自动管电流调制技术在副鼻窦低剂量CT扫描中的应用研究晏
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[摘要] 目的 探讨64层螺旋CT（MSCT）副鼻窦CT扫描时，自动管电流调制（ATCM）技术对图像质量及降低辐射剂量的影响。 方法 将100例行MSCT副鼻窦检查患者随机分成四组，每组25例。A组为对照组，应用固定管电流技术扫描，管电流为200 mA；B、C、D组为研究组，应用ATCM技术扫描，分别预设噪声指数（NI）值4、7、10，管电流设定范围10～250 mA，其余扫描参数一致。记录每次扫描的平均管电流（mA）、CT容积剂量指数（CTDIvol）、剂量长度值（DLP），并计算有效剂量（ED）；测定并记录特定感兴趣区的噪声标准差（SD）；由2名高年资CT诊断医师分别评价图像质量及主观噪声。并进行统计学分析。 结果 B、C、D组的平均ED分别为（0.80±0.05）、（0.26±0.03）、（0.14±0.02）mGy，较A组的平均ED[（1.03±0.00）mGy]分别下降22.33%、74.76%及86.41%；A组与B组的SD比较差异无统计学意义（t = 1.10，P > 0.05），A组与C组、A组与D组的SD差异则均有统计学意义（t = 20.17、43.31，均P < 0.05），而图像质量和主观噪声均在可接受范围内。在图像质量和主观噪声的评定上2名医师评价结果取得了满意的一致性（Kappa值=0.805、0.783）。 结论 副鼻窦低剂量ct扫描应用ATCM技术，在大幅降低辐射剂量的同时可以获得满足诊断需求的图像质量，具有重要的临床应用价值。
[关键词] 自动管电流调制技术；体层摄影术；X线计算机；副鼻窦；低剂量；图像质量
[中图分类号] R765.2 [文献标识码] B [文章编号] 1673-7210（2013）06（b）-0107-04
随着CT检查的日益普遍，其辐射对人体的危害越来越引起人们的关注。国际放射防护委员会（international commission on radiological protection，ICRP）在2000年的统计结果显示，CT检查只占所有放射学检查的5%，而辐射剂量却占总剂量的34%[1]，充分证明CT检查是高辐射检查。副鼻窦疾病是临床常见病，目前副鼻窦的普通X线检查几乎被CT检查所代替。副鼻窦CT扫描过程中无法避开眼球，过量X线照射将导致晶状体混浊，甚至引起白内障。目前副鼻窦低剂量CT扫描的研究均采用固定管电流技术，且多为低排CT[2-7]。笔者尝试自动管电流调制（automitic tube current modulation，ATCM）技术应用于副鼻窦低剂量CT扫描，探讨降低辐射剂量同时又能获得满足诊断需求的图像质量。
1 资料与方法
1.1 一般资料
搜集江西省宜春市人民医院（以下简称“我院”）2011年12月～2012年5月进行副鼻窦CT检查的100例患者，其中男59例，女41例，年龄7～76岁，平均36.8岁。多以鼻塞、流涕、头痛来我院耳鼻咽喉-头颈外科就诊，头痛以额部为主。检查前均进行检查告知，并鉴署知情同意书。
1.2 检查方法
将100例患者随机分成A、B、C、D四组，每组25例。机型为GE公司64层light speed VCT。副鼻窦CT扫描采用轴位扫描，扫描基线取听眶线，扫描层厚5 mm，扫描范围从上腭平面至额窦上界。A组为对照组，应用固定管电流技术，管电流设定为200 mA；B、C、D组为研究组，应用ATCM技术中的3D smart mA联合调制技术，噪声指数（noise index，NI）以4、7、10进行扫描，管电流设定为10～250 mA。其余扫描参数相同：管电压120 kV，螺距0.969∶1，球管转速1.0 s/r，矩阵512×512，扫描野32 cm，显示野17 cm，重组层厚0.625 mm。
1.3 辐射剂量计算
详细记录每次扫描窗口显示的管电流（mA）、CT容积剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）、剂量长度乘积（dose length product，DLP）及扫描长度。有效剂量（effective dose，ED）=DLP×K，K为转换系数，在头部K值采用0.0023。
1.4 图像质量评价
扫描完成后自动将图像传输至AW4.4后处理工作站。所有检查均进行冠状位重建，必要时矢状位重建。采用高分辨骨算法和软组织算法，骨窗：窗宽2000 Hu，窗位350 Hu；软组织窗：宽窗300 Hu，窗位40 Hu。在轴位像软组织窗进行客观图像噪声测量：取眼球最大径层面，在玻璃体中央选取30 mm2椭圆形感兴趣区（ROI），注意要避开晶状体及伪影，记录CT值的噪声标准差（standard distance，SD）作为客观图像噪声。
由两位高年资CT诊断医师采用双盲法阅片。图像的主观噪声采用自定5分制评分法：1分为太多噪声，伪影严重，图像不能用于诊断；2分为超过可接受的噪声，结构欠清，影响诊断准确性；3分为可以接受的噪声，结构和病变显示清晰，图像能满足诊断要求；4分为较少的噪声，图像质量良好；5分为非常少的噪声，图像质量优秀。3分以上被认为可以满足诊断要求。以冠状位为主，结合轴位，观察原始窗并调节窗宽窗位，根据窦口鼻道复合体（ostiomeatal complex，OMC）重要解剖结构的显示情况对图像进行评价。评价指标：中鼻甲、钩突、上颌窦开口、筛漏斗、额隐窝、筛板。对每一结构根据显示情况打分：未显示，0分；显示但不清楚，1分；清楚显示，2分。每侧最高分为12分，最低分为0分，左右两侧分别计分，取平均分为得分。
1.5 统计学方法
应用SPSS 17.0软件对各组数据进行比较分析，所有数据采用均数±标准差（x±s）表示。正态分布资料组间比较采用两独立样本t检验，资料不符合正态分布则采用非参数检验。两名医师的诊断一致性采用Kappa分析。以P < 0.05为差异有统计学意义。
2 结果
研究组B、C、D组的辐射剂量（ED）较A组分别下降22.33%、74.76%及86.41%，差异均有统计学意义（t = 22.69、149.45、241.70，均P < 0.05）。在客观图像噪声方面，A组与B组的SD比较差异无统计学意义（t = 1.10，P > 0.05），A组与C组、A组与D组的SD比较差异有统计学意义（t = 20.17、43.31，均P < 0.05）（表1）。表明A、B两组的客观图像噪声无明显差别，辐射剂量却下降22.33%。但随着辐射剂量进一步下降，C、D组的客观图像噪声有不同程度的下降。
2名医师对各组图像OMC区域显示情况及主观噪声评分见表2：医师甲和医师乙评价各组图像OMC区域显示情况差异均无统计学意义（P > 0.05）；主观噪声评分A组与B组差异均无统计学意义（P > 0.05），C、D组与A组相比较差异均有统计学意义（P < 0.05）。各组图像的OMC区域解剖结构的边界、窦口情况及黏膜的显示均很好，不影响对疾病的诊断；主观噪声随着NI值增大而增大，影像颗粒变粗，软组织窗的噪声要高于骨窗（图1～4）。但主观噪声评分均在3分以上，可以满足诊断需求。2名医师在OMC区域显示情况及主观噪声评定上取得了满意的一致性（Kappa值分别为0.805、0.783）。
3 讨论
MSCT因其具有良好的时间分辨率、密度分辨率及空间分辨率，清晰的图像、良好的病变显示以及强大的后处理功能使临床检查越来越依赖于CT，导致CT检查日趋增多。由电离辐射造成的遗传效应、致癌风险等近年来逐渐成为人们关注的焦点。ICRP倡导合理使用低剂量原则（as low as reasonably achievable，ALARA），CT检查必须在能满足诊断需求的影像质量前提下，尽可能降低辐射剂量[8]。医学影像质量是以解决患者问题为准，而不是以影像质量本身为准；在不影响疾病诊断的前提下，应允许适度噪声的存在[9]。
CT图像噪声是指在均匀物质影像中给定区域的CT值相对其平均值的变异。噪声和伪影是导致低剂量CT影像质量下降的重要因素，影响噪声的因素有管电压、管电流、扫描层厚、螺距、重建算法等。噪声与管电流的平方根成反比。如mA为100 mA时，要使噪声减半，则毫安需要增加4倍，即400 mA。目前降低辐射剂量的方法有降低管电流、降低管电压、增大螺距比、增加层厚等。降低kV虽然辐射剂量下降，但同时降低X线的质（即穿透性），其后果是吸收的辐射比例增加，导致患者受照剂量和图像质量之间的关系破坏；增大螺距，辐射剂量下降，但Z轴空间分辨率也下降；增加层厚则可能导致病变的检出遗漏；所以目前应用最多的是降低管电流的方法。在其他参数不变的情况下，降低管电流，辐射剂量随之下降，图像噪声增大，但噪声主要影响低对比度分辨率，使低对比度组织如脑、肝脏等的图像质量明显下降，而对高对比度分辨率影响甚小，尤其是高对比度器官如肺、副鼻窦等的影响则不明显。
与固定管电流技术不同，GE公司的ATCM技术是基于定位像扫描获得的X线衰减信息，由计算机根据扫描部位、密度、厚度、形状估算并控制不同投射角度及不同层面的管电流大小，自动获得预期的图像质量。目前ATCM技术主要有三种类型：Z轴调制、角调制（smart mA或称XY调制）以及3D smart mA联合调制。Z轴调制是根据在Z轴方向上的不同部位及层面间调制管电流；角调制是X线管在同一横断面的不同投射方向调制管电流；联合调制是将角调制和Z轴调制两种技术结合，从X、Y、Z三轴进行调制，自动精确的调节相应的毫安量，以达到协调一致的图像质量，简化了技术的操作，提高了X线利用效率，且能有效降低X线的毫安输出和辐射剂量[10]。与固定管电流技术相比是一种个性化的调节方式，是目前最有效地降低辐射剂量的方法之一。
OMC是指以筛漏斗为中心的附近区域，包括筛漏斗、钩突、中鼻甲、中鼻道、筛泡、半月裂孔、前中组筛房、上颌窦开口及额窦开口等一系列结构[11]。鼻窦CT是诊断鼻部疾病的“金标准”，也是功能性内窥镜鼻窦外科手术（functional endoscopic sinus surgery，FESS）的路线图，对显示病变部位、指示手术范围、预防并发症至关重要[12]。鼻腔、鼻窦为颅面骨内的含气空腔。副鼻窦区域上宽下窄，前后径大于左右径，且具有良好的天然高对比度，适合使用ATCM技术。笔者预设的噪声指数是参考国内外文献及噪声与管电流的平方根成反比预设的。OMC区域的显示情况各组之间差异无统计学意义；研究组B组较使用固定毫安技术的A组辐射剂量下降22.33%，整体图像质量差异无统计学意义；虽然在C、D组的客观图像噪声有所增加，但所有图像质量均能满足诊断需求，主观噪声评分上C组明显好于D组，C组评分在4～5分之间，D组却在3.5分左右。综合图像质量、辐射剂量及诊断要求等分析，平均管电流约50 mA的C组是最好的。
本研究应用ATCM技术，通过扫描窗口显示的数据发现：鼻窦上部层面的管电流要高于下部，在鼻窦中下部层面管电流最低，鼻窦气化好者辐射剂量下降更明显。儿童与成人相比下降剂量更多，与管斌等[6]观察一致，原因可能是儿童头型小及鼻窦尚在发育中。C、D组软组织窗阅片时感觉噪声稍大，影像颗粒稍粗，但骨窗则几乎没受什么影响，是因为剂量下降后主要影响低对比度分辨率，而对高对比度分辨率影响甚微。本文中儿童例数过少，未单独对儿童副鼻窦低剂量扫描研究。我院副鼻窦扫描均采用横断位扫描再冠状位重建。Zammit等[4]和戚喜勋等[5]均认为，横断位CT扫描后冠状位重建的方式与直接冠状位扫描相比，患者更舒适，在图像质量、减少患者所受的辐射剂量（特别是甲状腺和晶状体，两者对辐射非常敏感）方面具有更大的优势。有研究表明0.5～2.0 Gy即可引起可察觉的晶状体浑浊，4～5 Gy的辐射剂量将会导致获得性白内障[13]。甲状腺受到过量的X射线照射也会诱发甲状腺癌等病变。有的研究在眼部采用金属铋屏蔽物，可使眼晶状体辐射剂量下降明显（最高可达52.8%）。但患者不舒适，且眼眶区域伪影明显[14]。
CT厂商设定的扫描参数是要求图像质量同时具备高密度分辨率和高对比度分辨率，对患者的辐射剂量考虑较少。目前许多CT工作人员很少根据个体差异对扫描做适当性调整或仅做估计性调整。一般单次剂量不会超过辐射阈值，但一生中多次的累积效应所致的危害更应引起重视，特别是儿童和青少年对射线的敏感性远高于成人，受辐射年龄越小，危害越大。加强CT工作人员的辐射防护意识，在满足临床诊断要求的前提下尽可能采用低的辐射剂量。降低CT辐射剂量，应在更广的范围内开展这项工作，让临床医师也对CT辐射的现状、危害及其责任有更深入的了解，做到慎用CT检查、支持和欢迎合理的低剂量检查，配合影像科更加合理地使用CT检查[15]。因此，低剂量CT扫描有其正当性和必要性。
综上所述，副鼻窦低剂量CT扫描采用ATCM技术，从而实现个性化调节，在X、Y、Z三向同性下最大幅度降低辐射剂量。在满足诊断需求的同时，大幅降低辐射剂量，并能获得满意的图像质量。同时低剂量扫描减少了球管和测探器的损耗，延长了使用寿命，降低了运营成本。本研究建议同一机型NI值宜采用7，部分可根据个体差异（如儿童）或临床要求（如复查）选用[10]。
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（收稿日期：2013-02-18 本文编辑：张瑜杰）