CARE Dose 4D聯(lián)合CARE kV技術(shù)降低胸部 CT掃描輻射劑量的可行性研究

王廣啟,鄭 義,吳友雙,袁建濤

(1.咸寧市中心醫(yī)院放射科,湖北 咸寧 437100;2.咸寧第一人民醫(yī)院)

隨著技術(shù)不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography,CT)已成為臨床影像學(xué)檢查中重要手段之一,廣泛應(yīng)用于各種疾病的診斷和治療。然而,CT檢查涉及的輻射劑量是影響患者健康的重要因素之一。1990年,Naidich等[1]首次提出了低劑量CT的概念,雖然降低輻射劑量和輻射危害,但仍能獲得相同的圖像質(zhì)量。近年來,低劑量CT掃描成為了一個(gè)廣泛關(guān)注的研究領(lǐng)域,其主要目的是在降低劑量的前提下,保證影像的質(zhì)量和診斷的準(zhǔn)確性。

自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)(CARE Dose 4D)是新型CT掃描技術(shù),它可以在不影響圖像質(zhì)量的情況下降低輻射劑量。智能最佳管電壓掃描(CARE kV)技術(shù)通過優(yōu)化管電壓的選擇,以降低CT掃描中的輻射劑量。本研究將CARE Dose 4D和CARE kV技術(shù)相結(jié)合,以探討其在減低胸部CT掃描輻射劑量中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

前瞻性搜集了2021年12月至2022年6月在咸寧市中心醫(yī)院放射科進(jìn)行胸部CT檢查的105例中青年患者作為研究對(duì)象,患者為健康查體或體檢。排除了以下情況的患者:懷孕或可能懷孕的女性以及CT檢查結(jié)論包含肺炎、肺部腫瘤、肺間質(zhì)性疾病,有重大肝腎功能異常或其他嚴(yán)重疾病的患者和無法完成檢查的患者。所有納入的患者都簽署了知情同意書,并完成胸部CT檢查。最后共有72名患者滿足納入排除要求并被均分為3組:A組24例,年齡20～50歲,平均(31.65±9.82)歲;男11例,女13例。B組24例,年齡20～45歲,平均(32.26±11.98)歲;男12例,女12例。C組24例,年齡20～49歲,平均(29.45±8.23)歲;其中男14例,女10例。3組在年齡、性別分布均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

1.2 掃描方法

采用SOMATOM Definition雙源64層螺旋CT掃描儀(德國西門子公司),機(jī)架轉(zhuǎn)速0.33s/r,螺距范圍0.20～0.50。患者采取仰臥位,掃描前訓(xùn)練患者吸氣后屏氣,掃描范圍自胸廓入口至肺底層面。A組為常規(guī)劑量平掃,掃描參數(shù)為管電流80mAs,管電壓120kV,準(zhǔn)直器寬度為4.0mm;B組為低管電壓掃描,管電流為80mAs,管電壓100kV,準(zhǔn)直器寬度為4.0mm;C組使用CARE kV[2]聯(lián)合CARE Dose 4D[3]技術(shù)。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3.1 圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)[4-5]

比較不同掃描方案得到的圖像信號(hào)噪聲比(signal to noise ratio,SNR)、CT值、噪聲。通過測(cè)量主動(dòng)脈弓水平層面的雙側(cè)脊柱豎脊肌作為感興趣區(qū)(ROI)的CT值,測(cè)量范圍約為0.4cm2,計(jì)算兩次測(cè)量的平均CT值,平均CT值的標(biāo)準(zhǔn)差(SD)作為噪聲值,SNR=CT/SD。

圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)由本科2名醫(yī)生在未知掃描條件情況下獨(dú)立評(píng)判上述三種掃描方案得到的圖像質(zhì)量,并進(jìn)行打分評(píng)判。這兩名醫(yī)師都具有良好的胸部影像學(xué)診斷能力,并且對(duì)雙源CT技術(shù)有較深入的了解。在評(píng)價(jià)過程中,應(yīng)按照以下指標(biāo)進(jìn)行主觀評(píng)估。圖像質(zhì)量:包括分辨率、噪聲、對(duì)比度等;病變?cè)\斷:包括肺實(shí)性結(jié)節(jié)、肺部陰影、肺氣腫、肺不張、肺栓塞、肺炎、肺結(jié)核等疾病的診斷能力;解剖結(jié)構(gòu)可視化:包括肺葉、縱隔、肺門、胸膜、胸廓、肝脾等解剖結(jié)構(gòu)的清晰度和可視化程度并最終給出診斷意見和建議。1分:胸部解剖結(jié)構(gòu)模糊,圖像對(duì)比度差,不能診斷;2分:解剖結(jié)構(gòu)顯示不清楚,圖像對(duì)比度一般,解剖細(xì)節(jié)難以被發(fā)現(xiàn);3分:解剖結(jié)構(gòu)顯示比較清楚,對(duì)比度良好,基本可以滿足診斷需求;4分:解剖結(jié)構(gòu)以及解剖細(xì)節(jié)顯示清晰,對(duì)比度良好,易作診斷。

1.3.2 放射劑量評(píng)估

記錄每例患者掃描時(shí)機(jī)器自動(dòng)生成的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index of volume,CTDI)值及劑量長度乘積(dose length product,DLP)。CTDI反映整個(gè)掃描容積的平均劑量,DLP用來評(píng)價(jià)受檢者1次完整CT掃描總的輻射劑量。有效輻射劑量(effective does,ED),公式:ED=DLP×K,采用歐洲CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南,胸部平均值K=0.014mSv/(mGy·cm)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用R-software進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。多組間客觀及主觀圖像質(zhì)量、輻射劑量的比較,如符合正態(tài)分布采用F檢驗(yàn),不符合正態(tài)分布使用K-W秩和檢驗(yàn)(kruskal-wallstests),組間兩兩比較采用t檢驗(yàn),通過bonferroni修正。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 圖像質(zhì)量評(píng)分

結(jié)果顯示:3組圖像平掃平均CT值、SD、SNR、主觀評(píng)分無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),見表1。抽取A、B、C 3組部分圖像(圖1～3),由于3組掃描參數(shù)不同,3組圖像對(duì)應(yīng)噪聲值有所差異,但其主觀評(píng)分無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),可近似認(rèn)為3種方案所得胸部CT圖像質(zhì)量無明顯區(qū)別,符合臨床診斷要求。

圖1 A組隨機(jī)測(cè)量3例病人主動(dòng)脈層面豎脊肌的整體噪聲值較低

圖2 B組隨機(jī)測(cè)量3例病人主動(dòng)脈層面豎脊肌的噪聲值略高

圖3 C組隨機(jī)測(cè)量3例病人主動(dòng)脈層面豎脊肌的整體噪聲值偏高

表1 平掃圖像質(zhì)量分析

2.2 放射劑量評(píng)估

通過表2組間分析CTDI、DLP、DE的差異,結(jié)果顯示,C組技術(shù)可以降低CTDI及DLP值,與A、B組比較具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),相對(duì)于A組方案,該技術(shù)可降低ED值并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

表2 輻射劑量分析

3 討 論

胸部CT檢查應(yīng)用廣泛,檢查頻次多,因此,在掃描中應(yīng)充分認(rèn)識(shí)該檢查對(duì)患者造成的潛在輻射危害[6]。影響CT輻射劑量的因素有很多,包括掃描參數(shù)、硬件和軟件。降低CT輻射劑量的研究始于20世紀(jì)80年代,重點(diǎn)是優(yōu)化掃描參數(shù)。目前,劑量降低包括使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曝光劑量調(diào)節(jié)管電流、固定低管電壓、固定低管電流和大間距心臟開關(guān)控制技術(shù),以降低輻射劑量[7-8]。

CARE Dose4D是一種自動(dòng)曝光控制功能,在掃描患者的定位像之后,自動(dòng)判斷患者其體型,沿Z軸及角度調(diào)整輻射劑量[2]。而Care kV 技術(shù)是CARE Dose4D的拓展,它能根據(jù)預(yù)設(shè)的圖像質(zhì)量水平確定掃描所需kV值,同時(shí)計(jì)算所需管電流的基準(zhǔn)值以及變化曲線[3]。它們使用時(shí)僅需要在能支持該技術(shù)的設(shè)備上開啟相關(guān)功能選項(xiàng)即可使用。

以往的Care Dose 4D和Care kV技術(shù)主要用于不同部位的比較研究。本研究通過比較常規(guī)平掃,低管電壓掃描及Care Dose 4D和Care kV技術(shù)三者掃描的圖像質(zhì)量、放射劑量。發(fā)現(xiàn)Care Dose 4D和Care kV技術(shù)在不降低圖像質(zhì)量的情況下(SNR、CT值及主觀評(píng)分對(duì)比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異),放射劑量明顯減低,CTDI及DLP值對(duì)比于標(biāo)準(zhǔn)劑量和低劑量掃描,有所減少并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),相較于標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描方案,ED值明顯縮小。這與康紹磊等[9]報(bào)道一致,都顯示了該掃描方案圖像主觀評(píng)分與標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描差異無統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),且所有圖像評(píng)分均較高。理論上,掃描劑量的降低,必然導(dǎo)致圖像噪聲的增加,但CARE V技術(shù)能夠根據(jù)所指定的掃描部位,確定掃描目的;再以定位像自動(dòng)確定受檢者體型,結(jié)合預(yù)先設(shè)定的圖像質(zhì)量要求,自動(dòng)計(jì)算出不同管電壓下所需管電流的基準(zhǔn)值和變化曲線,進(jìn)而可以根據(jù)圖像質(zhì)量設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量參考電壓。Winklehne等[10]使用CARE kV掃描技術(shù)對(duì)身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)處于同一水平患者的頭部和胸部進(jìn)行掃描。他們的結(jié)果表明,在不增加背景圖像噪聲的情況下,圖像的對(duì)比度提高了21%,CNR提高了17.3%。在肝臟CT造影的研究中,Song等[11]使用了CARE kV和SAFIRE迭代重建技術(shù),結(jié)果顯示,平均輻射劑量減少了47%。Gnannt等[12]對(duì)40名接受腹部CT增強(qiáng)掃描的睪丸癌癥患者使用了CARE kV技術(shù),結(jié)果顯示,與傳統(tǒng)的120kVp方案相比,輻射劑量減少了12%。智能管電壓CARE kV調(diào)節(jié)技術(shù)可根據(jù)患者的個(gè)體差異和檢查目的自動(dòng)設(shè)置最佳的kV值,根據(jù)X射線的強(qiáng)度E與管電壓U及管電流I的公式E=kIU2,在保證圖像質(zhì)量的情況下,降低管電壓且適時(shí)優(yōu)化管電流會(huì)有利于降低放射劑量[13]。而CARE Dose 4D調(diào)節(jié)技術(shù)的原理是在掃描過程中,根據(jù)患者體型(大小、體質(zhì)量等)和掃描部位自動(dòng)優(yōu)化電流,最終達(dá)到最小劑量的目的[14]。Greess等[15]研究顯示,在兒童CT掃描中使用CARE Dose4D技術(shù)可將輻射劑量減少10%～60%,而保持圖像質(zhì)量不變。在本研究通過使用CARE kV和CARE Dose4D來探究胸部CT掃描中的劑量優(yōu)化,結(jié)果顯示相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)劑量掃描和低劑量掃描技術(shù),該技術(shù)可以顯著降低患者的輻射劑量。當(dāng)使用這兩種技術(shù)時(shí),在不影響圖像質(zhì)量情況下,CTDI、DLP和ED均大幅度的下降并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

本研究也存在一些不足,本研究納入樣本多為輕癥或體檢患者,掃描時(shí)病人準(zhǔn)備較充分,配合較好,而在不配合及圖像較復(fù)雜的患者中,該技術(shù)對(duì)主客觀圖像質(zhì)量并不清楚。其次,也未討論單獨(dú)使用CARE kV或CARE Dose 4D對(duì)圖像質(zhì)量的影響及放射劑量的對(duì)照對(duì)比研究,這需要進(jìn)一步研究證實(shí)。

CARE kV和CARE Dose 4D是西門子CT掃描儀中特有的劑量調(diào)制技術(shù),其他制造商也有類似類型的協(xié)議,它們的名稱不同,但在CT掃描中掃描患者時(shí),它們?cè)趧┝績?yōu)化方面的工作非常相似。這項(xiàng)研究是在胸部CT平掃中進(jìn)行的,在其他部位的CT檢查中,如腹部、眼眶、四肢等,其他研究也證明該技術(shù)能在不降低圖像質(zhì)量的情況下減少放射劑量[16]。但并不是所有部位都適合低劑量掃描,因?yàn)槟承┎课唤M織對(duì)比不明顯,而肺組織內(nèi)氣體與實(shí)質(zhì)性組織密度差異較大可形成良好的組織對(duì)比。綜上所述,在胸部CT掃描中,CARE Dose 4D聯(lián)合CARE kV技術(shù)可有效降低患者的輻射劑量,而且能同時(shí)保持圖像質(zhì)量,具有很高的臨床應(yīng)用價(jià)值。