Z轴管电流调制技术在多层螺旋CT颈部扫描中的应用

北京大学深圳医院医学影像科（广东 深圳 518036）

袁知东 王成林 冯 飞 邓乾华 刘远健 刘鹏程

国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection，ICRP）倡导尽可能降低辐射剂量原则（as low as reasonably achievable，ALARA）[1]，要求CT检查在获取能满足诊断需求图像质量的前提下，必须尽可能降低患者辐射剂量。多层螺旋CT进行颈部扫描时，由于患者体型和颈部解剖结构以及密度厚度的巨大差异，采用传统的固定管电流技术无法同时保证图像质量并降低患者的辐射剂量。自动管电流调制技术(Z-axis tube-current modulation，ZTCM)根据定位像扫描时采集到的受检部位的X射线衰减特性自动对管电流进行动态调整[2,3,4]，以适应受检者体型和受检部位密度厚度变化，该技术在胸部的成功应用表明[5]当目标图像噪声设置合理时既能保证图像质量的恒定，又可以降低患者的辐射剂量。本研究通过比较ZTCM技术与固定管电流技术在颈部扫描时的图像质量（噪声水平）和辐射剂量，探讨ATCM技术在多层螺旋CT颈部扫描中的临床价值。

图1、2 Z轴管电流调制技术（Toshiba Medical Real E.C.技术）。定位像（图1）扫描后，机器根据目标图像噪声水平和定位像获取的胸部密度信息自动设置扫描时的动态毫安值曲线（图2）。两个身高和体重相同的男性患者采用CTC（图3,4,5,6）和ZTCM（图7,8,9,10）技术扫描的图像，在下颌角（图3,7）和甲状腺峡部（图4,8）层面CTC的图像质量优于ZTCM，但在胸骨上切迹层面（图5,9）CTC的图像质量明显下降而ZTCM的图像质量保持恒定。图6、10是由两种技术扫描后重组出的正中矢状位图像，图像显示CTC技术（图6）扫描的图像下颈部噪声明显增加，椎管内的结构几乎能显示，而ZTCM技术扫描的图像（图10）上中下颈部图像噪声基本一致。

资料与方法

1.1 临床资料 将2010年8月至2011年8月因外伤、肿瘤、炎症、颈椎病等原因在我院进行颈部CT检查的120名患者纳入本研究，研究获得北京大学深圳医院医学伦理委员会的批准。其中男66名，女54名；年龄20～73岁，中位年龄48岁；身高1.58～1.87m，平均（1.68 ±0.13）m；体质量54～85 kg，平均（68±12.1）kg。所有患者均能很好的配合检查，扫描范围内无金属等异物影。120名入选对象按检查顺序的单双数分为自动管电流调制组（单数者，为试验组）和管电流固定组（双数者，为对照组），每组各60名。两组受检者的性别、年龄、身高和体质量差异无统计学意义（P值均＞0.05）。

表1 试验组和对照组的图像质量评价结果（名）

1.2 CT检查技术 使用Toshiba Aquilion 16层螺旋CT设备。两组管电压（120kVp）、机架旋转时间（0.5秒/圈）、探测器准直层厚（16层×1mm）、图像重建层厚（5mm）、螺距（0.9375）、扫描准直野直径（320mm）和重建算法（标准软组织算法）等扫描参数完全相同的，试验组（使用Toshiba medical Real EC自动曝光控制技术即Z轴管电流调制技术）的目标噪声水平设置为7.5HU，管电流的动态范围为40～500mA，设备根据定位像（图1）获取的颈部密度信息自动设置扫描时的动态管电流值曲线（图2），对照组的管电流设置为250 mA。扫描范围从颅底至主动脉弓层面，扫描长度150～210mm，两组受检者的扫描长度差异无统计学意义（t值为0.38）。重建层厚1mm间隔0.6mm的图像并进行矢状位重组，比较正中矢状位的图像质量。记录机器显示的两种扫描技术的CT剂量容积（CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP）和实验组甲状腺峡部层面的管电流值。

1.3 图像质量评价分析 主观评价由2名有经验的CT主管技师在显示参数完全相同的情况下，对所有层厚为5mm的横断面图像和矢状位图像进行双盲法评价，图像评价标准分为优、良、差3级，分别得分3、2、1分。优：无明显斑点和伪影，微细结构显示清楚；良：有轻微斑点但无明显伪影，微细结构显示较清楚，不影响诊断；差：斑点明显有伪影，微细结构显示稍差，对诊断有一定影响。每位受检者的最终图像质量评分由其所有图像评分中最低的确定，即只要有一幅图像评价为差该受检者的图像质量就会评为差，对于评价有分歧的由2名评价技师协商后达成一致意见。客观评价采用图像噪声测量，用标准差(SD)值来衡量图像噪声，测量感兴趣区为直径10mm的圆形。分别测量两种扫描技术的下颌角、甲状腺峡部、胸骨上切迹层面的图像噪声并计算其平均值。

1.4 辐射剂量评估 比较两组的CT剂量容积(CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP），记录管电流调制组的最大管电流值和甲状腺峡部层面的管电流值并进行统计学处理。

1.5 统计方法 应用SPSS12.0软件对上述各组数据进行统计学分析，对2组图像质量评价采用X2检验，噪声值、CTDIvol和DLP之间的差异分别进行t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

表2 试验组和对照组的图像噪声分布比较(HU)

表3 试验组和对照组的辐射剂量比较

结 果

2.1 图像质量评价结果 120名受检者的所有图像均能满足临床诊断需求，但试验组图像质量评价为“优”的人数明显高于对照组，实验组的得分明显高于对照组，两者差异有统计学意义（表1， P值均＜0.05）。

2.2 图像噪声测量结果 2种扫描技术测得的下颌角、甲状腺峡部、胸骨上切迹3个层面的图像噪声值，试验组下颌角和甲状腺峡部层面的图像噪声高于对照组，试验组胸骨上切迹层面的图像噪声明显低于对照组，差异有统计学意义（表2，P值均＜0.05）。

2.3 辐射剂量比较结果 实验组的最大管电流、CTDIvol、 DLP和甲状腺峡部层面管电流的平均值分别比对照组降低10.75%、19.9%、15.7%和42%，两组间的差异有统计学意义（表3，P值均＜0.05）。

讨 论

3.1 Z轴管电流调制技术调整辐射剂量（管电流）的机理近年来随着多层CT技术的迅猛发展，CT检查在临床诊断中的应用也越来越广泛，CT对受检者的辐射已成为医源性辐射集体剂量的最大来源[6]，CT辐射防护已经成为重要的公共卫生问题，在国内外已成为研究的重点和热点。据美国专门机构的统计显示，CT检查人次占所有放射检查的13%，但CT受检者所接受的辐射剂量却占到放射检查受检者总辐射剂量的70%。为降低辐射剂量CT设备制造商开发出了诸多CT受检者辐射剂量控制和优化的技术，ZTCM技术是目前应用最广泛的技术[7,8]，它根据定位像扫描时探测器获得的密度衰减信息和预设的目标图像噪声水平自动设定Z轴方向上的动态管电流值曲线(图1,2)，管电流的设置充分考虑了受检者体型、解剖部位和扫描层面密度信息差异，在厚度较大密度较高的层面增加管电流输出，在厚度较小密度较低的层面降低管电流使采集到的不同层面的图像噪声水平相对一致[9]。Z轴管电流调制技术降低辐射剂量的程度与受检者体型有关，当目标图像噪声一致时体型纤瘦者辐射剂量降低较多，而肥胖者辐射剂量可能还会有不同程度的增加，但辐射剂量的增加保证了图像质量能满足诊断需求。该技术实现了能适应不同受检者的个性化曝光，可以在满足诊断需求的图像质量情况下，尽可能的降低辐射剂量，实现辐射剂量和图像质量之间最优化配比。

3.2 Z轴管电流调制技术在MSCT颈部扫描中的优势和临床意义 颈部组织结构的密度和厚度在Z轴方向上分布差异巨大，而且还包括甲状腺等对辐射非常敏感的器官[10]。由于和双肩的重叠，下颈部的厚度和密度通常是中上颈部的3～4倍，如果按照中上颈部设置管电流，下颈部会因射线衰减过大、剂量不足导致图像噪声明显增加甚至出现伪影而使图像质量无法达到诊断要求，如果按照下颈部设置管电流，中上颈部会受到过多的不必要的射线照射。固定管电流技术为了保证图像质量能够满足诊断要求，通常首先考虑较厚部位的图像质量，就会按照下颈部的厚度和密度设置管电流，这样中上颈部受到的辐射剂量是其所需的几倍；也有采用适中的管电流值扫描，但中上颈部受到的辐射剂量依然偏高而下颈部的图像质量又无法满足诊断需求。由于受检者个体的巨大差异，操作者单凭经验也很难给出适应每个受检者的较为精确的管电流值。Z轴管电流调制技术可根据扫描部位密度和厚度的不同，自动调节管电流的输出量，在密度较高厚度较大的层面会增加管电流的输出来降低图像噪声，而在密度较低厚度较薄的层面会降低管电流的输出，使辐射剂量的分布实现了按需分配，使不同层面的图像噪声水平接近一致，从而保持了图像质量的恒定。在本研究中，对照组采用250mA的管电流是一个适中值，其下颌角和甲状腺层面的图像噪声(图3,4)低于实验组(图7,8)，但胸骨上切迹层面图像(图5)却明显高于试验组同层面的图像(图9)噪声，有部分较胖的受检者由于图像噪声太重甚至出现伪影而无法用于诊断，图像质量评级为差(图6)。实验组在保证图像噪声恒定的前提下在中上颈部降低了管电流输出，而在下颈部大幅增加了管电流输出，显著提高了下颈部层面的图像质量(图10)，实验组的CTDIvol较对照组增加了90%主要是由于CTDIvol的计算采用的是最大管电流而非平均值计算的，但由于增加管电流的下颈部范围较小受检者接受的辐射剂量仍有较大程度的降低。本研究结果显示：Z轴管电流调制技术明显降低了受检者的辐射剂量，尤其在对辐射比较敏感的甲状腺层面辐射剂量降低更明显，大大增加了颈部CT检查的安全性。

3.3 本研究的不足 本研究采用的Z轴管电流调制技术只能在Z轴方向上（不同层面间）每圈旋转时对管电流做出调整，而不能进行三维实时管电流调制，因此在下颈部上胸部等前后径和左右径相差较大的部位，患者在前后方向上受到的辐射剂量仍然高于需求。另外本研究只进行了单一噪声的实验，样本量也偏小，尚不能完全解决临床实际应用的全部问题，这还需在未来的工作中作进一步研究。

综上，Z轴管电流调制技术可根据受检者体型和受检部位密度变化动态调整管电流，使辐射剂量的分布实现了个性化和按需分配，在MSCT颈部扫描时可降低辐射剂量并提高图像质量，有很高的临床应用价值，值得在临床上推广应用。

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