X 線管電壓對(duì)生物組織CT 值影響的實(shí)驗(yàn)研究

彭文獻(xiàn)，彭天舟，夏順仁，王曉陽(yáng)，賈慶，付益謀，木國(guó)住

人體組織的CT 值是CT 影像診斷的一個(gè)重要指標(biāo)，是影像科醫(yī)生用來(lái)判斷組織性質(zhì)的重要依據(jù)之一，也是放射治療中影響治療劑量的因素之一。根據(jù)Schneider等［1］和翁學(xué)軍等［2］對(duì)CT 值的理論研究結(jié)果，骨組織的CT 值一般為100～1524HU，而軟組織CT 值一般為-100～100HU，考察的是不同個(gè)體間同種組織的CT 值分布特性，認(rèn)為某一個(gè)體特定組織的CT 值是不變的，忽略掃描參數(shù)對(duì)CT 值的影響。在臨床影像診斷工作中，影像科醫(yī)生如果缺乏考慮X 線管電壓對(duì)生物組織CT 值的影響，疏忽了CT 值的變化可能會(huì)降低診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究通過(guò)改變X線管電壓掃描實(shí)驗(yàn)兔，測(cè)量兔體內(nèi)7種組織的CT 值，來(lái)研究同一種組織的CT 值與X 線管電壓的關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出掃描參數(shù)的選擇是否影響CT 值，從而更好指導(dǎo)放射治療和影像技術(shù)工作。

材料與方法

選取實(shí)驗(yàn)用新西蘭大白兔12 只，體重（4.2±1.2）kg，測(cè)試前禁食2d，以減少食物對(duì)器官組織CT值的影響。經(jīng)耳緣靜脈緩慢推注硫噴妥鈉約3 毫升（2.5%，0.6ml／kg）進(jìn)行麻醉，待實(shí)驗(yàn)兔完全麻醉后俯臥于硬木板上（每10min 加注硫噴妥鈉2ml），置于CT 掃描野中心，采用頭先進(jìn)姿勢(shì)（圖1a），其頭顱采用CT 頭部掃描模式，其胸、腹部采用CT 體部模式，連續(xù)掃描實(shí)驗(yàn)兔的頭部和胸、腹部，頭部測(cè)量腦組織和顱底骨的CT 值（圖1b），體部測(cè)量肺組織、脂肪、肝臟、腎臟和肌肉的CT 值，部分軟組織CT 值測(cè)量見(jiàn)圖1c。

采用Siemens Sensation 16層螺旋CT，常規(guī)頭部掃描采用非螺旋掃描方式，參數(shù)：管電流350mA，層厚6mm，探測(cè)器通道選擇12×1.5mm，旋轉(zhuǎn)速度0.75r／s，床位移18mm，重建函數(shù)H31f，顱腦窗（窗寬80HU，窗位40HU），分 別采用3 組X 線管電壓80、100 和1 20kV（依次為第1、2、3組）。胸、腹部掃描參數(shù)為：管電流200mA，層厚5mm，螺距1，重建函數(shù)B30f medium smooth，軟組織窗（窗寬230 HU，窗位40HU），分別 采 用4 組X 線 管 電 壓80、100、120 和140kV（依次為第1、2、3、4 組）。在切換不同管電壓時(shí)，其余參數(shù)保持不變，每只實(shí)驗(yàn)兔在同樣層面重復(fù)掃描3次，取均值。采集數(shù)據(jù)前先對(duì)CT 機(jī)進(jìn)行空氣、水模校準(zhǔn)，掃描過(guò)程中機(jī)房保持恒溫、恒濕，實(shí)驗(yàn)兔位置保持不變。

圖1 a）麻醉后家兔定位片，采用俯臥，頭先進(jìn)模式；b）家兔頭部橫軸面圖像，測(cè)量腦組織和皮質(zhì)骨的CT 值；c）家兔腹部橫軸面圖像，測(cè)量肝臟和肌肉的CT 值。

CT 值測(cè)量在Siemens后處理工作站Sensation workstation，SYNGO VB15上完成，由1名主管技師檢查掃描所得圖像，選取質(zhì)量合格的圖像測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量的面積大小約30～50個(gè)像素，測(cè)量結(jié)果以均值±方差表示。家兔選取顱底層面測(cè)量顱底骨和腦組織的CT 值，顱底骨以測(cè)量枕骨CT 值，測(cè)量面積根據(jù)枕骨的厚度而定，腦組織CT 值測(cè)量面積約40 個(gè)像素。胸、腹選取相應(yīng)組織器官所在層面來(lái)測(cè)量相應(yīng)的CT值，測(cè)量面積約50個(gè)像素。

采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，不同各組間采用兩兩t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

脂肪、肝臟、腎臟、皮質(zhì)骨、肺組織、腦組織和肌肉7種組織在4種管電壓條件下的CT 值見(jiàn)表1，7種器官組織在不同管電壓下的CT 值比較結(jié)果見(jiàn)表2，脂肪、肝臟、腎臟和皮質(zhì)骨不同管電壓下的CT 值差異有顯著性（P值＜0.05），肺組織、腦組織和肌肉不同管電壓下的CT 值差異沒(méi)有顯著性（P值＞0.05）。

表1 家兔7種器官組織不同管電壓下的CT值 （HU）

采用t檢驗(yàn)兩兩比較各器官組織在不同組別管電壓下CT值差異。脂肪的第3組與第4組間P值為0.673；肝臟組織的第1組與第2組、第1組與第3組、第2組與第3組間P值分別為0.535、0.117和0.336；腎臟第3組與第4組間P值為0.162；皮質(zhì)骨各組間P值均＜0.05；其余各組間P值均＜0.05。將各器官組織的CT 值與其對(duì)應(yīng)的管電壓做曲線，發(fā)現(xiàn)脂肪CT值隨管電壓升高而升高，CT 值最大相差25.6HU（圖2a）；肝臟CT 值隨管電壓升高而降低，CT 值最大相差2.6HU（圖2b）；腎臟CT 值隨管電壓升高而降低，CT值最大相差10HU（圖2b）；皮質(zhì)骨CT 值隨管電壓升高而降低，組間CT 值最大相差337.3.5HU（圖2c）。肺組織的第1組與第3組間P值為0.023，兩組CT值相差22.9HU（圖2d）；腦組織的第1組與第3組間P值為0.045，兩組CT 值相差1.1HU；肌肉各組間P值均＞0.05（圖2b）。

表2 家兔7種器官組織4種管電壓下CT值差異顯著性分析

討 論

1.CT 值的意義

組織CT 值是根據(jù)其衰減系數(shù)μ相對(duì)于水的衰減系數(shù)計(jì)算得到的，表示組織的密度，密度越大，CT 值越大。水和空氣的CT 值被人為的定義為0 和-1000HU。在CT 的質(zhì)量控制中以這兩個(gè)值作為設(shè)備CT 值是否偏離的參考依據(jù)，水的CT 值被校準(zhǔn)在±4HU 范圍內(nèi)，常規(guī)認(rèn)為水的CT 值是不變的。而水在不同X 射線能量下，其衰減系數(shù)也是發(fā)生變化的，如在60、84和122kV 時(shí)，衰減系數(shù)為0.206、0.180和0.166，隨著能量升高，衰減系數(shù)變?。?］。筆者前期研究中證實(shí)：管電流和重建函數(shù)變化不會(huì)改變組織的CT 值［4］，容易使醫(yī)生誤認(rèn)為各組織的CT 值也是不變的，而在本研究中顯示部分組織的CT值是隨管電壓變化而變化的。

圖2 各組織器官在不同管電壓下對(duì)應(yīng)的CT 值。a）X 線管電壓對(duì)脂肪組織CT 值的影響；b）X 線管電壓對(duì)軟組織的影響；c）X 線管電壓對(duì)皮質(zhì)骨CT 值的影響；d）X 線管電壓對(duì)肺組織CT 值的影響。

2.管電壓對(duì)活體組織CT 值的影響

在醫(yī)用射線能量范圍內(nèi)，隨著X 線能量升高（140keV 以下），光電效應(yīng)減少，康普頓效應(yīng)增加，組織的衰減系數(shù)下降，CT 值減小，與管電壓成反比關(guān)系［3］。本研究中管電壓從80kV 提高到140kV，兔肝臟、腎 臟、皮 質(zhì) 骨 的CT 值 分 別 減 少2.6、10 和337.3HU，和管電壓的關(guān)系與燕樹(shù)林等［3］研究一致。肺組織、腦組織和肌肉的CT 值不隨管電壓改變（P 值都大于0.05）。脂肪組織掃描管電壓從80kV 提高到120kV，CT 值卻增加25.6HU（P＜0.05），與其他組織改變不同。造成這一現(xiàn)象的原因可能是CT 機(jī)的CT 值校正引起的，把空氣的 CT 值校正為-1000HU，水的CT 值為0HU（±4HU 范圍內(nèi)是正常），根據(jù)這兩個(gè)點(diǎn)繪制CT 值和衰減系數(shù)圖，其他組織未進(jìn)行逐一CT 值校正，這可能會(huì)引起不同活體組織CT 值與管電壓的關(guān)系不一致（表1），這一推測(cè)的需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)。

3.CT 值的變化對(duì)臨床診療的意義

器官組織的CT 值在臨床診療中具有重要的應(yīng)用。放射治療劑量控制研究發(fā)現(xiàn)，CT 值-電子密度轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤會(huì)造成計(jì)劃系統(tǒng)劑量的很大偏差。如使用6MeV光子線照射100cGy的劑量，由于CT 密度轉(zhuǎn)換問(wèn)題所計(jì)算出的劑量分布熱點(diǎn)比正確值要高出20.1%［5-7］，同一患者在不同掃描條件下得到的圖像中組織CT 值的變化將直接影響到該患者所受的劑量［8］。因此，在制定患者放射治療計(jì)劃時(shí)，對(duì)治療計(jì)劃系統(tǒng)中的CT 值-電子密度對(duì)應(yīng)曲線進(jìn)行校準(zhǔn)是必不可少的。同時(shí)，CT 掃描技術(shù)人員不能隨意修改成像參數(shù)，特別是X 線管電壓的設(shè)置，以免影響放射治療計(jì)劃的劑量控制。

在影像診斷中，影像科醫(yī)生根據(jù)CT 值的大小、增強(qiáng)后組織CT 值的變化來(lái)判斷人體正常組織或病變組織的性質(zhì)。向明等［9］和張樹(shù)敏 等［10］根 據(jù)CT 值 判 斷肺內(nèi)占位性病變和肝內(nèi)病變的性質(zhì)，其結(jié)論是基于一定的掃描條件。在不同的管電壓條件下，組織的參考CT 值會(huì)不一樣。

綜上所述，X 線管電壓對(duì)器官組織CT 值的影響因組織類型不同而不同，肺組織、腦組織和肌肉的CT 值與管電壓無(wú)關(guān)，肝臟、腎臟、皮質(zhì)骨隨管電壓增加而升高，脂肪組織CT 值隨管電壓降低而降低。因此，在臨床診療中應(yīng)考慮掃描管電壓的影響來(lái)設(shè)定參考CT 值和制定放射治療計(jì)劃。

［1］ Schneider W，Bortfeld T，Schlegel W.Correlation between CT numbers and tissue parameters needed for Monte Carlo simulations of clinic dose distributions［J］.Phys Med.Biol，2000，45（2）：459-478.

［2］ 翁學(xué)軍.蒙特卡羅劑量計(jì)算方法的研究［D］.南京：東南大學(xué)，2003：60-67.

［3］ 燕樹(shù)林.全國(guó)醫(yī)用設(shè)備（CT、MR、DSA）使用人員上崗考試指南［M］.北京：中國(guó)人口出版社，2005：5.

［4］ 彭文獻(xiàn)，彭天舟，葉小琴，等.CT 掃描參數(shù)對(duì)人體組織CT 值影響的研究［J］.中華放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)雜志，2010，30（1）：79-81.

［5］ Constantinou C，Harrington JC，Cadieux RA，et al.Dosimetry at lung-muscle and lung-bone interface using 6MV and 10MV X rays and 12～18MeV electrons［J］.Int J Radiat Oncol Biol Phys，1988，15（suppl 1）：244.

［6］ Constantinou C，Harrington JC，Dewerd LA.An electron density calibration phantom for CT-based treatment planning computers［J］.Med Phys，1992，19（2）：325-327.

［7］ Mackie TR，El-Khatib E，Battista J，et al.Lung dose corrections for 6and 15MV X-rays［J］.Med Phys，1985，12（3）：327-332.

［8］ 祁振宇，黃邵敏，鄧小武.放療計(jì)劃CT 值的校準(zhǔn)檢測(cè)及其影響因素分析［J］.癌癥，2006，25（1）：110-114.

［9］ 向明，方佩君，鄧星奇，等.CT 值在肺內(nèi)占位性病灶鑒別診斷中的意義［J］.浙江臨床醫(yī)學(xué)，2000，2（3）：161-164.

［10］ 張樹(shù)敏，張俊梅.CT 值與肝內(nèi)血管診斷脂肪肝對(duì)比分析［J］.包頭醫(yī)學(xué)，2004，28（1）：3-4.