双源CT 70与120 kV不同CARE Dose 4D预设值下图像质量的对比研究

赵海波，罗焕江，廖明壮，龙腾河，冯 庆

（广西医科大学第四附属医院柳州市工人医院放射科，广西柳州 545005）

0 引言

CT辐射剂量一直都是国内学者关注研究的问题，放射线对晶体、角膜辐射的危害与防护也越来越受到人们的重视[1]。低剂量CT检查在急性阑尾炎、肺小结节、胸痛三联排查、儿童胸部扫描及冠状动脉成像等CT检查中得到应用[2-6]，大多是通过降低管电压、mAs或增加螺距来降低辐射剂量。随着CT检查设备的更新和扫描技术的发展，自动管电压调节、自动mAs调节、大螺距和迭代重建等新技术在保证图像质量的前提下，降低了受检者所受到的辐射剂量。CARE Dose 4D是西门子CT自动、实时mAs调节技术，控制了扫描剂量，使用最小剂量达到最佳的诊断图像质量，最大能够节省66%[7]。西门子双源CT超低管电压（70 kV）的临床应用，大大降低了辐射剂量，国内学者将其应用于冠状动脉和颅脑血管成像。本文使用双源CT对水模进行不同管电压不同mAs预设值下采集图像，探讨不同管电压下不同预设值与图像质量、辐射剂量的关系，为研究低剂量肺动脉血管成像奠定基础。

1 方法

1.1 检查设备和方法

使用西门子FLASH双源CT（Somatom Definition FLASH，Siemens Healthcare，Germany）对密度均匀的水模进行数据采集。模体摆放在扫描床上，位置居中，根据管电压分为A、B 2组：（1）A组：管电压70 kV，螺距0.55，探测器 128×0.6 mm，层厚6.0 mm，旋转时间0.5 s，图像重建采用迭代重建；采用自动mAs，CAREDose 4D 预设值分别为 150、200、250、300、350 和 400mAs。采集2幅图像。（2）B组：管电压120 kV，螺距0.55，探测器 128×0.6 mm，层厚 6.0 mm，旋转时间 0.5 s，图像重建采用迭代重建；采用自动mAs，CARE Dose 4D预设值分别为 150、200、250、300、350 和 400 mAs。采集2幅图像。2组采集层面位置保持相同，在同一层进行2组不同参数的对比，所有数据由同一技师进行采集。

1.2 观察指标

测量每组2幅图像的CT值，感兴趣区（region of interest，ROI）面积2.8～3.6 cm2（每层取3个ROI，分别在水模的上、中、右侧，共计6个数值），记录CT值和标准差。将CT值的标准差作为图像噪声，并计算图像信噪比（signal noise ratio，SNR），计算公式：SNR=CT值/图像噪声。记录所有图像的容积CT剂量指数（CTdose index volumes，CTDIvol）和剂量长度乘积（dose length product，DLP）。有效剂量（effective dose，ED）计算公式：ED=k×DLP（单位 mSv），其中 k 为不同部位的剂量转换系数，本组研究作为肺部低剂量研究的前期研究，使用胸部k值，为0.014 mSv/（mGy·cm）。

1.3 统计学分析

采用SPSS 18.0软件进行统计分析，计量资料使用均数±标准差表示，采用方差检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 70 kV不同预设值下水模的CT值、标准差与辐射剂量关系

在A组中，不同预设值间CT值无统计学差异（F=0.832，P=0.537＞0.05），而CT值标准差具有统计学差异（F=6.115，P=0.001＜0.05）；预设值不同，实际输出的mAs也不同，如预设值为150 mAs时，实际输出218 mAs（见表1）。随着mAs的增加，CT值标准差变小，图像噪声降低（如图1所示）。

表1 70 kV不同预设值下水模的CT值、标准差与辐射剂量关系

图1 70 kV 150～400 mAs预设值下采集图像

2.2 120 kV不同预设值下水模的CT值、标准差与辐射剂量关系

在B组中，不同预设值间CT值无统计学差异（F=0.880，P=0.506>0.05），CT 值标准差具有统计学差异（F=9.470，P=0.000<0.05），详见表 2。随着 mAs的增加，图像噪声降低，图像更加细腻，而辐射剂量增加（如图2所示）。

表2 120 kV不同预设值下水模的CT值、标准差与辐射剂量关系

图2 120 kV 150～400 mAs预设值下采集图像

2.3 70和120 kV在预设值150 mAs下水模的CT值、SNR值比较

在选择相同预设值150 mAs时，70和120 kV下CT 值没有统计学差异（F=0.701，P=0.422>0.05），SNR值没有统计学差异（F=0.698，P=0.423>0.05），详见表3。B组的CTDIvol和DLP是A组的4.4倍。

表3 预设值150 mAs下2组CT值、SNR值比较

3 讨论

3.1 CAREDose4D原理及预设值调整的意义

CARE Dose 4D的功能是使每一幅图像的质量能够满足诊断要求，预设值mAs可以根据患者体型进行调整，得到理想的图像质量。本实验通过对水模在不同管电压下的mAs预设值进行研究，分析图像质量、噪声、辐射剂量与mAs的关系，研究证明了随着mAs预设值的增加，实际输出的mAs值增加，辐射剂量参数CTDIvol增加，噪声降低。以70 kV下150和300 mAs为例，实际输出的mAs、DLP值均约为150 mAs预设值时的2倍。在同一预设值下，70与120 kV的实际输出mAs相近，但是辐射剂量120 kV时约为70 kV时的4.4倍。

3.2 双源CT不同管电压、CARE Dose 4D预设值下的辐射剂量与图像质量

CARE kV是西门子公司开发的较新技术，其可根据受检者体型情况自动选择最为优化的扫描管电压，西门子双源 CT 设置了 70、80、100、120、140 kV 5个水平，能够科学、有效地降低辐射剂量并获得达到诊断要求的图像质量。扫描期间，优化的kV保持不变，但mAs仍由CARE Dose 4D实时自动调制。本研究使用的是密度均匀的水模，挑选出超低千伏70 kV和常用120 kV进行了对比分析，使用SNR客观评价图像质量，并对辐射剂量进行了记录。在A组中，随着mAs预设值的增加，相应的辐射剂量参数CTDIvol和DLP值增加，噪声降低；B组相同。而在相同的mAs预设值下，A组与B组相比，图像噪声大，辐射剂量低，图像质量无明显统计学差异。

随着CT设备发展，国内学者采用自动mAs技术在头颈部、胸部、腹部和冠状动脉等[8-13]部位进行了研究，使辐射剂量得到了不同程度的降低。近年来，迭代重建、自动管电压相结合的临床应用研究不断出现，张力等[14]和宋建等[15]在头颈部血管和泌尿系CT检查中将迭代重建和自动mAs技术相结合；李昂等[16]研究证明了原始数据迭代重建（sinogram affirmed iterative reconstruction，SAFIRE）联合 70 kV CT 扫描在适当增加mAs的情况下可以保证图像质量不变，且可显著降低辐射剂量；秦定文等[17]评估了低管电压（80 kV）扫描对降低腹部CT血管成像检查辐射剂量的作用，试验组的CTDIvol、DLP及ED较对照组分别降低了66.2%、69.7%及69.8%。另外，国内众多学者使用低电压联合低对比剂量在冠状动脉成像中进行对比研究，如梁奕等[18]利用320排CT进行冠状动脉成像，采用低浓度对比剂联合低管电压和迭代重建算法，管电压设置为100和120 kV进行对比，证实100 kV下可获得满意的诊断图像，并能有效降低辐射剂量。以上研究大多采用自动mAs技术，但是没有对mAs预设值进行比较。笔者在前期研究[19-20]的基础上，针对70和120 kV下不同mAs的预设值进行了系统分析，并进行了同一预设值不同管电压的比较。作为基础研究，分析了噪声、SNR和辐射剂量的相关性，而mAs预设值可根据人体衰减系数进行调整，为多参数结合应用奠定了基础。

总之，CT图像质量与扫描参数密切相关，各参数之间相互影响，特别是mAs预设值与图像质量有较大的相关性。国内多使用80 kV进行血管成像、灌注成像等，本文数据作为研究低剂量扫描技术的基础，进一步将70 kV在肺动脉血管成像中应用，设置合理的mAs预设值，具有一定的临床价值。本研究中，水模作为均匀物质，自动mAs的变化不大，故在扫描条件上设置了多组参数，为后期设定扫描参数提供参考。且仅使用同一台成像设备，没有合理的病例来证实，后期需采用多种模型、选择合适病例进一步进行探索。