雙能CT 降低腹部CT 掃描輻射劑量可行性研究：體模實驗

趙君祿 聶關偉 趙德園 鄭立冬 劉 沖 任慶云

CT 掃描是常用的腹部檢查方法，對腹部臟器疾病有較準確客觀的診斷價值，已廣泛應用于各種腹部疾病的檢查［1-3］，但由于腹部器官缺乏天然對比，準確的診斷需要進行多次掃描，與其他部位相比輻射劑量成倍增加，故腹部CT 掃描所帶來的輻射劑量不容忽視。文獻報道，人們已采用各種方案來降低腹部CT 掃描的輻射劑量［4-5］，雙能CT 也廣泛用于腹部增強CT 降低腹部CT 的輻射劑量［6］，但采用雙能CT 掃描來降低腹部平掃輻射劑量的研究未見相關報道。本研究采用不同雙能組合的掃描方案對Catphan 500 體模進行掃描，評估其對CT 圖像CT 值、空間分辨力和密度分辨力的影響，探尋最佳的低劑量雙能掃描方案，以期為臨床CT 低劑量掃描提供理論依據和掃描參數選擇，同時，在滿足CT 圖像質量前提下，最大限度地減少對患者的輻射劑量。

1 材料與方法

1.1 檢測設備 德國西門子第三代雙源CT（SOMATOM Definition Force）。該機雙能掃描模式有5種：雙能1（70/sn150 kV）、雙能2（80/140 kV）、雙能3（80/sn150 kV）、雙能4（90/sn150 kV）和雙能5（100/sn150 kV）。美國體模實驗室 Catphan 500 性能體模（圖1）具有高對比度分辨力模塊（空間分辨力）CTP528，內含呈同心圓環狀排布 1～21 LP/cm 的高分辨力檢測卡，21 組線對組分別代表高對比度分辨力，分別為1～21 LP/cm；低對比度分辨力（密度分辨力）模塊CTP515：本模塊有外圈和內圈兩組靶塊，其中靶塊外圈尺寸分別為2、3、4、5、6、7、8、9 和15 mm，靶塊內圈分別為3、5、7和9 mm。內、外圈靶均有3 種對比度水平：0.3%、0.5% 和1.0%。低對比度分辨力以毫米百分單位（mm/%）表示。本研究僅對1.0% 外圈進行分析。CT值線性檢測模塊CTP401 含有特氟隆（Teflon）、丙烯（Acrylic）、低密度聚乙烯（LDPE）及空氣（Air）等4 種不同密度物質，其標準CT 值分別為：990、120、-100 和-1 000 HU。

圖1 美國體模實驗室 Catphan 500性能體模

1.2 掃描條件 采用 Force CT 分別選擇腹部常規掃描方案和雙能CT 掃描方案進行掃描，二者均設置旋轉時間0.5 s，準直寬度192 mm×0.6 mm，螺距0.7，層厚、層間距均為5 mm，矩陣采用512×512，卷積核采用標準算法：Br40，重建算法采用腹部CT 常用的濾波反投影（filtered back projection，FBP）與高級迭代重建ADMIRE3［7］混合重建算法；雙能掃描采用FAST DE 模擬120 kV 重建。不同方案的掃描參數如下：常規掃描及雙能掃描均采用CARE Dose 4D 自動毫安秒進行掃描，具體掃描參數見表1。

表1 常規掃描及雙能掃描具體掃描參數

1.3 檢測方法及圖像評價 采用Somatom Force 雙源CT 分別對Catphan 500 體模分別按照腹部常規掃描條件及5 種雙能組合模式進行掃描，共掃描10 次，每次掃描后均對CT 圖像進行3 次測量分析。輻射劑量采用每種掃描模式的劑量長度乘積（dose length product，DLP）來計算，圖像后處理采用Syngo.via 工作站。在對圖像信息不知情的情況下，由1 名高年資主治醫師和1名副主任醫師進行獨立閱片，評價圖像的空間分辨力和密度分辨力，由1 名醫師對圖像CT 值進行測量和記錄。

1.4 空間分辨力、密度分辨力的評價 在CTP528 模塊圖像上調節合適的窗寬、窗位，把觀察到沒有短缺和粘連的線對結構作為最高空間分辨力；在CTP528 模塊圖像上選取外圈對比度為1.0%的孔徑進行觀察，確定能分辨的最小圓柱孔徑，以能看到全部孔徑為有效，此孔徑大小即為最佳密度分辨力，孔徑越小，密度分辨力越高。在CTP401 模塊圖像上分別測量4 種材料的CT值并進行記錄。

1.5 評價指標 不同掃描模式下CT 值準確性用準確性誤差［8］表示，準確度誤差=（測量值-標定值）/標定值×100%。本研究采用30 組數據測量的平均值計算準確度誤差。分析不同掃描模式對圖像質量（空間分辨力、密度分辨率）的影響。2 名醫師評價的一致性采用Kappa 一致性檢驗。

1.6 統計學方法 統計學分析采用SPSS 21.0 統計軟件。在統計前先對計量資料進行正態分析，符合正態分布的計量資料用±s表示，不同掃描模式的CT 值及輻射劑量等計量資料的多組間比較采用方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗，以P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 不同掃描模式的空間分辨力、密度分辨力情況空間分辨力及密度分辨力2 名醫師評估一致性強（Kappa 值0.76），常規單能120 kV 掃描組及各雙能模式掃描亞組的空間分辨力均為7 LP/cm，但單能120 kV組及雙能5 亞組的顯示信心度更高，雙能1 亞組的顯示信心度稍差。密度分辨力的顯示，單能120 kV 常規掃描組及雙能5 亞組的密度分辨力最高，雙能1 亞組的密度分辨力最差。見表2、圖2。

表2 不同掃描模式的空間分辨力及密度分辨力情況

圖2 各種掃描模式空間分辨力與密度分辨力顯示圖

2.2 不同掃描模式的輻射劑量及CT 值 不同掃描模式對CT 值及其輻射劑量的差異有統計學意義（P＜0.05），其中雙能1 的輻射劑量最低。見表3。

表3 不同掃描模式的CT值及輻射劑量比較

2.3 不同掃描模式下CT 值準確性分析 不同掃描模式4 種材料的準確性誤差不同，以雙能2 的準確性誤差最大，但所有掃描方式的準確性誤差均在10%以內。見表4。

表4 不同掃描模式下不同材料CT值準確性誤差情況（%）

3 討論

隨著CT 檢查的逐漸增多，患者接受的電離輻射也不斷增加，這引起了人們對潛在癌癥風險的廣泛關注［9］。在臨床上有三分之一的CT 檢查為腹盆部CT，降低腹部CT 的輻射劑量具有重要的臨床意義［10］，特別是CT 導向射頻消融治療肝臟、腎臟惡性腫瘤時，應用CT 掃描監測消融針與腫瘤的位置關系以及消融治療后的療效評估均需要多次CT 掃描［11-13］。人們采用各種策略［14-16］來降低輻射劑量。臨床研究表明雙源CT雙能CT 在保證圖像質量的前提下腹部CT 檢查輻射劑量顯著降低［17］。本研究結果顯示，雙能CT 掃描在保證影像質量的情況下，輻射劑量較常規掃描降低51.24%。

CT 值是反映CT 圖像質量的主要檢測指標，臨床醫師是根據CT 值來判斷人體組織及病變的性質。所以在降低劑量CT 輻射劑量的同時必須保證CT 值的準確性。本研究采用5 種雙能模式掃描及常規模式掃描體模的4 種標準材料來測量CT 值的準確性。本研究發現，CT 值差別不大且準確性誤差均在10%以內。其中差別最大的是雙能2 亞組掃描模式，雙能2 模式是一組未采用錫濾過（sn）的高千伏掃描方式，這表明第三代雙源CT 中帶錫濾過的掃描方案在有效降低輻射劑量的同時可以使雙能掃描模式模擬單能120 kV 所獲得的CT 值更準確［18-19］。本組中通過對5 組雙能掃描模式與常規單能120 kV 掃描模式下4 種標準材料CT 值準確性誤差的比較，發現雙能5 亞組掃描模式與常規單能120 kV 掃描模式的CT 值準確性誤差最小。表明雙能5 亞組掃描模式在CT 值準確性方面最能代替常規單能120 kV 掃描。

CT 圖像質量的另一個重要指標是空間分辨力。本研究發現，常規單能120 kV 掃描模式和不同的雙能亞組掃描模式空間分辨力主觀評價均可達到7 LP/cm，但雙能模式掃描的輻射劑量較常規掃描均有大幅度降低，雙能1 掃描模式的輻射劑量更是僅有腹部常規單能120 kV 掃描模式輻射劑量的27.56%，表明在一定的輻射劑量范圍內，降低輻射劑量并不會降低空間分辨力，與張璞等［20］的研究結果基本一致。

密度分辨力是CT 圖像質量的重要指標，腹部器官的天然對比差，密度分辨力尤其重要。本研究發現，常規120 kV 單能掃描模式的密度分辨力為4 mm/1%。采用雙能模式掃描時，密度分辨力是隨著雙能掃描模式輻射劑量的降低而逐漸下降的。其中雙能1 亞組的輻射劑量最低，其低對比度分辨力也最低，但其低對比度分辨力依然達到7 mm/1%。雙能5 亞組掃描模式的低對比度分辨力與常規120 kV 單能掃描模式相同。

本研究不足之處在于，僅采用雙源雙能技術，未對其他雙能技術進行對比研究。因此，所獲得的有效輻射劑量值不能推廣到其他雙能CT 技術，如快速千伏切換、多層探測器器技術等，可能會顯示出不同的結果。

本研究通過體模研究證實：雙能CT 可以在保證圖像質量的前提下降低腹部掃描的輻射劑量，最佳的雙能組合為雙能5 亞組（100/150 kV），其CT 值準確性誤差小，空間分辨力及密度分辨力高，作為腹部CT 常規檢查使用時可降低患者51.24%的輻射劑量。