低剂量锥形束CT扫描可行性的实验研究

施雄 李生娇 周剑萍 张利

同济大学口腔医学院和附属口腔医院放射科，上海牙组织修复与再生工程技术研究中心，上海 200072

口腔颌面锥形束CT（cone beam computed tomography，CBCT）的出现是口腔颌面部放射学检查的一次飞跃式进步，其优秀的空间分辨率以及三维成像的特点给口腔医生的工作带来了极大的帮助。虽然CBCT的辐射剂量远低于螺旋CT[1]，但仍明显高于根尖片和曲面体层X线片等常规口腔X线检查[2]。目前国内外关于如何降低CBCT辐射剂量的文献报道不多。本研究选用新鲜巴马猪猪头作为模型，来探讨低剂量CBCT扫描的可行性。

1 材料和方法

1.1 实验动物

实验动物选用由上海甲干生物科技有限公司提供的巴马猪6只，3公3母，体重25～30 kg，麻醉后取新鲜猪头。

1.2 CBCT设备

CBCT设备采用日本Morita公司生产的3D Accuitomo型。

1.3 方法

将新鲜巴马猪猪头固定在CBCT扫描视野的中央，利用调节装置和激光束进行精确水平和垂直定位，围绕猪头切牙区进行360°扫描。扫描参数：Hi-Speed模式，扫描时间10.5 s，扫描范围60 mm×60 mm，扫描类型：连续，重建层厚1 mm，重建层距1 mm。厂商推荐的管电压是90 kV，管电流是7.0 mA，本次研究首先管电压固定为90 kV，管电流分别设为10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5和1.0 mA；然后管电流固定为7.0 mA，管电压分别设为90、87、84、81、78、75、72、69、66、63和60 kV。

1.4 图像质量评价

将新鲜巴马猪猪头在不同扫描参数下扫描获得的图像交由放射科2位高年资医生采用盲法阅片评分，分别评价不同扫描剂量对切牙的显示情况，要求能清楚地显示釉质、牙本质、牙髓腔、牙周膜、牙槽突等。2位医生使用同一台电脑，可根据个人需要调整窗宽、窗位，所有图像隐藏扫描参数信息。对评分结果有差异的图像，2位医生共同读片达成一致评分。如仍未能达成一致结果，则由一名主任医师确定最终的图像质量评分。评分标准采用5分制，1分：图像完全不符合诊断要求；2分：图像质量较差，不能满足诊断要求；3分：图像质量一般，能满足诊断要求；4分：图像质量良好；5分：图像质量优秀。≥3分的图像质量为合格，可满足临床诊断要求。实际评分中可酌情加0.5分[3-4]。

1.5 辐射剂量评价

记录不同扫描条件下CBCT自动生成的平均容积CT剂量指数（computed tomographic dose index，CTDIvol）。

1.6 统计学处理

采用SPSS 25.0软件对新鲜猪头扫描参数90 kV、2.5 mA组合与60 kV、7 mA组合的图像质量评分进行t检验分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 管电流、管电压与图像质量的关系

管电压不变，管电流与图像质量的相关关系见图1、2。随着管电流的降低，图像质量也逐渐下降。当管电压保持90 kV不变，管电流分别为7.0、4.0、2.5 mA时，图像质量评分分别为4.67±0.26、3.42±0.49、2.75±0.27。管电流超过4.0 mA的图像质量评分超过3分，都能满足临床诊断需求；管电流为2.5、1 mA的图像质量评分小于3分，图像质量不能满足临床诊断需求。

图1 不同电压和电流时图像质量的观察结果Fig 1 Observation of image quality under different voltage and current

图2 管电压不变，管电流与图像质量的关系Fig 2 Tube voltage unchanged, the relationship between tube current and image quality

当管电流保持7.0 mA不变，管电压与图像质量的相关关系见图1、3。随着管电压的降低，图像质量也逐渐下降。管电压分别为75、60 kV时，图像质量评分分别为2.67±0.26、1.17±0.26。管电压为90、87、84、81、78 kV的图像质量评分大于3分，图像质量可满足临床诊断需求；管电压为75、72、69、66、63、60 kV的图像质量评分小于3分，不能满足临床诊断需求。

2.2 管电流、管电压与辐射剂量的关系

管电压不变，管电流与辐射剂量的相关关系见图4。管电流为10.0、8.5、7.0、5.5、4.0、2.5、1.0 mA时，辐射剂量分别为6.8、5.8、4.8、3.8、2.8、1.7、0.7 mGy。随着管电流的降低，辐射剂量也逐渐下降，辐射剂量与管电流呈线性关系。

图3 管电流不变，管电压与图像质量的关系Fig 3 Tube current unchanged, the relationship between tube voltage and image quality

图4 管电压不变，辐射剂量与管电流的关系Fig 4 Tube voltage unchanged, the relationship between radiation dose and tube current

管电流不变，管电压与辐射剂量的相关关系见图5。管电压为90、87、84、81、78、75、72、69、66、63、60 kV时，辐射剂量分别为4.8、4.4、4.0、3.6、3.3、3.0、2.7、2.4、2.2、1.9、1.7 mGy。随着管电压的降低，辐射剂量也逐渐下降，辐射剂量与管电压呈指数关系。

图5 管电流不变，辐射剂量与管电压的关系Fig 5 Tube current unchanged, the relationship between radiation dose and tube voltage

2.3 90 kV、2.5 mA参数组合与60 kV、7.0 mA组合的图像质量比较

基于常规扫描参数设置，降低管电流设置的90 kV、2.5mA组合与降低管电压设置的60 kV、7.0 mA组合的CTDIvol值均为1.7 mGy。在辐射剂量相同的情况下，比较管电流和管电压的降低对图像质量的影响。Hi-Speed模式，在其他参数保持不变的前提下，扫描参数90 kV、2.5 mA组合（图1C）的图像质量评分为2.75±0.27，60 kV、7.0 mA组合（图1E）的图像质量评分为1.17±0.26，二者间差异具有统计学意义（P＜0.05）。

3 讨论

CBCT在扫描过程中，X线呈锥形发射出，围绕扫描对象旋转360°，探测器将接收到的信号经模数和数模转换后，通过设备自带软件直接将轴位、冠状位、矢状位及三维图像显示在计算机屏幕上[5-6]。与螺旋CT相比，CBCT具有空间分辨率高、扫描时间短、辐射剂量小、金属伪影少、费用低廉以及占地少等优点[6-7]。

CBCT产生的辐射损害属于随机效应，包括细胞突变致癌和生殖细胞突变导致的遗传疾病。其生物效应不存在阈值剂量，但是随机效应的发生率与辐射剂量呈正相关，就是所接受的辐射剂量越大，随机效应发生的概率越大。减少每一次的放射检查辐射剂量，就可以降低辐射损害随机效应发生的可能性。特别是对于儿童，其正处于生长代谢旺盛阶段，接受放射学检查的次数多，辐射损害风险也会大。因此，降低儿童每一次放射检查的辐射剂量，探寻CBCT辐射剂量和图像质量之间的平衡点具有重大意义。

据文献报道，CBCT检查的辐射剂量与管电压、管电流、扫描时间、扫描视野和扫描模式等参数设置有关[8-9]。Morita 3D Accuitomo型CBCT适合儿童使用的是Hi-Speed模式，其扫描时间固定10.5 s，远远少于Std模式所需的17.5 s。扫描视野则由临床医生所需要了解的感兴趣区大小决定。因此，实际工作中，CBCT操作者所能自由调整的就是管电压和管电流这两个参数。为了获得优质的图像质量，制造商推荐的参数设置一般高于实际需要。Gamache等[10]认为在保证图像质量的前提下，可以修改制造商推荐的参数设置。本研究中辐射剂量采用CBCT设备上显示的CTDIvol数值，它直接反映了每次CBCT检查时的射线强度。笔者希望通过CBCT扫描参数的调整来降低每次检查的射线强度，以此来减少对患者的辐射损害。

本研究采用新鲜巴马猪猪头模拟儿童的颌面部，猪的体重大致与我国7～10岁儿童的体重相仿[11]。猪在解剖组织学、生理学和免疫学等方面与人类有很多的相似性，猪的口腔解剖结构和牙齿形态特点也与人类较为相似，常被作为口腔相关研究的模型动物[12]。动物模型带来的好处是允许使用不同的管电压、管电流组合进行重复扫描，这是在人类身上绝对不允许的。本实验结果表明，随着管电压或者管电流的下降，辐射剂量逐渐降低，同时图像质量也随之下降，直至图像质量不能满足临床工作需求。厂商推荐的管电压和管电流组合是90 kV、7 mA，分别调整管电压和管电流。管电压保持厂商推荐设置时，管电流4.0 mA及以上扫描的图像质量能够满足临床诊疗需求。管电流保持厂商推荐设置时，管电压78 kV及以上扫描的图像质量能够满足临床诊疗需求。本研究发现降低管电压导致的图像质量下降速率明显大于降低管电流的。90 kV、2.5 mA组合与60 kV、7.0 mA组合的CTDIvol均为1.7 mGy，前者的图像质量评分高于后者。减少辐射剂量就是要减少人体对X射线的吸收，这由X射线的波长和X射线的数量两方面所决定。波长越短，穿透力越强，被人体吸收的X射线越少；反之，波长越长，穿透力越弱，会使更多的X线被人体吸收。X射线的波长与管电压有关，管电压越高，X射线的能量越大，波长越短，穿透力越强。因此，在一定条件下，通常高电压有利于受检者防护[13]。并且降低管电压时，X射线穿透力会明显降低，探测器接收到的X射线量也明显下降，图像质量下降会比降低管电流更加明显。X射线的数量和管电流呈正相关。管电流越低，辐射剂量就越少，但图像噪声会随之增加，从而影响图像质量。管电流的下降主要使各软组织间的对比度受到影响，对高对比度的组织影响不大。牙齿、颌骨与周围软组织之间存在良好的自然对比，因此颌面部低剂量CBCT检查更适合通过降低管电流来实现。

综上所述，在保证图像质量的前提下，通过降低管电流来降低CBCT扫描时的辐射剂量是可行的。但本研究仍有不足之处：1）样本量较少；2）虽然猪的口腔系统和人类相似，但是两者颌面部的X线衰减系数还是有所不同，研究受到一定局限，实验获得的数据不能直接应用于临床实际工作，尚需进一步研究。

利益冲突声明：作者声明本文无利益冲突。