腰椎间盘CT扫描作为一种无创的检查方法，以其较高的准确性已经替代X线片，成为腰椎间盘检查的重要手段,因腰椎间盘扫描位置距离性腺较近，故其辐射剂量备受关注[1-2]。我院采用的是腰椎间盘序列模式扫描，运用了西门子自动曝光控制技术(automatic exposure control，AEC)，即在线式自动化实时动态放射剂量调节技术(Care Dose 4D技术)[2]。进行序列模式时扫描和进床分离，不但能避免螺旋扫描中的重叠扫描，显著降低患者接受的辐射剂量，而且图像重建无需差值处理，伪影减少，图像质量高[1]。Care Dose 4D技术可以根据特定位置、患者体型自动调节X线管的电流，在保证图像质量的前提下最大限度地降低辐射剂量[2]。以前的研究建议用单一的定位图设定扫描计划，目的是尽可能的减少辐射剂量[3]。特别地提出，为减少对胸部、甲状腺和其他位于身体前部的组织器官辐射剂量，后前位投照优于前后位投照[3-4]。据文献报道，在Care Dose 4D技术下使用双次正侧位定位图进行胸部CT检查能够有效降低辐射剂量[5-7]。腰椎间盘CT扫描常规选用侧位单次定位图扫描，对于双次正侧位定位图进行扫描，文献鲜见报道。本研究旨在一定体重指数(body mass index,BMI)范围内，使用Care Dose 4D技术评估单次和双次定位图对腰椎间盘CT扫描剂量和图像质量的影响。
1 资料与方法
1.1 一般资料 选取2016年7月—2017年12月我院临床怀疑腰椎间盘病变行腰椎间盘CT扫描的患者112例。随机分为单定位组53例和双定位组59例。单定位组采用侧位单次定位图扫描，男性20例，女性33例；年龄22～75岁，平均(43.38±17.14)岁；BMI 19.38～33.20，平均25.74±4.12。双定位组采用正位和侧位双次定位图扫描，男性29例，女性30例；年龄16～84岁，平均(42.65±14.18)岁；BMI 17.36～35.06，平均25.43±3.65。2组性别、年龄、BMI差异均无统计学意义(P>0.05)，具有可比性。
本研究经医院伦理委员会批准通过。
1.2 检查方法 CT扫描应用西门子definition AS plus 128层多螺旋CT扫描仪。所有患者头先进，仰卧位，双臂举过头顶。扫描床高度定为受检者腋中线。单次定位图组：只扫描侧位定位图，扫描范围从膈顶扫至髋臼，扫描长度512 mm，电流20 mA,电压120 kV；定位图扫描后，CT自动显示容积CT剂量指数为0.23 mGy,剂量长度为12 mGycm。双次定位图组：首先扫描前后位正位定位图，扫描范围从膈顶扫至髋臼，紧接着改变扫描方向，扫描范围从髋臼扫至膈顶侧位定位图，其他参数不变同侧位单次定位图扫描；接下来，在侧位定位图上，运用西门子Care Dose 4D技术设定轴面的腰椎间盘扫描，扫描设定5组腰椎间盘(L1～2、L2～3、L3～4、L4～5和L5～S1)，每组间盘扫描3幅图像，总共15幅图像；扫描参数为显示野150 mm2，管电压120 kVp,参考管电流100 mAs,探测器准直12×1.2 mm，扫描层厚4.8 mm；软组织重建算法；每个间盘的Care Dose 4D技术剂量长度即本次CT检查被照射区域内患者接受的总辐射剂量呈现在CT控制台上，被同一主管技师记录。
1.3 图像质量评估
1.3.1 图像主观评价 由2名高年资的肌骨影像医师通过PACS工作站独立进行双盲法主观评阅所有的图像质量，并记录结果。根据图像噪声、伪影水平，图像质量分为5分(5分：图像质量优，无伪影干扰，噪声非常小；4分：图像质量良好，伪影干扰小，噪声小；3分：图像质量一般，有伪影干扰，噪声存在；2分：图像质量可，伪影干扰大，噪声大，影响诊断；1分：图像差，不能进行诊断)，当意见不一致时协商得出统一结论。
1.3.2 图像客观评价 由同一主管技师对所有腰椎间盘轴位图像在PACS工作站利用工具软件定义圆形兴趣区进行测量。在L1～2、L2～3、L3～4、L4～5和L5～S1中心轴面图像上选取2个20 mm2的圆形兴趣区分别放在均匀密度无伪影干扰的脂肪和竖脊肌，并测定2个兴趣区内的平均CT值和噪声(标准差值)[8-9]，计算信噪比(CT值/标准差)保证单次定位图所扫描的轴面图像与双次定位图所扫描的轴位图像对比兴趣区位置相同。
1.4 统计学方法 应用SPSS 13.0统计软件分析数据。非正态分布计量资料以中位数和四分位数间距[M(QR)]表示，组间比较采用秩和检验；相关性采用秩相关分析；等级资料比较采用秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 2组辐射剂量比较 双定位组L1～2、L2～3、L3～4、L4～5和L5～S1的辐射剂量低于单定位组，差异有统计学意义(P<0.05)；秩相关分析结果显示，BMI与单定位图和双定位图的扫描剂量均呈正相关(P<0.05)。见表1，2。
表1 2组腰椎间盘扫描辐射剂量比较
Table 1 Comparison of radiation dose of five lumber intervertebral discs between two groups [M(QR)，mGycm]
组别数量L1～2 L2～3 L3～4L4～5L5～S1单定位组538(2.5)15(6.5)16(6.5)18(5.0)22(6.0)双定位组597(2.0)13(6.0)13(5.5)16(9.0)19(11.5)Z值3.2873.3273.3943.2993.316P值0.0440.0270.0110.0390.032
表2 双定位图和单定位图辐射剂量与BMI相关性分析
Table 2Correlation analysis between radiation dose and BMI between two groups
双定位图BMIrs值P值单定位图BMIrs值P值L1～20.812<0.001L1～20.981<0.001L2～30.817<0.001L2～30.948<0.001L3～40.824<0.001L3～40.901<0.001L4～50.797<0.001L4～50.851<0.001L5～S10.781<0.001L5～S10.966<0.001
2.2 图像质量结果
2.2.1 2组主观评价图像质量比较 2名诊断医师对在2种定位图模式上设定的腰椎间盘轴面图像进行主观评分，2组图像质量均能满足临床诊断的要求，每个椎间盘等面的图像质量评分均为4分以上，2组主观评价图像质量评分差异无统计学意义(P>0.05)。见表3。
表3 2组主观评价图像质量评分比较
Table 3Comparison of subjective image quality scores between two groups (间盘数)
组别主观评价图像质量评分1分2分3分4分5分单定位组1138252双定位组01210282Uc值0.299P值0.764
2.2.2 2组客观评价图像质量比较 双定位图L5～S1脂肪客观评价图像质量噪声和信噪比高于单定位图，差异有统计学意义(P<0.05)；2组余间盘客观评价图像质量指标差异均无统计学意义(P>0.05)。见表4，5，图1。
表4 2组间盘轴面图像中脂肪的客观评价
Table 4Comparison of objective evaluation in the fat between two groups [M(QR)]
组别间盘数噪声L1～2 L2～3 L3～4L4～5L5～S1单定位组26510.67(3.71)11.05(3.56)9.96(3.78)9.98(4.36)9.58(3.77)双定位组29511.71(4.00)9.91(4.12)10.21(3.87)10.14(3.83)10.39(4.08)Z值 1.8881.0460.7490.7112.436P值0.0590.2960.4540.4770.015组别间盘数信噪比L1～2 L2～3 L3～4L4～5L5～S1单定位组265-10.02(-3.41)-9.15(3.25)-10.78(4.69)-11.39(5.13)-10.50(4.24)双定位组295-8.96(2.97)-10.46(4.38)-10.37(3.92)-10.41(4.69)-9.29(3.44)Z值 1.7161.1860.5160.8892.480P值0.0860.2360.6060.3740.013
表5 2组间盘轴面图像中竖脊肌的客观评价
Table 5Comparison of objective evaluation in the vertical ridge muscles between two groups [M(QR)]
组别间盘数噪声L1～2 L2～3 L3～4L4～5L5～S1单定位组26510.32(3.61)9.89(4.23)10.23(4.01)10.33(3.24)9.82(3.09)双定位组29511.09(3.90)10.16(4.52)10.29(4.10)10.91(3.71)9.45(3.19)Z值 1.1310.9350.0171.1160.067P值0.2580.3500.9860.2440.947组别间盘数信噪比L1～2 L2～3 L3～4L4～5L5～S1单定位组2655.68(2.38)5.38(3.24)5.79(3.25)5.30(2.74)5.67(1.97)双定位组2955.06(2.49)5.22(2.79)5.39(2.52)5.30(2.43)5.50(2.16)Z值 1.0931.3260.7780.5600.003P值0.2750.1850.4370.5700.998
图1 2组椎间盘轴位图像
A.单定位图扫描；B.双定位图扫描
Figure 1 Axial lumbar intervertebral disc images between two groups
3 讨 论
CT检查作为人工辐射源之一，降低辐射剂量成为影像界的迫切任务[10]。自动毫安技术的出现，是辐射剂量优化技术的进步。众所周知，CT扫描次数增多，重复扫描，均会使受检者受到伤害。目前在保证图像质量前提下，为尽量降低辐射剂量采取了不同方法，如降低管电压、降低管电流、进行迭代算法和应用自动曝光系统等[11-12]，但对于双次定位图扫描是否带来更多辐射剂量，还在不断进行研究[5，7]。
多螺旋CT方便快捷，图像分辨力高，能直观显示病变，已广泛应用于腰椎疾病的临床检查，但对于腰椎间盘CT低剂量扫描的相关临床研究比较少[13]。腰椎间盘CT受检者由于体型的个体差异，相同参数下，胖瘦体型接受的辐射剂量不同，而使用Care Dose 4D技术可以根据患者的体型自动调整管电流，这就保证了辐射剂量的个体化，能够明显减低辐射剂量[14-17]。常规的腰椎间盘扫描选用序列扫描方式，首先扫描1次侧位定位图，然后再预设定各个间盘的扫描层数和扫描角度。本研究选用2个垂直方向的定位图进行首次扫描，然后再同常规间盘扫描。相比于CT轴面图像的采集，定位图的采集剂量非常小[17]，虽然双次定位图扫描比单次定位图扫描剂量高，但整体间盘扫描总剂量比单次定位图剂量低[6,17]。
本研究使用了AEC系统，此技术已广泛应用于现代CT扫描，在X轴、Y轴和沿扫描方向的Z轴自动调控辐射曝光剂量[2,5]。辐射剂量是在沿Z轴方向进行调控，以适应不同组织的衰减。AEC可以调试不同体型患者及不同部位的曝光剂量，可以在不降低图像对比的情况下，降低辐射剂量，故AEC对辐射剂量和图像质量起到了至关重要的作用。特别对于体型大的患者，使用AEC能够增长管电流，增加辐射剂量，增加厚组织的衰减。根据所扫描的定位图，AEC能够决定扫描范围内的管电流。定位图可以选择侧位、前后位、后前位方向扫描。CT扫描使用AEC，可以根据定位图的不同方向使用不同的剂量调控[17-20]。另外，不同的厂家，AEC具有不同的参数和不同的调控功能，西门子公司使用组合管电流调制系统Care Dose 4D[18,20]，针对不同定位图对剂量的影响也不同[6],能够自动计算剂量指数和剂量长度，减轻了技师和医师的工作负担[12]。目前本研究仅考虑一台128排螺旋CT的Care Dose 4D对腰椎间盘扫描剂量的影响。研究目的是调查Care Dose 4D调控下不同定位图对腰椎间盘受检者CT辐射剂量的影响。Care Dose 4D,通过定位图的扫描，保证受检者身体不同部位恒定的诊断图像质量,根据定位像，可以确定适当的mAs，自动调制球管电流，可以应用3个不同的调整方法以最低的剂量水平优化图像质量扫描[21]。双次定位图扫描，使Care Dose 4D在螺旋扫描过程中，根据不同角度不同位置X射线的衰减，可以更准确地估算患者的体型尺寸，适时改变其辐射剂量或噪声[22]，从而以最小的剂量保证达到最佳的图像质量。Care Dose 4D可以根据患者侧位或上下围的定位像确定长轴方向上各个位置的衰减，调节电流，并不是随着患者直径的增加而线性变化，不管胖瘦，可以用同样的一个扫描规程，适应于临床检查[12]。引起正位和侧位定位图之间的不同剂量是由不同患者腰部尺寸或是定位图方向衰减的差异造成的[6]。患者仰卧位时，相比较侧卧位(空气多，骨锥体少，软组织少)，在视野内由于整体尺寸变大，后方椎体和软组织面积增大，导致衰减增加，通过2种定位图AEC能确切衡量患者的体型尺寸，能准确评估X线的衰减，但并不影响辐射剂量[6]。
本研究图像质量客观评价选用标定兴趣区内CT值与标准差比较的信噪比公式[23]，发现双次定位图与单次定位图的轴扫图像在L5～S1处相比，脂肪噪声大，信噪比高，差异有统计学意义，但其分轴扫图像差异无统计学意义。与文献相符[6],其中原因有待进一步研究。本研究中出现了几例图像质量不佳，5个图像一般，2个图像仅为合格,1个图像属于差评,均是由于患者过于肥胖或过于消瘦造成BMI过大或过小。虽然BMI与个体辐射剂量有关[24]，但超出预定范围，导致辐射剂量成为定值，导致图像噪声增加较为明显，最终造成图像质量达不到满意。其中1例患者BMI达47，体重135 kg，170 cm，发现此受检者的BMI与所接收的辐射剂量的也存在关联。
本研究双次正侧位定位图扫描的L1～2、L2～3、L3～4、L4～5、L5～S1的剂量虽然低于侧位单次定位图腰椎间盘扫描，但图像质量并未降低。与文献报道相符[25]。但本研究还存在着局限性，只对一台CT机进行了研究，不知结果是否对所有机型适用；只分析了侧位和正位2个垂直定位图共同进行一个腰椎间盘序列扫描，并没有对其他多部位多定位图进行螺旋扫描对照分析；也没有分析固定管电流扫描是否遵循这个结论。虽然有报道Care Dose4D技术与Care kV技术联合应用可以降低辐射剂量，而不影响图像密度分辨力[26]，但本研究未涉及Care kV技术，有待进一步研究。
综上所述，定位图的多少确实与受检者的整体辐射剂量有关。选用双次正侧位定位图配合AEC可以有效降低腰椎间盘序列扫描的剂量，适合临床推广应用。
[1] 贾斌,田志明,陈文龙,等.盘内及侧隐窝联合注射臭氧治疗包含型腰椎间盘突出症[J].河北医科大学学报,2014,35(10):1197-1200.
[2] 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.
[3] 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.
[4] O′Daniel JC,Stevens DM,Cody DD.Reducing radiation exposure from survey CT scans[J].AJR Am J Roentgenol,2005,185(2):509-515.
[5] 袁子龙,郑丽丽,杜东屏,等.探讨胸部正侧位定位像在CT CARE Dose4D技术中降低成人患者辐射剂量的临床价值[J].中华放射医学与防护杂志,2016,36(6):461-464.
[6] Singh S,Pekarovic D,Jamnik E,et al.Effect of localizer radiograph on radiation dose associated with automatic exposure control:human cadaver and patient study[J].J Comput Assist Tomogr,2014,38(2):293-298.
[7] 赵飞,李磊，蒲进，等.双定位像结合Care Dose 4D和Care kV技术在降低肺部CT辐射剂量的临床应用价值[J].中华放射学与防护杂志,2017,37(5):389-392.
[8] Behrendt FF,Schmidt B,Plumhans C,et al.Image fusion in dual energy computed tomography:effect on contrast enhancement,signal-to-noise ratio and image quality in computed tomography angiography[J].Invest Radiol,2009,44(1):1-6.
[9] Yanagawa M,Hata A,Honda O,et al.Subjective and objective comparisons of image quality between ultra-high-resolution CT and conventional area detector CT in phantoms and cadaveric human lungs[J].Eur Radiol,2018，28(12):5060-5068.
[10] 牛延涛,张永县,郭森林,等.双源CT扫描模式对头颈部辐射剂量和影像质量的影响[J].中华放射医学与防护杂志,2016,36(12):943-946.
[11] 肖梦强,张萌,刘金丰,等.迭代算法低剂量CT诊断腰椎间盘突出[J].中国医学影像技术,2017,33(3):458-461.
[12] 李青青,吴莉,江杰,等.CARE kV联合CARE Dose 4D技术降低颈部肿大淋巴结CT扫描的辐射剂量[J].中国医科大学学报,2016，46(1):48-52.
[13] 王俊山,袁东升,赵文莉,等．腰椎间盘退行性病变低剂量CT扫描的临床应用[J].中国CT和MRI杂志,2010,8(4):38-41.
[14] 李伟,张建东,庞涛,等.自动管电流调制技术结合迭代重建算法在成人盆腔低剂量CT中的初步应用[J].中华放射医学与防护杂志,2014,34(6):597-600．
[15] 田为中,张波窦,窦小峰,等.双源CT大螺距螺旋扫描序列在无镇静儿童胸部CT平扫中的临床应用价值[J].中华放射学杂志,2014,48(3):252-254.
[16] 王晓华,张艳,袁慧书.自动管电压调制技术参考毫安秒对胸部CT平扫图像质量和辐射剂量的影响[J].中华放射学杂志,2015,49(3):179-182.
[17] Saltybaeva N,Krauss A,Alkadhi H.Effect of localizer radiography projection on organ dose at chest CT with automatic tube current modulation[J].Radiology,2017,282(3):842-849.
[18] Peng W,Li Z,Xia C,et al.A CONSORT-compliant prospective randomized controlled trial:radiation dose reducing in computed tomography using an additional lateral scout view combined with automatic tube current modulation:Phantom and patient study[J].Medicine(Baltimore),2017,96(30):e7324.
[19] Franck C，Bacher K.Influence of localizer and scan direction on the dose-reducing effect of automatic tube current modulation in computed tomography[J].Radiat Prot Dosimetry,2016,169(1/4):136-142.
[20] Söderberg M.Overview,practical tips and potential pitfalls of using automatic exposure control in ct:siemens CARE dose 4D[J].Radiat Prot Dosimetry,2016,169(1/4):84-91.
[21] 朱卫平,王振,钟建国,等.手臂上举姿势对胸部多层CT扫描自动管电流曝光技术的影响[J].中华放射学杂志,2012,46(10):948-949.
[22] Matsubara K,Koshida K,Ichikawa K,et al.Misoperation of CT automatic tube current modulation systems with inappropriate patient centering:phantom studies[J].AJR Am J Roentgenol,2009,192(4):862-865.
[23] Yasaka K,Katsura M,Akahane M,et al.Model-base iterative reconstruction for reduction of radiayion dose in abdominopelvic CT:comparison to adaptive statistical iterative reconstruction[J].Springgerplus，2013,2(1):209.
[24] 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.
[25] 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 techniques1[J].Radiology,2007,244(2):524-531.
[26] 张卫国,蒋涛.智能最佳管电压联合自动管电流在腹部CT扫描中的应用[J].中华放射医学与防护杂志,2017,37(1):68-72.