中国辐射卫生  2013, Vol. 22 Issue (3): 270-273  DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2013.03.046

引用本文 

傅强, 牛猛, 刘晓菲. 利用管电流自动调节技术降低常规头部CT的照射剂量[J]. 中国辐射卫生, 2013, 22(3): 270-273. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2013.03.046.
FU Qiang, NIU Meng, LIU Xiao-Fei. Reducing Radiation Dose During Routine Brain CT using Helical with Tube Current Modulation Mode[J]. Chinese Journal of Radiological Health, 2013, 22(3): 270-273. DOI: 10.13491/j.cnki.issn.1004-714x.2013.03.046.

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收稿日期：2013-01-12
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利用管电流自动调节技术降低常规头部CT的照射剂量
傅强 , 牛猛 , 刘晓菲     
中国医科大学第一附属医院放射科, 辽宁 沈阳 110001
收稿日期：2013-01-12
作者简介：傅强(1954~), 男, 浙江宁波人, 副主任技师, 从事医学影像技术的临床应用与教学工作.
摘要：目的 探讨常规头部CT采用管电流自动调节技术(即TCM螺旋扫描模式)能否降低照射剂量和提高影像质量。方法 50例成人患者, 分别接受常规头部CT的TCM螺旋和常规轴扫模式, 常规轴扫参数:140 kV, 170mA用于颅底部; 120 kV, 150 mA用于颅脑部, 2s/周。TCM螺旋扫描参数:120 kV, 280 mA(最大管电流阈值), 0.8 s/周。扫描剂量直接取自设备剂量指示值(CTDI和DLP)。影像质量分别由两位专家采用双盲法, 对头部CT的颅底、脑灰-白质层面以及全部影像逐层进行CT值、信噪比测量以及综合评估。结果 常规头部CT采用TCM螺旋扫描模式较轴扫模式可使患者有效降低管电流使用量(44±12)mA, 扫描时间(4.8±0.8)s, 照射剂量(38±0.9)%:[CTDI:(32.10±9.0)mGy、(55.00±7.2)mGy; DLP(442.10±72)mGy·cm、(668.00±26)mGy·cm]; 经计算人体吸收剂量可降低(1.5±0.4)mSv, 并可有效提高影像质量。结论 经两种不同扫描模式所得影像的CT值测量结果及其他影像质量参数的对照, 应用TCM螺旋扫描模式的影像质量完全可与轴扫描模式相媲美, 同时具有可减少扫描时间和照射剂量的优越性。
关键词：管电流自动调节    螺旋扫描    轴扫    头部CT影像    
Reducing Radiation Dose During Routine Brain CT using Helical with Tube Current Modulation Mode
FU Qiang , NIU Meng , LIU Xiao-Fei     
Department of Radiology, First Hospital of China Medical University, Shenyang 110001 China
Abstract: Objective To determine whether radiation dose can be reduced and image quality improved in routine head CT that were acquired with organ-based tube current modulation (TCM) technology. Methods In a prospective study 50 adults patients scheduled for head CT used in both the routine axial and helical with TCM modes. Scan parameter:TCM mode were 120 kVp, 280 mA(Max mA threshold value), scan time 0.8s/rol. the manual mode were 140 kVp, 170 mA for petrou bone, and 120 kVp, 150 mA for brain, scan time 2.0s/rol. Radiation dose were measured directly from the CT scan indicated(CTDI and DLP). The image quality at the level of the posterior fossa and grey-white matter contrast and overall image were assessed by two readers using CT value and signal-to-noise ratio(SNR) detected, Reading orders were randomized. Results Compared the routine axial scan mode, The TCM scan mode reduced tube current (44 ±12) mA, exposure time (4.8 ±0.8) s, radiation dose (38 ±0.9)%[CTDI:(32.10 ±9.0) mGy, (55.00 ±7.2) mGy; DLP (442.10 ±72) mGy ·cm, (668.00 ±26) mGy·cm]; The effective radiation dose is reduced by (1.5 ±0.4) mSv, respectively. The image quality was effectively improved. Conclusion Routine head CT scan using helical with TCM scan mode has reduced the superiority of the scan time and radiation dose. The image quality can comparable to routine axial scan mode.
Key words: Tube Current Modulation (TCM)    Helical Mode CT    Axial Mode CT    Brain CT Image    

管电流自动调节技术(tube current modulation, TCM)是根据CT扫描层部人体密度以及影像质量参数的所选阈值来自动调节X射线管输出电流, 实现了逐层合理配置管电流分布的目的。该项技术被广泛应用于胸、腹部CT扫描, 并在提高影像质量和降低照射剂量上取得了显著效果。但在头部CT常规扫描中却一直被忽视而未采用, 笔者考虑到头部从密度上由颅底到颅顶部密度差悬殊, 常规轴扫模式每层影像均采用相同曝光剂量, 患者近头顶部会接受过量不必要的辐射, 这对X射线管球是无意义耗损, 也无益于全部影像质量的提高。可否效仿TCM技术在胸、腹部成功应用的经验, 将TCM技术应用在常规头部CT扫描中, 为此目的, 笔者通过在常规头部CT扫描中应用TCM技术, 并将所得影像与头部常规CT扫描方法进行对照, 从影像质量、照射剂量上探讨了该方法的可行性和优越性。

1 材料与方法 1.1 实验模具

仿真CT用头部标准模体(ACS型KYOTO KAGAKU日本产)。

1.2 临床资料

选择2012年4月至2012年7月期间在我院、临床病情需要重复进行常规头部CT扫描的成人患者共50例, 其中男性24例, 女性26例, 年龄18~74岁, 平均年龄46岁。CT检查无明显异常的患者。

1.3 设备

GE Lightspeed 16排CT机。

1.4 扫描方法

根据"欧共体计算机体层摄影(头颅部)质量标准" (European guidelines on quality criteria fo r Computed Tomography, EECCT标准) [1], 所提供的常规头部CT轴扫模式的扫描参数, 轴扫模式: 1.颅底部; 140 kV、170 mA、2 s/周、扫描层厚3 mm、WL30~ 40、WW100~120。2.颅脑幕上部: 120 kV、150 mA、2 s/周、扫描层厚5 mm、WL35~40、WW90~100。对仿真头部模体进行扫描。参照轴扫所得影像的(EECCT)质量标准(空间分辨率、密度分辨率及CT值测量结果), 再将扫描模式改为利用TCM的螺旋扫描模式, 对照轴扫的影像质量标准, 进行头部CT螺旋扫描模式下TCM扫描条件(主要为噪声指数和管电流阈值)的优选, 将与轴扫影像质量标准差异最小的扫描条件设为下一步头部TCM螺旋扫描条件。

应用16排CT机对所选患者首次头部扫描均采用轴扫模式, 二次复查时则采用TCM螺旋模式(复查为临床诊治需求)。两次检查均取相同扫描范围, 轴扫按照上述EECCT标准(头颅部)扫描条件进行, TCM螺旋扫描模式则为"仿真头部模体实验"优选出的扫描条件。

1.5 照射剂量测量

以每位患者头部CT扫描结束后设备自动记录的CT扫描剂量值: CT剂量指数CTDI (mGy)和剂量长度乘积DLP(mGy·cm)为测量值结果。

1.6 影像质量评估 1.6.1 信噪比(SNR)测量

分别在同一患者轴扫与TCM螺旋扫描影像的相同层面, 选择不同密度组织和具有影像特征的三个不同影像区域(颅底部桥脑区、颅内脑组织的灰质、白质区域), 以及头部扫描区域外的无物体背景区进行CT值和标准偏差的测量。根据信噪比计算公式(SNR = SI/BN)计算出影像的信噪比, 式中SI代表被测组织CT值即有用信号; BN代表背景CT值标准偏差即无用信号[2]。

1.6.2 影像质量评估

由两名具有十年以上脑神经专业诊断经验的放射线教授采用"双盲"法, 去掉影像四周文字注释, 在影像存储与传输系统(PACS)显示器上, 分别独立对不同扫描模式所得的影像质量进行测量评估。将影像测量的客观指标与影像肉眼观相结合, 评估标准:根据CT值和信噪比测量采用评分法:按照优: 4~5分; 良: 3~4分; 可: 2~3分; 差: 1~2分的四个不同等级对影像质量进行评估。

1.7 统计方法

使用SPSS 11.5统计学分析软件, 将上述影像质量评估中的相关参数和专家的评估结果进行t检验, 检验结果以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 影像质量

参照头部CT"EECCT标准"中轴扫模式影像质量标准和扫描条件, 优选出的TCM螺旋扫描条件(见表 1)。影像质量、照射剂量的各项指标实验及评估结果, 见表 2、图 1和图 2。

表 1 常规头部TCM螺旋扫描模式的扫描参数

表 2 两名阅片者对50例头部CT轴扫、TCM螺旋扫描所得影像质量评分结果

图 1 头部CT常规轴扫(图 1.1，图 1.3，图 1.5)与TCM螺旋扫描(图 1.2，图 1.4，图 1.6)影像质量对比 图 1.1与图 1.2对比:图 1.1箭头所示处分别为枕骨嵴和岩骨尖部所致的伪影，图 1.2未见伪影。图 1.3与图 1.4对比:脑灰质与脑白质影像以及局部CT值测量结果显示影像质量及CT值两者对比均无明显差异。图 1.5与图 1.6对比:图 1.5显示接近颅顶部影像的CT值超出正常值，而图 1.6则接近正常值。

图 2 管电流在各扫描层的变化值曲线图(模体实验)
2.2 统计学分析结果

将TCM螺旋与轴扫两种不同扫描模式所得影像(颅底以上部分层面)的CT值和信噪比的均值经t检验, 其值分别为t = 0.079, P = 0.938; t = 0.095, P = 0.807, 说明两种不同扫描模式所得影像的质量基本一致, 差异无统计学意义。而完成一次常规头部CT扫描的总照射剂量却有显著差异, 根据模体实验结果:采用TCM螺旋扫描模式可较轴扫模式降低总照射剂量36%, 减少扫描时间4.8 s。50例头CT两种扫描方法的对照结果:采用TCM螺旋扫描模式较轴扫模式可使患者有效降低管电流使用量(44 ±12) mA; 扫描时间(4.8 ±0.8) s; 照射剂量(38 ±0.9) %: (CTDI: (32.10 ± 9.0) mGy、(55.00 ± 7.2) mGy; DLP (442.10 ± 72) mGy ·cm、(668.00 ± 26) mGy · cm); 经计算人体吸收剂量可降低(1.5 ±0.4) mSv。

3 讨论

常规头部CT一直沿用着CT发明初的轴扫步进式模式, 究其原因:因头部易于固定, 扫描范围小, 扫描时间较短, 另外早期多排CT的螺旋扫描模式因相关技术发展不够完善, 扫描头部的影像质量不及常规轴扫模式, 因而螺旋扫描技术被弃之不用。由此看来, 阻碍TCM在常规头部CT中应用的主要障碍不是相关技术的应用难易, 首先是螺旋扫描技术对影像质量的影响。随着多排CT螺旋扫描技术的发展, 并于1994年推出了自动曝光控制技术(即TCM技术) [3]。在螺旋扫描技术应用到常规头部扫描并获得成功后(影像质量获得满意效果), 近年来随着TCM相关软件功能的日臻完善, 国外诸多学者将已在人体胸、腹部广泛应用并取得成功的TCM技术尝试应用到常规头部CT扫描中。2012年3月Becker HC等[4]首先报道了TCM技术在常规头部CT扫描中的应用。国内学者早在2010年就分别报道过TCM技术在婴幼儿患者头部扫描中的应用和在头颈部CTA中的应用。至今国际上相关研究报道在PUBMED上可查到近十篇文章。

TCM扫描技术发展到今天, 已是目前所有多排CT(MSCT)中必备的管电流调节软件, 与固定管电流法相比, TCM的管电流输出随着扫描体的厚度、密度的变化而变化。这恰适应了头颅大小不同、密度不等, 既便是同一个病人头颅从不同的角度扫描其密度也有差异的特点, 如果在扫描中, 从扫描起始层到结束层均使用固定的扫描参数, 这样不仅会增加病人不必要的辐射剂量, 也无益于图像质量的提高[5]。TCM技术通过头部定位像的数据采集形成对轴面扫描的反馈信息, 实现了管电流根据扫描部位实时改变的需要, 本文作者通过影像质量的对照, 再次论证了TCM技术对保证常规头部CT图像质量, 有效降低照射剂量所起的积极作用, 以及临床应用的可行性。

当然, TCM技术不是简单的软件应用就可达到上述目的, 要根据设备所能提供的TCM软件类型、功能, 包括合理选择管电流阈值和噪声比等相关参数方能获得良好效果[6]。另外需提及的是TCM技术仅能实现X射线照射剂量的"合理配置", 是低剂量扫描技术中的一种主要做法, 但不能仅此而代表头部低剂量全部扫描技术。

参考文献
[1]
Tack D, De Maertelaer V, Gevenois PA. Dose Reduction in Multidetector CT Using Attenuation-Based Online Tube Current Modulation[J]. AJR Am J Roentgenol, 2003, 181(2): 331-334. DOI:10.2214/ajr.181.2.1810331
[2]
Kosuke Matsubara, Kichiro Koshida, Katsuhiro Ichikawa, et al. Misoperation of CT Automatic Tube Current Modulation Systems with Inappropriate Patient Centering: Phantom Studies[J]. Am. J. Roentgenol, 2009, 192: 862-865. DOI:10.2214/AJR.08.1472
[3]
Lungren MP, Yoshizumi TT, Brady SM, et al. Radiation dose estimations to the thorax using organ-based dose modulation[J]. AJR Am J Roentgenol, 2012, 199(1): W65-73. DOI:10.2214/AJR.11.7798
[4]
Becker HC, Augart D, Karpitschka M, et al. Radiation exposure and image quality of normal computed tomography brain images acquired with automated and organ-based tube current modulation multiband filtering and iterative reconstruction[J]. I nvest Radiol, 2012, 47(3): 202-207.
[5]
Hoang JK, Yoshizumi TT, Choudhury KR, et al. Organ-based dose current modulation and thyroid shields: techniques of radiation dose reduction for neck CT. R[J]. Am J Roentgenol, 2012, 198(5): 1132-1138. DOI:10.2214/AJR.11.7445
[6]
Van der Molen AJ, Joemai RM, Geleijns J, et al. Performance of longitudinal and volumetric tube current modulation in a 64-slice CT with different choices of acquisition and reconstruction parameters[J]. Phys Med, 2011, 5.38(11): 6084-6092.