管电流调制技术结合多函数重建降低四肢骨关节MSCT辐射剂量的应用＊

北京大学深圳医院医学影像科(广东 深圳 518036)

袁知东 冯 飞 石 桥 范秀松林兰英 王成林 成官迅

管电流调制技术结合多函数重建降低四肢骨关节MSCT辐射剂量的应用＊

北京大学深圳医院医学影像科(广东 深圳 518036)

袁知东 冯 飞 石 桥 范秀松林兰英 王成林 成官迅

目的比较管电流调制技术结合多函数重建和固定管电流技术在四肢骨关节多层CT扫描的辐射剂量和图像质量，评价该技术降低四肢骨关节辐射剂量的效果。方法将108例需进行四肢骨关节多层CT扫描的患者分为两组，管电流调制技术结合多函数重建组(试验组)和固定管电流组(对照组)，每组各54名。试验组的目标噪声水平设置为10HU，设备根据定位像扫描时获取的扫描部位密度信息自动设置扫描时的管电流值；对照组的管电流设置为100mA，其他的扫描参数完全相同。分别记录两组的CT剂量容积(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)和试验组的最大管电流值，测量两组图像肌肉和均匀脂肪的图像噪声。重建层厚为0.5mm的图像用于三维重组，试验组采用柔和软组织算法(FC41)用于VR，骨算法(FC30)用于MPR，对照组采用标准软组织算法(FC01)用于VR，骨算法(FC30)用于MPR。图像质量评估采用Liker t 5分制法，3分以上图像满足诊断需求，由1名CT副主任技师和1名副主任医师在不知道重建参数的情况下对图像进行评价分级。计数资料采用χ2检验，计量资料采用成组设计的t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。结果试验组的图像质量评分低于对照组，但试验组的所有图像均能满足诊断需求；试验组的图像噪声高于对照组，两组差异有统计学意义(P值均＜0.05)。结论四肢骨关节多层CT扫描时应用管电流调制技术结合多函数重建可大幅降低患者的辐射剂量并使图像质量满足诊断需求，在临床工作中有很大使用价值。

管电流调制技术；图像质量；噪声

四肢骨关节骨折是临床上常见的严重损伤，解剖复位是减少并发症、保证关节功能的前提。关节结构的复杂性和骨折的多样性，治疗前对骨折位置、形态、累及范围、移位等情况进行详细了解对治疗方案的制定起决定性作用。X线拍片已经不能满足较复杂的四肢骨关节骨折的诊断需求[1-3]，MSCT薄层扫描和三维重组技术可从多方位多角度立体观察骨折的详细情况，为临床提供可靠的影像学依据，越来越多的患者选择该技术。但CT检查的辐射剂量是X线的数倍，这引起众多患者的担心，尤其是儿童和青少年。有研究表明管电流调制技术在胸部[4]、颈部[5]、腹部[6]CT检查的应用可有效降低受检者的辐射剂量并保持图像质量的恒定，但在四肢骨关节MSCT扫描中的应用尚未见报道。本文通过比较管电流调制技术结合多函数重建和固定管电流技术在四肢骨关节多层CT扫描的辐射剂量和图像质量，评价该技术在四肢骨关节CT扫描中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料将2014年1月至2015年3月在本院进行四肢骨关节CT扫描的108例患者纳入本研究，研究获得北京大学深圳医院医学伦理委员会的批准。其中男65例，女43例，年龄4～73岁，平均(23±11)岁；肘关节21例、腕关节30例、手8例、膝关节25例、踝关节17例、足7例。根据检查部位数量接近的原则将患者分为两组，管电流调制技术结合多函数重建组(试验组)和固定管电流组(对照组)，每组各54例。其中试验组肘关节11例、腕关节15例、手4例、膝关节12例、踝关节9例、足3例；对照组肘关节10例、腕关节15例、手4例、膝关节13例、踝关节8例、足4例。所有患者扫描部位均没有石膏和各种金属的内外固定物。

1.2 CT检查技术使用Toshiba Aqui l ion 16层螺旋CT机，试验组的目标噪声水平设置为10HU，设备根据定位像扫描时获取的扫描部位密度信息自动设置扫描时的管电流值；对照组的管电流设置为100mA，其他的扫描参数完全相同。管电压(120k Vp)、机架旋转时间(0.5s/r)、探测器准直层厚(16层×0.5mm)、图像重建层厚(5mm)、螺距(0.9375)、扫描准直野直径(240mm)和标准软组织算法(FC01)，扫描范围12～15cm。两种技术均重建层厚为5mm的标准软组织算法(FC01)和骨算法(FC31)图像用于摄片；再重建层厚为0.5mm的图像用于三维重组，试验组重建柔和软组织算法(FC41)用于VR，骨算法(FC31)用于MPR，对照组重建标准软组织算法(FC01)用于VR，骨算法(FC31)用于MPR。将图像传至工作站(Vi t rea2)进行VR、MPR等方法的三维后处理。

1.3 图像质量和辐射剂量评价图像质量客观评价标准为图像噪声，用标准差(SD值)来衡量，测量感兴趣区位于关节附近的肌肉和均匀脂肪组织内，大小10mm×10mm；主观评价采用Liker t 5分制法，3分以上图像满足诊断需求，由1名CT副主任技师和1名副主任医师在不知道扫描参数的情况下对图像进行评价分级，对于评价有分歧的由2人协商后达成一致。分别记录两组由设备根据扫描参数自动生成的CT剂量容积(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)和试验组的最大管电流值。计数资料采用χ2检验，计量资料采用成组设计的t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 图像质量主观评价结果试验组的图像质量评分低于对照组，但全部患者的图像均能满足临床诊断需求，两组无显著统计学差异，见表1。

表1 实验组和对照组的图像质量评分

2.2 图像噪声测量结果比较图像层厚5mm时试验组的图像噪声为(10.53±1.61)HU，高于对照组的(6.78±3.54)HU；图像层厚5mm时试验组的图像噪声为(13.85±2.46)HU，高于对照组的(11.32±3.43)HU。两组差异有统计学意义(P值均＜0.05)。

表2 试验组照组的图像噪声测量结果比较

2.3 CT辐射剂量比较试验组的最大管电流、CTDIvol和DLP分别为(30±9.8)mA、(2.9±1.4) mGy和(32.5±13.8)mGy·cm；对照组的分别为100mA、14.4mGy、(143.2±20.1)mGy·cm。试验组较对照组分别降低70.8%、79.9% 和77.3%，两组差异有统计学意义(P值均＜0.05)。

表3 实验组和对照组的辐射剂量比较

3 讨 论

MSCT在四肢骨关节骨折诊断中的优势：四肢关节结构复杂，骨折情况变化多样，为提高治疗效果，外科医生对临床诊断和影像显示提出了更高的要求。而骨折患者症状重疼痛明显，很难在检查中配合技师完成多方位的拍片，传统X线拍片已经不能满足复杂骨折的临床诊断需求[7]。MSCT扫描速度快，能在10s内完成四肢骨关节的毫米甚至亚毫米薄层扫描，结合VR、MPR、MIP和CPR等多种三维重组技术，可以发现传统X线拍片不能发现的隐匿性骨折[8]，还可从多方位多角度立体观察骨折的详细情况，帮助临床医生选择最佳的治疗方案、制定最合适的手术方式并进行预后评估，明显减少并发症和关节功能障碍。现在临床医生已逐渐认识到MSCT在四肢骨关节外伤诊断中的优势，MSCT检查在四肢骨关节系统的应用明显增多。

MSCT在四肢骨关节骨折诊断中的不足：CT检查的辐射剂量较高，通常是X线拍片的数倍，而患者多数是对辐射比较敏感的儿童和青少年，这限制了MSCT在四肢骨关节成像方面的应用；目前四肢骨关节系统的CT扫描参数不够规范，传统的以扫描技师经验为准的固定管电流技术导致患者所接受的辐射剂量较高，也很难保证图像质量的一致；而MSCT扫描时必须使用较高的管电流来保证薄层图像和三维重组图像的质量，这进一步增加了患者的辐射剂量。

骨关节的MSCT图像。图1-2为腕关节VR图像，图1为对照组图像采用120kVp、50mAs扫描，CTDIvol 7.0mGy, DLP 84.0mGy·cm，标准软组织算法（FC01）；图2为实验组图像采用120kVp、10mAs扫描，CTDIvol 1.4mGy, DLP16.8mGy·cm，柔和软组织算法（FC41），两幅图像无明显差异。图3-4为实验组扫描图像，图3采用柔和软组织算法（FC41）噪声为3.06HU，图4采用标准软组织算法（FC01）噪声为6.32HU。图5-6为腕关节冠状位骨算法图像，图5为试验组，图6为对照组，图5的噪声水平明显高于图6，两组图像在骨小梁和舟骨骨折线的显示无明显差别。图7-8为试验组肘关节的VR和MPR图像，图9-10为试验组踝关节的VR和MPR图像，图11-12为试验组颌面部的VR和MPR图像，采用不同函数重建的VR和MPR图像均达到良好的图像质量，完全满足临床诊断需求。

四肢骨关节系统良好的天然对比是降低CT辐射剂量的基础，但相关的研究还不够成熟。MSCT管电流调制技术是目前最成熟、应用最广泛的辐射剂量控制技术，它根据预设的图像噪声水平和扫描部位的厚度和密度自动调整管电流，优化了管电流的输出，实现了辐射剂量的个性化。该技术在全身多个部位如颈部、胸部和腹部都有非常成熟的应用并取得良好的效果。本研究首次将它应用于四肢骨关节MSCT扫描中，尽管试验组的图像质量评分低于对照组，但全部图像均能满足临床诊断需求(表1)，试验组的辐射剂量较对照组有非常显著的下降，最大管电流(mA)、CTDIvol、DLP的降幅分别达到了69.60%、79.90%、77.30%(表3)。试验组通过前瞻性地设置，图像噪声比较均匀一致，波动范围明显小于对照组(表2)，保持了图像质量的恒定。对照组的图像噪声水平低于实验组，但个体差异导致的图像质量偏差明显增大，这不利于医学影像图像质量控制的操作。在CT图像重建过程中，重建函数对图像噪声水平、空间分辨力和密度分辨力有非常大的影响，根据图像层厚和重建目的不同优选和采用有针对性的重点突出的重建函数，实现空间分辨力、密度分辨力和图像噪声个性化和最优化的设置，在辐射剂量不变的情况下明显提高图像质量。在重建层厚为5mm时采用标准软组织算法(FC01)来观察骨关节周围软组织，骨算法(FC31)来观察骨质结构。重建0.5mm层厚的图像用于三维重组时，由于图像层厚变薄使图像噪声明显增加，试验组管电流低图像噪声下降更明显，严重影响三维重组的图像质量。试验组采用柔和软组织算法(FC41)的图像用于VR(图2)，图像噪声明显下降(图3)，接近对照组的图像(图1)噪声水平(表2)，低噪声图像重组的VR图像骨结构立体感强，表面光滑，颜色鲜艳，而空间分辨力的下降并不会降低VR的图像质量。试验组用于MPR的图像(图5)仍采用骨算法(FC31)，以保持良好的空间分辨力来观察骨的微细结构，而骨皮质、骨小梁与周围组织结构巨大的密度对比可以承受更高的图像噪声，与对照组(图6)相比图像质量并不会出现明显下降。本研究在肘关节(图7-8)、腕关节(图2，5-6)、手、膝关节、踝关节(图 9-10)和足的应用均取得非常满意的效果，在脊柱和颌面部(图11-12)也均取得较好效果。

综上所述，四肢骨关节多层CT扫描时应用管电流调制技术结合多函数优选多次重建图像，既可以使图像质量满足临床诊断需求，又可以大幅降低患者的辐射剂量，在临床工作中有很大的应用和推广价值。

[1] 胡小新,陈时洪.螺旋CT三维重建成像在骨关节外伤中的临床应用价值探讨[J].中华放射学杂志,2002,36(8):758-760.

[2] 练旭辉,陈忠.螺旋CT多平面和三维重建在踝关节及足部骨折中的诊断价值[J].临床放射学杂志,2005,24(12):1091-1093.

[3] 陈明祥,邰学祥.螺旋CT多平面和三维重建在肘关节骨折中的诊断价值[J].实用放射学杂志,2007,23(5):656-657.

[4] 袁知东,刘鹏程,王成林,等.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(10):1196-1120.

[5] 袁知东,王成林,冯飞,等.Z轴管电流调制技术在多层螺旋CT颈部扫描中的应用[J].中国CT和MRI杂志,2012,10(3):95-98.

[6] 袁知东,石桥,王成林,等.自动管电流调制技术结合量子降噪技术在MSCT肝脏多期增强扫描中的应用[J].中国CT和MRI杂志,2016,14(7):71-73.

[7] 李云卿,高光峰,刘连杰,等.多层螺旋CT不同重建方法在诊断肋骨骨折中的对比研究[J].中国CT和MRI杂志,2005,4(3):25-27.

[8] 王荣品,茂雄.多层螺旋CT后处理技术对隐匿性骨折的诊断价值[J].临床放射学杂志,2005,24(5):426-428.

(本文编辑: 汪兵)

The Application of Multi-slice CT Automatic Tube-cu rren t Modu lation Technique Combine Multiple Reconstruction Kernal to Decrease the Radiation Dose of Extremities and Joints*

YUAN Zhi-dong, FENG Fei, SH I Qiao, et al., Department of M edical Imaging, Peking University Shenzhen Hospital, Shenzhen 518036, Guangdong Province, China

ObjectiveTo compare MSCT radiation doses and image quilities of extrem ities and joints between automatic tube-current modulation(ATCM) technique combine multiple reconstruction kernal and fixed tube-current technique, and evaluate the effectiveness of ACTM decreased radiation doses of extrem ities and joints.Methods108 patients performed MSCT extrem ities and joints scanning were devided into two groups, group of automatic tube-current modulation technique combine multiple reconstruction kernal(test group) and group of fixed tube-current technique (control group), 54 patients of tw o each group. The target image noise level of test group w as 10HU and the machine automatically set tube-current in scanning according to attenuated information of scaning range in scanogram, tube-current of control group was 100m A, gantry rotation time 0.5s/r, others parameters were totally same. CTDIvol and DLP of two groups and the maximum tube-current of test group w ere recorded respectively. Muscle and uniform fatty noises of two groups were measured. Images thickness of 0.5mm were reconstructed for 3D reformation, the test group reconstructed images by gentle soft tissue algorithm(FC41) for VR and bone algorithm(FC30) for MPR, the control group reconstructed images by standard soft tissue algorithm(FC41) for VR and bone algorithm(FC30) for MPR. Images quality evaluation were divided into 5 score according to Likert 5 point by one CT technologist and one radiologist With double blind method. Images better than 3 points achieved diagnostic requirements.ResultsImages quality scores of test group were poor to control group, but all images of test group achieved diagnostic requirements. Image noise of test group higher than that's of control group. the differences of two groups were significant(P＜0.05).ConclusionMSCT extrem ities and joints scanning With automatic tube-current modulation technique combine multiple reconstruction kernal can dramatic reduce the radiation dose of patients and images achieve diagnostic requirements, it has great value in clinical practice.

Tube-current Modulation Technique; Image Quility; Noise

R322.7+2

A

深圳市科技研发资金项目(JCYJ20130402114431528)，深圳市医疗卫生科研项目(201303039)

10.3969/j.i s sn.1672-5131.2016.11.037

成官迅

2016-10-09