自動管電流調節技術下螺距對胸部CT圖像質量及輻射劑量影響的體模研究

袁穎，鐘朝輝，吳天棋，白玫

1. 首都醫科大學宣武醫院 醫學工程處，北京 100053；2. 首都醫科大學北京友誼醫院 放射科，北京 100050

引言

由于人口老齡化和空氣污染等多種因素，自21世紀初期，肺癌已成為我國死亡率最高的惡性腫瘤[1-2]，胸部CT檢查在肺癌、肺結核疾病的檢出與診斷等方面具有一定的優勢，尤其對于肺癌篩查，其檢出率約為X線胸片的6倍，而輻射劑量卻是X線胸片的幾十甚至上百倍[3]，CT檢查引起的輻射傷害逐漸引起人們的關注。自動管電流調制技術（Automatic Tube Current Modulation，ATCM）是保證圖像質量的情況下能有效降低輻射劑量的方法。影響ATCM技術的因素很多[4-6]，如管電壓、準直寬度、螺距等，應用ATCM技術對胸部CT的圖像質量和磨玻璃密度結節的檢出的影響尚未有相關研究，本文旨在探討螺距對ATCM技術的影響，為臨床優化胸部CT掃描方案提供參考。

1 材料與方法

1.1 胸部模型

采用Shimadzu PH-1胸部仿真模體，如圖1所示，大小為43 cm×48 cm，胸圍94 cm，重量為18 kg，主要成分為聚氨酯樹脂SZ-50以及人工骨骼，模體內部肺紋理與人體無顯著差別。模體內放置9個磨玻璃密度結節（Ground Glass Nodules，GGN）[7]，其直徑為5、8、12 mm三種，將5 mm的GGN置于肺尖區，其余GGN隨機置于體模的上、中、下肺野及內、中、外帶。GGN的平均CT值為-437.44上、中、下肺野。

1.2 儀器與方法

采用GE Optima CT680對胸部仿真模體進行掃描，將模體放置掃描野等中心點水平，掃描范圍自肺尖到肺底。掃描條件：管電壓120 kVp，使用ATCM技術，管電流調節范圍為10～560 mA，機架旋轉時間為0.5 s/rot，準直寬度為40 mm（64×0.625），圖像重建矩陣為512×512，層厚5 mm，層間距5 mm。重建條件：以標準算法ASIR30重建[8-9]。每組掃描覆蓋范圍一致（30 cm）。應用ATCM技術，分別以螺距為0.516:1、0.984:1和1.375:1進行掃描并記作A、B、C組，每組在設定噪聲指數（Noise Index，NI）值為10、15、20、25、30時分別掃描。記錄各組容積CT劑量指數（Volumetric CT Dose Index，CTDIvol），劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）。

圖1 Shimadzu PH-1胸部仿真模體

1.3 測量圖像噪聲

所有的數據傳到圖像后處理工作站adw4.6，測量氣管分叉處主動脈噪聲值（120 mm2）和肝部上緣噪聲值（200 mm2），每組圖像測量3次。

1.4 圖像質量評價

將各組圖像傳至PACS，由兩名10年以上工作經驗的放射科醫生獨立評價所有圖像。應用固定窗寬、窗位：肺窗窗寬1600 HU，窗位-600 HU（圖2）；縱隔窗窗寬400 HU，窗位40 HU （圖3）。對GGN的清晰度采用4分制進行主觀評分：4分，結節邊緣清晰可見；3分，結節邊緣稍顯模糊；2分，結節邊緣較模糊但結節仍可見；1分，結節不可見。共評價3次。

圖2 肺窗

圖3 縱隔窗

1.5 統計學分析

比較15組掃描的CTDIvol和DLP。應用SPSS 16.0統計學軟件，采用單因素方差分析比較同一預設NI下不同螺距的圖像客觀噪聲。應用非參數檢驗中的Kruskal-Wallis H檢驗比較相同預設NI下不同螺距的圖像GGN主觀評分。P＜0.05時差異具有統計學意義。應用Kappa檢驗判斷兩名放射科醫師對圖像診斷的一致性，Kappa值≥0.75為一致性較好，0.4～0.74為一致性中等，＜0.4為一致性較差。

2 結果

2.1 輻射劑量和掃描時間

A組在NI為10、15、20、25、30時的CTDIvol分別為 8.45、3.17、2.04、1.33、1.00，與 B組（10.86、4.77、2.67、1.67、1.15）比較分別降低了22.19%、22.22%、23.60%、20.36%、13.04%，如表1所示。

表1 各組在不同NI下的CTDIvol、DLP和掃描時間

A、B、C組的掃描時間分別為8.15、4.33、3.27 s。受最低管電流的限制（最小輸出為10 mA），NI為30時，在肺野中部的管電流輸出均為10 mA，見圖4。

圖4 各層面管電流值

2.2 圖像質量

2.2.1 客觀評估

對 A、B、C三組在相同 NI掃描的圖像質量進行客觀評估，在氣管分叉處胸主動脈和肝部上緣層面分別選擇密度均勻的區域測量CT值，其標準差的大小代表該層面的客觀噪聲水平，測量結果見表2～3，數據顯示三組掃描在相同NI掃描的圖像噪聲沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.2.2 主觀評估

對三組掃描在相同NI下掃描得到圖像的質量進行主觀評估，評分結果，見表4。相同NI下，不同螺距掃描得到的CT圖像主觀評分無統計學差異。GGN評分一致性，見表5，一致性較好。毫安值的限制，螺距在0.516:1時的輻射劑量降低程度小于其他噪聲指數下的輻射劑量降低程度，見圖4。表1顯示，A組的掃描時間為8.15 s，B組的掃描時間為4.33 s，一般患者可以完成10 s以內的憋氣，應用ATCM技術使用小螺距可有效地降低輻射劑量。

3 討論

降低CT掃描輻射劑量的方法很多，如降低管電壓、管電流等，然而過度的降低往往導致病變的模糊與遺漏，ATCM技術是按事先設定的圖像質量參考水平獲取圖像同時優化輻射劑量的方法。

螺距是影響ATCM技術重要的參數之一。本次研究顯示螺距在0.516:1時，與0.984:1在噪聲指數為10、15、20、25、30的輻射劑量分別降低了23%、23%、25%、22%、14%，兩組掃描圖像的客觀噪聲均無統計學差異（表2和表3），對于模體內GGN的主觀評分亦無統計學差異（表4和表5），這一結果與張志偉等[10]應用GE（BrightSpeed Elite 16）掃描模體結論一致。NI為30時，由于受到最小

表5 不同預設NI及螺距條件下兩名醫生對GGN評分一致性

掃描長度一定時，增大螺距可以減少曝光時間，在固定管電流掃描時，可以有效降低輻射劑量[11-12]。本研究發現使用ATCM技術，當螺距比大于1時，輻射劑量并未隨螺距比的增加而降低，螺距比在1.375:1與0.984:1比較在噪聲指數為10、15、20、25、30的輻射劑量分別降低了4.2%、-0.1%、0.4%、-0.4%、-2.3%，兩組掃描圖像的客觀噪聲均無統計學差異（表2和表3），對于模體內GGN的主觀評分亦無統計學差異（表4和表5），數據表明應用ATCM技術，螺距比增加并未帶來明顯的噪聲和輻射劑量的降低。而Papadakis等[13]在對西門子公司16層螺旋CT在線角調制技術的研究發現螺距比在0.500:1～1.250:1間變化時輻射劑量降低的幅度不變。本研究顯示螺距增大并未使輻射劑量降低，在相同的預設NI下，為了達到相同的圖像質量，大螺距掃描會增大管電流輸出，來彌補掃描時間上的減少，如圖4所示。表1顯示，A組和C組的掃描時間分別為8.15 s和3.27 s，而對于COPD病人等憋氣困難患者，增大螺距可以顯著減小掃描時間，對抑制運動偽影有一定幫助[14-15]。

表2 氣管分叉處胸主動脈噪聲值（120 mm2）

表3 肝部上緣噪聲值（200 mm2）

表4 不同預設NI及螺距下對GGN的主觀評分 （分）

本研究的不足之處在于沒有探討螺距的改變對Z軸分辨率的影響。隨著螺距的增大,層面敏感性曲線增寬,使影像在Z軸的空間分辨力下降[16-17]，Z軸分辨率的改變對多平面成像（Multiplanar Reconstruction，MPR）的影響需進一步探究。本研究應用GE OptimaCT680 CT機掃描，對于其他設備ATCM技術應用不同管螺距比掃描是否有相同的結果，需進一步研究。

4 結論

本文探討了應用ATCM技術行胸部CT掃描時，螺距比的變化對圖像質量及輻射劑量的影響。結果提示，小螺距比可以顯著降低輻射劑量，大螺距比可以顯著降低掃描時間，胸部CT掃描采用ATCM技術時，需根據患者的憋氣情況合理設置螺距比，最好在掃描前對患者進行呼吸憋氣訓練，從而在保證圖像質量的前提下實現輻射劑量的降低。