Z軸管電流調制技術在多層螺旋CT頸部掃描中的應用

北京大學深圳醫院醫學影像科（廣東 深圳 518036）

袁知東 王成林 馮 飛 鄧乾華 劉遠健 劉鵬程

國際放射防護委員會（International Commission on Radiological Protection，ICRP）倡導盡可能降低輻射劑量原則（as low as reasonably achievable，ALARA）[1]，要求CT檢查在獲取能滿足診斷需求圖像質量的前提下，必須盡可能降低患者輻射劑量。多層螺旋CT進行頸部掃描時，由于患者體型和頸部解剖結構以及密度厚度的巨大差異，采用傳統的固定管電流技術無法同時保證圖像質量并降低患者的輻射劑量。自動管電流調制技術(Z-axis tube-current modulation，ZTCM)根據定位像掃描時采集到的受檢部位的X射線衰減特性自動對管電流進行動態調整[2,3,4]，以適應受檢者體型和受檢部位密度厚度變化，該技術在胸部的成功應用表明[5]當目標圖像噪聲設置合理時既能保證圖像質量的恒定，又可以降低患者的輻射劑量。本研究通過比較ZTCM技術與固定管電流技術在頸部掃描時的圖像質量（噪聲水平）和輻射劑量，探討ATCM技術在多層螺旋CT頸部掃描中的臨床價值。

圖1、2 Z軸管電流調制技術（Toshiba Medical Real E.C.技術）。定位像（圖1）掃描后，機器根據目標圖像噪聲水平和定位像獲取的胸部密度信息自動設置掃描時的動態毫安值曲線（圖2）。兩個身高和體重相同的男性患者采用CTC（圖3,4,5,6）和ZTCM（圖7,8,9,10）技術掃描的圖像，在下頜角（圖3,7）和甲狀腺峽部（圖4,8）層面CTC的圖像質量優于ZTCM，但在胸骨上切跡層面（圖5,9）CTC的圖像質量明顯下降而ZTCM的圖像質量保持恒定。圖6、10是由兩種技術掃描后重組出的正中矢狀位圖像，圖像顯示CTC技術（圖6）掃描的圖像下頸部噪聲明顯增加，椎管內的結構幾乎能顯示，而ZTCM技術掃描的圖像（圖10）上中下頸部圖像噪聲基本一致。

資料與方法

1.1 臨床資料 將2010年8月至2011年8月因外傷、腫瘤、炎癥、頸椎病等原因在我院進行頸部CT檢查的120名患者納入本研究，研究獲得北京大學深圳醫院醫學倫理委員會的批準。其中男66名，女54名；年齡20～73歲，中位年齡48歲；身高1.58～1.87m，平均（1.68 ±0.13）m；體質量54～85 kg，平均（68±12.1）kg。所有患者均能很好的配合檢查，掃描范圍內無金屬等異物影。120名入選對象按檢查順序的單雙數分為自動管電流調制組（單數者，為試驗組）和管電流固定組（雙數者，為對照組），每組各60名。兩組受檢者的性別、年齡、身高和體質量差異無統計學意義（P值均＞0.05）。

表1 試驗組和對照組的圖像質量評價結果（名）

1.2 CT檢查技術 使用Toshiba Aquilion 16層螺旋CT設備。兩組管電壓（120kVp）、機架旋轉時間（0.5秒/圈）、探測器準直層厚（16層×1mm）、圖像重建層厚（5mm）、螺距（0.9375）、掃描準直野直徑（320mm）和重建算法（標準軟組織算法）等掃描參數完全相同的，試驗組（使用Toshiba medical Real EC自動曝光控制技術即Z軸管電流調制技術）的目標噪聲水平設置為7.5HU，管電流的動態范圍為40～500mA，設備根據定位像（圖1）獲取的頸部密度信息自動設置掃描時的動態管電流值曲線（圖2），對照組的管電流設置為250 mA。掃描范圍從顱底至主動脈弓層面，掃描長度150～210mm，兩組受檢者的掃描長度差異無統計學意義（t值為0.38）。重建層厚1mm間隔0.6mm的圖像并進行矢狀位重組，比較正中矢狀位的圖像質量。記錄機器顯示的兩種掃描技術的CT劑量容積（CTDIvol）和劑量長度乘積（DLP）和實驗組甲狀腺峽部層面的管電流值。

1.3 圖像質量評價分析 主觀評價由2名有經驗的CT主管技師在顯示參數完全相同的情況下，對所有層厚為5mm的橫斷面圖像和矢狀位圖像進行雙盲法評價，圖像評價標準分為優、良、差3級，分別得分3、2、1分。優：無明顯斑點和偽影，微細結構顯示清楚；良：有輕微斑點但無明顯偽影，微細結構顯示較清楚，不影響診斷；差：斑點明顯有偽影，微細結構顯示稍差，對診斷有一定影響。每位受檢者的最終圖像質量評分由其所有圖像評分中最低的確定，即只要有一幅圖像評價為差該受檢者的圖像質量就會評為差，對于評價有分歧的由2名評價技師協商后達成一致意見。客觀評價采用圖像噪聲測量，用標準差(SD)值來衡量圖像噪聲，測量感興趣區為直徑10mm的圓形。分別測量兩種掃描技術的下頜角、甲狀腺峽部、胸骨上切跡層面的圖像噪聲并計算其平均值。

1.4 輻射劑量評估 比較兩組的CT劑量容積(CTDIvol）和劑量長度乘積（DLP），記錄管電流調制組的最大管電流值和甲狀腺峽部層面的管電流值并進行統計學處理。

1.5 統計方法 應用SPSS12.0軟件對上述各組數據進行統計學分析，對2組圖像質量評價采用X2檢驗，噪聲值、CTDIvol和DLP之間的差異分別進行t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

表2 試驗組和對照組的圖像噪聲分布比較(HU)

表3 試驗組和對照組的輻射劑量比較

結 果

2.1 圖像質量評價結果 120名受檢者的所有圖像均能滿足臨床診斷需求，但試驗組圖像質量評價為“優”的人數明顯高于對照組，實驗組的得分明顯高于對照組，兩者差異有統計學意義（表1， P值均＜0.05）。

2.2 圖像噪聲測量結果 2種掃描技術測得的下頜角、甲狀腺峽部、胸骨上切跡3個層面的圖像噪聲值，試驗組下頜角和甲狀腺峽部層面的圖像噪聲高于對照組，試驗組胸骨上切跡層面的圖像噪聲明顯低于對照組，差異有統計學意義（表2，P值均＜0.05）。

2.3 輻射劑量比較結果 實驗組的最大管電流、CTDIvol、 DLP和甲狀腺峽部層面管電流的平均值分別比對照組降低10.75%、19.9%、15.7%和42%，兩組間的差異有統計學意義（表3，P值均＜0.05）。

討 論

3.1 Z軸管電流調制技術調整輻射劑量（管電流）的機理近年來隨著多層CT技術的迅猛發展，CT檢查在臨床診斷中的應用也越來越廣泛，CT對受檢者的輻射已成為醫源性輻射集體劑量的最大來源[6]，CT輻射防護已經成為重要的公共衛生問題，在國內外已成為研究的重點和熱點。據美國專門機構的統計顯示，CT檢查人次占所有放射檢查的13%，但CT受檢者所接受的輻射劑量卻占到放射檢查受檢者總輻射劑量的70%。為降低輻射劑量CT設備制造商開發出了諸多CT受檢者輻射劑量控制和優化的技術，ZTCM技術是目前應用最廣泛的技術[7,8]，它根據定位像掃描時探測器獲得的密度衰減信息和預設的目標圖像噪聲水平自動設定Z軸方向上的動態管電流值曲線(圖1,2)，管電流的設置充分考慮了受檢者體型、解剖部位和掃描層面密度信息差異，在厚度較大密度較高的層面增加管電流輸出，在厚度較小密度較低的層面降低管電流使采集到的不同層面的圖像噪聲水平相對一致[9]。Z軸管電流調制技術降低輻射劑量的程度與受檢者體型有關，當目標圖像噪聲一致時體型纖瘦者輻射劑量降低較多，而肥胖者輻射劑量可能還會有不同程度的增加，但輻射劑量的增加保證了圖像質量能滿足診斷需求。該技術實現了能適應不同受檢者的個性化曝光，可以在滿足診斷需求的圖像質量情況下，盡可能的降低輻射劑量，實現輻射劑量和圖像質量之間最優化配比。

3.2 Z軸管電流調制技術在MSCT頸部掃描中的優勢和臨床意義 頸部組織結構的密度和厚度在Z軸方向上分布差異巨大，而且還包括甲狀腺等對輻射非常敏感的器官[10]。由于和雙肩的重疊，下頸部的厚度和密度通常是中上頸部的3～4倍，如果按照中上頸部設置管電流，下頸部會因射線衰減過大、劑量不足導致圖像噪聲明顯增加甚至出現偽影而使圖像質量無法達到診斷要求，如果按照下頸部設置管電流，中上頸部會受到過多的不必要的射線照射。固定管電流技術為了保證圖像質量能夠滿足診斷要求，通常首先考慮較厚部位的圖像質量，就會按照下頸部的厚度和密度設置管電流，這樣中上頸部受到的輻射劑量是其所需的幾倍；也有采用適中的管電流值掃描，但中上頸部受到的輻射劑量依然偏高而下頸部的圖像質量又無法滿足診斷需求。由于受檢者個體的巨大差異，操作者單憑經驗也很難給出適應每個受檢者的較為精確的管電流值。Z軸管電流調制技術可根據掃描部位密度和厚度的不同，自動調節管電流的輸出量，在密度較高厚度較大的層面會增加管電流的輸出來降低圖像噪聲，而在密度較低厚度較薄的層面會降低管電流的輸出，使輻射劑量的分布實現了按需分配，使不同層面的圖像噪聲水平接近一致，從而保持了圖像質量的恒定。在本研究中，對照組采用250mA的管電流是一個適中值，其下頜角和甲狀腺層面的圖像噪聲(圖3,4)低于實驗組(圖7,8)，但胸骨上切跡層面圖像(圖5)卻明顯高于試驗組同層面的圖像(圖9)噪聲，有部分較胖的受檢者由于圖像噪聲太重甚至出現偽影而無法用于診斷，圖像質量評級為差(圖6)。實驗組在保證圖像噪聲恒定的前提下在中上頸部降低了管電流輸出，而在下頸部大幅增加了管電流輸出，顯著提高了下頸部層面的圖像質量(圖10)，實驗組的CTDIvol較對照組增加了90%主要是由于CTDIvol的計算采用的是最大管電流而非平均值計算的，但由于增加管電流的下頸部范圍較小受檢者接受的輻射劑量仍有較大程度的降低。本研究結果顯示：Z軸管電流調制技術明顯降低了受檢者的輻射劑量，尤其在對輻射比較敏感的甲狀腺層面輻射劑量降低更明顯，大大增加了頸部CT檢查的安全性。

3.3 本研究的不足 本研究采用的Z軸管電流調制技術只能在Z軸方向上（不同層面間）每圈旋轉時對管電流做出調整，而不能進行三維實時管電流調制，因此在下頸部上胸部等前后徑和左右徑相差較大的部位，患者在前后方向上受到的輻射劑量仍然高于需求。另外本研究只進行了單一噪聲的實驗，樣本量也偏小，尚不能完全解決臨床實際應用的全部問題，這還需在未來的工作中作進一步研究。

綜上，Z軸管電流調制技術可根據受檢者體型和受檢部位密度變化動態調整管電流，使輻射劑量的分布實現了個性化和按需分配，在MSCT頸部掃描時可降低輻射劑量并提高圖像質量，有很高的臨床應用價值，值得在臨床上推廣應用。

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