自动管电流调制低剂量CT技术在腮腺肿瘤中的应用价值

摘要 目的 探讨自动管电流调制(ATCM)技术对腮腺CT图像质量及腮腺辐射量的影响。方法88例临床诊断腮腺肿块的患者随机分为两组，每组44例，A组为常规剂量组120kV+mAs，FBP重建；B组为低剂量组120kV+ATCM扫描，AIDR重建。对比两组客观图像质量(噪声值和信噪比) ，主观图像质量评分及CT剂量指数CTDI及有效剂量乘积DLP。结果 两组扫描时腮腺病灶、正常腮腺实质、皮下脂肪的噪声值、病灶信噪比和对比噪声比比较，差异均无统计学意义( P 均＞0．05)。A组主观图像质量评4分34例，3分10例，B组分别为31例、13例，两组图像均可以满足诊断要求，图像质量评分比较差异无统计学意义( P＞0．05;A组CT剂量指数为( 28．29 ± 0．44) mGy，高于B组的( 24．61 ± 0．91) mGy( P＜0．005) ，A组有效辐射剂量为(2.43 ± 0．37 ) mGy，高于B组的(1.01± 0．25)mGy。结论 采用 ATCM 结合迭代重建对腮腺肿瘤患者进行扫描，可以有效降低腮腺辐射剂量，图像质量可以满足诊断需要。

关键词 腮腺 计算机断层成像 自动管电流调制 辐射剂量 图像质量

Effect of automatic tube current modulation technique on quality of parotid gland CT images and parotid gland radiation dose.

【Abstract】 Objective To explore the effect of automatic tube current modulation( ATCM) technique on the quality of parotid gland CT images and the radiation parotid gland dose．Methods：eighty-eight patients with parotid gland diseases were randomly divided into two groups，with forty-four cases in each group．Group A underwent routine CT scan while Group B underwent scan with ATCM technique.The objective quality of images( including noise value and signal-to-noise ratio) ，subjective quality score of images and CT dose index were compared between the two groups．Results No differences were found between the two groups in noise values of parotid gland focus，parotid gland nodules and parotid gland parenchyma，or the signal-to-noise ratio of cleidomastoid( all P＞0．05)．thirty-four cases and ten cases in Group A achieved 4 scores and 3 scores of subjective quality of images compared to thirty-one cases and thirteen cases in Group B,respectively．There was no significant difference in the quality score of image between the two groups(P＞0．05)．The CT dose index of Group A was higher than that of GroupB(28．29 ± 0．44mGy vs．24．61 ± 0．91 mGy; P＜0．05 ).Conclusion ATCM technique can obtain good quality of images and significantly reduce the parotid gland radiation dose in the scanning for patients with parotid gland diseases.

【Key words】parotid gland，computer tomography，automatic tube current modulation，radiation dose，imaging quality

CT(computed tomography)技术是腮腺肿瘤术前诊断和评估的重要影像学检查方法；CT影像上肿块的形态和边缘光滑清晰程度是鉴别良恶性肿瘤的重要特征。CT检查虽然可以为腮腺肿瘤诊断提供重要的影像学信息，但同时也带来了辐射剂量的危害；并且腮腺对射线辐射较为敏感，因此腮腺CT辐射剂量的问题越来越受到人们的关注^[１－２]。在不影响图像诊断质量的前提下，减少对腮腺的辐射剂量成为一个亟待解决的问题。自动管电流调制 ( automatic tube current modulation，ATCM) 技术是根据个体不同解剖结构的衰减特性来控制输出管电流，其可在一定程度上降低辐射剂量^[３－４]。迭代重建是先分析CT系统采集信号时的物理特性，得到统计学模型，再根据空间识别电子并去除量子噪声，根据解剖模型进行反复对照加强组织结构的显示^[５]。自动管电流调制技术和迭代技术的结合可以较好的降低图像噪声，提高图像质量^[６－７]。本研究旨在使用ATCM结合迭代重建技术对腮腺进行低剂量CT扫描,与常规剂量扫描的图像质量和辐射剂量进行对比，探讨腮腺低剂量CT在腮腺肿瘤诊断中的可行性。

资料与方法

1.1临床资料

本研究经过医院伦理委员会审议通过，所有病人签署知情同意。收集2016年9月至2018年3月我院收治的临床疑似腮腺肿瘤患者，并经手术或穿刺活检获得最终病理结果。患者按照性别、年龄、身高和体质指数匹配分为A、B两组，分别为常规剂量组（A组）和低剂量组（B组），两组患者性别、年龄、等资料比较，差异无统计学意义( P均＞0．05)，具有可比性。最终共纳入88例患者，男49例，女37例，年龄25～78岁，中位年龄46岁；身高1.57～1.86（1.65±0.14）m，体质量指数（body mass index，BMI) (24.20 ± 3.16)kg /m²。

1．2 检查方法 采用东芝公司Aquiline one CT640层螺旋CT扫描仪（日本东芝公司生产）所有患者取仰卧位扫描。

常规剂量组采用常规扫描:管电压120kV，固定管电流 250mA，原始数据行滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）重建；低剂量组采用 ATCM扫描:自动毫安的管电流范围为40-112mA，平均为51.31 ±1.60 mA，噪声指数值设为10，获得的原始数据行AIDR (adaptive iterative dose reduction)迭代重建。其他扫描参数两组一致:机架转速0．5s /圈，螺距0.637:1，重建层厚3.0 mm，层间距3.0 mm，每例患者均行平扫扫描，扫描范围及方向为自蝶鞍层面至下颌角。

1.3 图像分析

两组不同重建方式下的CT图像，由1名3年工作经验的住院医师使用东芝Vitrea工作站进行客观测量，选取密度均匀区作为感兴趣区，大小为 20mm²，分别测得腮腺病灶、正常腮腺实质及同层周围皮下脂肪的CT值及其标准差（SD standard deviation），以同层皮下脂肪的SD值作为背景噪声（BN backgroung noise），计算信噪比（Signal-to-noise-ratio,SNR= CT病灶/SD脂肪 ）和对比噪声比（Contrast-to-noise ratio,CNR= （CT病灶-CT腮腺）/SD脂肪）。    

由两位高年资主任医师，在PACS工作站上根据两组影像的图像均匀性和伪影程度，对图像质量进行评分，并给出腮腺肿物良恶性的判断。在PACS系统中隐去患者所有基本信息和扫描信息，两位医生不知晓扫描方式和最终病理结果，两组图像随机选取评估，评分和良恶性诊断不一致的最终协商取得一致。评分标准，4分：图像质量好，无伪影，正常组织及器官实质密度均匀细腻，正常腮腺和肿瘤边界可辩，根据肿瘤边缘和密度信息可以确定良恶性；3分：图像质量尚可，存在少许伪影和噪声正常腮腺和肿瘤组织边缘较清晰，基本可以辨别腮腺肿瘤边缘和密度信息，可以给出良恶性的诊断；2分：图像质量较差，有较多噪声或伪影，对于腮腺病灶边缘、密度情况评估有困难，良恶性诊断有困难。1分：图像质量存在明显伪影，无法进行诊断。手术或活检病理结果作为最终诊断的金标准。

辐射剂量：采用东芝640层螺旋CT自动生成放射剂量报告，记录两组CT剂量指数（CT dose index，CTDIvol）、CT剂量长度乘积（dose length product，DLP）。计算有效辐射剂量（effective dose，ED），采用公式ED=DLP×k（k=0.0052mSv/mGy·cm）。

1.4统计学分析

各组剂量资料数据用均数加减标准差（±s）表示，首先对数据进行正态性及方差齐性检验，方差齐性者采用独立样本t检验，方差不齐者采用秩和检验。对常规剂量组和低剂量组的背景噪声、信噪比和对比噪声比进行比较，比较采用独立样本t检验；对低剂量组中不同BMI亚组的背景噪声、信噪比和对比噪声比进行比较，比较采用多因素方差分析。评价两位CT影像诊断医师图像质量评分的一致性，采用秩和检验进行统计学分析。以最终病理结果作为金标准，判断常规剂量组和低剂量组对腮腺肿瘤良恶性诊断准确率的差异。应用SPSS19.0软件包进行统计学分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

2.结果

2.1图像质量客观评价

常规剂量组和低剂量组的背景噪声相仿，分别为11.54 ±0.57和10.50 ±0.51，无统计学差异（P>0.05）；两组腮腺病灶的信噪比和对比噪声比分别为4.98±0.31和4.97±0.30，17.53±1.91和18.72±1.11，均无统计学差异（P>0.05）（表1）。

表1：常规剂量组和低剂量组图像质量参数表

2.2两组主观图像质量评分和腮腺肿瘤的良恶性诊断

A组图像质量主观评分4分27例，3分3例，B组4分24例，3分 6例，两组均无2分、1分图像。两组图像质量评分比较差异无统计学意义( Z =－1．732，P = 0．085) 。

　　　　　　　　　　　　　　　　　AIDR（低剂量组迭代重建图像）FBP（常规剂量组滤波反投影重建图像）

图１，男，45岁                图2，男，56岁

AIDR低剂量组迭代重建图像）FBP（常规剂量组滤波反投影重建图像）

图3，男，52岁              图4，女。48岁

2.3 腮腺肿物良恶性判断准确率

常规剂量组28例良性肿瘤，正确诊断24例（24/28，85.7%），有4例被误诊为恶性；恶性肿瘤16例，正确诊断12例（12/16，75.0%），有4例被误诊为良性；所有44例肿瘤中共正确诊断36例（36/44，81.8%），误诊8例。低剂量组26例良性肿瘤，正确诊断21例（21/26，80.7%），有5例被误诊为恶性；恶性肿瘤18例，正确诊断13例（13/18，72.2%），有5例被误诊为良性；所有44例肿瘤中共正确诊断34例（34/44，77.7%），误诊10例，结果见表3。常规剂量组和低剂量组对腮腺肿瘤良恶性诊断的准确率相仿，无统计学差异（p=0.597，表4）。

表2  常规剂量组腮腺肿瘤诊断准确率

表3  低剂量组腮腺肿瘤诊断准确率

2.4 辐射剂量分析

常规剂量组平均CTDIvol、DLP及ED分别为17.93±0.91m mGy、463.78±70.42mGy·cm和（2.43±0.37）mSv；低剂量组为6.57±1.39mGy、170.85±42.74mGy·cm和1.01±0.25mSv，低剂量组的辐射剂量明显低于常规剂量组（P<0.05），CTDIvol及ED分别减低了63.34％和63.16％。

常规剂量组有效辐射剂量为(2.43 ± 0．37 ) mGy，高于低剂量组的(1.01± 0．25)mGy(t=10．650，P＜0．001) 。

3.讨论

随着医疗技术的进步，CT临床应用越来越广泛，随之带来的CT辐射对人体的损害日益显著。腮腺是CT扫描常见的部位之一，并且作为消化腺，腮腺也是CT辐射敏感器官，腮腺接受过量辐射会引起腮腺分泌功能下降。因此患者在CT扫描过程中受到的辐射损害日趋得到关注；低剂量CT在腮腺的应用越来越受到临床的重视，如何在保证图像质量的同时降低辐射剂量成为研究的热点。本研究采用自动管电流调制技术，根据个体不同解剖结构的衰减特性来控制输出管电流，来达到降低辐射剂量的目的；同时使用最新的三维迭代重建的方式，来弥补降低辐射剂量带来的图像质量损失。这种适当的改变扫描条件同时选择合适的图像重建算法可使图像质量最优化，在胸腹部疾病中已经显示了很好的应用价值^[8，9]。

图像质量和病灶与周围组织的对比情况是影响影像医生诊断结果准确性的重要因素，评价图像质量客观指标包括背景噪声、信噪比和对比噪声比。高质量的图像具有低背景噪声、较高的信噪比和对比噪声比，前者是图像组织的均匀度，扫描剂量降低直接导致组织噪声增加；后者相当于图像对比度，即病灶与背景具有较高的密度差或信号对比差，因此高对比噪声比很大程度上取决于病变与正常组织的本质特性。本研究对象为性质相近的腮腺病变，其病理生理改变及组织结构特点相似，本质特性差异不明显，因此将对比噪声比作为评价图像质量指标非常有意义。信噪比即为兴趣区组织密度与噪声值之比，图像噪声值用感兴趣区CT值标准差表示。影响图像噪声的因素包括各种扫描参数，如层厚、管电流( mA·s) 、管电压( kV) 、重建算法、视野等^[１０]。

本研究中对低剂量组患者采取自动管电流调制技术，其原理为根据正、侧位定位图受检组织的体积和密度数据输出不同管电流值( mA·s) ，而其他参数保持不变。管电流与辐射剂量成正比，Bang M^[１１]等就在鼻窦扫描研究中将管电流从标准的100mAs降低为40mAs、20mAs及10mAs，再结合不同的重建方法，其辐射剂量不同程度地降低了约6%、12%及22%，这样辐射剂量降低的同时，必然会使图像质量下降，所以选择合适的原始数据重建方法可以弥补剂量降低带来的图像质量损失^[1２]。本文低剂量组使用迭代重建算法（Iterative Reconstruction，IR )，相对于滤波反投影法FBP ^[1３]，迭代重建算法基于光子统计学，能够更精确地计算多种噪声模型，降低图像噪声，进一步提高图像空间分辨力 ^[14-16] ，最终获得的背景噪声值为10.50±0.51，接近预设的噪声值10，说明AIDR技术很好的补偿了降低剂量带来的图像噪声的增加，使得低剂量组的背景噪声可以达到与常规剂量组相仿。本文中涉及的腮腺病变种类相似，采用信噪比和对比噪声比来评价两组病灶与背景的对比度差别有意义。在低剂量组的参数设定表中，最大管电流和噪声指数设定决定了图像质量好坏，我们将管电流最大值设定为250 mA，与A组固定管电流一致。有研究者认为将噪声指数设为在12以内，图像噪声值升高不明显，不会影响诊断^[17]。为较好地保证图像满足诊断要求，本研究将噪声指数设置为10，结果显示两组影像中腮腺肿瘤与周围组织的信噪比和对比噪声比相仿，没有统计学差异；说明两组影像中腮腺肿瘤与周围正常腮腺组织的对比度相仿。

影像科医生对腮腺病变的认识相结合，对图像质量进行主观评价评分和病灶良恶性的判定。主观评分结果显示两组图像质量评分均为于4分和3分的高质量评分，并且无统计学差异；提示ATCM结合迭代重建方式的低剂量CT提供的图像质量可以满足临床诊断要求。在对腮腺肿瘤良恶性的判别方面，虽然低剂量组诊断的正确率略低于常规剂量组，但没有统计学差异；可能与低剂量组有更多的恶性肿瘤有关。腮腺肿瘤中良性肿瘤多见，常见的有混合瘤、腺淋巴瘤和肌上皮瘤，这些肿瘤在形态学上有共同的良性特征，即肿瘤较小、形态规则、边缘光滑清晰；而恶性肿瘤体积相对较大，也可以与良性肿瘤相仿，但形态多不规则，并且边缘不光滑、不清晰是与良性肿瘤最重要的鉴别点[]。降低辐射剂量引起的图像噪声增加会对腮腺肿瘤与正常腮腺组织的交界面的清晰程度有一定的影响，在某种程度上可能会影响良恶性的判定，这需要更大样本的详细分析进一步确定。

表示组织接受辐射剂量的参数包括CT剂量指数、CT剂量长度乘积和有效辐射剂量。CT剂量指数表示螺旋CT扫描一圈范围内辐射剂量，而剂量长度乘积是完成整个扫描范围内辐射剂量；有效剂量考虑了全身受到非均匀照射的情况，因此将受照组织或器官的当量剂量与相应的组织权重因子乘积的总和。因为本研究对三者均进行了比较，发现低剂量组的辐射剂量被显著降低，起到了对腮腺组织的保护作用。  

综上所述，自动管电流调制技术结合迭代重建算法能够很有效地降低患者辐射剂量，同时又能够提高图像质量。在腮腺疾病的诊断中具有一定价值，值得进一步临床应用和研究。

参考文献

［1］Huang HJ,Song G,Shi L,et al. The principle and clinical application of low does helix CT[J]．Journal of chinese Oncology，2016，22(4)：316-321．

［黄洁惠，宋歌，石磊，等．低剂量螺旋CT的原理及临床应用[J] ． 肿瘤学杂志，2016，22(4)：316-321．］

［2］Hu XP,et al. Effect of low-tube voltage combined with iterative reconstruction algorithm(arithmetic) on image quality and radiation does of chest CT angiography[J] ．Contemporary medicine

，2017，3（29）：82-84．［胡晓萍,等．低管电压联合迭代重建算法对胸部CT血管造影成像图像质量及辐射剂量的影响 [J] ．当代医学，2017，3（29）：82-84．］

［3］Gao XY,Zang H,Shi C,Pan ZL, et al. Development of iterative reconstruction algorithm and its application in CT[J] ．Diagnostics theory and practice，2015，6（04）：381-384．［杲宵源，张欢，诗涔，潘自来等． 迭代重建算法的发展及其在CT中的应用 [J] ．诊断学理论与实践，2015，6（04）：381-384．］

［4］Li CZ,Wang,WS,Zhang Y,Yu XJ, et al. Clinical study of the effect of different does iterative reconstruction algorithms on iCT chest image quality [J] ．Chinese Journal of Clinical，2018，4（05）：351-354．［李春志，王文生，张毅，于晓晶等． 不同剂量迭代重建算法对iCT胸部图像质量影响的临床研究 [J] ．中国临床医学影像杂志，2018，4（05）：351-354．］

［5］Zhu XM,Li XJ,Zhang Q, et al. Application of low iodine content contrast agent combined with low tube voltage and iterative reconstruction in neck enhanced CT examination [J] ．Contemporary medicine，2018，8（09）：4-8 ．［朱晓明，李晓瑾，张清,等．低碘含量对比剂联合低管电压及迭代重建在颈部增强CT检查中的应用 [J] ．当代医学，2018，8（09）：4-8 ．］

［6］Xu LY,Qiu WJ,Liao XL, et al. CT diagnosis of nodular goiter combined with thyroid carcinoma［J］．Journal of clinical radiology，2015，34 ( 1 ) ：4-7．［徐列印，邱维加，廖秀兰，等．结节性甲状腺肿合并甲状腺癌的CT诊断［J］．临床放射学杂志，2015，34 ( 1 ) ：4-7．］

［7］Gao J,Yu T,Liu ZM, et al. Application of adaptive iterative reconstruction algorithm in low does cervical CT examination in children［J］．Chin J Radiol，2016，50( 1) ：37 － 40．［高军，于彤，刘志敏等．自适应迭代重建算法在儿童低剂量颈椎CT检查中的应用价值［J］．中华放射学杂志，2016，50( 1) ：37 － 40．］

［8］Zhao YW,Wang H,Wang XY, et al. Feasibility of model-based iterative reconstruction in ultra low does CT scanning at thoracic out let［J］．Radiologic practice，2013，28( 3) : 288 － 290．

［赵永为，王鹤，王霄英等．基于模型的迭代重建在胸廓出口处超低剂量 CT扫描中的可行性［J］．放射学实践，2013，28( 3) : 288 － 290．］

［9］Ma Y,Zhou ZP,Qiu WJ, et al. Application of adaptive iterative reconstruction algorithm to reduce CT radiation does in intrahepatic lesions［J］．Journal of Clinical radiology，2014，33( 8) :  1269 － 1272．

［马 宇，周智鹏，邱维加,等．肝内病变应用自适应迭代重建算法降低 CT 辐射剂量的研究［J］． 临床放射学杂志，2014，33( 8) :  1269 － 1272．］

［10］Liu CS,Zha YF,Li MJ, et al. Reduction of thyroid does in head and neck CT scanning  axis automatic tube current modulation technology［J］．Chinese Journal of Radiology and protection，2010，30( 4) : 486 － 488．［刘昌盛，查云飞，李茂进等．Z轴自动管电流调制技术在头颈部 CT 扫描血管成像中对甲状腺剂量的降低［J］．中华放射医学与防护杂志，2010，30( 4) : 486 － 488．］

［11］ Leswick DA，Hunt MM，Webster ST．Thyroid shields versus z-axis automatic tube current modulation for dose reduction at neck CT［J］．Ｒadiology，2008，249( 2) : 572 － 580．

［12］Kalra MK，Maher MM，Toth TL，et al．Techniques and applica-tions of automatic tube current modulation for CT［J］．Ｒadi-ology，2004，233( 3) : 649 － 657．

［13］Bang M, Choi S H, Park J, et al． Radiation Dose Reduction in Paranasal Sinus CT: With Feasibility of Iterative Reconstruction Technique[J] ．Otolaryngology--head and neck surgery : official journal of American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, 2016, 155(6):81-85.

［14］Kjewski M F and Judy P F. The noise power spectrum of CT images[J]. Physics in medicine and biology,1987, 32( 3):565-575．

［15］Hsieh. Adaptive streak artifact reduction in computed　tomography resulting from excessive x-ray photon noise[J] ．Jacc Cardiovascular Imaging, 2012, 5(5):48-49．

［16］Hussain F A, Mail N, Shamy A M, et al. A qualitative and quantitative analysis of radiation dose and image quality of computed tomography images using adaptive statistical iterative reconstruction[J] ．Journal of Applied Clinical Medical Physics, 2016, 17(3):419-432．

［16］Kordolaimi S D, Argentos S, Mademli M, et al. Effect of iDose4 iterative reconstruction algorithm on image quality and radiation exposure in prospective and retrospective electrocardiographically gated coronary computed tomographic angiography[J]. Journal of Computer Assisted Tomography, 2014, 38(6):95-96.

［17］A. Gervaise, B. Osemont　S.Lecocq,A.Noel,E.Micard,J.Felblinger et al.CT quality improvement using adaptive iterative dose reduction with wide -volume acquisition on 320 -detector CT. [J]. Eur Radiol 2012; 22 (2): 295-301.