双能CT 降低腹部CT 扫描辐射剂量可行性研究：体模实验

赵君禄 聂关伟 赵德园 郑立冬 刘 冲 任庆云

CT 扫描是常用的腹部检查方法，对腹部脏器疾病有较准确客观的诊断价值，已广泛应用于各种腹部疾病的检查［1-3］，但由于腹部器官缺乏天然对比，准确的诊断需要进行多次扫描，与其他部位相比辐射剂量成倍增加，故腹部CT 扫描所带来的辐射剂量不容忽视。文献报道，人们已采用各种方案来降低腹部CT 扫描的辐射剂量［4-5］，双能CT 也广泛用于腹部增强CT 降低腹部CT 的辐射剂量［6］，但采用双能CT 扫描来降低腹部平扫辐射剂量的研究未见相关报道。本研究采用不同双能组合的扫描方案对Catphan 500 体模进行扫描，评估其对CT 图像CT 值、空间分辨力和密度分辨力的影响，探寻最佳的低剂量双能扫描方案，以期为临床CT 低剂量扫描提供理论依据和扫描参数选择，同时，在满足CT 图像质量前提下，最大限度地减少对患者的辐射剂量。

1 材料与方法

1.1 检测设备 德国西门子第三代双源CT（SOMATOM Definition Force）。该机双能扫描模式有5种：双能1（70/sn150 kV）、双能2（80/140 kV）、双能3（80/sn150 kV）、双能4（90/sn150 kV）和双能5（100/sn150 kV）。美国体模实验室 Catphan 500 性能体模（图1）具有高对比度分辨力模块（空间分辨力）CTP528，内含呈同心圆环状排布 1～21 LP/cm 的高分辨力检测卡，21 组线对组分别代表高对比度分辨力，分别为1～21 LP/cm；低对比度分辨力（密度分辨力）模块CTP515：本模块有外圈和内圈两组靶块，其中靶块外圈尺寸分别为2、3、4、5、6、7、8、9 和15 mm，靶块内圈分别为3、5、7和9 mm。内、外圈靶均有3 种对比度水平：0.3%、0.5% 和1.0%。低对比度分辨力以毫米百分单位（mm/%）表示。本研究仅对1.0% 外圈进行分析。CT值线性检测模块CTP401 含有特氟隆（Teflon）、丙烯（Acrylic）、低密度聚乙烯（LDPE）及空气（Air）等4 种不同密度物质，其标准CT 值分别为：990、120、-100 和-1 000 HU。

图1 美国体模实验室 Catphan 500性能体模

1.2 扫描条件 采用 Force CT 分别选择腹部常规扫描方案和双能CT 扫描方案进行扫描，二者均设置旋转时间0.5 s，准直宽度192 mm×0.6 mm，螺距0.7，层厚、层间距均为5 mm，矩阵采用512×512，卷积核采用标准算法：Br40，重建算法采用腹部CT 常用的滤波反投影（filtered back projection，FBP）与高级迭代重建ADMIRE3［7］混合重建算法；双能扫描采用FAST DE 模拟120 kV 重建。不同方案的扫描参数如下：常规扫描及双能扫描均采用CARE Dose 4D 自动毫安秒进行扫描，具体扫描参数见表1。

表1 常规扫描及双能扫描具体扫描参数

1.3 检测方法及图像评价 采用Somatom Force 双源CT 分别对Catphan 500 体模分别按照腹部常规扫描条件及5 种双能组合模式进行扫描，共扫描10 次，每次扫描后均对CT 图像进行3 次测量分析。辐射剂量采用每种扫描模式的剂量长度乘积（dose length product，DLP）来计算，图像后处理采用Syngo.via 工作站。在对图像信息不知情的情况下，由1 名高年资主治医师和1名副主任医师进行独立阅片，评价图像的空间分辨力和密度分辨力，由1 名医师对图像CT 值进行测量和记录。

1.4 空间分辨力、密度分辨力的评价 在CTP528 模块图像上调节合适的窗宽、窗位，把观察到没有短缺和粘连的线对结构作为最高空间分辨力；在CTP528 模块图像上选取外圈对比度为1.0%的孔径进行观察，确定能分辨的最小圆柱孔径，以能看到全部孔径为有效，此孔径大小即为最佳密度分辨力，孔径越小，密度分辨力越高。在CTP401 模块图像上分别测量4 种材料的CT值并进行记录。

1.5 评价指标 不同扫描模式下CT 值准确性用准确性误差［8］表示，准确度误差=（测量值-标定值）/标定值×100%。本研究采用30 组数据测量的平均值计算准确度误差。分析不同扫描模式对图像质量（空间分辨力、密度分辨率）的影响。2 名医师评价的一致性采用Kappa 一致性检验。

1.6 统计学方法 统计学分析采用SPSS 21.0 统计软件。在统计前先对计量资料进行正态分析，符合正态分布的计量资料用±s表示，不同扫描模式的CT 值及辐射剂量等计量资料的多组间比较采用方差分析，两两比较采用LSD-t检验，以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同扫描模式的空间分辨力、密度分辨力情况空间分辨力及密度分辨力2 名医师评估一致性强（Kappa 值0.76），常规单能120 kV 扫描组及各双能模式扫描亚组的空间分辨力均为7 LP/cm，但单能120 kV组及双能5 亚组的显示信心度更高，双能1 亚组的显示信心度稍差。密度分辨力的显示，单能120 kV 常规扫描组及双能5 亚组的密度分辨力最高，双能1 亚组的密度分辨力最差。见表2、图2。

表2 不同扫描模式的空间分辨力及密度分辨力情况

图2 各种扫描模式空间分辨力与密度分辨力显示图

2.2 不同扫描模式的辐射剂量及CT 值 不同扫描模式对CT 值及其辐射剂量的差异有统计学意义（P＜0.05），其中双能1 的辐射剂量最低。见表3。

表3 不同扫描模式的CT值及辐射剂量比较

2.3 不同扫描模式下CT 值准确性分析 不同扫描模式4 种材料的准确性误差不同，以双能2 的准确性误差最大，但所有扫描方式的准确性误差均在10%以内。见表4。

表4 不同扫描模式下不同材料CT值准确性误差情况（%）

3 讨论

随着CT 检查的逐渐增多，患者接受的电离辐射也不断增加，这引起了人们对潜在癌症风险的广泛关注［9］。在临床上有三分之一的CT 检查为腹盆部CT，降低腹部CT 的辐射剂量具有重要的临床意义［10］，特别是CT 导向射频消融治疗肝脏、肾脏恶性肿瘤时，应用CT 扫描监测消融针与肿瘤的位置关系以及消融治疗后的疗效评估均需要多次CT 扫描［11-13］。人们采用各种策略［14-16］来降低辐射剂量。临床研究表明双源CT双能CT 在保证图像质量的前提下腹部CT 检查辐射剂量显著降低［17］。本研究结果显示，双能CT 扫描在保证影像质量的情况下，辐射剂量较常规扫描降低51.24%。

CT 值是反映CT 图像质量的主要检测指标，临床医师是根据CT 值来判断人体组织及病变的性质。所以在降低剂量CT 辐射剂量的同时必须保证CT 值的准确性。本研究采用5 种双能模式扫描及常规模式扫描体模的4 种标准材料来测量CT 值的准确性。本研究发现，CT 值差别不大且准确性误差均在10%以内。其中差别最大的是双能2 亚组扫描模式，双能2 模式是一组未采用锡滤过（sn）的高千伏扫描方式，这表明第三代双源CT 中带锡滤过的扫描方案在有效降低辐射剂量的同时可以使双能扫描模式模拟单能120 kV 所获得的CT 值更准确［18-19］。本组中通过对5 组双能扫描模式与常规单能120 kV 扫描模式下4 种标准材料CT 值准确性误差的比较，发现双能5 亚组扫描模式与常规单能120 kV 扫描模式的CT 值准确性误差最小。表明双能5 亚组扫描模式在CT 值准确性方面最能代替常规单能120 kV 扫描。

CT 图像质量的另一个重要指标是空间分辨力。本研究发现，常规单能120 kV 扫描模式和不同的双能亚组扫描模式空间分辨力主观评价均可达到7 LP/cm，但双能模式扫描的辐射剂量较常规扫描均有大幅度降低，双能1 扫描模式的辐射剂量更是仅有腹部常规单能120 kV 扫描模式辐射剂量的27.56%，表明在一定的辐射剂量范围内，降低辐射剂量并不会降低空间分辨力，与张璞等［20］的研究结果基本一致。

密度分辨力是CT 图像质量的重要指标，腹部器官的天然对比差，密度分辨力尤其重要。本研究发现，常规120 kV 单能扫描模式的密度分辨力为4 mm/1%。采用双能模式扫描时，密度分辨力是随着双能扫描模式辐射剂量的降低而逐渐下降的。其中双能1 亚组的辐射剂量最低，其低对比度分辨力也最低，但其低对比度分辨力依然达到7 mm/1%。双能5 亚组扫描模式的低对比度分辨力与常规120 kV 单能扫描模式相同。

本研究不足之处在于，仅采用双源双能技术，未对其他双能技术进行对比研究。因此，所获得的有效辐射剂量值不能推广到其他双能CT 技术，如快速千伏切换、多层探测器器技术等，可能会显示出不同的结果。

本研究通过体模研究证实：双能CT 可以在保证图像质量的前提下降低腹部扫描的辐射剂量，最佳的双能组合为双能5 亚组（100/150 kV），其CT 值准确性误差小，空间分辨力及密度分辨力高，作为腹部CT 常规检查使用时可降低患者51.24%的辐射剂量。