脊肌的整体噪声值偏高

表1 平扫图像质量分析

2.2 放射剂量评估

通过表2组间分析CTDI、DLP、DE的差异,结果显示,C组技术可以降低CTDI及DLP值,与A、B组比较具有统计学意义(P<0.05),相对于A组方案,该技术可降低ED值并具有统计学意义(P<0.05)。

表2 辐射剂量分析

3 讨 论

胸部CT检查应用广泛,检查频次多,因此,在扫描中应充分认识该检查对患者造成的潜在辐射危害[6]。影响CT辐射剂量的因素有很多,包括扫描参数、硬件和软件。降低CT辐射剂量的研究始于20世纪80年代,重点是优化扫描参数。目前,剂量降低包括使用实时动态曝光剂量调节管电流、固定低管电压、固定低管电流和大间距心脏开关控制技术,以降低辐射剂量[7-8]。

CARE Dose4D是一种自动曝光控制功能,在扫描患者的定位像之后,自动判断患者其体型,沿Z轴及角度调整辐射剂量[2]。而Care kV 技术是CARE Dose4D的拓展,它能根据预设的图像质量水平确定扫描所需kV值,同时计算所需管电流的基准值以及变化曲线[3]。它们使用时仅需要在能支持该技术的设备上开启相关功能选项即可使用。

以往的Care Dose 4D和Care kV技术主要用于不同部位的比较研究。本研究通过比较常规平扫,低管电压扫描及Care Dose 4D和Care kV技术三者扫描的图像质量、放射剂量。发现Care Dose 4D和Care kV技术在不降低图像质量的情况下(SNR、CT值及主观评分对比均无统计学差异),放射剂量明显减低,CTDI及DLP值对比于标准剂量和低剂量扫描,有所减少并具有统计学意义(P<0.05),相较于标准剂量扫描方案,ED值明显缩小。这与康绍磊等[9]报道一致,都显示了该扫描方案图像主观评分与标准剂量扫描差异无统计统计学意义(P>0.05),且所有图像评分均较高。理论上,扫描剂量的降低,必然导致图像噪声的增加,但CARE V技术能够根据所指定的扫描部位,确定扫描目的;再以定位像自动确定受检者体型,结合预先设定的图像质量要求,自动计算出不同管电压下所需管电流的基准值和变化曲线,进而可以根据图像质量设置标准质量参考电压。Winklehne等[10]使用CARE kV扫描技术对身体质量指数(BMI)处于同一水平患者的头部和胸部进行扫描。他们的结果表明,在不增加背景图像噪声的情况下,图像的对比度提高了21%,CNR提高了17.3%。在肝脏CT造影的研究中,Song等[11]使用了CARE kV和SAFIRE迭代重建技术,结果显示,平均辐射剂量减少了47%。Gnannt等[12]对40名接受腹部CT增强扫描的睾丸癌症患者使用了CARE kV技术,结果显示,与传统的120kVp方案相比,辐射剂量减少了12%。智能管电压CARE kV调节技术可根据患者的个体差异和检查目的自动设置最佳的kV值,根据X射线的强度E与管电压U及管电流I的公式E=kIU2,在保证图像质量的情况下,降低管电压且适时优化管电流会有利于降低放射剂量[13]。而CARE Dose 4D调节技术的原理是在扫描过程中,根据患者体型(大小、体质量等)和扫描部位自动优化电流,最终达到最小剂量的目的[14]。Greess等[15]研究显示,在儿童CT扫描中使用CARE Dose4D技术可将辐射剂量减少10%～60%,而保持图像质量不变。在本研究通过使用CARE kV和CARE Dose4D来探究胸部CT扫描中的剂量优化,结果显示相对于标准剂量扫描和低剂量扫描技术,该技术可以显著降低患者的辐射剂量。当使用这两种技术时,在不影响图像质量情况下,CTDI、DLP和ED均大幅度的下降并具有统计学意义(P<0.05)。

本研究也存在一些不足,本研究纳入样本多为轻症或体检患者,扫描时病人准备较充分,配合较好,而在不配合及图像较复杂的患者中,该技术对主客观图像质量并不清楚。其次,也未讨论单独使用CARE kV或CARE Dose 4D对图像质量的影响及放射剂量的对照对比研究,这需要进一步研究证实。

CARE kV和CARE Dose 4D是西门子CT扫描仪中特有的剂量调制技术,其他制造商也有类似类型的协议,它们的名称不同,但在CT扫描中扫描患者时,它们在剂量优化方面的工作非常相似。这项研究是在胸部CT平扫中进行的,在其他部位的CT检查中,如腹部、眼眶、四肢等,其他研究也证明该技术能在不降低图像质量的情况下减少放射剂量[16]。但并不是所有部位都适合低剂量扫描,因为某些部位组织对比不明显,而肺组织内气体与实质性组织密度差异较大可形成良好的组织对比。综上所述,在胸部CT扫描中,CARE Dose 4D联合CARE kV技术可有效降低患者的辐射剂量,而且能同时保持图像质量,具有很高的临床应用价值。