2. 飞利浦公司科研部;
3. 山东省医学影像研究所
2. Research Department of Philips, Beijing 100013 China;
3. Shandong Medical Imaging Research Institute, Jinan 250021 China
CT受检者辐射剂量的增加以及潜在的危害性已经引起广泛的关注[1-3]。当前CT研究的重点之一就是降低CT扫描的辐射剂量。基础研究早就发现，在相同图像质量的前提下，序列扫描较螺旋扫描可以大幅度减少辐射剂量。但是，序列扫描时纵轴的跨度太窄和步进技术的不完善使得这个领域难以获得突破，大范围的扫描只能用螺旋模式。近年来研究表明，将步进式序列扫描和前置门控结合可以在心血管扫描中降低近80%的辐射剂量[4]，其中重要因素之一就是应用步进式序列扫描替代了螺旋扫描。但是步进式序列扫描模式尚未应用到心血管扫描以外的领域中。我们这个研究就是探讨用步进式序列扫描替代螺旋扫描进行腰椎CT扫描的可行性和应用价值。
1 材料与方法 1.1 CT机本实验应用探测器宽度为8 cm的PHIL- IPS iCT 256进行扫描。
1.2 研究对象 1.2.1 体模采用Catphan 500体模。
1.2.2 病人资料于2011年8月-2012年6月在山东省聊城市人民医院CT室进行腰椎检查的患者中随机选取200例患者纳入本研究，其中男72例，女128例。病例纳入标准为:日常工作中来医院进行腰椎CT扫描的病人，身高(165 ±10) cm，体重(65 ± 10) kg。排除标准包括怀疑骨肿瘤的患者及青少年患者。病例情况如表 1。
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表 1 患者情况(x ± s) |
设计一种能够用于腰椎扫描的步进式轴扫新程序，与常规螺旋扫描程序进行比较，确认步进式扫描能否在保证图像质量的前提下减少辐射剂量。
1.3.1 体模实验利用Catphan 500体模分别采用螺旋扫描和步进式轴扫两种扫描方式进行扫描。对照两种方法所得图像的空间分辨力、密度分辨力和噪声指数，以确认步进式轴扫的图像质量是否符合要求。
1.3.1.1 扫描参数螺旋扫描与步进式轴扫:均分别进行三次扫描，管电压120 kV，毫安秒分别为150，200，300 mAs，准直128 × 0.625，标准重建算法，重建层厚1 mm，重建层间隔0.5 mm，FOV 180 mm; 螺旋扫描螺距0.993。两种扫描方式均使用相同扫描范围，自体模下端至上端，扫描长度均为201.0 mm。
1.3.1.2 评价方法记录各种扫描参数时的实际剂量，比较所得影像的空间分辨力、密度分辨力、噪声等指标。
1.4 总结新程序 1.4.1 空间分辨力将各不同扫描方式及不同扫描条件扫描体模所得空间分辨力层面图像进行比较，各种扫描条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像空间分辨力均为5 lp/cm，随管电流降低，空间分辨力基本不受影响，见图 1和表 2。
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图 1 空间分辨力 |
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表 2 预实验数据 |
将各不同扫描方式及不同扫描条件扫描体模所得密度分辨力层面图像所得图像进行比较，120 kV，300 mAs、200 mAs、150 mAs条件下所得密度分辨力如图 2; 表明随管电流降低，密度分辨力逐渐降低，但步进式轴扫所得图像密度分辨力始终优于螺旋扫描所得图像密度分辨力。
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图 2 密度分辨力 |
将各不同扫描方式及不同扫描条件扫描体模所得噪声层面图像所得图像进行比较，120 kV，300 mAs、200 mAs、150 mAs条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像噪声见图 3; 表明随管电流降低，图像噪声逐渐增大，但步进式轴扫所得图像噪声始终低于螺旋扫描所得图像。
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图 3 噪声 |
综合上述扫描和比较后，确定在进行腰椎CT扫描时可以采用步进式轴扫来完成，并且可以利用其低剂量扫描达到降低辐射剂量的效果。步进式轴扫最佳扫描参数及扫描程序，扫描参数:管电压120 kV，管电流150 mAs，准直128 × 0.625，标准重建算法，层厚1 mm，层间隔0.5 mm，FOV 180 mm。扫描方式:步进式轴扫。
1.5 影像学检查将进行常规腰椎检查的患者随机分成四组，即步进式轴扫组(实验组A、B)和螺旋扫描组(对照组C、D)，每组50例。实验组应用步进式扫描新程序进行扫描，其中A组为常规剂量扫描，扫描参数:管电压120 kV，管电流300mAs; B组为低剂量扫描，管电流200 mAs。螺旋扫描组应用常规螺旋扫描，其中C组为常规剂量扫描，扫描参数:管电压120 kV，管电流300 mAs; D组为低剂量扫描，管电流200mAs。均采用标准重建算法，准直128 × 0.625，层厚1 mm，层间隔0.5 mm，FOV 180 mm。扫描范围相同(从腰1椎体上缘到骶1椎体中份)。见表 3。
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表 3 各组扫描条件及病例情况 |
经影像后处理工作站处理原始图像，获得腰1-骶1水平椎间盘的MPR图像(包括传统的横轴位图像、矢状位图像、冠状位图像)、椎管正矢状位图像。
1.6.1 对两组图像比较 1.6.1.1 阅片评分肉眼观察图像质量，进行图像质量评分。由两位主任医师进行盲法阅片，对图像质量采用5分制进行评分。5分:轴位及重建图像质量极佳; 4分:轴位及重建图像质量均较好，完全能满足诊断需要; 3分:轴位及重建图像较差，基本能满足诊断需要; 2分:轴位图像较差，重建图像质量极差，尚能满足诊断需要，不需要重新扫描; 1分:轴位及重建图像极差，不能进行诊断，必须重新扫描。
1.6.1.2 图像噪声在轴位图像上腰3 ~腰4椎间盘层面上下3层，取像素100 mm2大小的圆形感兴趣区(region of interest，ROI)，以CT值的标准差(SD)作为图像噪声，取3层的平均值作为该患者的图像噪声。
1.6.1.3 辐射剂量本研究统计的辐射剂量不包括定位像的辐射剂量。通过CT自动计算得到CT剂量指数(computed tomography dose index，CDTI)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)，由DLP乘以特定的转换系数k来估计有效剂量(effective dose，ED)，转换系数k = 0.015 mSv /(mGy·cm)。
1.6.2 统计学分析应用SPSS软件对所得图像ED、图像质量评分进行统计学分析(配对t检验); 运用kappa检验对所得图像质量评分的一致性进行检验。比较各组图像空间分辨力、图像密度分辨力、图像的信噪比。
2 结果 2.1 病变检出实验组A、实验组B、对照组C病变检出率均为100%，实验组D病变检出率为86%。
2.2 辐射剂量与图像质量(表 4)|
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表 4 辐射剂量与质量评分 |
实验组病人所受辐射剂量均低于对照组，实验组A剂量(7.16 mSv)低于对照组C (7.96 ± 0.2 mSv) 10%，实验组B剂量低于对照组D (3.93 ± 0.1 mSv) 9%，实验组B剂量低于对照组C约55%。
2.2.2 图像质量本试验中两位评价者评分的一致性较好(Kappa = 0.69)，两种扫描方式所得常规剂量图像均达到诊断要求，其中轴扫方式所得A组图像质量明显优于螺旋扫描方式所得D组图像质量，且轴向扫描图像无伪影、分辨率高。
3 讨论 3.1 步进式轴扫的优点在多层CT螺旋扫描起始和结束时的图像数据并未投影在所有探测器阵列中，只有一部分探测器排接收到扫描数据，因此这部分数据无法重建完整的图像。另外，因螺旋扫描时图像平面与数据采集平面有差异，故需采用180°或360°插补方式来重建图像，而对于空间分辨力要求较高的结构，通常采用较小的螺距进行扫描以使数据部分重叠来提高空间分辨力，再加上螺旋扫描为不间断扫描，辐射剂量较传统步进扫描要高出很多。
而步进式扫描方式，扫描时准直射线全部落在图像层面的探测器上，不存在无效辐射。而且每个360°之间为连续、顺序扫描，相互之间没有重叠。因此步进扫描模式与螺旋扫描方式相比，在减少患者辐射剂量方面更具优势[5]。
基础实验中通过对体模进行不同扫描方式及不同扫描参数的实验，确保步进式轴扫所得图像能达到常规螺旋扫描的图像质量指标，步进式轴扫所得图像密度分辨力及噪声始终优于螺旋扫描所得图像密度分辨力。在本实验中，仅需3 ~ 4个步进，便可扫完全部腰椎椎体，扫描时间不足3 s。步进式轴扫与螺旋扫描相比，不仅降低患者所受辐射剂量(40%)，而且缩短了曝光时间。
3.2 降低辐射剂量方法目前降低辐射剂量的方法较多，包括低管电流、低管电压、增加螺距以及减少扫描范围等。降低管电压可明显降低辐射剂量但同时X射线质量降低，从而使射线的穿透力降低，吸收的辐射比例增加，导致患者接受辐射量和图像质量之间的关系破坏，改变影像质量。加大容积扫描时的螺距可使扫描空间暴露在X射线束的时间减少，辐射剂量随之降低[7]，但螺距加大，层面敏感性曲线增宽，使影像在z轴的空间分辨力下降并且增加了噪声，故增加螺距来降低辐射剂量可行性方面也受到限制。管电流与辐射剂量之间呈线性相关，在其他扫描参数不变的情况下，辐射剂量与管电流值成正比[8]。管电流降低主要影响密度分辨力，使低对比组织如脑、肝脏的图像质量明显下降，而对高对比组织分辨力影响甚小。由于腰椎检查主要观察椎体，间盘及其附件，存在良好的密度分辨力，因此通过降低管电流来进行腰椎的低剂量CT扫描存在可行性。本研究的预实验通过对体模进行不同参数扫描，对扫描获得的图像进行评分并结合文献，确定了具有临床诊断价值的低剂量扫描的程序及参数。实验组B运用步进式轴扫程序，所得图像与C组图像相比，噪声略增加，但通过对窗宽、窗位的调整，能够准确分辨椎间盘突出位置、大小、形态及边界，并且可通过任意平面、任意角度的多平面重组及VRT重组，整体观察椎体排列情况，完全可以达到诊断要求。与常规剂量扫描所得图像比较，两者差异无统计学意义。见图 4，图 5。
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图 4 临床实验所得图像 |
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图 5 临床实验图像处理重建后图像 |
基础研究早就发现，在相同图像质量的前提下，轴扫较螺旋扫描可以大幅度节省辐射剂量。但是，轴扫跨度太窄和步进技术的不完善使得这个领域难以获得突破。近年来研究表明，将步进式轴扫和前置门控结合可以在心血管扫描中降低近80%的辐射剂量。但是步进式轴扫尚未应用到心血管扫描以外的领域中。迄今为止，关于腰椎扫描降低辐射剂量的研究尚局限在螺旋扫描的模式中，突破甚微。本研究自主设计了腰椎扫描的步进式轴扫新程序，旨在保证图像质量的前提下，降低辐射剂量，减少X射线辐射对患者的危害。
本研究的不足之处在于选取病例范围较为局限(BMI指数限制23.6 ± 2.9)，因此轴扫新程序所得DLP数据虽较低，但在日常工作中因患者身高、体重等个体差异情况存在，如何根据受检者具体情况设置个性化扫描参数，还需进一步进行研究。CT检查必须注意非照射部位的屏蔽防护，以达到降低患者所受辐射剂量的目的。
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