腰椎MSCT低剂量容积扫描的可行性研究

钟冠新，林瑞红，麦冠光

（广东省中山市南区医院放射科，广东 中山 528455）

腰椎MSCT低剂量容积扫描的可行性研究

钟冠新，林瑞红，麦冠光

（广东省中山市南区医院放射科，广东 中山 528455）

目的：探讨不同扫描组合参数在腰椎CT容积扫描中降低辐射剂量的价值。方法：选取80例身高、体质量指数（BMI）较一致的腰椎检查患者，随机分成4组（每组20例）：Ⅰ组（80 kV，200 mAs）、Ⅱ组（100 kV，150 mAs）、Ⅲ组（100 kV，200 mAs）、Ⅳ组（120 kV，250 mAs）。其中Ⅳ组为常规剂量对照组。扫描同时记录随机的容积CT剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP）及有效辐射剂量（ED），采用VR获得腰椎椎骨容积图像，应用批处理（Batch）重组椎间盘图像及椎骨冠矢状面图像进行图像质量评分，并测量各组参数下L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘中心水平腰大肌的标准差（SD）值，对所获得数值进行统计学分析。结果：4组的CTDIvol、DLP及ED值差异均有统计学意义（均P<0.01）。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组CTDIvol分别较Ⅳ组降低73%、61%、42%，DLP分别较Ⅳ组降低69%、57%、32%，ED分别较Ⅳ组降低69%、56%、32%。4组扫描参数获得VR和Batch椎间盘重组图像评分Ⅰ、Ⅱ与Ⅳ组间差异均有统计学意义（均P<0.01），Ⅲ与Ⅳ组间差异无统计学意义（P>0.05）。Batch椎骨冠矢状面重组图像评分Ⅰ～Ⅳ组差异无统计学意义（P>0.05）。Ⅰ～Ⅳ组L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘水平腰大肌的SD值差异均有统计学意义（均P<0．01），SD值Ⅰ组>Ⅱ组>Ⅲ组>Ⅳ组。结论：采用100 kV、200 mAs扫描参数行腰椎CT容积扫描，在保证图像质量的同时辐射剂量最低。

体层摄影术，X线计算机；辐射剂量；腰椎

随着MSCT广泛应用，人们愈加关注随之引起的辐射安全问题。腰椎容积螺旋CT扫描可在获得椎间盘图像的同时进一步了解腰椎椎体及椎间小关节细微骨质结构情况。但腰椎容积扫描范围大，辐射剂量也随之增加［1-2］。本研究旨在探讨扫描方案的设定、优化（包括检查体位、扫描范围及扫描参数）降低辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 搜集我院2015年3—12月因临床怀疑腰椎病变行腰椎容积CT扫描患者80例，其中男48例，女32例；年龄20～75岁，平均43岁。记录患者体质量（kg）及身高（m），计算体质量指数（BMI=体质量/身高2）。采用随机数字表法将80例随机分为4组，每组20例。排除扫描范围内有金属内固定物者。

1.2 仪器与方法 采用GE Brightspeed 16排CT扫描仪。采用4组不同kV、mAs参数进行图像采集：Ⅰ组，80 kV，200 mAs；Ⅱ组，100 kV，150 mAs；Ⅲ组，100 kV，200 mAs；Ⅳ组，120 kV，250 mAs，其中Ⅳ组为常规剂量对照组。矩阵512×512，探测器配置16× 0.625 mm，层厚5 mm，螺距1.75，机架旋转时间1 s/周，床速17.5 mm/周，FOV large，噪声系数11.57，扫描范围为T12椎体下缘至S1椎体上缘。

1.3 图像后处理 所有图像均传输至（Advantage Windows 4.2；GE Medical Systems）工作站行图像后处理。采用VR获得腰椎椎骨容积图像和应用批处理（Batch）重组图像，Batch重组图像包括平行于下位椎体上缘分别重组L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘图像和腰椎骨冠、矢状面连续MPR图像。椎间盘重组层厚和层距均为2 mm，窗宽/窗位350 HU/40 HU，图像采用标准算法重组；冠、矢状重组层厚和层距均为3mm，图像采用骨算法重组，窗宽/窗位1 600 HU/650 HU。

1.4 图像质量分析

1.4.1 主观图像评价 由2位有经验的高年资影像医师采用双盲法独立阅片，意见不一致时协商统一。采用VR和冠、矢状面MPR图像评价椎体骨质、椎小关节、椎小关节间隙及椎间孔；评价L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘重组图像，包括椎间盘边缘、黄韧带、硬脊膜、神经根、侧隐窝。图像质量评价（imagequalityscore，IQS）［2］采用5分制，标准如下：1分，图像质量差，无法作出诊断；2分，图像质量较差，伪影较多，诊断可信度降低；3分，图像质量中等，噪声比较大，但能作出诊断；4分，图像质量好，仅有少许伪影，表面结构略微模糊，结构显示清楚并能作出诊断；5分，图像质量非常好，无伪影，能够较细地区分细微结构，并能作出较精确的影像学诊断。

1.4.2 客观图像评价 不同层面图像标准差（stan-darddeviation，SD）值测定方法：在Batch重组图像上，分别选L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘中心层面两侧腰大肌进行测量，每层取2个位点，ROI（170±10）mm2，分别测其SD值，取均值作为该层面SD值。

1.5 辐射剂量 记录随机计算的CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度乘积（DLP），并计算有效辐射剂量（ED），ED=DLP×k（k=0.011 mSv/mGy·cm）［3］。

1.6 统计学分析 采用SPSS 13.0软件进行分析，不同参数各组BMI、CTDIvol值、DLP值、SD值采用One-way Anova进行分析，组内差异采用LSD进行分析；VR、Batch图像质量评分采用非参数Kruskal-Wal-lis检验，组内差异采用Mann-Whitney检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 4组BMI、CTDIvol、DLP及ED值比较（表1） 4组BMI差异无统计学意义（P>0.05）。4组CTDIvol、DLP及ED值差异均有统计学意义（均P<0．01）。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组CTDIvol分别较Ⅳ组降低73%、61%、42%，DLP分别较Ⅳ组降低69%、57%、32%，ED分别较Ⅳ组降低69%、56%、32%。

表1 4组BMI、CTDIvol、DLP、ED值比较（±s）

表1 4组BMI、CTDIvol、DLP、ED值比较（±s）

注：BMI，体质量指数；CTDIvol，CT容积剂量指数；DLP，剂量长度乘积；ED，有效辐射剂量。

ED（mSv）Ⅰ组 22±1.8 3.67±0.3 75.61±18.5 0.84±0.20Ⅱ组 23±1.3 5.3±0.2 107.9±20.7 1.19±0.23Ⅲ组 23±1.1 7.89±0.11 168.47±21.2 1.85±0.23Ⅳ组 22±2.1 13.61±3.46 248.19±27.5 2.73±0.30 F值 0.71 200.51 160.20 160.20 P值 >0.05 <0.01 <0.01 <0.01组别 BMI（kg/m2）CTDIvol（mGy）DLP（mGy×cm）

2.2 VR和Batch椎间盘及椎骨冠、矢状面重组图像（表2） 4组VR图像评分差异有统计学意义（P< 0.01），其中Ⅰ、Ⅱ与Ⅳ组间差异均有统计学意义（均P<0.01），Ⅲ、Ⅳ组间差异无统计学意义（P>0.05）（图1～4）。Ⅲ、Ⅳ组图像质量好，腰大肌及椎间盘区域粗糙噪声较细小，骨质边缘光滑，能够较细区分细微结构。Ⅰ、Ⅱ组图像质量较差，腰大肌及椎间盘区域有较多粗糙噪声，伪影较多。4组Batch椎间盘重组图像评分差异有统计学意义（P<0.01），其中Ⅰ、Ⅱ组与Ⅳ组间差异均有统计学意义（均 P<0.01），Ⅲ、Ⅳ组间差异无统计学意义（P>0.05）（图5～8）。Ⅲ、Ⅳ组图像显示软组织间对比度好，能清晰显示椎间盘边缘、硬脊膜、神经根、腰大肌及黄韧带等。而Ⅰ、Ⅱ组图像对上述软组织轮廓显示模糊，对比度差，有较多伪影。Batch椎骨冠、矢状面重组图像评分Ⅰ～Ⅳ组间差异无统计学意义（P>0.05）（图9～12）。

表2 4组不同重组方式图像质量评分比较（分±s）

表2 4组不同重组方式图像质量评分比较（分±s）

组别 VR Batch椎间盘 Batch冠、矢状面Ⅰ组 3.2±0.42 2.4±0.52 4.7±0.48Ⅱ组 3.8±0.42 3.4±0.52 4.7±0.48Ⅲ组 4.5±0.53 4.4±0.52 4.8±0.42Ⅳ组 4.6±0.52 4.6±0.52 4.9±0.32 χ2值/H值 23.84 29.56 1.54 P值 <0.01 <0.01 >0.05

2.3 Batch重组图像SD值（表3） 4组L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘中心层面腰大肌的SD值组间差异均有统计学意义（均P<0.01），表明随着管电流及管电压的降低，SD值逐渐升高。

表3 4组不同椎间盘水平腰大肌SD值比较（HU，±s）

表3 4组不同椎间盘水平腰大肌SD值比较（HU，±s）

组别 L3～4 L4～5 L5～S1Ⅰ组 36.89±12.3 40.07±8.11 37.73±8.62Ⅱ组 32.24±6.59 35.72±8.03 33.8±10.62Ⅲ组 27.78±6.33 26.75±8.73 28.41±8.41Ⅳ组 18.36±3.39 18.15±5.87 19.48±8.92 χ2值/H值 70.87 64.98 47.58 P值 <0.01 <0.01 <0.01

3 讨论

对临床腰腿痛和腰外伤的患者，腰椎正侧位摄片是病因筛查的初选影像检查方法，尽管性价比较高，但对细微解剖结构，如椎间孔、椎小关节及椎间盘等的评价效果不满意。以往常规CT单纯的横断面成像，已不能满足临床需要。MSCT由于具有快速、整段腰椎扫描及优秀的Z轴空间分辨力的优势，其腰椎容积螺旋CT扫描可在获得椎间盘图像的同时进一步获得腰椎椎体及椎间小关节细微骨质结构情况；但传统剂量腰椎容积扫描辐射量较大，有诱导癌症及遗传缺陷发生的风险，尤其对年轻人［1，4］，因此降低CT扫描辐射剂量不容忽视。CT机扫描方案及自身设置，是影响其辐射剂量的2个主要因素。主要包括管电流、管电压、层厚、层距，以及管电流与输出剂量关系等，可通过降低扫描条件、减少扫描期相及严格掌握CT检查适应证达到降低CT辐射剂量的目的［5-6］。CT扫描参数的调整包括降低管电流、增大螺距及降低管电压。增大螺距虽可减少扫描时间，但同时会导致Z轴上的分辨力下降，降低图像质量，造成小病灶的漏诊［7］。低千伏或低毫安秒扫描会增加图像噪声，但由于骨骼密度较高，与周围软组织的对比较大，并通过适当调节管电流及应用CT后处理技术对图像进行降噪，可弥补图像质量不足［8］，理论上低剂量扫描图像可达到诊断要求。本研究采用不同的降低kV、mAs剂量的扫描组合参数，对腰椎检查患者行螺旋容积平扫，原始数据经内拆薄层后重建，分析椎间盘横断面、椎骨冠状面和矢状面重组图像，以及椎骨VR图像，选出最佳的低剂量扫描方案。

本研究采用4组不同kV、mAs扫描组合参数进行图像采集，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组不同程度降低kV、mAs，Ⅳ组为常规参数对照组。一般认为，受检者所接受的辐射剂量较常规剂量降低20%以上才能确认剂量降低［9-10］，本研究中Ⅰ～Ⅲ组均能不同程度降低辐射剂量。4组VR图像评分差异有统计学意义，其中Ⅰ、Ⅱ与Ⅳ组间差异均有统计学意义，Ⅲ、Ⅳ组间差异无统计学意义。Ⅲ、Ⅳ组图像质量好，腰大肌及椎间盘区域粗糙噪声较细小，骨质边缘光滑，无明显伪影，能够较细地区分细微结构。Ⅰ、Ⅱ组图像质量较差，腰大肌及椎间盘区域有较多粗糙噪声，伪影较多。4组Batch椎间盘重组图像评分差异有统计学意义，其中Ⅰ、Ⅱ与Ⅳ组间差异有统计学意义，Ⅲ与Ⅳ组间差异无统计学意义，Ⅲ、Ⅳ组软组织间对比度好，能清晰显示椎间盘边缘、硬脊膜、神经根、腰大肌及黄韧带等。而Ⅰ、Ⅱ图像对上述软组织轮廓显示模糊，对比度差，有较大伪影，其中Ⅰ组最明显。4组椎骨冠、矢状面重组图像评分差异无统计学意义，骨质结构显示清晰。客观图像评价方面，4组L3～4、L4～5、L5～S1椎间盘中心层面腰大肌SD值差异均有统计学意义，SD值Ⅰ组>Ⅱ组>Ⅲ>Ⅳ组。对比分析4组kV、mAs扫描组合参数的ED和获得图像的主客观图像评价结果，按照目前放射学界的共识：CT低剂量技术的使用和研究要遵循 ALALA（as low as reasonably achievable）最优化原则，即在保证获得良好CT图像的同时，尽可能合理降低受检者的检查剂量［11-12］。Ⅰ、Ⅱ组ED较常规组明显下降，但图像质量亦明显下降，严重影响到临床CT诊断。而Ⅲ组较Ⅳ组ED降低32%，并能获得质量较良好椎间盘和腰椎椎体及椎间小关节图像，能满足诊断需要。Ⅲ组扫描效果与谭文莉等［2］报道的40～300 mAs、100 kV时获得符合诊断要求图像的智能毫安秒技术所取得效果的结论相近；可在保证图像质量的同时降低59.97%ED。

本研究Ⅲ组扫描参数也存在不足，BMI限定在20～25 kg/m2。BMI>25 kg/m2患者获得图像噪声较大，图像质量明显下降；BMI<20 kg/m2患者获得图像噪声小，图像质量明显提高。

总之，降低腰椎CT的ED方法较多，降幅较大的有辛文龙等［1］报道的基于迭代重建的双源CT腰椎低剂量扫描ED可降至1.32 mSv。具有双源CT条件的医院使用此方法较好，但对无双源CT的医院本研究Ⅲ组扫描组合参数较实用。

图1 Ⅰ组，女，77岁，VR图像评分2分，腰大肌及椎间盘区域可见较多粗糙噪声，降低诊断可信度 图2 Ⅱ组，女，38岁，VR图像评分 3分，腰大肌及椎间盘区域可见中等度粗糙噪声，但能作出诊断 图3 Ⅲ组，男，28岁，VR图像评分4分，腰大肌及椎间盘区域可见少许粗糙噪声，骨质边缘光滑，不影响诊断 图 Ⅳ组，女，29岁，VR图像评分5分，图像边缘光滑，无明显伪影，能作出精确诊断 图5Ⅰ组，女，55岁，椎间盘图像评分1分，椎间盘和神经根显示模糊不清 图6 Ⅱ组，男，2岁，椎间盘图像评分3分，椎间盘和神经根显示较模糊图 7 Ⅲ组，男，35岁，椎间盘图像评分4分，椎间盘和神经根显示略模糊，能满足诊断图 8 Ⅳ组，女，28岁，椎间盘图像评分5分，椎间盘和神经根显示清晰 图9 Ⅰ组，女，55岁，矢状面图像评分4分 图10 Ⅱ组，男，35岁，矢状面图像评分 4分 图 11Ⅲ组，女，42岁，矢状面图像评分4分 图12 Ⅳ组，女，28岁，矢状面图像评分5分，以上图像椎骨边缘光滑，骨质显示清晰（Ⅰ～Ⅳ组扫描参数分别为80 kV、200 mAs，100 kV、50 mAs，100 kV、200 mAs，20 kV、250 mAs）

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Investigation of low-dose volume scan of spiral CT on lumbar vertebra

ZHONG Guanxin，LIN Ruihong，MAI Guanguang.

Department of Radiology，Zhongshan Southern District Hospital，Zhongshan，528455，China.

Objective：To investigate different scanning parameters combination in reducing radiation dose of CT volume scan on lumbar vertebra.Methods：80 patients with similar body mass index and BMI were randomly divided into 4 groups（n=20 in each）with different scanning parameters：GroupⅠ（80 kV，200 mAs），GroupⅡ（100 kV，150 mAs），GroupⅢ（100 kV，200 mAs）and GroupⅣ （120 kV，250 mAs）.GroupⅣ was taken as the control group with routine dose.Random volume CT dose index（CTDIvol），dose length product（DLP）and effective radiation dose（ED）were measured and volumetric images of lumbar ver-tebra were obtained by volume rendering（VR）.Images of lumbar intervertebral disc and images of coronal and sagittal vertebra were obtained by batch processing and image quality score was done.Psoas major standard deviation （SD）at intervertebral disc of L3～4，L4～5and L5～S1in each group were measured and analyzed statistically.Result：CTDIvol，DLP and ED were signifi-cantly different among 4 groups（P<0.01）.CTDIvol in GroupⅠ，Ⅱ，Ⅲ reduced by 73%，61%，42%respectively than that of group IV.DLP in GroupⅠ，Ⅱ，Ⅲ reduced by 69%，57%，32%respectively than that of GroupⅣ.ED in GroupⅠ，Ⅱ，Ⅲreduced by 69%，56%，32%respectively than that of GroupⅣ.IQS for images of lumbar intervertebral disc were significantly different among 4 groups（P<0.01）but statistical difference was between groupⅠ，Ⅱ andⅣ instead of groupⅢ andⅣ.VR and scores of intervertebral disk image in groupⅠ andⅡ were significantly different from that of groupⅣ（both P<0.01）but no statistical difference between groupⅢ and groupⅣ （P>0.05）.Psoas major SD was significantly different among 4 groups（P<0.01）and SD values groupⅠ>groupⅡ>groupⅢ>groupⅣ.Conclusion：GroupⅢ （100 kV，200 mAs）might be the best parameters for volume scan of spiral CT on lumbar vertebra to ensure the quality of the image with lowest radiation dose.

Tomography，X-ray computer；Radiation dose；Lumbar vertebra

2016-04-24）

10.3969/j.issn.1672-0512.2017.02.013

2015年中山市医疗科研项目（2015J284）。

钟冠新，E-mail：18923320599@163.com。