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低kVp联合迭代重建技术在正常体重指数患者腰椎多层螺旋CT成像中的临床应用
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低kVp联合迭代重建技术在正常体重指数患者腰椎多层螺旋CT成像中的临床应用

【摘要】目的: 探讨腰椎多层螺旋CT检查低kVp联合迭代重建技术在正常体重指数患者中的临床应用价值。材料与方法: 将60例临床要求行腰椎多层螺旋CT扫描的正常体重指数(<25kg/m2)患者因不同管电压随机分为三组,分别采用管电压为120kVp、100kVp及80kVp进行扫描,再根据FBP(滤波反投影法)或迭代重建技术SAFIRE(正弦图迭代重建法)的不同再分为五组,分别为120kVp+FBP、100kVp+FBP、100kVp+SAFIRE、80kVp+FBP以及80kVp+SAFIRE。在五组图像中,划定感兴趣区测量噪声值及信噪比,同时由2名放射科医师进行图像质量主观评分;运用CTDIvol、DLP及ED评估三组不同管电压的辐射剂量,采用CARE Dose 4D软件记录平均管电流,将各数据进行统计学分析。结果 当管电压降至100kVp时,辐射剂量明显下降,图像噪声有所增加,但是图像信噪比及主观评分仍可满足诊断需要,若联合迭代重建技术,其图像质量与120kVp无明显区别。当管电压降至80kVp时,虽然辐射剂量进一步降低,但是噪声明显增加,信噪比及主观评分明显下降,即使联合迭代重建技术,图像质量也无明显提高,影响诊断。结论 在正常体重指数患者的腰椎多层螺旋CT检查中,降低管电压至100kVp时可明显降低辐射剂量,同时保证图像质量,而联合迭代重建技术可更加优化图像质量。但是若管电压降至80kVp时,虽然辐射剂量大幅度减低,但是图像质量难以满足诊断需要。

【关键词】低kVp;腰椎;CT;迭代重建;辐射剂量

随着影像技术的快速发展,腰椎多层螺旋CT检查在临床工作中起到了重要的作用,但是CT检查所产生的辐射剂量增加,而辐射所致的癌症风险也逐渐增加[1.2]。这就要求进行低剂量个性化扫描,即根据患者的具体情况,采用较小的CT辐射剂量达到可满足诊断的图像质量。现阶段,降低CT辐射剂量主要依靠对检查方法和扫描参数的优化来实现。降低管电压是降低辐射剂量的有效方法,但是会增加图像噪声;而近年来出现并发展的迭代重建技术具有降低图像噪声,提高图像质量的优点。因此如何使二者达到最佳结合是许多放射学工作者努力的方向。本研究旨在探讨腰椎多层螺旋CT低管电压联合迭代重建技术在正常体重指数患者中的临床应用,为腰椎低剂量个性化扫描奠定基础。

资料与方法

一、 患者资料

收集2016年6月至12月在本院门诊就诊,经临床病史及体格检查拟诊为腰椎疾病的、经骨科或疼痛科医生建议需要进行腰椎多层螺旋CT扫描的患者。排除标准:体重指数大于25kg/m2的患者;扫描后图像存在明显运动伪影或者表现为明显的异物及金属硬化条状伪影的患者;腰部疾病无法站立的患者。共有60例患者纳入本研究,男32例,女28例;年龄23~70岁,平均45.82±12.28岁。本研究方案经医院医学伦理委员会批准,且所有受检者均知情并签署了知情同意书。

二、扫描方法及分组

1. 扫描方法和参数:均采用德国Siemens Somatom Definition CT 机行腰椎CT平扫。扫描范围根据定位像自第12胸椎水平至第1骶椎水平。采用容积扫描及自动管电流调节技术(Siemens Healthcare , Forchheim, CARE Dose 4D),参考管电流设置为300mAs。探测器宽度为64×0.6mm,螺距为1.35,X线管转速为0.5s/周,重组间隔为1mm。图像重建方法:滤波反投影法(filtered back projection , FBP)和正弦图迭代重建法(sinogram-affirmed iterative reconstruction , SAFIRE),滤波强度3。

2. 分组:根据管电压不同,随机将患者分为三组,分别为120kVp、100kVp、80kVp,在此基础上再根据重建方法不同分为五组,分别为:120kVp+FBP、100kVp+FBP、100kVp+SAFIRE、80kVp+FBP以及80kVp+SAFIRE。

三、图像分析

1. 客观评价(图像噪声及信噪比测量):参考郑余泽等[3]测量图像噪声的方法,在设备后处理工作站中,选择第2腰椎体水平的横断位图像进行噪声值及信噪比的测量,在软组织的窗宽选取肾脏实质、腰大肌及竖脊肌,感兴趣区大小为20mm2,测量左右对称2点且取平均值。感兴趣区噪声值为区域内测量CT值的标准差(standard deviation , SD),感兴趣区内信噪比为区域内CT值/SD值。

2. 主观评分:由2名5年以上工作经验的影像科诊断医师,共同采用5分制,对五组重建的腰椎矢状位图像质量进行评分,若遇意见不同时经商榷达成一致意见。评分标准如下:5分,解剖细节清晰,能简单明了的评价;4分,解剖结构及细节较清楚,能够评价,但是不理想;3分,大部分解剖结构可以满足诊断,但少数图像不能进行评价;2分,解剖结构不清楚,细节不足以被发现,影响诊断;1分,解剖结构模糊,不能诊断。

四、CT辐射剂量

从仪器中记录管电压分别为120kVp、100kVp及80kVp的CT容积指数(CT dose index volume , CTDIvol)及剂量长度乘积(dose length product , DLP),并计算有效辐射剂量(effective dose , ED),由DLP剂量长度乘积乘以特定的转换系数K值,参考欧盟委员会关于CT的质量标准指南K=0.017mSv.mGy-1.cm-1 。

五、统计学方法

采用SPSS统计软件包进行统计学分析。采用单因素方差分析比较3组患者的年龄、性别以及根据重建方式不同分为5组的图像噪声值、信噪比,组内两两比较采用Bonferroni法,主观评分采用非参数检验。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

一、患者一般资料

因管电压不同,60例患者随机分为三组,20例为120kVp、20例为100kVp及20例为80kVp。三组患者性别、年龄之间比较均无统计学意义(性别比较统计值=0.463、P=0.79;年龄比较统计值=0.262、P=0.77)。

二、图像质量

1.客观评价:在不同的管电压及重建方式下,其五组内图像噪声及信噪比之间差别存在统计学意义(表1、2)。组内两两比较后,图像噪声除120kVp+FBP与100kVp+SAFIRE两组间比较无统计学意义(肾脏实质噪声P=0.98、腰大肌噪声P=1.00、竖脊肌噪声P=1.02),其余各组间差别均存在统计学意义,其中以80kVp+FBP图像噪声值最大;而图像信噪比也表现出120kVp+FBP与100kVp+SAFIRE两组间比较无统计学意义(肾脏实质信噪比P=0.99、腰大肌信噪比P=1.00、竖脊肌信噪比P=0.83),然而在竖脊肌图像信噪比中80kVp+SAFIRE的信噪比与100kVp+FBP之间差别无统计学意义(P=0.08)。(图1)

表1 各组图像噪声测量结果(HU,`x±s)

不同管电压及重建方式腰2椎体水平横断面图像噪声

表2 各组图像信噪比比较结果

2.主观评分:在不同的管电压及重建方式下,五组内的主观评分差别存在统计学意义(表3)。经两两比较后,除120kVp+FBP与100kVp+SAFIRE之间以及80kVp+FBP与80kVp+SAFIRE之间差别无统计学意义(P值分别为0.20、0.39)外,其余各组间差别都具有统计学意义。(图2)

表3 各组图像质量主观评分比较结果

3.辐射剂量:在不同的管电压下,三组间的管电流比较无统计学意义(表4),而CTDIvol、DLP以及ED的差异及两两比较后结果均有统计学意义(表5),其中100kVp与80kVp的ED较120kVp下降约43%、76%。

表4 不用管电压条件下采用CARE 4D自动管电流调制技术后平均管电流(mAs)

不同管电压

表5 不同管电压条件下辐射剂量对比结果

讨论

腰部疾病在临床工作中非常常见且发生率较高,影响患者生活质量。在世界范围内,腰椎的前后位及侧位X线平片虽然已经成为了解腰椎病变的主要影像学检查方法,但是其在评估腰椎细微解剖结构及腰椎椎间盘上诊断效能还不能让人满意[4]。而腰椎MRI检查尽管是评价脊髓病变的最佳影像检查手段,然而CT检查对于了解腰椎骨质改变,尤其是区分腰椎椎间盘突出还是骨质增生造成的神经椎间孔狭窄时则更加准确,况且腰椎MRI检查还存在检查时间长以及禁忌症多的情况,不适合急诊腰椎外伤的患者。然而,腰椎CT检查为了取得清晰的图像,并且完成图像后处理,实际操作中经常需要对患者进行大范围扫描,由于腰椎CT扫描的特定范围中包括了多种对X射线敏感的器官,比如乳腺、胃肠道、骨髓以及性腺外生殖器器官,这种辐射不仅具有引起与放射线有关的癌症的风险,而且还有可能导致年轻人群的遗传缺陷[4],而对于病情需要反复检查的患者更是如此,患者将接受更多的X线辐射剂量。因此,如何在保证图像质量的前提下,降低辐射剂量成为研究的热点。既往研究[5-8]多以调整管电流来减少辐射剂量,而以调整管电压为主的方法,国内报道较少。

本研究结果显示,正常体重指数范围内的患者,在行腰椎多层螺旋CT常规扫描的时候,使用管电压100kVp,会使图像噪声略有增加,信噪比略有下降,但仍然可以满足诊断,如果在此基础上联合应用迭代重建技术则可进一步降低噪声,优化图像质量,提高信噪比,其与管电压120kVp的CT图像之间客观评价及主观评分均无统计学意义,而患者接受的X线辐射剂量却降低了约43%。但是使用管电压80kVp,虽然辐射剂量进一步降低(较120kVp降低约76%),但是图像噪声大幅度增加,信噪比及图像质量明显下降,即使联合迭代重建技术,两者间图像主观评分差别无统计学意义,从而影响诊断。

有研究[9]显示降低管电压时,X线穿透力减弱,图像噪声增加,会影响信噪比,同时在某种程度上会影响CT值的测量。在本研究中发现,在竖脊肌图像信噪比中80kVp+SAFIRE的信噪比与100kVp+FBP之间差别无统计学意义,笔者考虑可能是由于管电压的降低使得部分组织CT值升高,从而影响了信噪比的测量。

有学者[3.6]也采取了降低管电压的方法,而且同时还采用提高管电流来进行补偿,这样在某种程度上会增加辐射剂量,本研究中采用的是自动管电流调节技术(CARE Dose 4D),其具有实时在线调节mAs的作用,既可以提高射线的利用效率,又能保证和提高图像质量,特别是体重指数较小的患者能够降低辐射剂量[10]。本研究中三种不同管电压下,其平均管电流之间比较无统计学意义。

另外,有研究[8.11]在腰椎CT扫描前,根据患者腰围的不同选择扫描参数,以便减低辐射剂量,体现个性化扫描方案。但是笔者认为,测量腰围虽然简单易行,但是测量标准与方法不统一,且容易受身高和体型影响,而体重指数是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准,因此本研究中仍然选择体重指数来筛选患者,且选择小于25kg/m2的正常体重指数的患者为研究对象。

本研究的不足之处:1.样本量偏小;2.降低管电压后影响CT值的测量,同时人为划定感兴趣区测量存在误差;3.仅对图像质量进行评价,未对腰椎具体疾病的影像表现进行分析;4.对于体重指数大于25kg/m2的患者未纳入研究范围。

综上所述,在正常体重指数的患者中,行腰椎多层螺旋CT检查时,可直接采用管电压100kVp进行扫描,在保证图像质量的同时还可以减低辐射剂量,若联合迭代重建技术,图像质量进一步优化,可获得与常规管电压120kVp相同的图像质量;但是,并不推荐使用管[8.10]电压80kVp进行扫描,即使联合迭代重建技术,也难以保证图像质量。

参考文献

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