不同成像参数对胸部CT图像质量及辐射剂量的影响*

彭盛坤，赵 原，蒲 红，廖宗慧，李 方，何岳峰

四川省人民医院 放射科(成都 610072 )

随着人们健康意识的提升，健康体检者日益增加，尤其是肺部CT常规健康体检数量明显增多。肺部CT在肺结节检出方面具有重要作用。肺部CT广泛应用的同时，辐射剂量一直是医学界关注的重点，低剂量CT可大大降低高危人群早期肺癌的检出率[1]。目前，国内外尚未对胸部CT扫描的具体成像参数制定统一标准，各医疗单位胸部CT成像参数不一。临床工作中，降低辐射剂量的主要方式是调整X线球管参数。管电压与管电流是X线球管最重要和最易调整的2个调节参数。过低的CT成像参数会降低图像质量，影响影像的诊断；较高的CT成像参数会增加患者辐射剂量。本研究旨在通过调整CT扫描参数，探讨不同成像参数下胸部CT图像质量及辐射剂量的相关性。

1 对象与方法

1.1 研究对象

仿真人体胸部体模(Lungman N1)1具(大小约48 cm×43 cm×40 cm)，体模(肺、心脏、肝脏)可拆卸，其仿真软组织及骨骼X线衰减等效性与真人相似。

1.2 CT扫描参数及后处理技术

采用飞利浦极速CT(Brilliance iCT)及MMWP工作站。扫描参数：首先固定管电压，分3组(80、100、120 kV)分别成像，管电流在3组内分别设置6组参数(15、20、25、30、100、200 mAs)，各自扫描6次。准直宽度128 mm×0.6 mm×2 mm，层厚0.6 mm，螺距0.976，球管转速0.5 s/rot，层厚1.5 mm。扫描范围：肺尖至肝脏顶部。图像重建参数：图像在工作站上行迭代重建(i5：选择5次迭代过程)，重建层厚1.5 mm，重建间隔0.5 mm。图像后处理：在MMWP工作站上对图像进行多平面、曲面、最大密度投影、容积成像。记录每次CT扫描参数后得到的辐射剂量表。

1.3 图像分析后处理测量

1.3.1 主观评价 由2位工作5年以上主治医师盲法对图像质量进行评分[2]，肺窗(窗宽1 500，窗位-600)，纵隔窗(窗宽300，窗位40)。评分标准按照4分法评分完成：4分：噪声小，肺血管、气管束及组织结构清晰度显示清晰，三级分支肺纹理清晰，完全满足诊断；3分：噪声较小，肺血管、气管束及组织结构清晰度显示较轻，三级分支肺纹理分界可辨，可满足诊断；2分：噪声较大，肺血管、气管束及组织结构清晰度显示欠清，三级分支肺纹理分界不清，二级肺纹理分支可辨，基本满足诊断；1分：噪声大，肺血管、气管束及组织结构清晰度显示不清，二级肺纹理分支分界不清，无法满足诊断。2位评价医师进行一致性检验。

1.3.2 客观评价 计算图像对比噪声比(CNR)及信噪比(SNR)。CT1=心脏中心层面CT值，ROI占心脏大小2/3，约30 cm2；CT2=心脏测量相应水平椎体CT值，ROI占椎体大小2/3，约17.5 cm2，并同时获得SD值(噪声指数)。CNR=(CT1-CT2)/椎体SD值；SNR=CT1/椎体SD值。测量心脏水平双肺CT值并记录平均值，右肺ROI为15 cm2，左肺ROI为20 cm2。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0统计软件进行数据处理。相同管电压不同管电流SNR值及CNR值采用方差分析(方差齐)；固定管电流不同管电压组间CT值差异采用非参数检验(方差不齐)Kruskal-Wallis，固定管电压不同管电流组内CT值差异采用方差分析(方差齐)。不同管电压肺CT值差异采用方差分析(方差齐)。图像质量与辐射剂量的影响分析采用Logitic回归分析。2位评价者间一致性采用Kappa分析：Kappa值≥0.75为一致性较好，0.4～0.75为一致性一般，≤0.4为一致性较差。检验水准α设定为0.05。

2 结果

2.1 管电流及管电压对图像质量的影响

随着管电流逐渐增高，图像质量(SNR及CNR)随之提升，CNR及SNR值比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。随着管电压逐渐增高，图像质量(SNR及CNR)随之提升，不同管电压(固定管电流100 mAs)非参数检验Kruskal-Wallis得到CNR，差异有统计学意义(P<0.05)；由方差分析得到SNR，差异有统计学意义(F=2 994.1，P<0.05)(表1～2)。

表1 3种管电压不同管电流图像CNR及SNR比较

表2 不同管电流及管电压对应的辐射剂量水平

2.2 管电压和管电流对CT值的影响

椎体CT值随着管电压的增高，逐渐降低。管电流固定时(100 mAs)80、100、120 kV管电压椎体CT值分别为(489.92±4.50)、(426.38±7.19)、(383.47±1.75)HU，差异有统计学意义(F=1 516.8，P<0.05)；双肺CT值随管电压增高，变化不明显，80、100、120 kV CT值分别为(896.58±40.19)、(893.61±43.12)、(892.39±44.51)HU，差异无统计学意义(F=0.02，P=0.98)。当管电压固定时，随着管电流增高相应椎体及肺CT值比较，差异无统计学意义(F=0.128，P<0.01)。

2.3 图像质量与辐射剂量的关系

不同管电压对应的回归方程为：80 kV：Y=2.625X+0.038(R2=0.892)；100 kV: Y=14.66X+0.158(R2=0.993)；120 kV: Y=18.59X+0.093(R2=0.975)。结果表明图像质量与辐射剂量成正相关。

2.4 图像质量主观评价结果

2位医师评价的总分 ：A医师与B医师对CT图像质量主观评分(4分法)相加之和为评价的总分。2位评价图像医师一致性高，Kappa值=0.936(P<0.05)(表3)。

表3 图像质量主观评价结果(分)

3 讨论

随着多层螺旋CT技术进步,临床应用加速增长,而国际广泛关注的辐射剂量导致的致癌风险及临床放射防护与安全问题是不可忽视的重要议题。西方发达国家CT的实用被认为是医源性辐射的主要原因[3-4]。胸部CT用于体检项目已被人们广泛接受，其使用日益增加，低剂量胸部CT是大家追求的目标。目前大多数研究[5]报道以降低管电流来实现，虽然管电流可降低辐射剂量，但降低辐射剂量的同时光子到达物质的数目减少，从而使探测器接收的光子数减低，图像质量势必下降。如何评估管电流降低程度；及是否可通过管电压减低辐射剂量，是本研究探索的重点。

本研究采用仿真胸部体模进行研究，设置不同成像参数，每种参数分别进行2次成像，避免了伦理及误差方面的问题，也从管电流、管电压层面全面评估球管参数的改变对图像质量及辐射剂量的影像因素[6-8]。本研究结果表明，固定管电压时，随管电流逐渐增高，图像质量[9](SNR及CNR)随之提升，说明管电流的增加与图像质量的提升呈正相关；管电流与管电压降低时所对应的辐射剂量降低程度以管电压更明显。故管电压对辐射剂量的降低占主导地位。图像质量主观评分方面，100 kV与120 kV图像质量的主观评价结果一致。而80 kV条件下100、200 mAs与100、120 kV图像主观评价比较，差异无统计学意义。当管电流固定时，管电压的升高对图像质量的提升呈正相关。而辐射剂量随管电流及管电压的上升呈逐渐上升趋势。管电流固定时，椎体CT值随管电压增高，逐渐降低。而双肺CT值随管电压增高，变化不明显，说明X线对骨骼的吸收最明显，而对肺的吸收不明显。结果提示，若关注椎体的动态随访过程，必须统一扫描参数，测量的CT值相对稳定；而对肺野的随访过程CT值变化不明显情况下则应更多关注辐射剂量的降低。

本研究采用仿真人体模型进行，较其他国内外研究利用患者进行前瞻性研究比较，有更好安全性，且避免了伦理相关问题。使用同个实验对象进行不同参数设置的CT扫描，有效避免了患者变换带来的不统一因素。本研究使用日本仿真体模，具有真人等效性，能够与真人组织吸收特性高度相近，且日本体模与中国人的组织特性相近。CT参数设置方面，本研究采用管电压和管电流的变换进行扫描，这2个参数的改变均为技师工作中较易修改的参数，更加贴近临床工作可操作性。

综上所述，通过对管电压及管电流的合理控制，可明显降低辐射剂量。但本研究存在以下局限性：客观评价图像均为人为测量，虽然测量3次并取平均值进行统计分析，但没有进行测量的重复性检验分析；实验对象为仿真体模，体模只能模拟身体质量指数(BMI指数)条件下患者的情况，无法对不同BMI患者进行个性化评价；本研究未对肺结节的检出进行评价。