人體體模檢測多層螺旋CT低劑量胸-腹部聯合掃描劑量研究

黃翔靜 謝應朗 董 赟 李值慧

1.四川省雅安職業技術學院，四川雅安 625000；2.四川省雅安市人民醫院，四川雅安 625000

近年來CT 檢查已在臨床診療中應用非常廣泛，患者掃描的次數也日益增多，因而患者所接受輻射劑量逐步增多，致癌風險也隨之增高。我們在滿足診斷的要求下，適當降低CT 掃描劑量。有文獻報道，一般認為被檢者所接受的劑量較常規劑量降低20%以上才能確認為劑量降低[1]。胸部的LDCT（低劑量CT）的輻射劑量為標準劑量的10% ～ 30%[2]。胸部低劑量CT 掃描應用目前在臨床上已較為成熟，而胸-腹部多部位聯合低劑量掃描的研究報道目前相對較少，本研究是利用人體體模檢測MSCT 低劑量胸-腹部聯合“一站式”掃描的劑量研究。

1 資料與方法

1.1 CT設備及掃描方案

使用東軟64 層螺旋CT 及AVW 圖像處理工作站；主要技術參數為：管電壓120kV，層厚5mm，層間距5mm，螺距1.20。分別設置8 組不同的管電流（400、240、200、160、120、80、40、20mA），定位從肺尖掃至恥骨聯合（每次掃描獲得120 幅軸位像），掃描結束后記錄每組掃描方案CT 掃描自動生成體模X 線劑量參數，包括CT 容積劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）。

1.2 實驗對象

日本京都科學生產的X 線/CT 全身可動體模PH2B（體模身高165cm，體重50kg）。

1.3 體模等效性論證

以管電壓120kV，固定管電流400mA 分別對人體仿真體模和本院體檢中心檢查者（選取本院自愿參加體檢人群男性10 名，平均身高170cm，平均體重65kg，均告知取得同意），在自然呼吸狀態下進行胸-腹部聯合CT 平掃，分別測量肺、心臟、胸椎、肝臟、腎臟相同層面的平均CT 值，ROI 大小均為100mm2。根據對各組織器官平均CT 值測量后分析體模組織的X 線衰減等效程度。

1.4 圖像質量評價

1.4.1 主觀圖像質量評價 由三名有十年以上工作經驗放射診斷醫師采用雙盲法對圖像質量進行主觀評價，通過觀察銳利程度進行評價，評分標準分為5 級：1 分：差，圖像模糊，組織對比差，完全無法滿足臨床診斷要求；2 分：較差，不能滿足診斷要求；3 分：一般，尚能滿足診斷要求；4 分：良好，能滿足診斷要求；5 分：優，圖像質量好，組織對比清晰，內部結構邊緣銳利，完全能滿足診斷要求。≥3分的圖像被認為可以滿足臨床要求。

1.4.2 將圖像傳送到AVW 后處理工作站，分別選取第二肝門層面、右肺下葉背段層面、四腔心層面，設置面積為100mm2的圓形ROI，測量背景區CT 值（CTb）和標準差（SDb），測量目標區域CT 值（CTo），選取目標區域分別為肝右葉后段、右肺下葉背段、四腔心及胸椎，測量時ROI 大小、位置保持一致，多次測量取平均值，SD 為圖像噪聲，對比噪聲比（CNR）=（CTo-CTb）/SDb 計算得出。

1.5 輻射劑量的計算

記錄每次掃描結束后CT 設備上顯示每組各受檢查的CT 容積劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）。DLP=CTDIvol×掃描長度；ED =DLP×K[K=0.015 Sv/（mGy·cm）][3]。

1.6 統計學處理

采用SPSS22.0 進行統計學分析，體模與志愿者主要臟器的CT 值以表示，采用獨立樣本t檢驗的方法，P ＜0.05 表示差異有統計學意義；計量資料多組間比較采用ANOVA 分析，進一步兩兩比較采用Dunnett-t 檢驗。主觀評分資料為非正態分布的定量資料，多組間主觀評分資料的比較采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗，進一步兩兩比較采用Mann-Whitney U 檢驗[4]。

表1 人體仿真體模與人體主要器官CT值（，HU）

表1 人體仿真體模與人體主要器官CT值（，HU）

檢查對象 肺 心臟 脊柱 肝臟 腎臟體模 -882.18±78.70 36.49±2.64 267.70±81.87 64.56±7.56 26.19±0.91志愿者 -852.09±38.00 37.43±4.45 242.22±39.77 54.42±6.09 28.03±2.98 t -1.089 -0.575 0.885 3.302 -1.868 P 0.291 0.573 0.392 0.004 0.089

圖1、2、3 為人體體模肺尖、四腔心、肝門平面CT 橫斷面圖像

圖4、5、6 分別為與之對應的正常成人CT 橫斷面圖像

2 結果

2.1 CT體層解剖及X線衰減等效性

人體仿真體模胸腹部主要臟器均能在CT 圖像上良好顯示，與正常人體CT 圖像相似（圖1 ～6）。

人體仿真體模胸腹部主要臟器與正常人體對比如下：肝臟平均CT 值差異有統計學意義（P ＜0.05），肺、心臟、脊柱及腎臟平均CT 值與人體差異無統計學意義（P ＞0.05）。體模主要器官平均CT 值為肺組織-882.18HU、心臟36.49HU、脊柱267.70HU、肝臟64.56HU、腎臟26.19HU。見表1。

2.2 不同mA值掃描的輻射劑量

實驗1 組較對照組毫安量降低40%，實驗2 組降低50%，實驗3 組降低60%，實驗4 組降低70%，實驗5 組降低80%，實驗6 組降低85%，實驗7 組降低90%，均屬于低劑量掃描；隨著mA 值逐漸降低，CT 容積劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）均隨之下降，實驗組前5組mA 值降低均相差40mA，CTDIvol 逐級下降1.3 mGy，DLP 逐級下降85 mGy.cm，ED 逐級下降1.26 mSv；后兩組上述值減小幅度逐漸變小。見表2。

表2 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的輻射劑量結果比較

2.3 不同mA值的圖像質量評分

2.3.1 客觀圖像質量評價 圖像噪聲（SD）隨著mA 值減小而增大，肺、心、肝、骨的圖像噪聲差異均有統計學意義（P ＜0.001）。其中實驗3 ～ 7 組的肺圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），實驗組的心和肝圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），實驗2 ～7 組的骨圖像噪聲均高于對照組（P ＜0.05），可以認為肺組織CT 檢查選擇240mA 或200mA，骨檢查使用240mA 時，尚不能認為圖像噪聲與對照組有差異。見表3。

表3 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的圖像噪聲值比較

表3 對照組與各實驗組管電壓為120kV、不同管電流下的圖像噪聲值比較

注：與對照組比較，*P ＜0.05

組別 SD肺 SD心 SD肝 SD骨對照組400mA 31.57±5.87 4.67±0.25 8.63±1.19 11.30±0.66實驗1組240mA 35.10±1.01 6.13±0.25* 10.26±0.40* 12.17±0.71實驗2組200mA 39.50±3.40 6.50±0.30* 10.87±0.45* 13.03±0.51*實驗3組160mA 41.33±2.22* 7.07±0.64* 11.87±0.51* 14.00±0.44*實驗4組120mA 43.40±1.47* 7.63±0.72* 12.90±0.44* 14.83±0.90*實驗5組80mA 46.83±1.69* 9.30±1.01* 13.63±0.55* 17.03±0.91*實驗6組60mA 54.80±5.20* 10.53±0.15* 14.00±0.52* 22.27±1.05*實驗7組40mA 68.93±5.24* 12.33±0.68* 14.77±0.35* 23.90±1.61*F 30.640 57.658 35.760 78.554 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表4 對照組與各實驗組管電壓為120KV、不同管電流下的圖像對比噪聲比較

表4 對照組與各實驗組管電壓為120KV、不同管電流下的圖像對比噪聲比較

注：與對照組比較，*P ＜0.05

組別 肺 心 肝 骨對照組400mA 21.15±2.15 8.12±0.38 10.17±1.07 52.12±6.30實驗1組240mA 18.24±0.98* 6.60±0.40* 8.36±0.29* 42.64±2.86*實驗2組200mA 16.17±0.30* 5.81±0.19* 7.78±0.30* 36.56±1.29*實驗3組160mA 15.67±0.14* 5.30±0.17* 6.68±0.27* 34.00±0.09*實驗4組120mA 14.57±0.56* 5.26±0.20* 6.11±0.05* 31.53±0.15*實驗5組80mA 13.53±0.32* 4.89±0.06* 5.92±0.06* 30.74±0.21*實驗6組60mA 13.00±0.46* 4.43±0.03* 4.70±0.20* 29.10±0.89*實驗7組40mA 12.00±0.46* 3.32±0.38* 4.32±0.13* 26.41±0.84*F 33.257 87.661 62.704 33.104 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

對比噪聲比（CNR）隨著mA 值減小而降低，肺、心、肝、骨的圖像對比噪聲比差異均有統計學意義（P ＜0.001）；實驗1 ～ 7 組的肺、心、肝、骨的圖像對比噪聲比均低于對照組（P ＜0.05）。見表4。

2.3.2 主觀圖像質量評價 三名醫師分別對不同管電流下圖像質量進行主觀評分，主觀評分資料為非正態分布的定量資料，故多組間主觀評分資料的比較采用Kruskal-Wallis 秩和檢驗，可以認為不同管電流下圖像質量不全相同（P ＜0.001）。采用Mann-Whitney U 檢驗的方法進一步兩兩比較得知，實驗3 ～ 7 組影像質量的主觀評分低于對照組（P＜0.05），實驗1 ～ 2 組影像質量的主觀評分與對照組間差異無統計學意義（P ＞0.05）。見表5。

3 討論

隨著CT 檢查技術的飛速發展，在現代臨床輔查中應用及范圍越來越廣，CT 檢查在給人們帶來裨益的同時，它的電離輻射危害也不容小覷。診斷成像的輻射暴露與癌癥誘發的風險之間的關系仍然是一個有爭議的話題，長期暴露于低水平電離輻射被廣泛認為與惡性腫瘤風險增加有關，X 線輻射過量會引發白血病、放射性白內障、甲狀腺癌、乳腺癌和肺癌等。對此，國家衛生部指定的“放射衛生防護標準”強調“醫療照射必須遵循實踐的正當化和放射防護最優化的原則，必須減少受檢者所受照射量，開展X 線診斷服務的醫療單位和有關臨床醫師，X 線工作者等都直接對受檢者的防護有重要責任”；在不損失診斷性能的前提下進行劑量優化是使用CT 良好實踐的關鍵[5-9]。在日常CT 掃描中，為了更加突出CT 圖像的臨床價值，使得臨床放射工作者更加注重圖像的質量而忽略了輻射劑量的問題[10]。因此，在保證影像診斷的前提下，通過合理運用CT 掃描參數優化掃描方案，最大限度地降低患者接受的輻射劑量。

表5 不同醫師對各組圖像質量評分結果M（P25，P75）

若以患者作為實驗對象反復掃描使其接收更多的輻射劑量，存在倫理問題[11]。本研究表明人體仿真體模胸腹部主要臟器均能在CT 圖像上良好顯示，與正常人體CT 圖像相似；人體仿真體模胸腹部主要臟器與正常人體對比，肝臟平均CT 值差異有統計學意義（P ＜0.05）。因此本研究是利用人體仿真體模來測量選擇不同曝光劑量在胸-腹部聯合掃描中實質器官的吸收劑量及輻射劑量評估來確定最佳掃描參數。研究結果表明，隨著mA 值逐漸降低，CT 容積劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（DLP）、有效劑量（ED）均隨之下降，圖像噪聲值（SD）增加，圖像對比噪聲比（CNR）下降。管電流的降低在導致信噪比下降的同時，會引起密度分辨率的下降，其結果可能導致密度相近區域辨識困難[12]。我國放射衛生防護標準（GB4792284）對CT檢查輻射的年劑量做出一定要求，嚴格控制個人組織或器官接受輻射的年劑量＜50mSv。有文獻資料報道歐共體早在1997 年就出臺胸腹部CT 掃描劑量參考標準，規定（CTSIw）27mGy，劑量長度乘積650mGy×cm[13]。通過調整X 射線管電流和管電壓可直接改變掃描劑量，降低mAs 是降低射線劑量的重要途徑[14]。本研究采用客觀及主觀圖像質量評價，兼顧圖像質量滿足診斷要求，且掃描劑量較常規劑量下降＞20%為技術目標，管電壓為120kV 時，降低管電流，實驗1 ～ 5 組（管電流分為240、200、160、120、80mA）顯示肺組織較好，實驗1組（管電流為240mA）顯示心臟較好，實驗1、2 組（管電流分為240、200 mA）顯示肝臟較好，實驗1 ～3 組（管電流分為240、200、160mA）顯示骨骼較好。因此，綜合以上因素考慮，管電壓為120kV 時，降低管電流為240、200mA，顯示胸腹部臟器較好，且兩組低劑量組分別較對照組毫安量降低40%、50%，CTDIvol 較對照組分別降低 5.3、 6.6mGy， DLP 較對照組分別ED 較對照組分別降低5.1、6.38mSv。

胸-腹部聯合“一站式”掃描可一次性快速完成胸部與腹部CT 掃描，縮短了掃描時間，避免交叉部位重復掃描，既提高了檢查效率，又降低了患者輻射劑量。MSCT 一站式檢查優勢明顯， 它不但可以節約檢查時間優化檢查流程， 還具有極高的診斷價值，在群體性突發應急事件中， MSCT 可推薦為多部位損傷的首選檢查方法[15]。

本研究存在的不足：人體體模為中等身材成年男性，未涉及體型過小或過大的受檢者；體模實驗數據還需經過臨床研究進一步論證。由于CT 機型的不同，運用掃描的技術參數差異較大，準確性參差不齊，在臨床實際操作中缺乏完整的最優化的技術方案。