步进式轴扫用于降低腰椎ct扫描辐射剂量的研究论文

步进式轴扫用于降低腰椎ct扫描辐射剂量的研究论文 准重建算法，重建层厚 1mm，重建层间隔 0.5mm，FOV 180mm。D 组为低剂量扫描， 扫描参数:120KV，200mAs，其余参数同 C 组。分别记录各组辐射剂量指数(Computed Tomography Dose Index，CTDI)及有效剂量(Effective Dose，ED)，原始图像及重建 图像均传输至 PACS 系统，由经验丰富的诊断医师对所得图像的质量进行盲法评分(5 分制)，应用 SPSS 统计软件对实验组和对照组的辐射剂量和质量评分进行统计分析。 结果: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(8.44?0.2mSv)15% ， 实 验 组 B 剂 量 (4.77mSv) 低 于 对 照 组 D(5.55 ? 0.1 mSv)14%(p<0.05)，实验组 B 剂量低于对照组 C43%;实验组 A 图像质量与对照组 C 无差异，实验组 B 图像质量明显优于对照组 D(p<0.05)，实验组 B 与对照组 C 图像质 量无显著性差异(p>0.05)。 结论:步进式轴扫应用于腰椎扫描存在可行性，并可大幅度降低辐射剂量。临床 实验表明:在病人腰椎扫描中，在同样扫描参数时，轴扫的密度分辨力和噪声都优于 螺旋扫描。在相同图像质量下，轴扫可以降低 43%的辐射剂量，与基础实验结果相同。 第三部分 目的:进一步进行步进式轴扫应用于腰椎 CT 扫描的低剂量调节试验。 方法:选取 BMI?22 的进行腰椎 CT 扫描的病例 30 例，定为 E 组，应用步进式 轴扫进行扫描，扫描参数为:120KV，150mAs，准直 128×0.625，重建算法， 层厚 1mm，层间隔 0.5mm。记录辐射剂量指数(Computed Tomography Dose Index， CTDI)及有效剂量(Effective Dose，ED)，原始图像及重建图像均传输至 PACS 系统， 由经验丰富的诊断医师对所扫图像的质量进行盲法评分(5 分制)。 结果:所得剂量指数为 238.6mGy?cm，有效剂量为 3.58mSv，E 组图像质量与常 规条件扫描所得 C 组图像质量无显著性差异，仍可满足诊断要求。实验组 E 有效辐 射剂量 3.58mSv 低于对照组 C(8.44?0.2mSv)约 57%。 结论:临床试验证明，步进式轴扫腰椎，可以在满足诊断要求的前提下，比常规 扫描方式降低大约 57%的辐射剂量，在临床应用中是一种可行的扫描方法并且有广阔 的应用前景。 关键词: 腰椎 CT 扫描;步进式扫描;低剂量 Research on reducing the radiation of lumber CT scan using axial protocol Speciality : Biomedical Engineering Author : Gao Cui Cui Tutor: Professor Liu Cheng Abstract The first part Objective:Conduct basic research, to design new axial scan that can be used for lumbar spine scan .Then，explore low-dose axial scan protocol of the lumbar spine to get the low-dose scan parameters. Methods :1.Scan the phantom using different scan protocols: helical scan protocol: 120KV, 300 mAs, collimation 128 × 0.625, pitch 0.993, the standard reconstruction algorithms, 1mm reconstruction thickness and 0.5mm increment, FOV 180 mm. Axial scan protocol: 120KV, 300 mAs collimation 128 × 0.625, the standard reconstruction algorithms, 1mm reconstruction thickness and 0.5mm increment ,FOV 180 mm. Then scan the phantom with 120KV,200 mAs,150 mAs,100mAs, try to discuss low dose scanning parameter .2 Compare the data and images, combined with clinical and literature to determine axial procedures apply to the lumbar low-dose scan. Results: The spatial resolution of the image of axial protocol and spiral protocol with the same parameter are the same .The Density resolution and noise of the axial protocol are better than the spiral protocol. Conclusion: Lumber CT scan using is practicable,the parameters: 120KV, 200mAs collimation 128 × 0.625, the standard reconstruction algorithms, 1mm reconstruction thickness and 0.5mm increment ,FOV 180 mm. with the same image quality axial protocol can reduce the radiation dose for 33%. The second part Objective:To discuss the clinical the possibilities and the ability of reducing the radiation dose of low dose lumber CT scan using axial protocol . Methods and Material : Two hundreds of patients underwent lumber CT scan were randomly divided into the axial protocol group(experimental group A,B)and the Spiral CT group(control group C,D),each of 50 cases .The new protocol of axial scan were performed in the experimental group ， group A were routine-dose group and the parameter:120 kV,300mAs,collimation 128×0.625,1mm slice thickness and 0.5mm increment，FOV 180 mm. Group B were low-dose group and the scanning parameter:120 kV,200 mAs ,the other parameters were the same to group A .The control group were scanned with the conventional spiral protocol .Group C were routine-dose group and the scanning parameter:120kV,300mAs, collimation 128×0.625,1 mm reconstruction slice thickness and 0.5mm increment , pitch 0.993,FOV 180 mm.Group D were low-dose group and the scanning parameter : 120 kV ,200 mAs , other parameters were the same to group C. The original image and the MPR were transferred to the PACS to be evaluated by experienced doctors. Results :The two scanning protocol have the same image spatial resolution under the same scanning parameters .The density resolution and noise of step scanning protocol are better than the conventional helical scan protocol Patients of the experimental group receiving radiation dose was lower than that of the control group, the dose ( 7.16 mSv ) of group A was lower than that of group C( 8.44?0.23 mSv ) 15 %, the dose ( 4.77 mSv ) of group B was lower than that of group D ( 5.55?0.1 mSv ) 14% ( P < 0.05 ), the dose of group B lower than that of group C 43%; the image quality of group A have no difference with group C, the image quality of group B was significantly better than group D ( P < 0.05 ), the group B and group C have no significant difference ( P > 0.05 ) in image quality. Conclusion: Clinical experiment shows that: in the patient lumbar scan, with the same scanning parameters,the density resolution and noise of axial protocol are better than the helical protocol scan. with the same image quality, axial protocol can reduce radiation dose for 43%, are the same with the basic experimental results.Low dose lumber CT scan using step-shoot CT is practicable, can greatly reduce the radiation dose. The third part Objective: Do the further low dose axial protocol adjustment test for the lumber CT scan. Methods: Select 50 cases patients that BMI ? 22, as group E, use axial protocol, scan parameters:120KV,150mAs,collimationd128×0.625,standard alorithm,1mm reconstruction thickness and 0.5mm increment ,FOV 180 mm.. Recording radiation dose index (Computed Tomography Dose Index, CTDI )and the effective dose ( Effective Dose, ED ), the original image and the reconstructed images were transferred to the PACS system to be evaluated by experienced doctors. Results: The index is 238.6 mGy?cm, the effective dose 3.58mSv, image quality score 3.96?0.79. Conclusion: Clinical application shows that, lumber scan using axial protocol can reduce the radiation dose about 57% with the proper image quality , is a feasible method and have broad application prospects. Keywords: lumbar CT scan; axial protocol; low dose 目 录 引 言 ................................................................................................................................... 1 1 本课题研究背景 ......................................................................................................... 1 2 本研究现状和存在的问题 ......................................................................................... 1 3 本课题所做的工作 ..................................................................................................... 2 第一部分 基础研究 ............................................................................................................. 3 第一章 材料与方法 ............................................................................................................. 3 1.1 扫描设备 .................................................................................................................. 3 1.2 研究对象 ................................................................................................................. 3 1.3 研究方法 .................................................................................................................. 3 1.3.1 体模试验 ........................................................................................................ 3 1.3.2.图像和数据分析 ............................................................................................ 3 第二章 结果 ......................................................................................................................... 4 2.1 总结新程序 .............................................................................................................. 4 2.1.1 空间分辨率 .................................................................................................... 4 2.1.2 密度分辨率 ................................................................................................... 5 2.1.3 噪声 ............................................................................................................... 6 2.1.4 辐射剂量 ....................................................................................................... 7 第三章 讨 论 ................................................................................................................... 8 3.1 Catphan500 型体模结构 .......................................................................................... 8 3.2 检测参数 ................................................................................................................. 9 3.2.1 空间分辨率 .................................................................................................... 9 3.2.2 密度分辨率 .................................................................................................. 10 3.2.3 噪声测量 ...................................................................................................... 10 3.3 新扫描程序设定 ................................................................................................... 11 第二部分 临床检查 ........................................................................................................... 12 第一章 材料与方法 ........................................................................................................... 12 1.1 扫描设备 ................................................................................................................ 12 1.2 研究对象 ............................................................................................................... 12 1.3 研究方法 ................................................................................................................ 12 1.3.1 扫描方法及参数 ......................................................................................... 12 1.3.2.图像及数据处理 .......................................................................................... 13 第二章 结 果 ................................................................................................................... 14 2.1 辐射剂量与图像质量 ........................................................................................... 14 2.1.1 辐射剂量 ..................................................................................................... 14 2.1.2 图像质量 ..................................................................................................... 14 第三章 讨 论 ................................................................................................................... 16 3.1 CT 成像的基本原理 ........................................................................................... 16 3.2 CT 扫描方式 .......................................................................................................... 16 3.3 CT 数据采集 .......................................................................................................... 17 3.4 腰椎 CT 扫描的优势 ............................................................................................ 17 3.5 体型参数采集和计算 ........................................................................................... 17 3.6 辐射剂量及测量 .................................................................................................... 18 3.6.1 容积剂量指数 .............................................................................................. 18 3.6.2 剂量长度乘积 .............................................................................................. 18 3.6.3 有效剂量 ...................................................................................................... 18 3.6.4 噪声 ............................................................................................................. 19 3.7 图像质量方法 ................................................................................................ 19 3.8 步进式轴扫优点 ................................................................................................... 19 3.9 Philips Brilliance iCT(极速 CT) ....................................................................... 21 第三部分 低体重人群低剂量研究 ................................................................................... 23 第一章 材料与方法 ........................................................................................................... 23 1.1 扫描设备 ................................................................................................................ 23 1.2 研究对象 ............................................................................................................... 23 1.3 研究方法 ................................................................................................................ 23 1.3.1 扫描方法 ..................................................................................................... 23 1.3.2 图像及数据处理 ......................................................................................... 23 第二章 结 果 ................................................................................................................... 24 2.1 辐射剂量 ................................................................................................................ 24 2.2 图像质量评分 ........................................................................................................ 24 第三章 讨 论 ................................................................................................................... 25 3.1 降低辐射剂量方式 ............................................................................................... 25 3.2 实际应用中存在的问题 ........................................................................................ 25 结 语 ................................................................................................................................. 26 参考文献 ............................................................................................................................. 28 综 述 ................................................................................................................................. 30 附 录 ................................................................................................................................. 40 致 谢 ................................................................................................................................. 41 论文著作 ............................................................................................................................. 42 引 言 1 本课题研究背景 随着科技的飞速发展和临床医学需求的增加，CT 设备经历了日新月异的发 展，各种新技术不断应用于 CT 成像设备，CT 的探测器排数和宽度不断增加， 扫描速度不断提高，软件功能也更加强大，CT 成像设备的时间分辨力、空间分 辨力及密度分辨力均有不断的改善，加上图像后处理技术的完善，使得其在临床 的应用范围更加广泛，心脏 CT、全身扫描等一些新的应用也得以实现。因而， CT 检查在临床检查中所占的比重越来越大。尽管 CT 对现代医学和人类健康作 出了很大贡献，但人们在进行 CT 检查时承担的与电离辐射有关的健康风险也不 容忽视[1]。CT 检查的辐射量远远大于普通 X 线检查，而其检查频率却大幅度上 升。有研究表明 X 线辐射对人体有致癌影响，患癌风险是 0.6%-3.0%[2]，而且相 对于成年人，青少年和儿童对辐射更为敏感，患癌症的危险性更大[3]。因而当今 世界最新 CT 研究的重点正是在 CT 的临床应用中，如何在保证图像质量的前提 下降低 CT 扫描的辐射剂量。 2 本研究现状和存在的问题 目前 CT 成像速度越来越快，后处理功能越来越强大，已有各种降低 X 线辐 射剂量的新方法和新技术，例如更为先进合理的 CT 机型，更为先进的重建 算法和扫描技术，扫描中的实时控制以及更为合理的屏蔽防护等等。国内外对低 剂量 CT 的研究和应用有了初步成果。目前公认的辐射剂量的表达主要有 CT 剂 量指数(CT Dose Index，CTDI )、剂量长度乘积(Dose-Length Product，DLP)，组 织或器官的吸收剂量 (Effective Dose，ED)即有效剂量。CTDI 在临床和设备检测 方面主要是以 CTDIvol 多见。DLP 是螺旋 CT 扫描的容积剂量与扫描长度的乘积， 表示了受检者整体所受辐射剂量的状况[4]。有效剂量是相对于全身平均辐射剂量 来说的，反映了身体不同组织器官所接受的辐射剂量，根据不同组织器官的权重 因子(W)得出[5]。与剂量相关的因素主要有管电压、管电流、螺距、准直宽度 [6] 、扫描次数等。管电压代表 X 线的质，即 X 线的穿透力，在一定情况下降低 管电压，不但可以有效降低患者的辐射剂量，还可以在一定程度上增加组织的密 度分辨率。CTDI 与管电压的幂指数呈正比[7]，降低管电压在使辐射剂量大幅降 1 低的同时，也降低了 X 线的质量使图像质量下降。管电流代表 X 线的量，可使 用降低管电流的方法来降低辐射剂量，但会使低对比组织的分辨率下降，如脑组 织、肝脏[8]。螺距与辐射剂量呈反比，在扫描范围一定时螺距增加而剂量降低， 但是增大螺距会使 Z 轴空间分辨率下降在一定程度上影响图像质量[9]。适当减少 扫描次数，选择合理、优化的扫描可明显减低辐射剂量又可明确诊断。 CT 低剂量扫描技术已广泛应用于小儿颅脑、女性盆腔、副鼻窦和肺癌筛查 等诸多方面，然而应用于腰椎者则少见报道。迄今为止，关于腰椎降低辐射剂量 的研究尚局限在螺旋扫描的模式中，突破甚微。 基础研究发现，在相同图像质量的前提下，步进式轴扫较螺旋扫描可以大幅 度节省辐射剂量，而且同等扫描条件下轴扫所得图像质量明显优于螺旋扫描所得 图像。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[10]。但是迄今为止尚未有人将步进式轴扫应用到心血管扫描以外的领 域中，即没有在当今多排螺旋 CT 时代再次在扫描程序中应用步进式轴扫技术。 PHILIPS iCT 256 每次轴扫可以覆盖 80mm，且已经解决以往限制步进扫描的技 术问题[11]，因此在腰椎扫描中应用步进式轴扫在技术上是可行的。 本课题拟自主设计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，尽可能的降低腰椎 CT 检查的辐射剂量，达到在腰椎扫描中最大幅度地减少 X 线辐射对患者的危害的目的。 3 本课题所做的工作 本课题分三部分，第一部分运用体模进行基础研究，在常规螺旋扫描的基础 上设计可应用于腰椎扫描的步进式轴扫新程序并得到适宜的扫描参数;第二部分 进行临床试验，选取进行腰椎 CT 临床检查的病例进行不同扫描方式及不同扫描 条件的 CT 检查，将新程序与常规螺旋扫描所得图像进行对比，以验证步进式轴 扫在临床应用的可行性，并且在常规剂量基础上进行了步进式轴扫的低剂量研 究，以达到在保证图像质量的前提下，尽可能降低辐射剂量的目的。第三部分进 一步进行步进式轴扫应用于腰椎 CT 扫描的低剂量调节试验，探索能否在满足诊 断需要的前提下进一步降低患者所受辐射剂量。 2 第一部分 基础研究 当前多排螺旋 CT(包括 PHILIPS iCT)只有心脏而没有体部的步进式轴扫 扫描程序，因此首先应用体模进行基础研究，设计能够用于腰椎扫描的步进式轴 扫新程序并得到适宜的扫描参数。 第一章 材料与方法 1.1 扫描设备 PHILIPS 公司生产的 Brilliance 256 层 CT。 1.2 研究对象 采用美国体模实验室(The phantom laboratory)制造的 CT 性能检测体 Catphan 500。 1.3 研究方法 1.3.1 体模试验 扫描方法: 将模体置于扫描野中心，并使模体轴线垂直于扫描层面。将C T定位线定位 于所需扫描模块的中心。采用螺旋扫描和步进式轴扫两种扫描方式选取不同扫描 条件进行体模扫描 扫描参数: (1)螺旋扫描 120KV，300mAs，准直 128×0.625，螺距 0.993，标准重建 算法，重建层厚 1mm，重建层间隔 0.5mm，FOV 180 mm。 (2)步进式轴扫:120KV，300mAs，准直 128×0.625，标准重建算法，层 厚 1mm，层间隔 0.5mm，FOV 180 mm。 随后还要再进行实验性的应用不同 mAs 的扫描，包括 200 mAs，150mAs， 100 mAs 扫描。 1.3.2.图像和数据分析 分别将图像传至工作站，记录扫描体模所需的 DLP，对密度分辨率、空间 3 分辨率及噪声等方面进行观察和测定。 第二章 结果 2.1 总结新程序 结合临床及文献研究资料确定在不影响扫描图像与重建图像质量的前提下， 应用较低的管电流能得到可靠的图像进行诊断。 2.1.1 空间分辨率 图 1 空间分辨率 A 为步进式轴扫 120KV，300mAs 所得图像;B 为螺旋扫描 120KV，300mAs 所 4 得图像;C 为步进式轴扫 120KV，200mAs 所得图像;D 为螺旋扫描 120KV，200mAs 所得图像;E 为步进式轴扫 120KV，150mAs 所得图像;F 为螺旋扫描 120KV，150mAs 所得图像。 如图 1，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率层面图 像进行比较，120KV，300mAs 常规条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像空 间分辨率均为 5LP/cm，随管电流降低，空间分辨率基本不受影响。120KV， 200mAs 时，空间分辨率仍为 5LP/cm。 2.1.2 密度分辨率 图 2 密度分辨率 A 为步进式轴扫 120KV，300mAs 所得图像;B 为螺旋扫描 120KV，300mAs 所得图像;C 为步进式轴扫 120KV，200mAs 所得图像;D 为螺旋扫描 120KV， 200mAs 所得图像;E 为步进式轴扫 120KV，150mAs 所得图像;F 为螺旋扫描 5 120KV，150mAs 所得图像。 如图 2，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率层面图 像所得图像进行比较，120KV，300mAs 常规条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所 得图像密度分辨率均为 3mm。120KV，200mAs 条件下，步进式轴扫与螺旋扫描 所得图像密度分辨率分别为 3mm 和 4mm，120KV，150mAs 条件下，步进式轴 扫与螺旋扫描所得图像密度分辨率分别为 4mm 和 5mm，即随管电流降低，密度 分辨率逐渐降低，但步进式轴扫所得图像密度分辨率始终优于螺旋扫描所得图像 密度分辨率。轴扫 120KV，200mAs 时，密度分辨率仍可达到螺旋扫描常规剂量 条件 120KV，300mAs 时的水平。 2.1.3 噪声 图 3 噪声 6 A 为步进式轴扫 120KV，300mAs 所得图像;B 为螺旋扫描 120KV，300mAs 所得图像;C 为步进式轴扫 120KV，200mAs 所得图像;D 为螺旋扫描 120KV， 200mAs 所得图像;E 为步进式轴扫 120KV，150mAs 所得图像;F 为螺旋扫描 120KV，150mAs 所得图像。 如图 3，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，120KV，300mAs 常规条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像 噪声数分别为 3.7HU 及 5.5HU。120KV，200mAs 条件下，步进式轴扫与螺旋扫 描所得图像噪声分别为 5.1HU 和 6.4HU，即步进式轴扫所得图像噪声低于螺旋 扫描所得图像。随 mAs 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。 2.1.4 辐射剂量 由 1 中数据可知，相同扫描条件下，步进式轴扫 DLP 比螺旋扫描 DLP 小，且步进式轴扫管电压 120KV，管电流 200mAs 时辐射剂量比螺旋扫描常规条 件管电压 120KV，管电流 300mAs 时辐射剂量低 33%。 表格 1 基础实验结果 管电压 管电流 DLP 空间分辨力 密度分辨力 噪声 (Kv) (mAs) (mSv) (Lp/cm) (mm) (HU) 476.6 5 4 3.7 轴扫 120 300 485.4 5 4 5.5 螺旋 120 300 318.1 5 4 5.1 轴扫 120 200 螺旋 120 200 386.8 5 5 6.4 轴扫 120 150 238.3 5 4 5.7 289.7 5 5 6.6 螺旋 120 150 7 轴扫 120 100 159.0 5 4 7.1 螺旋 120 100 194.1 5 5 7.6 综合上述扫描和比较后，确定在进行腰椎 CT 扫描时可以步进式轴扫来完成， 并且可以利用进行低剂量腰椎的低剂量 CT 扫描达到降低辐射剂量的效果。扫描 参数:120KV，200mAs，准直 128×0.625，标准重建算法，层厚 1mm，层间隔 0.5mm，此时步进式轴扫所得体模图像与螺旋扫描所得体模图像质量相同，且可 降低 33%的辐射剂量。 第三章 讨 论 3.1 Catphan500 型体模结构 Catphan500 型体模包括四个检测模块[12]: CTP401:层厚、CT 值线性与对比度标度 CTP528:高对比度分辨力 CTP515:低对比度分辨力 CTP486:场均匀性和噪声 可检测的参数为: 层厚的测量 1. 2. CT 值线性的测量 高对比度分辨力的测量 3. 低对比度分辨力的测量 4. 场均匀性的测量 5. 噪声的测量 6. 7. 水的 CT 值 8 图4Catphan500 型体模及其内部结构 3.2 检测参数 3.2.1 空间分辨率 空间分辨率(Spatial Resolution) 是衡量 CT 图像质量的一个重要参数，又称 高对比度分辨率( High Contrast Resolution )。空间分辨率是指在密度分辨率大于 10,即高对比度的情况下鉴别图像细微的能力，也就是说在高对比度情况下显示 最小体积病灶或结构的能力。空间分辨率的定义是在两种物质 CT 值相差 100HU 以上时，能分辨最小的圆形孔径或是黑白相间的线对数，单位是 mm 或 LP, cm[13]。 其换算关系为: 5?l p,cm = 可分辨的最小物体的直径(mm )。 检测方法: 9 1、扫描 CTP528 模块中心层面 2、同时调整窗宽和窗位，分辨最小的一组线对 3、用目测确定所能分辨的最高一级线对 4、各线对所对应的空间分辨力由低到高分别为 1 LP/cm 到 21LP/cm (即 5mm-0.24mm)。(5/n,n=线对数) 3.2.2 密度分辨率 密 度 分 辨 率 (Density Resolution) 又 称 低 对 比 分 辨 率 ( Lower Contrast Resolution)，其定义是:在目标物质与均质背景的 X 射线线性衰减系数相差小于 1%时，CT 机所能分辨目标物质的能力，通常以能区分开的目标物质的最小尺寸 表示。 检测方法[13-14]: 1、扫描 CTP515 模块中心层面 2、用 ROI 测量背景信号目标和目标邻域的 CT 值、标准偏差。 窗宽=CT 目标,CT 背景+5SDMAX 其中 SDMAX 为目标和背景 CT 值中的最大 SD; 窗位=(CT 目标+CT 背景),2; 3、调整窗宽窗位到测量所得的窗宽和窗位值，观察图像，确定所能分辨的 最小一级低信号目标。 3.2.3 噪声测量 在 CT 成像中，若扫描一个均匀材料的物体，在特定区域中观察其 CT 值， 就会发现这一特定区域内的 CT 值并不是一个固定值，而是围绕着某一平均值上 下随机分布，这种随机分布就是由成像系统产生的噪声所致。噪声定义:均匀物 质图像在给定区域中的 CT 值对其平均值的变异。一般用中心区域 CT 值的标准 偏差来表示。在 CT 成像中，许多数值变换处理过程会形成图像的噪声，影响图 像质量。 检测方法: 扫描 CTP486 模块中心层面，测量所得图像中心区域的 CT 值标准偏 10 差 SD 即为噪声值。 3.3 新扫描程序设定 综合比较各项检测指标，可得出利用步进式轴扫方式在 120KV，200mAs 条 件下，图像空间分辨率、密度分辨率、噪声等各项指标均能达到常规剂量条件下 螺旋扫描所得图像的标准，而且辐射剂量比螺旋扫描常规条件管电压 120KV， 管电流 300mAs 时，降低 33%。 11 第二部分 临床检查 确定步进式轴扫新程序及扫描参数后，进行临床试验，将步进式轴扫与螺旋 剂量所得图像及患者所受辐射剂量进行比较以验证轴扫新程序在临床检查中应 用的可行性，及其在降低辐射剂量方面的能力。 第一章 材料与方法 1.1 扫描设备 PHILIPS 公司生产的 Brilliance 256 层 CT 扫描机。 1.2 研究对象 于 2010 年 11 月-2011 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，分成步进式轴扫组(实验组 A、B) 和螺旋扫描组(对照组 C、D)，共四组，每组 50 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 165cm?10cm，体重 65?10kg。病例 情况如表 1: 表格 2 患者情况 年龄(岁) 体重(公斤) 身高(厘米) BMI 44.95?8.9 65.7?10.1 166.9?10.0 23.9?2.3 1.3 研究方法 1.3.1 扫描方法及参数 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:120KV，300mAs，标准重建算法，准直 128×0.625，层厚 1mm，层间隔 0.5mm，FOV 250mm。B 组为低剂量扫描，扫描参数:120KV，200mAs，其余 参数同 A 组;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:120KV，300mAs，标准重建算法，准直 128×0.625，螺距 0.993，重建层 厚 1mm，重建层间隔 0.5mm，FOV250mm。D 组为低剂量扫描;扫描参数:120KV， 200mAs，其余参数同 C 组。 12 表格 3 扫描参数及病例情况 性别 Kv mAs BMI 年龄 男 女 实验组 A 120 300 23.33?2.5 46.23?9.0 23 27 实验组 B 120 200 24.28?2.1 43.76?9.4 22 28 对照组 C 120 300 24.08?2.3 44.85?8.8 30 20 对照组 D 120 200 23.48?3.1 44.46?8.7 27 23 主要内容为:被检查者平躺于检查床上，去除扫描野内金属物品，双臂上举， 头先进。利用同样的扫描范围(从腰 1 椎体上缘到骶 1 椎体中份)。 1.3.2.图像及数据处理 经影像后处理工作站(Philips Brilliance iCTEBW)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。 应用统计分析软件 SPSS 对所得图像有效剂量 ED、图像质量评分进行统计 分析;比较各组图像空间分辨、图像密度分辨率、以及图像的噪声。 13 第二章 结 果 2.1 辐射剂量与图像质量 2.1.1 辐射剂量 表格 4 扫描参数及实验结果 实验组 A 实验组 B 对照组 C 对照组 D KV 120 120 120 120 mAs 300 200 300 200 Length(mm) 189.4? 6.7 190.0? 6.7 191.8? 10.6 190.3? 7.3 CTDI(mGy) 26.1? 1.2 16.9? 0.76 19.9 13.3 DLP(mGy*cm) 477.1 318.1 563.2? 15.4 370.1? 5.1 ED(mSv) 7.16 4.77 8.44? 0.31 5.55? 0.1 噪声 10.5?2.6 12.0?2.3 10.8?2.6 14.1?2.9 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(3.558 mSv)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 43%。 2.1.2 图像质量 表格 5 图像质量评分 组别 L1-L2 层面 L2-L3 层面 L3-L4 层面 L4-L5 层面 L5-S1 层面 骨皮质 A 4.58?0.51 4.45?0.64 4.41?0.51 4.49?0.64 4.32?0.84 14 B 4.56?0.67 4.34?0.74 4.36?0.80 4.34?0.74 4.34?0.74 C 4.42?0.67 4.39?0.59 4.32?0.57 4.23?0.59 4.29?0.50 D 4.12?0.66 4.20?0.55 4.10?0.63 4.21?0.56 4.19?0.75 A 4.49?0.71 4.36?0.81 4.26?0.72 4.28?0.84 4.16?0.70 B 4.57?0.70 4.29?0.78 4.37?0.74 4.22?0.79 4.12?0.88 骨小梁 C 4.36?0.69 4.24?0.67 4.20?0.57 4.14?0.57 4.11?0.69 D 3.98?0.65 4.07?0.75 3.87?0.69 4.17?0.75 3.95?0.55 A 4.40?0.76 4.32?0.82 4.49?0.80 4.32?0.80 4.12?0.62 B 4.32?0.62 4.35?0.57 4.29?0.64 4.35?0.57 4.35?0.57 椎间盘 C 4.36?0.78 4.21?0.80 4.12?0.68 4.17?0.80 4.01?0.58 D 3.94?0.71 3.87?0.65 3.84?0.81 3.97?0.55 3.78?0.62 A 4.52?0.65 4.35?0.61 4.52?0.65 4.35?0.61 4.35?0.61 B 4.36?0.66 4.19?0.70 4.31?0.56 4.13?0.75 4.09?0.80 腰大肌 C 4.24?0.80 4.05?0.53 4.16?0.83 4.09?0.73 4.15?0.65 D 4.00?0.64 3.90?0.78 4.02?0.74 3.90?0.63 3.95?0.72 A 4.50?0.58 4.58?0.57 4.40?0.78 4.48?0.87 4.32?0.66 B 4.46?0.70 4.61?0.60 4.56?0.57 4.34?0.80 4.42?0.69 小关节 C 4.45?0.65 4.31?0.67 4.50?0.75 4.41?0.87 4.36?0.61 D 4.12?0.69 4.02?0.62 4.14?0.89 3.98?0.52 3.94?0.72 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。实验组 A 图像质量与对照组 C 无差异，实验组 B 图 像质量明显优于对照组 D(p<0.05)，实验组 B 与对照组 C 图像质量无显著性差异 (p>0.05)。 15 第三章 讨 论 3.1 CT 成像的基本原理 X 线 CT(X-ray computed tomography, X-CT)，是根据人体内不同组织或器 官对 X 射线产生的不同程度的衰减作用，形成各组织或器官的灰阶影像对比分 布图，在此基础上采用探测器进行信息采集然后重建图像。CT 设备主要有扫描 部分、计算机系统和图像显示和存储系统组成。扫描部分由 X 线球管、探测器 和扫描架等组成;计算机系统将扫描到的信息数据进行贮存和运算;经过计算机 系统处理、重建的图像由图像显示和存储系统进行显示或存储。 CT 成像不同于传统的 X 线摄影，其基本工作过程为:球管发出的 X 线经过 准直器形成很细的直线射束，以穿透人体被检测层面。X 线球管和 X 射线探测 器围绕检查床进行旋转，经人体器官或组织选择性吸收衰减后的 X 线束到达探 测器，探测器将含有图像信息的 X 线转换为相应的电信号。由于 CT 扫描是 360 ?地对扫描部位逐个断层依次进行扫描，因此它所收集的信息比传统 X 线摄影 要全面得多。探测器转换的电信号由数据采集系统进行采集，不同组织结构的 X 线衰减系数决定信号的强弱。 CT 系统已经从原始的单层 CT 发展到现在的多层，扫描方式也从平移/旋转、 发展到螺旋扫描，不仅扫描时间短而且可以立即重建图像。CT 图像是由一定数 目的不同灰度的像素按矩阵方式排列，反映的是相应体素的 X 线吸收系数。CT 图像有较高的密度分辨力，因此 CT 可以更好地显示人体解剖结构并显示出病变 的影像。 3.2 CT 扫描方式 扫描方式是指扫描时为了进行数据采集进行图像重建而使用的物理技术，即 用近似于单能窄束的 X 线束，以不同的方式对检查层面进行照射，并用高灵敏 度探测器接收透过受检层面后出射的 X 线束。扫描装置包括:X 线管、检查床、 检测器及扫描架等。 3.2.1 步进式扫描 扫描时，检查床静止，球管旋转曝光、采集数据后检查床移动一个准直距离， 然后在检查床静止的情况下再次曝光采集数据，直至完成扫描。 3.2.2 螺旋扫描 16 扫描时，X 线管向一个方向连续旋转扫描，检查床也同时移动，球管连续 曝光并采集数据， X 线管相对于受检体形成一个螺旋的轨迹，即为螺旋扫描。 3.3 CT 数据采集 CT 成像是利用 X 线管和探测器等的同步扫描来完成数据采集的。在轴向扫 描时，X 线管绕受检体扫描一周得到一组数据，在检查床是静止的情况下采集数 据，为采集下一组数据，检查床沿轴向移动一定的量球管再次曝光采集数据，每 次采集的数据是分离独立的数据组。在螺旋扫描时，检查床匀速通过 X 线扫描 野时，球管连续旋转曝光，产生一组连续的体积数据。 3.4 腰椎 CT 扫描的优势 腰椎 CT 扫描是腰椎病变诊断、治疗决策和确定手术方案的首选检查。脊柱 病变 CT 扫描检查的最大优点是能够良好的分清各个层面的骨性结构和软组织结 构的关系，能够替代部分的椎管造影检查，对椎体及椎间隙的定位、定性诊断水 平也有进一步提高。在一些医院，对于脊柱损伤和骨盆骨折的患者，CT 扫描已 经代替平片成为常规的检查方式。CT 可显示在常规 X 线片不易显示的骨折，如 骨性椎骨骨折，椎弓根骨折等。通过图像三维重建，可以确定骨折线的方向，显 示脊柱的纵行排列，损伤的椎体与相邻椎体的关系等。有研究显示 CT 诊断腰椎 间盘突出的准确率大于 90%[15]，已经成为诊断腰椎间盘突出的重要检查方法， 其优点是安全、无创，无合并症和后遗症。CT 检查可明确椎间盘突出的程度、 方向，并且很好地显示腰椎间盘突出症的神经根及脊髓受压情况、椎体及其边缘 骨质改变和椎管狭窄的程度，对临床手术具有重要的指导意义，尤其适用于对腰 椎间盘突出症的分型诊断。采用高分辨力的 CT 薄层扫描，能清晰地显示腰椎各 横断面的骨性和软组织结构，尤其是关节突、侧隐窝、椎间盘和椎管内外结构的 变化。在腰椎疾病的多种检查手段中，CT 无疑是最敏感、最有价值的方法之一， 特别是随着多层螺旋 CT 的发展,其时间分辨力、空间分辨力及密度分辨力均有 不断的改善，加上图像后处理技术的完善，为腰椎疾病，特别是腰椎间盘突出的 发现、诊断和治疗提供了坚实的技术。 3.5 体型参数采集和计算 使用医用身高体重测量仪来进行受检者身高、体重的测量。体重指数采用国 [16] 2 际上通用的 BMI 计算方法 :BMI,体重/身高 17 体重单位:公斤(Kg) 身高单位:米 (M) 3.6 辐射剂量及测量 扫描结束后机器自动记录有本次扫描的总扫描时间( To-time)、CT 容积剂量 指数( CTDIvol)、剂量长度乘积( DLP)等信息。为便于辐射剂量的比较，将DLP 换 算成有效剂量( ED)。 CT剂量指数根据测量和计算方法分为: CTDI100、加权剂量指数(CTDIW)、 容积剂量指数 (CTDIvol)、空气中剂量指数(CTDIfree air )和FDA剂量指数(CTDIFDA) 等。它们共同对设备的辐射情况进行了描述，可以综合反映出射线的辐射剂量情 况[17]。 3.6.1 容积剂量指数 CTDIvol:容积剂量指数，通常一次 CT 扫描由很多层组成，且实际中单层 扫描所产生的剂量区域由于 X 线的扩散性，在 z 轴方向上层的边缘产生―尾部 区域‖，这就使得多层扫描的剂量并非多个 的简单相加，在―尾部区域‖会产生 剂量的叠加，因此人们提出容积剂量指数的概念。 3.6.2 剂量长度乘积 DLP(dose-length product):剂量长度乘积，一次完整的 CT 检查患者所接受的 辐射剂量，表示了辐射中整体的剂量情况。 DLP=CTDIvol×Scan length (mGy?cm) 3.6.3 有效剂量 ED(effective dose):有效剂量，是相对于全身平均辐射剂量来说，反映了身体 不同部位接受的非均匀性的辐射剂量，根据不同部位的权重因子(W)得出。 ED=DLP×W (mSv) 表格 6 不同部位转换系数 -1 -1 身体部位 权重因子(mSv?mGy ?cm ) 头 0.0023 18 颈 0.0054 胸 0.017 腹 0.015 骨盆 0.019 3.6.4 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。 3.7 图像质量评价方法 CTEBW 工作站，对图像伪影、密度分辨率、空间分辨率、层 将图像传至 i 厚及噪声性等方面进行观察和测定。由两名主治医师以上资历的影像诊断医师以 双盲法对图像从骨皮质、骨小梁、椎间盘、腰大肌、小关节等方面进行评价。(5 分制: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，必须要重新扫描。)。 3.8 步进式轴扫优点 尽管螺旋扫描采用滑环技术，做到了球管连续旋转可能，消除了轴扫层间的 扫描间隔，提高了扫描速度，而且从二维扫描进展到了三维采样。但是在螺旋 CT早期的研究当中，已经指出了与轴扫比较，螺旋扫描在图像质量方面的欠缺。 只是由于螺旋扫描的两个优势(速度快、三维采样)在临床应用中得到了充分的 体现，图像质量问题和辐射剂量逐渐被大家忽略。随着宽探测器CT的问世，轴 扫又重新回到了扫描程序当中。目前几乎所有的前瞻门控的心脏扫描都是采用了 步进式的轴扫[18],这种扫描程序可以大大降低辐射剂量，其原因不仅是因为采用 了前瞻门控，轴扫替代了螺旋扫描也是降低辐射剂量的一个重要因素。 实际上，轴扫的图像质量是高于螺旋扫描图像的。总的说来是因为螺旋扫描 在扫描过程中存在曝光的同时存在纵向运动，使得每一圈旋转产生的放射线的质 量要小于轴扫，导致了图像质量的下降。由于是在不间断的运动中，就使得数据 19 采集产生解剖上轻度差异，导致了有效层厚的增加和伪影的产生，也影响了图像 质量[19]。因螺旋扫描时图像平面与数据采集平面有差异，所以螺旋扫描的图像 重建方法采用的是360?或180?内插法，采用360?内插法时，虽然可以有效降 低噪声的产生，但是有效层厚影响明显增加，导致空间分辨力下降。应用180? 内插法可以有效减少有效层厚的影响，当螺距为1的时候，FWHM(Full Width Half Maximum，半高宽)与轴扫相比基本无差异，但是当螺距超过1的时候，就会增 加有效层厚，降低图像分辨力。目前螺旋扫描采用的都是180?内插法，但是180 ?内插法的不足是噪声的影响。与轴扫相比，当应用180? 内插法，即使螺距等 于1时，噪声与轴扫相比，仍然增加约8%[20]。噪声的增加使得螺旋扫描的低对比 分辨力(密度分辨力)低于轴扫。当螺旋扫描和轴扫使用相同参数时，在螺旋扫 描中一方面应用的差值算法对信噪比的影响是反面的，另外一个就是增加了部分 容积效应的影响，造成了图像清晰度的下降[21]。很显然，螺旋扫描由于扫描的 同时还产生纵轴方向的位移，产生伪影的几率明显大于轴扫。我们的在体模上的 实验结果也证实了这一点。由于我们在螺旋扫描中采用的螺距是0.993和180?内 插法，螺旋扫描与轴扫比较空间分辨力无差异。 200mAs条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像 实验结果可知在120KV， 密度分辨率分别为3mm和4mm，即步进式轴扫所得图像密度分辨率优于螺旋扫 描所得图像密度分辨率。随管电流降低，密度分辨率逐渐降低，但步进式轴扫所 得图像密度分辨率始终优于螺旋扫描所得图像密度分辨率。120KV，200mAs时， 密度分辨率仍可达到常规剂量条件120KV，300mAs时的水平。 在120KV，300mAs常规条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像噪声数分 别为3.7HU及5.5HU。120KV，200mAs条件下，步进式轴扫与螺旋扫描所得图像 噪声分别为5.1HU和6.4HU，即步进式轴扫所得图像噪声始终低于螺旋扫描所得 图像。 鉴于以上结果，可以认为在保证图像质量一致的前提下，轴扫可以降低辐射 剂量。由于螺旋CT采用螺旋前进的特殊扫描模式，在扫描开始和结束时均有一 段扫描为无用数据，即为无效辐射。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。而步进式扫描方式，扫描时准直射线全部落在图 20 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[22]。如果把轴扫设计为步进式，可以在3-4个扫描区域就可以完 成整个腰椎的扫描。前瞻性门控心脏扫描的成功，已经证明轴扫可以用步进模式 加大扫描范围，不会影响到三维数据的处理。我们把前瞻性门控扫描做了改进， 首先消除了心电门控这个环节，第二为了保证整个范围图像的一致性，我们在每 相邻的两个轴扫之间重叠1cm。我们的实验结果表明3-4个区域连接成一组三维数 据不存在障碍。 本研究中，实验组与对照组均分为常规剂量组与低剂量组，用于验证轴扫新 程序在降低腰椎CT扫描剂量的可行性。B组运用步进式轴扫程序，200mAs，所 得图像与C组图像相比，空间分辨率/密度分辨率均无明显差异，噪声略增加，但 通过对窗宽、窗位的调整，能够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SSD和VRT重组，整体观察一定范围 的椎体排列异常，对于爆裂性骨折时椎管变形、旋转等患者的情况，以及外伤时 的骨皮质断裂、椎体小关节对位异常、椎管内成分受累等情况的显示均可达到和 螺旋扫描同样的效果，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。 步进式轴扫与螺旋扫描相比，不仅降低了患者所受辐射剂量，而且缩短了曝 光时间，有助于延长球管的使用寿命。 3.9 Philips Brilliance iCT(极速 CT) Philips Brilliance iCT 采用超高速门控技术，基于0.27秒高速扫描和8cm宽探 测器，在心脏检查、动态成像和高分辨滤扫描等方面均得到突破性进程，解决了 以往螺旋CT的几个环节在技术上相互制约的瓶颈，因此能够脱离剂量的限制， 满足在除了心脏低剂量筛查以外进行全身大范围低剂量体检的实施。 目前，各CT生产厂家都开发了用于心脏CT成像的心电前置门控步进扫描技 术。随着宽探测器的应用，其他部位也采用步进扫描方式来降低辐射剂量是很值 得探讨的问题。 因此，宽探测器机器可以用步进轴扫替代螺旋扫描进行相对静止部位的扫描。 采用较宽探测器使扫描时间缩短，管旋转扫描圈数减少，球管产热量极大降低， 21 更能有效减少CT机的球管、探测器等的损耗，明显延长CT球管及探测器的使用 寿命。在不影响诊断质量的前提下既降低机器的成本费用，又可以极大减少体检 者的CT辐射剂量[23]。 在模体试验的基础上，我们把不同扫描模式和不同管电流量作为参数设计了 4组参数组合，分别进行了50例腰椎扫描的的临床实验研究。结果表明:a.多个 轴扫叠加可以形成一整个三维数据，可以完成不同角度MPR和VR图像的处理; b.在管电压不变的前提下，把轴扫的管电流量降低到200mAs，图像质量可以达 到螺旋扫描300mAs的标准。通过图像质量评分，实验组B与对照组C图像质量无 显著性差异(p>0.05)(表5,图6)。平均辐射剂量从8.44mSv降低到4.77mSv，降幅 达到 43 %(表4)。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秒，不仅降低患者所受辐射剂量，而且缩短了曝光时间。 22 第三部分 低体重人群低剂量研究 国际放射防护委员会(IRCP)提出 X 线诊断应当遵循实践正当化，防护最 优化原则[24]，这就要求我们在 CT 检查工作中必须注意受检者所受 X 线照射剂 量和所获得的图像质量两方面的问题。毫安秒与剂量的增长成线性关系，本研究 在改变扫描模式的基础上近一步降低管电流，以期在满足诊断的前提下使受检者 所受辐射剂量达到最低。 第一章 材料与方法 1.1 扫描设备 PHILIPS 公司生产的 Brilliance 256 层 CT 扫描机 1.2 研究对象 于 2010 年 11 月-2011 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 50 例体型较小的即 BMI?22 患者纳入本研究，定为 E 组。病 例情况如表 1: 表格 7 患者情况 年龄(岁) 体重(公斤) 身高(厘米) BMI 44.95?8.9 65.7?10.1 166.9?10.0 21.9?1.3 1.3 研究方法 1.3.1 扫描方法 应用步进式扫描新程序进行扫描，扫描参数:120KV，150mAs，标准重建 算法，准直 128×0.625，层厚 1mm，层间隔 0.5mm，FOV 180mm。 主要内容为:1.被检查者平躺于检查床上，去除扫描野内金属物品，双臂上 举，头先进。利用同样的扫描范围(从腰 1 椎体上缘到骶 1 椎体中份)。 1.3.2 图像及数据处理 经影像后处理工作站(Philips Brilliance 4.1.3)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)、 23 椎管正矢状位图像。 记录辐射剂量，分析图像质量:对 E 组图像进行图像质量评分:由两位主 任医师进行盲法阅片，对图像质量采用五分制进行评分。(5 分制: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。);对 E 组图像及对照组 C 组图像质量进行 比较，并对所得数据进行统计学分析。 第二章 结 果 2.1 辐射剂量 表格 8 扫描参数及实验结果 DLP ED 噪声 实验组 KV mAs Length(mm) CTDI(mGy) (mGy*cm) (mSv) (HU) E 120 150 191.0? 6.7 12.98? 0.52 13.0? 3.0 238.6 3.58 实验组 E 有效辐射剂量(3.58mSv) 明显低于对照组 C(8.44?0.2mSv)约 57%。 (p<0.05) 2.2 图像质量评分 表格 9 图像质量评分 组别 L1-L2 层面 L2-L3 层面 L3-L4 层面 L4-L5 层面 L5-S1 层面 4.05? 0.64 4.01? 0.51 4.09? 0.74 4.32? 0.84 骨小梁 4.02? 0.68 骨皮质 4.44? 0.61 4.46? 0.71 4.29? 0.75 4.38? 0.72 4.46? 0.70 E 椎间盘 3.96? 0.67 3.92? 0.78 3.94? 0.70 3.89? 0.84 3.92? 0.62 腰大肌 3.94? 0.68 3.95? 0.64 4.02? 0.75 3.95? 0.61 3.92? 0.61 小关节 4.08? 0.60 4.15? 0.67 4.10? 0.58 4.08? 0.87 4.02? 0.67 E 组图像质量与 C 无显著性差异(p>0.05)，因此对于体型较轻(BMI 较小) 者，进行个体化低剂量扫描方式，可大幅度降低患者所受辐射剂量，并可满足诊 断需要。 24 第三章 讨 论 3.1 降低辐射剂量方式 CT设备的快速发展和广泛应用，使人们越来越关注其对人体产生的辐射危 害。根据合理、可接受、尽可能低(ALARA)的辐射原则，对于CT检查的方案应 根据诊断要求进行合理优化，以期达到合理的辐射控制以便在满足图像诊断要求 的同时尽可能的减少受检者所受辐射剂量。 CT辐射剂量大小主要与设备本身和扫描参数设定有关。CT成像的多种参数 都影响CT的辐射剂量包括X线管的管电压、管电流、曝光时间、螺距、准直器的 大小等。通常降低管电压(KV)、减少旋转时间及管电流(mA)、增大螺距(Pitch) 等都可以减少辐射剂量。另外，一些功能和方法的合理应用也可以减少辐射剂量， 如Bowti选择、重建算法的优化和合理的扫描体位等。通过使用新型探测器、准 直器及在扫描过程中进行实时剂量控制来实现达到最佳的成像效果并且降低受 检者辐射剂量的目的。 3.2 实际应用中存在的问题 目前各类低剂量研究的图像质量评估还处于不成熟的阶段，虽然大部分研究 表明常规剂量和低剂量 CT 在对疾病的诊断上无统计学差异，然而单纯降低管电 流有可能明显降低疾病的探测率，导致诊断准确性的降低。需要根据设备、患者 个体情况等方面的差异进行适当的低剂量 CT 扫描的研究，以解决辐射剂量与图 像质量之间的矛盾。若忽略个体因素对所有受检者使用相同扫描方式和参数进行 CT 扫描，对于不同年龄、不同体型的人群而言不会得到最佳的图像质量。对于 体型较小的患者，若采用较大的扫描条件，则受检者所不必接受的辐射剂量大大 增加;而对于大体重患者，若采用较小扫描条件，则所得图像质量必然下降。本 研究的预实验通过对体部体模进行不同参数扫描，对扫描获得的图像进行评分并 结合文献确定具有临床诊断价值的低剂量扫描的参数。本部分在步进式轴扫新程 序的基础上，进一步的降低辐射剂量，以验证能够在保证 CT 图像提供足够诊断 信息的前提下，尽可能降低病人所受剂量。 在临床应用中应尽量降低 CT 扫描可能产生的辐射危害，达到 CT 检查的合理 化应用。在扫描中，还需根据具体情况采用适当扫描方式，控制(减少)强化延 迟扫描的次数，进行非扫描部位遮挡等措施以尽量减少受检者不必要的辐射。 25 结 语 CT 技术快速发展，使得其在临床的应用范围更加广泛，为临床医学的发展 也起到了极为重要的作用。因此与 CT 检查有关的电离辐射风险也引起了更为广 泛的关注。CT 检查的辐射量远远大于普通 X 线检查，如何将 CT 检查中的辐射剂 量控制到最合理的范围，成为当今 CT 研究的焦点。 目前已有各种降低 CT 扫描时辐射剂量的新方法和新技术，例如设计更为先 进合理的 CT 机型，更为先进的重建算法和扫描技术，扫描中的实时控制以及更 为合理的屏蔽防护等等。 管电压、管电流、螺距、准直宽度、扫描次数等是与剂量相关的因素主要有。 在一定情况下降低管电压，用降低管电流的方法来降低辐射剂量，会使脑组织、 肝脏等低对比组织的分辨率下降。螺距与辐射剂量呈反比，在扫描范围一定时螺 距增加而剂量降低，但是增大螺距会使 Z 轴空间分辨率下降在一定程度上影响 图像质量。选择合理的扫描方案适、当减少扫描次数可明显减低辐射剂量又可以 得到明确的诊断。CT 低剂量扫描技术已广泛应用于小儿颅脑、女性盆腔、副鼻 窦和肺癌筛查等诸多方面。关于腰椎降低辐射剂量的研究仍然局限在螺旋扫描的 模式中。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。 本课题自主设计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，争取大幅度降低腰椎 CT 检查的辐射剂量，达到在腰椎扫描中尽最大可能地 减少 X 线辐射对患者的危害的目的。 本课题分三部分，第一部分运用体模进行基础研究，在常规螺旋扫描的基础 上设计可应用于腰椎扫描的步进式轴扫新程序并得到适宜的扫描参数，在同等扫 描条件下轴扫所得图像质量明显优于螺旋扫描所得图像，而在相同图像质量的前 提下，步进式轴扫较螺旋扫描可以大幅度节省辐射剂量(33%)。 第二部分进行临床试验，选取进行腰椎 CT 临床检查的病例进行不同扫描方 式及不同扫描条件的 CT 检查，将新程序与常规螺旋扫描所得图像进行对比，以 验证步进式轴扫在临床应用的可行性，并且在常规剂量基础上进行了步进式轴扫 的低剂量研究，以达到在保证图像质量的前提下，尽可能降低辐射剂量的目的。 26 临床实验表明:在病人腰椎扫描中，在同样扫描参数时，轴扫的密度分辨力和噪 声都优于螺旋扫描。在相同图像质量下，轴扫可以降低 43%的辐射剂量。第三部 分进一步进行步进式轴扫应用于腰椎 CT 扫描的低剂量调节试验，旨在满足诊断 需要的前提下进一步降低患者所受辐射剂量。 本课题将步进式轴扫扫描方式应用于腰椎 CT 检查中，已经得出可以比常规 扫描方式降低辐射剂量 43%的结论。但是，本课题在低剂量试验中仅仅改变了 mAs 的数值，在以后的研究中会尝试通过其他参数的改变来进行进一步降低辐 射剂量的研究，以期会有很大的突破。并且可以尝试将步进式轴扫方式扩展运用 到其它检查部位，使步进式轴扫扫描方式的应用更加广泛，从而在其他扫描部位 也达到降低辐射剂量的目的。 27 参考文献 [1]Brenner DJ, Hall EJ. Computed Tomography: An Increasing Source of Radiation Exposure. N Engl J Med, 2007: 357,2277-2284. [2]Brenner D,Elliston C,Hall E,et al.Estimated risks of radiation-induced fatal cancer from pediatric CT.AJR Am J Rentotgenol 2001，176:289-296. [3]Ronald M. Summers, MD, PhD.Dose Reduction in CT:The Time Is Now.Academic Radiology, 17( 10), 2010:1201-1202. [4]郭洪涛,刘勇,袁淑华. CT 剂量指数(CTDI)测量研究.中国测试技术,2007， 4:33-36. [5]贾明轩,张煊,刘为,等.CT 检查所致病人剂量的简便估算方法.中华放射医学与 防护杂志，2001,21(5):374-376. [6]吴爱琴,郑文龙,许崇永,周忠洁,宋樟伟. 多层螺旋 CT 准直对图像质量和辐射剂 量的影响.实用放射学杂志,2010，26(12):1824-1825,1847. [7]Kanae Nishizawa, Shin-Ichiro Mori, Mari Ohno.Patient Dose estimation for multi- – detector-row CT examinations.Radiation Protection Dosimetry 2008( 128): 98 105 . [8]张彦彩,马国林,王武.降低螺旋CT辐射剂量策略.国际医学放射学杂志2010 Mar,33(2):139—143 [9]周泽俊，胡永胜，高斌，巢惠民. 多层螺旋CT螺距、层厚和重建间隔关系及 对图像质量影响. 中国医疗设备.2008,23(8):80-82. [10]Radiation dose from coronary CT angiography:Five years of progress.Journal of Cardiovascular Computed Tomography (2010)4: 365–374 [11]黄光亮,宽探测器CT——多层CT技术新进展.放射学实践2009年2月第24卷第 2期 Radiol Practice，Feb 2009,Vol 24 [12]吴珂,赵孝文,范庆丽等.CT 机检测与质量控制.Today Panorama of Modern Sciences. 2009, 20:283-283. [13]李庚,高关心,夏慧琳. CT 空间分辨率和低对比度分辨率的检测及其影响因 素.2010,25(01) 28 [14]路鹤晴,朱国英,卓维海等.医用 X 射线 CT 辐射剂量影响因素研究。上海医学 影像 2008,17(2):93-96,136。 [15]李响,李春志,唐光才,杨超. 多层螺旋 CT 腰椎三维成像在椎弓根螺钉置入术 中的应用.中国医学影像学杂志.2011 年 19 卷 8 期:580-584 [16]Menken J .Comparison of different body size parameters for individual dose adaption in body CT of adults . Radiology 2005,236:565-571. [17]郭洪涛,刘 勇,袁淑华.CT 剂量指数(CTDI)测量研究. 中国测试技 术,33(4) :35-36,108. [18]Toth TL.Dose reduction opportunities for CT scanners.Pediatr Radiol,2002,32:261—267. [19]J. E.Wilting.Technical aspects of spiral CT. CT Clinical Science, Philips Medical Systems, Best,the Netherlands. 1999, 43(1) :34-43. [20]Crawford CR, King KF. Computed Tomography Scanning with Simultaneous Patient Translation. Med. Phys. 17 (6): 1990; 967–982. [21]Willi Kalender ,computed tomography ,Publics Corporate Publishing, End reveised edition,2005:115-116 . [22]兰永树,姚玉唐,李登维,唐光才.MSCT扫描方式对辐射剂量及图像质量影响的 研究.临床放射学杂志.2010, 29 (7): 960-963. [23]黄光亮,唐秉航.宽探测器 CT——多层 CT 技术新进展.放射学实践.2009, 24 (2): 215-217. [24]Stovis TL. The ALARA Concept in Pediatric CT: Myth or Reality?[ J]. Radiology, 2002, 223( 1) : 5- 6. 29 综 述 降低 CT 扫描辐射剂量研究新进展 摘要 CT 技术的快速发展给人们带来极有益的诊断信息，但 CT 的过度使用 也使辐射风险加大。如何在保证图像质量的前提下尽可能的降低辐射剂量成为了 当今的焦点。本文就降低 CT 扫描辐射剂量的技术和方法及一些新措施进行探讨。 关键词 CT 扫描 X 线 辐射剂量 Abstract:The rapid development of CT technology has brought very useful diagnostic information, but the excessive use of CT scan also raised the radiation risks. How to reduce the radiation dose while maintaining the quality of the image has become the focus of public interest .This article introduces the methods and some new initiatives to reduce the radiation dose. Key words:CT scan X-ray Radiation dose 随着科技的飞速发展和临床医学需求的增加，各种新技术不断应用于 CT 成 像设备，CT 的探测器排数和宽度不断增加，扫描速度不断提高，软件功能也更 加强大，CT 成像设备的时间分辨力、空间分辨力及密度分辨力均有不断的改善， 加上图像后处理技术的完善，使得其在临床的应用范围更加广泛，一些新的应用 (如心脏 CT、全身扫描)也得以实现。因而，CT 检查在所有影像设备中所占的 比重越来越大。虽然 CT 对现代医学和人类健康作出了很大贡献，但必须关注人 们在进行 CT 检查时承担的与电离辐射有关的健康风险。有研究表明医学检查所 使用的 X 线辐射对人体有致癌影响，患癌风险是 0.6%-3.0%，而且相对于成年人， 青少年和儿童对辐射更为敏感，患癌症的危险性更大[1]。因此，当前世界最新 CT 研究的重点正是在临床应用中，如何在保证图像质量的前提下尽可能的降低 CT 扫描的辐射剂量。 CT中辐射剂量的测量通常采用CTDIvol(容积剂量指数)，DLP(dose-length product，剂量长度乘积)以及ED(effective dose，有效剂量)等来表述。CT辐射剂 量大小主要与设备本身和扫描参数的设定有关。影响CT辐射剂量和图像质量的 30 因素很多，包括X线管的管电压、管电流、曝光时间以及螺距等。 一 关于仪器设备 X 射线的几何探测效率主要由探测器的宽度决定，而图像的分辨率则是由探 测器的宽度、X 线管焦点的大小以及重组方法共同决定的。可以通过调整 X 线 球管的设计，使用新型探测器、准直器和不同的前置过滤器以及在扫描过程中进 行实时的剂量调控来实现最佳的成像效果并且达到降低辐射剂量的目的。 1.探测器 探测器是 CT 系统中的关键组件，探测器量子检出效率(DQE)愈高，所需 入射 X 线的剂量愈小。随着科技的发展，CT 探测器已经从晶体探测器、氙气探 测器发展到性能更高的稀土陶瓷探测器。稀土陶瓷探测器的效率可达 98%以上 [2] ，对辐射剂量的降低起到重要作用。 2.准直器 准直器具有限定扫描层厚和遮挡无用射线的作用。在螺旋扫描始末，不能用 于重建的数据成为无效的―过扫描‖，在扫描覆盖范围较窄和螺距较大时这种效 应更明显[3]。因此，需要将这一部分射线屏蔽掉，可以采用扫描范围两端的屏蔽， 阻挡无效射线对人体的伤害[4]。新近开发的 Z 轴动态准直系统，在探测器进入及 移出检查范围的过程中可进行非对称性的移动来屏蔽―过扫描‖的无效线束，进 而降低辐射剂量。 3.适形滤过器 滤过器可滤除 X 线球管产生的对人体有害而对成像无用的软射线。适形滤 过器可针对性的减少到达人体外周的射线，尤其可减少皮肤表面吸收剂量。弓形 或线束整形滤过器与板型射线滤过器相比可大幅度降低辐射剂量[5]。最近又出现 了可根据扫描野大小自动选配不同尺寸的滤过器，更好的发挥降低辐射剂量的作 用[6]。 4.重建算法 不同的图像后处理、重组算法和过滤技术也可以影响图像质量。解析重建 (Analytic Reconstruction，AR)及迭代重建(Iterative Reconstruction，IR)等新 型算法相比于传统的滤波反投影算法在 CT 固有的物理局限方面具有较大的优 势，不仅提高了 CT 的空间分辨率、密度分辨率和时间分辨率，同时也降低了成 31 像所需的剂量和图像的伪影[7]。另外，通过消除噪声和伪影，尤其是提高软组织 边缘锐利度的有效的图像过滤(包括重组图像的空间领域过滤和重组前原始数据 过滤)可以减低剂量而不影响图像质量。相比于常用的滤波反投影算法, 在 CT 图 像重建的方法中,迭代重建算法在 CT 固有的物理局限方面具有较大的优势,能进 一步提高图像空间分辨力和减少伪影。因而迭代重建算法在降低辐射剂量方面发 挥着重大的作用[8]。 目前有公司开发出了 iDose 重建平台，其基于迭代算法并采用了解析模型 和噪声模型的双模型重建，可以在保持快速重建性能的同时，将 X 线剂量降低 80,，并可达到所需的图像质量。通过 iDose 技术的应用，可以在保持原有图像 质量的情况下将 CT 的扫描条件降低 50,。 5.自动毫安调节 目前临床应用中降低 CT 扫描辐射剂量的主要技术是基于患者体型尺寸的自 动管电流调节技术( automatic tube current modulation , ATCM)。这种技术根据扫 描过程中受检者的体积、身体不同部位的衰减特性，在不影响图像质量的情况下 自动进行管电流调节来降低曝光剂量。自动管电流调节包括角度管电流调节(沿 X-Y 轴)、长轴调节(Z 轴)及两种调节相结合的方式。 角度(X-Y 轴)管电流调节技术:是一种采用软件方法调节管电流的方式，可 以提高射线的利用率从而降低辐射剂量。最新的角度调节方法是在线的，实时的 管电流调节机制，称为实时管电流调制。使用角度调节技术可以减少大约 26,, 43,的辐射剂量;统计显示在成人 CT 扫描中对头、颈、胸等部位使用在线调节 角度技术，可以使 mAs 降低 15,,50,[9] 。 长轴(Z 轴)管电流调节技术:使用 Z 轴管电流调节技术目的是使各个层面上 图像的噪声维持不变或基本相同。统计显示[10]，与固定管电流相比采用 Z-轴调 节技术进行腹部和盆腔检查可以降低剂量并达到诊断要求。 角度-长轴管电流联合调节技术:Z 轴管电流调制和实时角度管电流调控是 一种前瞻性的、全面的三维剂量调控技术。在扫描过程中，根据受检者体形在 X、 Y、Z 三个轴上的变化，自动调节相应的毫安量以达到一致的图像质量。角度- 长轴管电流联合调节技术既可以提高射线利用率、降低辐射剂量又可以保证图像 质量[11]。 32 6.新型灌注扫描程序 CT灌注成像是在静脉团注碘对比剂后对特定的层面进行连续的动态扫描， 会累积相当高的辐射剂量，因此灌注成像应当使用尽可能低的扫描条件，从而使 图像噪声显著增加。近来图像重建过程中一些较新的滤过技术，如高度抑制反投 影局部滤过和多通道滤波近来被应用于CT灌注成像中改善图像噪声[12]。许多新 的灌注扫描程序也应用于降低辐射剂量，例如动脉期密集采集、静脉期延长扫描 间隔，减少总的曝光次数来减少总的辐射剂量等。 7.心脏前置门控扫描程序 在CT冠状动脉成像中降低辐射剂量的方法主要有降低管电压、降低管电流、 ECG一脉冲调节技术及前瞻性心电门控序列扫描等。前瞻性心电门控触发扫描技 术，也称Step—And—shoot(SAS)技术，在双源CT中被称为自适应心脏序列扫描 (Adapted Cardio Sequence，ACS)技术，由ECG信号在预定心电时相触发x线脉冲， 球管只在预设的心电时相曝光，因而可以有效降低辐射剂量。 8.步进式扫描替代螺旋扫描 由于螺旋CT的特殊扫描模式，在扫描开始和扫描结束时均有一段扫描为无 用数据，成为无效辐射，而这种无效辐射在多层螺旋CT更为明显;在步进式扫 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，而且球管旋转 的每个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，在降低辐射剂量方面更具优势[13]。有研究结果证实[14]:轴 向扫描的曝光量比一般螺旋扫描的曝光量要小，步进式轴扫与螺旋扫描相比，不 仅降低患者所受辐射剂量，而且缩短了曝光时间，有助于延长球管的使用寿命。 随着对辐射危害的认识，人们越来越认可步进扫描的优势，目前，各CT生产厂 家都开发了用于CT心脏成像的心电前置门控步进扫描技术。 随着宽体探测器的应用，其他部位也采用步进扫描方式来降低辐射剂量是很 值得探讨的问题。轴向扫描在扫描过程中扫描床不运动，图像重组不需要插值处 理，因而图像无伪影、分辨率高、有效层厚偏离更小;而螺旋扫描恰好相反，运 动和插值对图像的伪影、分辨率、有效层厚、噪声等都会产生负面的影响[15]。 因此对于比较合作的患者或比较固定的部位可以采用轴向扫描方式，既可以降低 辐射剂量又能够获得较高的图像质量;而螺旋扫描方式更适合于大范围的扫描。 33 另外，轴向扫描又是一种间断的CT扫描方式，更有利于球管的散热和保护。 9.双能量成像 能谱纯化技术利用滤线器滤掉高压部分中的低能谱部分，只剩余高能频谱部 分。因此在双能量成像中，采用能谱纯化技术可以避免低能谱部分的重叠以提高 成像质量并且滤掉一部分射线达到降低辐射剂量的目的[16]。 二 实际扫描中剂量控制措施 1.应用低千伏进行血管疾病的扫描 管电压代表的是 X 线的质，即 X 线的穿透力。改变管电压主要影响 X 线对 人体组织的穿透性，进而影响各种组织的图像质量。在一定程度上降低管电压， 不但可以有效降低患者的辐射剂量，还可以增加组织的密度分辨率。目前，低千 伏技术主要应用于小儿颅脑、关节，以及血管造影等方面[17-18]。 在 CT 增强扫描中，由于碘在原子序数排列中的特性，适当降低管电压可以 增加强化后血管的 CT 值，从而补偿低管电压引起的噪声增高，而且可以增加血 管内密度与周围组织密度的对比度，因此可以在以血管病变为目的的 CT 扫描中， 应用低千伏参数可以大幅度降低辐射剂量。有实验证实，利用 100Kv 管电压及 前瞻性门控与常规 120Kv 组进行比较，在针对胸主动脉的 CT 增强扫描研究中， 各项量化评分结果均没有统计学差异[19]。而在肺动脉增强成像中，低千伏组段 动脉和亚段动脉的可评价显示率均明显高于常规组，而降低了接近 60%的辐射剂 量[20]。 2.根据体重指数适当降低扫描条件 有学者尝试CT检查辐射剂量控制的个体化，即根据影响图像质量的个体因 素制定扫描方案，如基于体重、体重指数(BMI)以及扫描位置的体厚、宽度选 择扫描方案，或通过预扫描选择扫描参数的方法[21]。基于体重指数的参数选择 易于操作，且可获得较一致的图像质量。预扫描可保证扫描区域的噪声水平，获 得一致的扫描条件，有较好的适用性[22]。 3.采用前置门控和步进扫描程序进行大血管及冠脉成像 在CT冠脉和大血管成像检查中，极快的机架旋转时间、半扫描数据采集以 及高空间分辨力均需要更高的扫描条件来补偿图像噪声的增加;在采用回顾性心 电门控技术时，为保证多个心动周期中层面的连续性，必须进行重叠的小螺距扫 34 描。辐射剂量和螺旋扫描中的螺距成反比，而心脏成像常规使用小螺距扫描模式 (螺距0.2-0.3)，这些因素导致了冠脉及大血管CT成像时辐射剂量较高，引起了广 泛关注。在冠脉CTA中，可筛选心脏病使用回顾性心电门控管电流调制和前瞻性 序列扫描等方法来进一步降低辐射剂量。结合前瞻性心电门控技术，高端宽探测 器CT进行冠脉成像时的辐射剂量，已接近本底辐射。 4.根据不同要求，采用适当低剂量扫描模式 虽然使用降低管电流来进行降低剂量是行之有效的方法，但是由于不同受检 者体型和对X射线的吸收程度存在着很大差异，同样的毫安值会产生不同的噪 声。低噪声数能够提供质量较高的图像但会增加患者的剂量，而高噪声低剂量必 然以牺牲图像质量为代价。管电流的降低主要影响了低对比分辨力，而对高对比 分辨力的影响较小。肺部病变的发现主要依靠病变与周围正常肺组织的对比以及 影像的噪声水平，因此肺组织的病变不易受噪声影响。多数研究者认为低剂量 CT对肺部主要观察部位的图像质量影响不大。由于密度分辨率受量子噪声的影 响，若辐射剂量下降，那么图像的信噪比降低，使低对比度组织的细节显示较困 难，而对高对比的组织器官影响较小，因而低剂量CT扫描在高对比器官的临床 应用更为广泛，如肺、颞骨、鼻窦及腹部与盆腔等方面。所以，可以按照受检者 具体情况要求来调整扫描参数，以降低辐射剂量。 5.特殊扫描方法 在针对非乳腺疾病的胸部扫描中，为了避免对女性患者乳腺的直接照射，可 采用当球管旋转至乳腺正上方时停止曝光而旋转至背部时进行曝光的扫描方式， 可以节约大约 40%剂量[23]。 6.敏感器官选择性屏蔽 人体的某些组织器官如晶状体、甲状腺及性腺等对于电离辐射的危害较为敏 感，在扫描中须注意防护。有研究表明，使用铅材料屏蔽防护扫描野外的敏感器 官，可减少80,,99,的表面吸收剂量;而使用铋材料屏蔽防护位于扫描野内的 非检查兴趣区的敏感器官，可降40,左右的有效剂量并且不影响检查目的器官的 成像[24]。 三 以诊断要求为目的进行图像评价 在影像诊断过程中，对图像质量的要求不应当只看重物理学标准，更重要的 35 是诊断学的标准。适当降低扫描条件得到图像有可能达不到物理学标准，但是得 到的图像可以清晰辨认解剖结构并且明确疾病的诊断，此时我们应当认为扫描条 件是合理的[25]。目前低剂量研究的图像质量评估还处于尝试阶段，虽然大部分 的研究表明低剂量的 CT 检查在对疾病的诊断上与常规剂量检查的差异无统计学 意义，但是单纯降低管电流有可能降低某些疾病的检测率，造成漏诊。需要根据 设备、患者个体、所患疾病等各方面的差异进行低剂量 CT 扫描的研究， 解决 辐射剂量与图像质量之间的矛盾，尽量降低 CT 可能产生的辐射危害，达到 CT 检查的合理化应用。在扫描中，还需根据具体情况严格把握扫描范围的长度，适 当控制(减少)强化延迟扫描的次数等措施以期减少不必要辐射。 36 参考文献 [1]Brenner D,Elliston C,Hall E,et al.Estimated risks of radiation-induced fatal cancer from pediatric CT.AJR Am J Rentotgenol 2001,176:289-296. [2]Hugh T M.Dose reduction for CT pediatric imaging.pediatr Radiol，2002,32:724 —728. [3]吴爱琴,郑文龙等.多层螺旋 CT 准直对图像质量和辐射剂量的影响.实用放射学 杂志.2010,26(12):1824-1825,1847 [4]Christner JA, Zavaletta VA, Eusemann CD et al. Dose Reduction in Halical CT: Dynamically Adjustable Z-axis X-ray Beam Collimation, AJR ,2010, 194:49-55 [5]Toth TL.Dose reduction opportunities for CT scanners.Pediatr Radiol,2002,32:261 —267. [6]Thomas L,Toth TL,Cesmeil E,et al.Image Quality and Dose Optimization Using Novel X-Ray Source Filters Tailored to Patient Size.Proc.Soc.Photo Opt.Instrum.Eng,2005:5745. [7] 李伯扬,马宁耶. 双源 CT(dual-source computed tomography)在心脏成像和冠 脉造影的应用与发展. 医疗装备. 2007 ,8: 42-43. [8] Silva AC Lawder HJ,Hara A et al .Innovations in CT dose reduction strategy : application of the adaptive statistical iterative reconstruction algorithm.AJR Am J Roentgenol 2010;194:191-199. [9]袁知东,刘晓杰,王鸣鹏.迭代重建:降低 CT 辐射剂量的有效方法.世界医疗器 械,2010,6(16):22-25. [10] Mulkens H, Bellinck P, Baeyaert M, et al. Use of an Automatic Exposure Control Mechanism for Dose Optimizationin Multi–Detector Row CT Examinations: Clinical Evaluation.Radiology, 2005, 237: 213- 223. [11]Kalra MK,Maher MM,Toth TL,et a1.Comparison of z-axis automatic tube current modulation technique with fixed tube cunrrent CT scanning of abdomen and pelvis.Radiology.2004.232:347—353. [12]严汉民,黄岗.降低CT剂量的技术和方法探讨.医疗设备信息.2007,22(12):1-5. [13]Yu L,Liu X,Leng S,et al .Radiation Dose Reduction in Computed 37 tomography:Techinques and Future Perspective .Imaging Med,2009,1:65-84. [14]尤志军,石明国等.在CT成像中优化扫描参数对减少辐射剂量的作用.医疗卫 生装备.2010,31 (04) :380-5381. [15]兰永树,姚玉唐,李登维,唐光才.MSCT扫描方式对辐射剂量及图像质量影响的 研究.临床放射学杂志.2010, 29 (7): 960-963. [16]Primak AN,Ramirez Girado JC,Liu X et al Improved Dual-energy Material Discrimination for Dual -Source CT by Means of Additional Spectral Filtraion, Med. Phys,2009,36:1359-1369 [17]Qi W.Li J,Du X.Method for Automatic Tube Current Selection Image Quality and Dose Optimization in A Cardiac Multidetector CT.Korean J Radiol,2009,10(6):568-578. [18]晏子旭,张兆琪等.双源CT低管电压降低冠状动脉CTA辐射剂量..医学影像学 技术.2009,25(9). [19]Cormac Farrelly Amir Davarpanah Aoife N. Keeling et al .Low dose dual-source CT angiography of the thoracic aorta Int J Cardiovasc Imaging 2010. DOI 10.1007/s10554-010-9742-9 [20]Claudia Schueller-Weidekamm,MD Cornelia M. Schaefer-Prokop,MD Michael Weber,MS et al CT Angiography of Pulmonary Arteries to Detect Pulmonary Embolism: Improvement of Vascular Enhancement with Low Kilovoltage Settings Radiology 2006.241:899-907 [21]Tatsugami F,Husmann L,Herzog BA,et al.Evaluation of A Body Mass Index-Adapted Protocol for Low-Dose 64-MDCT Coronary Angiography with Prospective ECG Triggering .AJR,2009,192(3):635-8. [22]Qi W.Li J,Du X.Method for Automatic Tube Current Selection Image Quality and Dose Optimization in A Cardiac Multidetector CT.Korean J Radiol,2009,10(6):568-578. [23]Volimar SV, Kalender WA, Reduction of Dose to the Female Breast in Thoracic CT: A Comparison of Standard-protocol Bismuth-Shielded, Partial and Tube-Current –Modulated CT Examinations Eur. Radio., 2008.8:1674-1682 [24]黄爱苓,贾彬等.多层螺旋CT膝关节低剂量扫描对影像质量的影响.医学影像 38 学杂志.2010,20(10) . [25]柳澄.重视 CT 临床应用中降低辐射剂量的措施.中国医疗器械信息.2011, 17(10). 39 附 录 CT:Computer tomography 计算机断层摄影 ROI:Region Of Interest 感兴趣的区域 SD: standard deviation 标准差 SNR:Signal-to-noise 信噪比 BMI:body mass index 体重指数 CTDI100:描述标准模体中某一点的剂量状况; CTDIW :描述某一个扫描断层平面的剂量状况; CTDIvol:描述整个扫描容积范围内的剂量状况。 MPR:即多平面重组(MultiPlanar Reformation;MPR)。MPR 是从原始横轴 位图像获得人体相应组织器官任意层面的冠状、矢状、横轴面和斜面二维图像的 后处理方法。最常用的是冠状面和矢状面的重组, 它与横断面图像相结合, 丰富 了空间立体效果。 MIP),是通过计算机 MIP:即最大密度投影(Maximum Intensity Projection; 处理，对被观察的扫描体积进行数学线束透视投影，每一线束所遇密度值高于所 选阈值的像素或密度最高的像素，被投影在与线束垂直的平面上，并可从任意方 向进行观察。 40 致 谢 首先，特别感谢的是我的导师柳澄教授。研究生学习期间，老师给予我悉心 的教诲、指导和关怀。作为导师，他不仅注重知识的传授，更注重对学生人格的 培养。他那严谨务实的学风、无私奉献的高尚医德、精湛的技术，活跃而科学的 思维方式为我们树立了榜样，使我终生受益。在学业、工作和生活上，也给了我 无私的关怀、鼓励和爱护。在此表示衷心的感谢! 感谢聊城市人民医院 CT 室的付玉存主任和全体医护人员，他们在我完成试 验的过程中给与了我无私的帮助和无微不至的关怀，使我能较快掌握 CT 操作技 术并能掌握部分诊断技能，使我的实验得以顺利完成。 感谢设备科的史朴军科长及飞利浦公司的张强工程师，正是他们的热心帮助 和耐心的答疑解惑才使得我的实验顺利进行，并且他们在我学习和生活的方方面 面都给了我无私的关怀和帮助。 感谢理工学院所有领导、老师在我攻读硕士学位期间给予的鞭策、鼓励、支 持和帮助～感谢生物医学工程专业所有同学，难忘和大家在一起学习和生活的日 子～ 最后，感谢在百忙之中评阅论文的教授和所有参与答辩的各位老师～ 41