應用自動管電流調制技術不同探測器寬度對胸部CT圖像質量及輻射劑量的影響

袁 穎 吳天棋 鐘朝輝*

隨著CT技術的不斷發展，胸部CT檢查已成為肺部病變診斷及肺癌篩查的主要方法[1]。美國國家肺癌篩查實驗(National Lung Screening Trail，NLST)2011年的研究結果顯示，與胸片相比，使用CT對肺癌高危人群篩查可使肺癌病死率降低20%[2]。然而，輻射劑量卻是胸片的數十倍甚至上百倍，降低CT掃描輻射劑量逐漸成為研究熱點。

自動管電流調制(automatic tube current modulation，ATCM)技術是保證圖像質量的情況下能有效降低輻射劑量的方法[3-4]。近年來，多排螺旋CT探測器寬度有了大幅的提升，寬體探測器使用ATCM技術對胸部CT的圖像質量和肺磨玻璃結節(ground glass nodules，GGN)的檢出影響尚未有相關研究，本研究旨在探討探測器寬度對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型胸部仿真模體，大小為43 cm×48 cm，胸圍94 cm，重量為18 kg，模體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GGN，其直徑分別為5 mm、8 mm和12 mm，共3種，將其隨機置于體模的上、中、下肺野及內、中、外帶[5](見圖1)。

圖1 Shimadzu PH-1胸部仿真模體

1.2 儀器設備與掃描方法

(1)儀器設備。采用Revolution型螺旋CT(美國GE公司)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。

(2)掃描參數。使用ATCM技術，管電壓120 kVp，管電流調節范圍為10～700 mA，機架旋轉時間為0.5 s/rot，螺距為1：1，容積自適應統計迭代重建(volumebased adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR-V)算法權重選擇30%，各組掃描覆蓋范圍相同[6]。

(3)掃描參數方法。探測器寬度分別為40 mm和80 mm進行掃描，并記作40 mm組和80 mm組，每組在設定不同噪聲指數(noise index，NI)值為10、15、20、25及30時分別掃描，層厚5 mm，層間距5 mm。圖像重建矩陣為512×512，記錄各組容積CT劑量指數(volumetric CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product，DLP)，重建薄層圖像層厚0.625 mm，層間距0.625 mm，采用標準重建。

1.3 圖像客觀噪聲測量方法

兩組CT掃描數據傳到圖像后處理adw4.6工作站adw4.6，分別測量氣管分叉處主動脈80 mm2的感興趣區(regionof intrest，ROI)，讀取其CT值和標準差(standard deviation，SD)，每組圖像測量3次，并計算圖像信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)，其中SNR=CT值÷SD，以反映圖像客觀噪聲。

1.4 圖像質量評價

(1)將各組圖像傳至醫學影像存檔和傳輸系統，由兩名5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，見圖2。

圖2 GGN在肺窗下的圖像

(2)對GGN的清晰度采用4分制進行主觀評分：①4分，結節邊緣清晰可見；②3分，結節邊緣稍顯模糊；③2分，結節邊緣較模糊但結節仍可見；④1分，結節不可見。共評價3次。

1.5 統計學方法

應用SPSS16.0統計學軟件，比較兩組掃描的CTDIvol和DLP。采用配對t檢驗比較同一預設NI下不同探測器寬度的圖像SD和SNR。應用非參數檢驗中的Wilcoxon檢驗，比較相同預設NI下不同探測器寬度掃描的圖像GGN主觀評分。以P＜0.05為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

40 mm組在NI值為10、15、20、25及30時的CTDIvol分別為6.27 mGy、2.58 mGy、1.35 mGy、0.83 mGy和0.56 mGy，與80 mm組(6.93 mGy、2.83 mGy、1.49 mGy、0.91 mGy和0.61 mGy)比較，分別降低了10.53%、9.69%、10.37%、9.64%和8.93%；DLP分別降低了21.57%、20.67%、22.57%、20.29%和19.36%。40 mm組和80 mm組的掃描時間分別為4.1 s和2.25 s，見表1。

2.2 圖像質量客觀評估

對兩組在相同NI掃描的圖像質量進行客觀評估，在氣管分叉處層面胸主動脈旋轉密度均勻的區域測量CT值，其SD的大小代表該層面的客觀噪聲水平，數據顯示，兩組在相同NI掃描的SD和SNR無顯著性差異，其測量結果見表2、表3。

表1 兩組在不同NI值下的CTDIvol、DLP和掃描時間

表2 氣管分叉處胸主動脈SD值()

表2 氣管分叉處胸主動脈SD值()

注：表中NI為噪聲指數

表3 氣管分叉處胸主動脈SNR()

表3 氣管分叉處胸主動脈SNR()

注：表中NI為噪聲指數

2.3 圖像質量主觀評估

對兩組在相同NI下掃描得到圖像的質量進行主觀評估，相同NI下，不同探測器寬度掃描得到的CT圖像主觀評分無統計學差異，GGN評分一致性較好。

3 討論

自1998年多排螺旋CT問世以來，4層、8層、16層及64層CT相繼出現，探測器寬度也從最早的2 cm增加到現在的16 cm，而探測器寬度對CT掃描輻射劑量的影響主要反映在冠狀動脈CT掃描中[7-8]。寬體探測器應用ATCM對圖像質量和輻射劑量的研究較少，本研究通過對體內含有GGN的胸部體模進行掃描，探討探測器寬度對圖像質量和輻射劑量的影響。

輻射劑量方面，CTDIvol是目前公認并被使用的CT輻射劑量表征量，是指CT機在軸向掃描時的平均單位容積劑量[9]。本研究結果顯示，40 mm組在NI為10、15、20、25及30時的CTDIvol分別為6.27 mGy、2.58 mGy、1.35 mGy、0.83 mGy和0.56 mGy，與80 mm組(6.93 mGy、2.83 mGy、1.49 mGy、0.91 mGy和0.61 mGy)比較分別降低了10.53%、9.69%、10.37%、9.64%和8.93%，這與ATCM技術調節的精度有關，相同掃描范圍(30 mm)，相同螺距(1∶1)，使用80 mm準直寬度掃描管球需旋轉4圈，而使用40 mm準直寬度掃描管球需旋轉8圈，管球旋轉增加調節精度提高，繼而輻射劑量降低。

DLP是CTDIvol與掃描長度的乘積[10]。40 mm組與80 mm組DLP在NI值為10、15、20、25及30比較，分別降低21.57%、20.67%、22.57%、20.29%和19.36%，降低幅度大于CTDIvol，其原因主要是與螺旋掃描數據采集重建有關，螺旋掃描是通過180°內插算法重建CT圖像，故在掃描范圍兩側需要多采集部分數據，這一結果與李曉娜等[11]應用西門子Somatom Sensation 64螺旋CT掃描水模模體結果一致，所以應用ATCM技術使用寬準直寬度掃描胸部CT會增大輻射劑量。

圖像質量方面，在氣管分叉處胸主動脈層面和肝部上緣層面，80 mm和40 mm探測器分別在NI為10、15、20及25圖像的SD均無統計學差異，與ATCM調節有關。孤立性肺結節的診斷中，GGN的影像學表現和生物特性較復雜，最新的肺結節診治指南[12]明確規范了肺結節的定義，并以8 mm為界，進一步完善了肺結節良惡性的評估和診治指南。本研究以5 mm、8 mm及12 mm肺結節隨機放置在模體中，結果顯示，不同探測器寬度掃描對于模體內GGN的主觀評分無統計學差異。

在掃描時間上，80 mm和40 mm探測器掃描時間分別為2.25 s和4.1 s，寬體探測掃描提高了檢查的時間分辨率，對慢性阻塞性肺病等喘憋患者，可有效降低呼吸運動偽影[13-14]。CT劑量效率方面，80 mm探測器(93.73%)明顯高于40 mm探測器(89%)的使用，劉曉怡等[15]使用160 mm探測器掃描頭顱，得出寬體探測器軸掃對降低頭顱CT掃描的輻射劑量有更多的貢獻。

本研究的不足之處在于：只探討了80 mm和40 mm探測器應用ATCM技術對胸部CT掃描圖像質量和輻射劑量的影響，提示40 mm探測器掃描可在保證圖像質量的情況下有效的降低輻射劑量，而對于更窄的探測器寬度，如20 mm探測器應用ATCM是否能進一步提高調節精度降低輻射劑量需進一步探究。本研究應用GE Revolution CT機掃描，對于其他設備ATCM技術應用不同探測器寬度掃描是否有相同的結果，需進一步研究。

4 結論

本研究探討了應用ATCM技術行胸部CT掃描時，不同探測器寬度對圖像質量及輻射劑量的影響。提示使用40 mm探測器掃描可以顯著降低輻射劑量，80 mm探測器掃描可以顯著降低掃描時間，提高輻射劑量效率。胸部CT掃描采用ATCM技術時，需根據患者的呼吸情況合理設置探測器寬度，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。