光子探测器双源CT大螺距扫描在腰椎外伤检查中的应用

汪素涵， 杨涛， 万光宇， 孔曙兵， 单士刚， 余开湖

多排螺旋CT 较普通X线片具有更高的密度分辨力和多种成像后处理功能，对显示腰椎的椎小关节、软组织结构包括椎间盘和硬膜囊等结构具有明显的优势，临床上腰椎外伤患者行多排螺旋CT检查非常多见。研究表明，一次常规腰椎螺旋CT检查的有效剂量约为5.6 mSv，估计癌症风险率为1/3200[1]，因此优化CT检查中的辐射剂量，以确保它符合“尽可能的低剂量原则(as low as reasonably achievable，ALARA)[2]”至关重要。本研究前瞻性纳入60例腰椎外伤患者行光子双源CT扫描，30例行常规检查，30例行大螺距扫描，探究光子探测器双源CT大螺距扫描是否可以减少辐射剂量，图像质量能否满足临床诊断要求。

材料与方法

1.病例资料

将2017年9月-2018年3月在咸宁市中心医院行CT检查的60例腰椎外伤患者依就诊顺序分为两组：常规扫描组(A组)、大螺距扫描组(B组)，每组各30例。病例入选基本条件：①成人(≥18岁)腰椎外伤患者；②排除腰椎其它骨病(病理性骨折、腰椎肿瘤及肿瘤样病变、腰椎感染性疾病等)；③排除骨折有金属内固定的患者。本研究方案经医院伦理委员会同意，所有入选患者均须签署知情同意书。检查前，对每个患者的身高和体重都作记录，并计算出体重指数(BMI)。两组患者的一般资料，包括性别、年龄、BMI见表1。

2.检查方法

采用Siemens Somatom Definition Flash Dual-source光子探测器双源 CT扫描机，所有患者行仰卧位平扫，扫描范围从T11椎体至S2椎体。扫描参数：A组,120 kV，CARE Dose 4D自动mAs技术，螺距0.8，转速1.0 s/r，采用迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction，SAFIRE)，卷积核设为软组织算法I30f medium smooth，迭代等级为3；骨算法设为I50f medium shap ASA，迭代等级为3 ，X线准直宽度128×0.6 mm，重建层厚1.0 mm，软组织窗350/40，骨窗1500/450；B组，螺距3.0，转速0.28 s/r，其他参数同A组。

3.图像分析

所有病例分别进行软组织算法重建和骨算法重建，扫描完成后原始数据传送至工作站(syngo via)进行多平面重组(MPR)、曲面重组(CPR)、容积再现(VR)等后处理，图像质量评估包括主观定性评估和客观评估，客观评价是由一名初级职称的放射科医师(隐去患者个人信息及扫描参数)测量图像CT值和噪声(standard deviation，SD)，计算出图像信噪比(SNR)。图像噪声测量：软组织算法兴趣区(region of interest，ROI)选取腰3或腰4椎弓根平面椎间盘中心处，骨算法ROI选取L3或L4椎体的中心层面(图1)，尽量避免明显的骨岛、脂肪变性及伪影，ROI的面积取10.0 mm2，测量ROI的CT值和噪声(SD)，计算出图像信噪比(SNR=CT值/SD)。主观评估由2位中级职称以上的放射医师对已处理过(隐去患者个人信息及扫描参数)的全部图像进行图像质量的评分，评价指标为椎体、横突、棘突、椎间盘、硬膜囊和双侧腰大肌；两位医师评分不一致时，请第三名更高年资的主任医师进行最终评分。主观评分根据图像质量进行分级[3]：2分，噪声很小、结构轮廓清晰、完全能够诊断；1分，适度的噪声、结构可见，但轮廓不是很清晰、可以诊断；0分，有较大噪声、大致结构能看到、轮廓模糊、不能进行诊断。

4.辐射剂量统计

标准剂量扫描及低剂量扫描放射容积CT剂量指数[CT dose index volume，CTDIvol(mGy)] 、剂量长度乘积[dose-length product，DLP(mGy·cm)]来自扫描时计算机自测值。患者的有效剂量[effective dose，ED(mSv)]为DLP×k，腰椎的k值采用0.0129[4]。

5.统计学分析

用SPSS 20.0统计软件，计量资料以均数±标准差表示，比较两组患者的一般资料，患者性别采用Fisher确切概率法进行统计，年龄、体重指数(body mass index，BMI)、组间图像的信噪比和辐射剂量，采用独立样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.检查对象和辐射剂量分析

A组男17例、女13例，B组男19例、女11例，P=0.833(P>0.05)，两组男女比例差异无统计学意义；患者年龄、BMI和辐射剂量见表1。

表1 检查对象和辐射剂量比较

图1 图像噪声测量，ROI的面积取10.0mm2。a) 骨窗ROI选取腰3椎体的中心层面； b) 软组织窗ROI选取腰3椎弓根平面椎间盘中心处； c) 定位图。 图2 A组患者，男，61岁，BMI=24.15，L3椎体左前缘骨折。a) 椎间盘层面，椎间盘、硬膜囊及腰大肌显示清晰； b) 椎体层面，L3椎体左前缘骨折(箭)； c) L3椎体上缘稍下凹(箭)。 图3 B组患者，男，58岁，BMI=23.94，L2椎体骨折。a) 椎间盘层面，椎间盘、硬膜囊及腰大肌显示清晰； b) 椎体层面，L2椎体骨折(箭)； c) L2椎体上缘下凹(箭)。

A组和B组在患者年龄、BMI方面差异无统计学意义(P>0.05)。B组的管电流、CTDIvol、DLP和ED均显著低于A组(P<0.01)。

2.图像质量分析

主观图像质量评估：A组图像质量可诊断的病例数(被评价为1分或2分)占96.7%(29/30)；B组图像质量可诊断的病例数占 93.3%(28/30)，两组图像质量可诊断的病例数没有明显差异。然而B组图像质量被评价为 1分及0分的多于 A 组，A组平均分(1.67)较B组平均分(1.53)高(表2，图2、3)。

客观图像质量评估：比较两组骨窗及软组织窗ROI的CT值、SD及SNR，B组的CT值及SNR稍低于A组，但差异无统计学意义(P>0.05，表3，图4、5)。

表2 主观图像质量评估

图4 A组，男，58岁，BMI=21.8。a) 软组织窗，SD=6.0； b) 骨窗，SD=2.08。 图5 B组，男，70岁，BMI=23.4。a) 软组织窗，SD=6.0； b) 骨窗，SD=2.03。

表3 客观图像质量评估

3.诊断结果分析

A组：阴性13例，阳性17例，其中骨折12例(椎体压缩性骨折9例，爆裂性骨折2例，单纯附件骨折1例)，椎体滑脱2例，椎间盘病变3例；B组：阴性14例，阳性16例，其中骨折13例(椎体压缩性骨折10例，爆裂性骨折1例，单纯附件骨折2例)，椎体滑脱1例，椎间盘病变2例(图6)。

讨 论

目前临床上降低辐射剂量的方法有自动调节管电流及管电压技术(CARE kV及CARE dose 4D技术)、大螺距扫描技术、前瞻性心电门控、低电压技术以及迭代重建等，具有高对比度的脊椎可以采用最低管电流值和大螺距进行扫描，从而降低癌症风险[5]。当扫描范围一定时，辐射剂量随着螺距的增加而减少，即螺距与辐射剂量成反比。增大螺距，由于扫描z轴上某一点的受照时间缩短，会导致图像噪声增加，图像质量降低。光子探测器双源CT(Stellar detector dual-sourec CT)配备了两组能进行128层图像同步采集的探测器系统，机架的转速缩至0.28 s/r，其利用两组探测器同步互补的无缝螺旋扫描。大螺距采集扫描速度达到480 mm/s，从而能瞬间完成检查，在检查速度及图像质量明显提升的同时大幅度降低辐射剂量，大螺距扫描技术是降低辐射剂量最显著的方式，需更多的研究来证明大螺距扫描技术的临床价值。以往文献双源CT大螺距模式在胸部、腹部应用较多[6-7]，采用大螺距模式在腰椎扫描的文献未见报道。

本研究常规剂量组有效剂量最大值5.2 mSv(BMI 28.9)，最小值2.8 mSv(BMI 19.7)，平均约4.1(BMI 22.2±3.5)，大螺距组有效剂量最大值3.9 mSv(BMI 28.6)，最小值1.9 mSv(BMI 20.4)，平均约2.8 mSv(BMI 24.6±3.2)，大螺距组较常规剂量组平均有效辐射剂量降低了约31.7%，两组图像质量没有明显区别，都能对腰椎外伤做出明确诊断。瑞典2006年的标准腰椎CT平均有效剂量约为8.7 mSv[8]，Paula等[1]通过人体模型进行不同方案CT扫描，计算出腰椎CT扫描的有效剂量为5.6 mSv，本研究中常规剂量组平均辐射剂量较前者偏低，有以下两个因素，一是亚洲人较欧洲人体型偏小，二是CT机型的不一致，Siemens光子探测器双源CT采用的Stellar探测器，因常规探测器多个步骤的信号转换和传递过程中发生弱化并产生电子噪声，Stellar光子探测器将模数转换的全部过程整合于单个芯片中，明显缩短路径、减少信号损耗和散热，从而减小电子噪声并提高信噪比，因此Stellar光子探测器可以在较低放射剂量检查中减小图像噪声。同时Siemens光子双源CT采用的迭代重建技术(adaptive statistical iterative reconstruction，SAFIRE)较传统滤波反投影法(Filtering Back-Projection，FBP)重建技术可以明显降低辐射剂量[9-10]。

本研究存在以下局限：首先，本CT机型最大螺距可达3.4，本研究只应用了3.0的大螺距，没有对不同大螺距降低辐射剂量的扫描进行对比。第二，没有对两种扫描方式对腰椎骨折诊断的敏感度、特异度和符合率进行统计学分析，因对腰椎骨折的确诊没有完整的手术结果或MRI结果提供诊断标准。第三，考虑本研究中体重过重和肥胖患者的数量很小，没有对大螺距扫描在不同BMI患者的图像质量差异进行研究。

图6 B组，女，60岁，BMI=24.0，大螺距扫描清晰显示L1椎体爆裂性骨折。a) 软组织窗，L1椎体骨折(箭)，后方硬膜囊受压； b) 骨窗，L1椎体及右侧椎弓根骨折(箭)； c) 骨窗，骨折片向后移位； d) VR显示L1椎体变扁(箭)； e) VR显示L1椎体变扁(箭)； f) MPR显示骨折片分离(箭)。

总之，光子双源CT大螺距扫描腰椎外伤的图像质量和诊断效果与常规扫描方式无明显差异。在评估腰椎创伤患者时，可以采用大螺距扫描代替常规扫描方式，降低患者的辐射剂量。