腰椎间盘CT 2种模式扫描剂量的比较

近年来，CT作为一种检查工具已经大量应用于临床，特别是脊柱多螺旋CT检查已成为世界上增长趋势较快的部位检查[1-2]。针对白领阶层的常见病变(以腰腿痛为主要表现的腰椎间盘病变)，多螺旋CT检查成为其主要的检查方法和诊断工具[3],但随着检查频数的增加导致的辐射剂量过大问题成为了医学研究的焦点和热点[4-5]。目前降低CT辐射剂量的方法很多[6-10]，其中最重要的技术之一是自动曝光系统(auto expose control,AEC)，即保持不变的图像噪声前提下根据受检者的体型，自动调制管电流[11-12]。本研究应用多螺旋CT进行腰椎间盘CT扫描时采用了2种方式，一种为腰椎间盘序列模式，一种采用腰椎连扫重建模式。其中腰椎连扫重建模式应用了AEC技术，利用定位像设定图像噪声指数，并根据不同受检部位厚度和受检组织密度进行管电流自动调整，降低辐射剂量，减少对受检体的危害[11-12]。尽管以前有报道对胸腹部CT螺旋扫描应用了AEC降低辐射剂量，但对于腰椎间盘的连续扫描后进行椎间盘重组轴位图像的研究尚未见报道[13]。本研究旨在比较2种腰椎间盘扫描模式的辐射剂量和图像质量，报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料选择2017年5月—2018年5月我院体重指数接近于正常、临床怀疑腰椎间盘病变的患者128例。随机分为A组64例，男性22例，女性42例，年龄18～82岁，平均(45.40±15.02)岁，采用腰椎间盘序列扫描；B组64例，男性33例，女性31例，年龄25～75岁，平均(44.93±14.54)岁,采用腰椎连扫重建间盘扫描。

本研究经医院伦理委员会批准；患者均签署知情同意书。

1.2 检查方法应用美国GE Highspeed 16层螺旋CT扫描，患者均为头先进，仰卧位，双臂举过头顶，侧位定位图预定腰椎间盘扫描模式。A组采用常规腰椎间盘序列扫描模式，扫描范围包括L1～2间盘至L5～S1间盘，共5组腰椎间盘，每组4层，层厚3.75 mm。B组采用腰椎螺旋连扫重建模式，扫描范围，即由T12椎体下缘到S1椎体上缘，扫描长度190 mm,扫描层厚1.25 mm。所有管电压120 kVp，螺距1.75∶1。A组平均有效管电流为145 mA，噪声指数13.36；B组平均有效管电流范围为50～220 mA，使用AEC技术，重建方式是软组织重建算法Stnd，噪声指数23.1。显示视野均为150 mm。扫描结束后由同一影像技师记录扫描数据，即平均剂量长度(mGycm)和扫描时间(s)。

1.3 图像处理扫描结束后应用GE图像后处理重建软件对B组腰椎连扫模式原始数据进行多平面重组，重建层厚为L1～2=3.75 mm，L2～3=3.75 mm，L3～4=3.75 mm，L4～5=3.75 mm，L5～S1=3.75 mm，与A组轴扫图像层厚、层数相同的轴面图像进行2种模式的比较。

1.3.1 图像客观评价在PACS工作站，保证在同一层面上，测量并记录图像的噪声。选取3个标准位置，固定L1～2腰椎管中心、腹主动脉中心、同侧腰大肌中心，密度均匀区放置标准20 mm2圆形感兴趣区(region of interest,ROI)，记录ROI内像素CT值(hounsfield unit,Hu)[14]和标准差(作为图像的噪声值[15])。计算信噪比(CT值/标准差)作为客观评价的标准。

1.3.2 图像主观评价 2名影像科医师(具有5年以上工作经验1名，具有15年以上工作经验1名)在不知扫描参数的情况下，固定窗宽+400,窗位+40，双盲方式用Kalra等[16]评分系统对患者图像质量在PACS工作站上进行5分制主观评价。4级是非常好的图像质量，没有或极小的图像噪声；3级是好图像质量，极小的图像噪声，易于诊断；2级是合适的图像质量，合适的图像噪声，但不干扰图像诊断；1级是差的图像质量，图像噪声很大，干扰图像诊断；0级非常差的图像质量，非常差的图像噪声，无诊断价值。2级以上被认为适合诊断。当2名医师存在意见分歧时，另请1位副主任医师协助诊断作出公平评价。

1.4 统计学方法应用SPSS 13.0统计软件处理数据。计量资料比较采用两独立样本的t检验；等级资料比较采用秩和检验；采用Kappa检验对图像质量进行一致性分析， Kappa值0.21～0.40为轻微一致，0.41～0.60为中等一致，0.61～0.80为一致性很好，0.81～1.00为几乎完全一致。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组扫描时间和剂量长度比较 B组扫描时间和剂量长度均短于或小于间盘A组，差异有统计学意义(P<0.05)，见表1。

2.2 图像质量评价

2.2.1 客观评价 2组噪声差异无统计学意义(P>0.05)；B组腹主动脉信噪比低于A组，差异有统计学意义(P<0.05)；2组腰大肌和椎管脊髓信噪比差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

2.2.2 主观评价 2组图像主观评级差异无统计学意义(U=0.307，P>0.05)；2位医师对图像质量的主观评级有关联(Kappa指数=0.630)，说明2位医师评级比较一致；2种模式均能较好地显示腰椎间盘病变,特别是腰椎连扫重建模式更便于立体观察。见表3，4，图1，2。

3 讨论

腰椎间盘突出作为常见的一种职业病，并发症多，复发率高，重者还会影响患者的正常生活和身体健康。尽管CT存在辐射，但目前仍作为腰椎间盘影像检查和诊断的首选工具[17-18]。腰椎间盘序列扫描，通常选用在定位图上设定好腰椎间盘方向角度，边扫描边调整机架与所扫间盘平行，常规扫描每组间盘需要2 s，5个间盘组共扫描10 s。但还需要加上调整机架转动的时间，一般整个腰椎扫描时间远远大于10 s，甚至接近或超过1 min。而腰椎连扫重建模式，仅需要在定位图上一次定位，中间并不需要多次旋转机架，省去了检查时间，提高了工作效率。腰椎间盘模式扫描使用固定电流145 mA，而腰椎连扫重建模式使用AEC, 能根据患者的体型自动调整管电流，达到锐利度较高，有效辐射剂量较低但不影响空间分辨率[12]。

国际反射防护委员会指出，人体平均有效剂量接近100 mGy时，癌症概率可能显著增加[1-2]。故在临床检查中应尽量选用低剂量技术以降低受检者辐射剂量。本研究使用AEC技术降低辐射剂量，根据预先设定的噪声指数，定位图，在最小和最大毫安范围之间[12]，自动调整X、Y、Z扫描轴上的毫安值，获得所需要的图像质量。以前有报道对胸腹部CT螺旋扫描使用了基于角度和Z轴方向的调制的AEC技术，在保证图像质量前提下，与常规多排螺旋CT的固定电流相比能降低平均管电流20%～60%，进而降低了辐射剂量[19-20]。在实际操作中，AEC技术方法简单易行，能够自动根据定位图估算出受检者的大小尺寸，适时确定辐射剂量的高低[12]。

容积CT剂量指数(CT dose index of volume,CTDIvol)和剂量长度均可用于估算CT扫描范围内组织的有效吸收剂量[21-22]。本研究使用剂量长度进行2种模式辐射剂量比较，结果显示受检者中使用腰椎间盘模式的剂量长度大于腰椎连扫重建模式剂量长度，腰椎连扫模式组辐射剂量低于腰椎间盘模式组接近30%。

尽管有报道称随着剂量的降低，对于腰椎间盘CT扫描，腰椎间盘和周围脂肪的对比度会降低[17]，但本研究图像质量均能满足诊断要求。腰椎连扫重建模式，可以做到真正的各向同性体素采集，通过多平面重组方式，重组成二维矢状面、冠状面图像对腰椎间盘病变伴随腰椎退行性变、腰椎滑脱，腰椎畸形等腰椎病变进行诊断，不用进行再次重复扫描，避免了再次接受辐射剂量，避免了对受检者身体的辐射伤害[23]。本研究中1例受检者在行腰椎连续扫描重建腰椎间盘时，发现位于L1～2水平脊髓内低密度可疑脂肪瘤，通过矢状面图像和轴面图像很容易准确计算出这个脂肪瘤的体积大小，便于进一步诊断和治疗。若只单纯地进行腰椎间盘序列扫描，可能存在层面位置和层厚的误差，造成影像数据的偏倚[24]，就需要再次扫描以确定脊髓病变的体积和性质，为临床诊断带来不便。

由于AEC技术中受检者的辐射剂量是与受检者的体重指数呈正相关[25]，故本研究选用了体重指数接近于正常的受检者。AEC技术可根据所选用噪声指数和受检者的体型尺寸确定辐射剂量，可导致图像质量不同，扫描部位较厚、密度较高的部位图像噪声较低，辐射剂量高[26-27]。噪声指数能够使技师选择将在重建图像中出现的X线的噪声量，根据受检者的定位图曝光扫描，所使用毫安的范围由设定的噪声指数决定。本研究中腰椎间盘序列扫描噪声指数(13.36)小于腰椎连扫噪声指数(23.1)。噪声指数高，仅需要低的辐射剂量就能达到好的图像质量，而低的噪声指数，需要高的辐射剂量才能使图像噪声降低，达到好的图像质量，这就需要合理预设图像噪声指数，去降低受检者的辐射剂量[27]。本研究B组原始数据中低对比组织如腹主动脉、腰椎间盘和周围脂肪等结构的图像质量下降，同时图像噪声加重，图像的颗粒增粗，密度分辨率减低，解剖细节难于显示，信噪比明显低于A组。但本研究在后处理重建中应用了软组织算法，尽可能地使图像噪声相对降低，还应用了滤过Filter技术进行平滑处理，2种扫描模式图像质量噪声比较差异并无统计学意义，均能很好地满足诊断要求。腰椎连扫原始数据由于空间分辨率增加，可以选用骨组织算法，能很好地观察腰椎椎体的病变情况。本研究使用软组织算法和骨算法重建的腰椎增生图像，特别是腰椎骨算法矢状面重建很立体地突出显示出L3、L4椎体前缘的增生。为促进影像技术的发展，提高影像诊断水平，需要影像医师和影像技师的配合，共同致力于CT剂量的降低。

本研究尚存在局限性：一是所用数据量太少；二是腰椎间盘序列扫描未使用AEC，应该加上AEC技术与腰椎连扫进行2种模式扫描分析；三是仅局限于1台CT机，未进行其他多螺旋CT的分析验证。故应该进行进一步研究。

综上所述，应用腰椎螺旋扫描后处理重建腰椎间盘，不但可以减低扫描剂量，而且可以节省扫描时间，大大提高了工作效率，适合临床推广。

[1] Meulepas JM,Ronckers CM,Merks J,et al. Confounding of the association between radiation exposure from CT scans and risk of leukemia and brain tumors by cancer susceptibility syndromes[J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2016,25(1)：114-126.

[2] Perisinakis K,Seimenis I,Tzedakis A,et al. Radiation burden and associated cancer risk for a typical population to be screened for lung cancer with low-dose CT:a phantom study[J]. Eur Radiol,2018，28(10):4370-4378.

[3] 白金城,迟红卫,王淑萍,等.个体化降低CT扫描管电流在腰椎间盘检查的应用[J].中国临床医学影像杂志,2016,27(6):427-430.

[4] 中华医学会放射学分会质量管理与安全管理学组.CT辐射剂量诊断参考水平专家共识[J].中华放射学杂志,2017,51(11):817-822.

[5] 白金城,迟红卫,王淑萍,等.CT重复检查情况及辐射剂量的研究[J].医疗卫生装备,2017,38(1):94-96，100.

[6] Spearman JV,Schoepf UJ,Rottenkolber M,et al. Effect of automated attenuation-based tube voltage selection on radiation dose at CT:an observational study on a global scale [J]. Radiology,2016,279(1):167-174.

[7] Zhang LJ,Qi L,Wang J,et al. Feasibility of prospectively ECG-triggered high-pitch coronary CT angiography with 30 mL iodinated contrast agent at 70 kVp: initial experience[J]. Eur Radiol,2014,24(7):1537-1546.

[8] Mangold S,Wichmann JL,Schoepf UJ,et al. Automated tube voltage selection for radiation dose and contrast medium reduction at coronary CT angiography using 3(rd) generation dual-source CT[J]. Eur Radiol,2016,26(10):3608-3616.

[9] Zhang LJ,Wang Y,Schoepf UJ,et al. Image quality,radiation dose,and diagnostic accuracy of prospectively ECG-triggered high-pitch coronary CT angiography at 70 kVp in a clinical setting: comparison with invasive coronary angiography[J]. Eur Radiol,2016,26(3):797-806.

[10] Ju YH,Lee G,Lee JW,et al. Ultra-low-dose lung screening CT with model-based iterative reconstruction: an assessment of image quality and lesion conspicuity[J]. Acta Radiol,2018,59(5):553-559.

[11] 郭娟,黎庭贵,张友谊.自动毫安低剂量CT扫描在引导臭氧消融治疗椎间盘突出症中的应用[J/CD].中华临床医师杂志：电子版,2015,9(2):333-335.

[12] McMillan K,Bostani M,Cagnon CH,et al. Estimating patient dose from CT exams that Use automatic exposure control: development and validation of methods to accurately estimate tube current values[J]. Med Phys,2017,44(8):4262-4275.

[13] Kalra MK,Maher MM,Kamath RS,et al. Sixteen-detector row CT of abdomen and pelvis: study for optimization of Z-axis modulation technique performed in 153 patients[J]. Radiology,2004,233(1):241-249.

[14] Yasaka K,Katsura M,Akahane M,et al. Model-based iterative reconstruction for reduction of radiation dose in abdominopelvic CT: comparison to adaptive statistical iterative reconstruction[J]. Springerplus,2013,2(1):209.

[15] 浦仁旺,刘义军,卢绪论,等.基于体质量指数的个性化噪声指数设定在腹部CT成像中的应用研究[J].中国临床医学影像杂志,2016,27(7):487-490.

[16] Kalra MK,Maher MM,Kamath RS,et al. Sixteen-detector row CT of abdomen and pelvis: study for optimization of Z-axis modulation technique performed in 153 patients[J]. Radiology,2004,233(1):241-249.

[17] Bohy P,de Maertelaer V,Roquigny A,et al. Multidetector CT in patients suspected of having lumbar disk herniation: comparison of standard-dose and simulated low-dose techniques[J]. Radiology,2007,244(2):524-531.

[18] 李瑞灵.双排螺旋CT图像的测量对腰椎间盘突出症继发椎管狭窄的诊断[J].医疗装备，2017,30(12):52-53.

[19] 曾宪春,刘昌杰,王楠竹,等.CARE Dose 4D技术在肝脏扫描中的应用[J].广东医学,2016,37(21):3215-3217.

[20] Stratis A,Kottou S,Molfetas M,et al.The effect of a combined tube current modulation system on dose delivered to patients undergoing thoracic and abdominal CT with a 128-slice scanner[J]. Radiat Prot Dosimetry,2013,153(2):206-211.

[21] 贾明轩,张煊,刘为,等.CT检查所致病人剂量的简便估算方法[J].中华放射医学与防护杂志,2001,21(5):374-376.

[22] Mayo JR,Aldrich J,Muller NL,et al. Radiation exposure at chest CT:a statement of the Fleischner Society[J]. Radiology,2003,228(1):15-21.

[23] 聂志红,孔凡磊,赵素香,等.单侧椎弓根螺钉对侧关节突螺钉固定黄韧带保留治疗腰椎退变性疾病的临床疗效[J].河北医科大学学报,2014,35(9):1015-1017.

[24] 桑辉,王勇,王金榜,等.CT引导下臭氧治疗腰椎间盘突出症30例[J].河北医科大学学报,2012,33(9):1095-1096.

[25] Kawashima H,Ichikawa K,Hanaoka S,et al. Relationship between size-specific dose estimates and image quality in computed tomography depending on patient size[J]. J Appl Clin Med Phys,2018，19(4):246-251.

[26] 袁知冬,刘鹏程,王成林,等.噪声关联Z轴管电流调制技术降低多层CT胸部扫描辐射剂量的作用[J].中华放射学杂志,2008,42(11):1196-1200.

[27] 靖婧,苗延巍.优化低剂量一站式全脑CT灌注成像联合CTA扫描方案[J].中国医学影像技术,2018,34(3):424-428.

腰椎间盘CT 2种模式扫描剂量的比较

1 资料与方法

2 结 果

3 讨 论

Comparison of radiation doses between two modes in lumber interverbral disc CT scan

2 结果

3 讨论