（影像医学与核医学专业论文）颅脑ct低剂量扫描参数的优化研究和剂量学评价.pdf

秽 颅脑c t 低剂量扫描参数的优化研究和剂量学评价 研究生：殷志杰 专业：影像医学与核医学 导师：王鹏程教授 中文摘要 目的 以实验的方式扫描c a t p h a l l5 0 0c t 性能模体，分析扫描参数对颅脑c t 扫描图像 质量( 空间分辨力、密度分辨力、噪声、均匀度) 和辐射剂量的影响，探讨对脑外伤 病人进行低剂量c t 扫描的可行性及适宜的低剂量扫描条件；对体模研究的优化扫描 参数进行临床验证并评价图像质量；评估病人所受辐射剂量。 材料与方法 体模研究：通过调整g e 公司h i s p e e dn x ic t 机扫描参数( 毫安秒、管电压、 扫描方式、扫描野、图像重建方式等) ，对c a t p h a n5 0 0c t 性能模体进行多次扫描， 利用a d w 4 3 工作站对多次扫描的图像进行空间分辨力、密度分辨力、图像噪声及均 匀性的评价；以同样的扫描参数对美国v i c t o r e e n 公司m o d e l7 6 4 1 4 4 1 5 头部体模进 行扫描，评价不同扫描参数对病人辐射剂量的影响。分析实验结果，找出可用于临床 印证的低剂量扫描条件。 临床验证：分别以常规扫描参数、低剂量扫描参数对成年志愿者进行c t 扫描， 并对相应的图像质量作出评价。同时利用美国放射学家w a l t e rh u d a 的研究成果估算 出常规扫描参数下和低剂量扫描参数下病人所受辐射剂量。利用统计学软件进行结果 分析。 结果 球管旋转时间保持不变时( p i t c h = 0 ) ，降低管电流，图像噪声增加信噪比降低，图 像密度分辨力下降，空间分辨力也随之略有下降；管电流过低时，会对微小病变的诊 断造成影响。管电流降低，辐射剂量降低。其他扫描参数的改变也会影响图像质量和 辐射剂量。 结论 对成年脑外伤、脑出血、大面积脑梗死等病情复查的患者进行低剂量扫描是可行 的，对于本实验应用的c t 机，用于复查的低剂量扫描适宜条件为：管电压1 2 0 k v ， 管电流l o o m a ，球管旋转时间1 s ( p i t c h = 0 ) ，层厚5 m m ，扫描扫描野h e a d 模式，图像 1 重建方式为标准重建，这样既可基本满足影像诊断要求，又可明显降低受检者6 7 的辐射剂量。对不同的临床情况选择不同的扫描条件，会大大降低患者本身及公众所 受的电离辐射。 有效剂量的计算有利于指导和加强临床实践中对患者的防护工作，有效评估和防 范患者可能受到的潜在电离辐射危险。 关键词 颅脑c t ；低剂量扫描参数；c a t p h a n5 0 0c t 性能模体；剂量计算； 2 l o 、肛d o s eh e a dc ts c a n n i n gp a r a m e t e r so p t i m i z a t l 0 n s t u d ya n dd o s ee v a l u a t i o n g r a d u a t e 斩j 亿6 i j i e s p e c i a l i t y ：i m a g i n ga n dn u c l e a rm e d i c i n e t u t o r ： w a n g p e n g c h e n gp r o f e s s o r a b s t r a c t p u r p o s e m w a yt o t e s t c a t p h a n 5 0 0c ts c a n n i n gp h a n t o m ，a d j u s t i n gt h e s c a n n i n g p a r a m e t e r so ft h eh e a dc t ，a n a l y z i n gt h ee f f e c t so fi m a g eq u a l i t y ( s p a t i a lr e s o l u t i o na n d d e n s i t yr e s o l u t i o n ，n o i s ea n de v e n n e s s ) a n dt h er a d i a t i o nd o s e ，a n dg r o p i n ga p p r o p r i a t e l o w - d o s ec ts c a n n i n gp a r a m e t e r sf o rb r a i nt r a u m ap a t i e n t s c l i n i c a lt e s ta n de v a l u a t i o no f i m a g eq u a l i t y , c a l c u l a t i o no f t h er a d i a t i o nd o s e m a t e r i a l sa n dm e t h o d s p h a n t o mr e s e a r c h ：b ya d j u s t i n gt h eg eh i s p e e dn x ic ts c a n n i n gp a r a m e t e r s ( n l a s ， t u b ev o l t a g e ，s c a n n i n gm o d e ，s c a n n i n gf i e l d ，e t c ) ，t h er e c o n s t r u c t i o ni m a g eo fc a t p h a n5 0 0 c ts c a n n i n gm o d ew h i c hm u l t i p l ep e r f o r m a n c e w i t ht h es a m es c a n n i n gp a r a m e t e r so nt h e a n l e r i c a nm o d e lv i c t o r e e nc o m p a n y7 6 - 414 415h e a db o d ys c a n n i n g p a h n t o m ，t h e e v a l u a t i o no fd i f f e r e n tp a r a m e t e r so nt h ee f f e c to fp a t i e n td o s e s u s i n gw o r k s t a t i o n sa d w 4 3 ，e v a l u a t es c a n n e di m a g e ss p a c er e s o l u t i o n ，r e s o l u t i o nd e n s i t ya n di m a g en o i s e a n a l y s i so fe x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，c a nb eu s e df o rl o w d o s es c a n n i n gc o n d i t i o n s c l i n i c a lv e r i f i c a t i o n ：w ee n r o l l e da d u l tv o l u n t e e r s ，b yu s i n gc o n v e n t i o n a ls c a n n i n g p a r a m e t e r st os c a nt h e m al i m i t e dv o l u m ed a t aa c q u i s i t i o nc o v e t i n gf o u r5 - m m - t h i c k i m a g e sw a so b t a i n i n gb yu s i n gl o wd o s es c a n n i n gp a r a m e t e r s t w or a d i o l o g i s t sv i s u a l l y r a t e dt h er e s u l t i n gi m a g e sf o rq u a l i t yi nab l i n d e dc o m p a r i s o n 珊l i l eu s i n gt h ea m e r i c a n r a d i o l o g i s t sw a l t e rh u d ar e s e a r c ha c h i e v e m e n t so fr o u t i n es c a np a r a m e t e r se s t i m a t e d u n d e ra d u l tp a t i e n t ss u f f e r e dr a d i a t i o nd o s e s u s i n gt h es t a t i s t i c a la n a l y s i ss o f t w a r e r e s u l t s ， r o t a t i o nt i m ec o n s t a n t ，r e d u c i n gt u b ec u r r e n t ，i m a g en o i s ei n c r e a s e s ，s i g n a l t o n o i s e r a t i od e c r e a s e ，i m a g ed e n s i t yr e s o l u t i o n ，s p a c er e s o l u t i o na l s os u b s e q u e n t l yd e c l i n es l i g h t l y o t h e r s c a n n i n gp a r a m e t e r sc a l la l s oa f f e c tt h ei m a g eq u a l i t ya n d r a d i a t i o nd o s e s c o n c l u s i o n c a t p h a n5 0 0c tp e r f o r m a n c ep h a n t o mc a nb eu s e di nc l i n i c a lp r a c t i c eg r o p i n g l o w - d o s ec ts c a n n i n gp a r a m e t e r s i nr o u t i n es c a m a i n gc o n d i t i o n s ，i n f a n t ss u f f e r e d 3 r a d i a t i o nd o s e st h a na d u l t se f f e c t i v e l y i no u r d e p a r t m e n t ，l o w - d o s eh e a dc ts c a n sm im b ee s p e c i a l l yw e l ls u i t e df o ru s ei nt h o s ew h ou n d e r g os e r i a le x 锄i n a t i o n so v e ras h o r t f o l l o w 。u po fk n o wl e s i o n s ，s u c ha sb l e e d s ，h y d r o c e p h a l u s ，o rm a s se f r e c tf 如ms t r o k e s l o w - d o s eh e a dc ts c a n n i n gi s p e r f o r m e do ng eh i s p e e dn x ic tm a h i n eb yu s i n g p r o t o c o lw i t ht h ef o l l o w i n gp a r a m e t e r s ：12 0 k vv o l t a g e ，lo o m a s ，t h i c k l a y e ro f5 m ma 1 1 d a ) ( 1 a ls c a l l i l l n g ，s oe v e r ys c a n m n gc a ns a t i s f yd i a g n o s t i cd e m a n da n dc a no b v i o u s l yr e d u c e t h es u b j e c t so fr a d i a t i o nd o s e f o rd i f f e r m e n tc l i n i c a l a p p l i c a t i o n s ，c h o o s i n gd i 虢r e n t s c a n n i n gp a r a m e t e r s ，w i l lr e d u c et h ep a t i e n t st h e m s e l v e sa n dt h e p u b l i cb yi o n i z i n 2 r a d i a t i o n e f f e c t i v ed o s ec a l c u l a t i o nc a ng u i d ea n ds t r e n g t h e nt h ep r o t e c t i v e ，o r k o fc l i n i c a l p r a c t i c e ，p r e v e n t i n gp a t i e n t sf r o mp o t e n t i a ld a n g e ri o n i z i n gr a d i a t i o n k e y w o r d s h e a dc t , s c a n n i n gp a r a m e t e r so fl o wd o s e s ，c a t p h a n5 0 0c t p e r f o m a i l c e p h a n t o m ，d o s ec a l c u l a t i o n ， 4 符号说明 英文缩写英文全称 c t c o m p u t e dt o m o g r a p h y i n t e r n a t i o n a lc o m m i s s i o n o no f r a d i o l o g i c a l i c r p p r o t e c t i o n a l a r aa sl o wa sr e a s o n a b l ya v a i l a b l e r o i s n r f t c a e c c t d i d l p e c n r n r e g i o no f i n t e r e s t s i g n a lt on o i s er a t i o f i x e dt u b ec u r r e n t a u t o m a t i ce x p o s u r ec o n t r o l c o m p u t e dt o m o g r a p h yd o s ei n d e x d o s e l e n g t hp r o d u c t e f f e c t i v ed o s e c o n t r a s tt on o s i er a t i o n o s i e 中文全称 计算机断层成像 国际辐射防护委员会 可以合理做到的尽可 能低的水平 感兴趣区 信噪比 固定管电流 自动曝光控制 c t 剂量指数 剂量长度乘积 有效剂量 对比度噪声比 噪声 前言 全世界每年有超过2 0 亿人次的诊断性x 线检型，这些检查为人类健康带来巨 大利益的同时也对人类造成了大量电离辐射风险。国际辐射防护委员会( i c r p ) 将 电离辐射的风险按剂量与效应的关系分为确定性效应和随机性效应。确定性效应也称 非随机性效应，是指发生概率和严重程度均随剂量变化的效应，它存在剂量阈值，即 在阈值剂量以下确定性效应不会发生。身体的多数器官和组织功能不会因为损失少量 细胞而受影响，但当某一组织损失的细胞数量足够多，且这些细胞足够重要，就会出 现可以观察到的损伤，表现为组织损伤或器官的功能丧失，例如辐射所致白内障、皮 肤放射损伤等。也就是说剂量只要足够大，就一定会发生。其阈值通常为每年十分之 几戈瑞或几戈瑞。但因个体的放射敏感性不同，同样大小剂量作用于不同个体，确定 性效应的表现会有差异。 随机性效应是指发生概率与剂量大小无关的效应，意为“随机的或有统计性质的 效应”。很小的辐射剂量，也有导致随机效应发生的危险，即从防护角度讲不存在剂 量阈值。随机性效应包括电离辐射诱发的遗传性损害和癌症的发生。在受d , n 量、较 低剂量率辐射的人群中，辐射损害引起的随机性效应主要是诱发癌症，发生癌症的概 率随剂量增加而增加，但严重程度与剂量无关。 在过去的2 0 年，c t 被大量应用于临床诊断中，最近的调查研究表明c t 检查是 病人最大的辐射负担。如在美国，c t 检查数目占总辐射检查数目的1 0 ，而造成的 辐射量占总辐射剂量的6 7 1 2 j 。超过1 0 的c t 检查是对儿童( o 1 5 岁) 这一辐射敏 感的人群进行的l 3 。 虽然我们知道c t 检查的辐射剂量要高于普通放射学检查，但对于c t 检查具体 的辐射剂量还缺乏足够的认知。国外有学者评估了临床实践中普通c t 检查的辐射剂 量，并明确这些检查与癌症发生的关系。他们得出以下结论，不同类型的c t 扫描程 序，病人所受辐射剂量变化显著，有效剂量从2 m s v ( 普通头部c t 扫描) 到3 l m s v ( 多 部位的腹部和骨盆c t 扫描) 【4 j ；同一种c t 扫描程序，在不同医疗机构间应用，病人 所受的辐射剂量差异显著。c t 扫描次数与癌症发生之间的关系主要依赖于具体的c t 类型、病人的年龄和性别。有数据表明，2 7 0 名在4 0 岁接受冠脉c t 检查的妇女中将 会有一人患癌症，而同样情况的男性患者这一比例为1 ：6 0 0 。接受头部c t 检查时，女 性患者的患癌比例为1 ：8 l o o ，男性患者的这一比例为1 ：1 1 0 8 0 t 4 1 。对于2 0 岁的患者迸 行上述检查，这种风险将增加一倍。对于6 0 岁的患者进行同样的检查，这种风险将 6 降低5 0 4 j 。 评估c t 检查中病人所受的辐射剂量和风险，同了解各种影像成像参数一样至关 重要。操作人员应根据每位患者的具体情况，如检查部位、患者体重、身体尺寸，来 对管电流、扫描时间、管电压、扫描野、扫描长度、层厚、螺距等扫描参数进行调整， 以降低患者所受辐射剂量。在实际工作中，对于一项特定的检查类型，管电压不会随 患者的不同而改变，层厚和扫描长度要根据临床实际需要进行合理的选择。对于一台 给定的c t 扫描机，它对病人检查时造成的辐射剂量与管电流( n 认) 和扫描时间( s ) 的乘积呈线性相关【3 】。 国内外放射学者对如何降低c t 检查中病人所受的电离辐射表现出极大关注。国 际辐射防护委员会( i c i 冲) 第8 7 号出版物指出在高对比状态下，由于降低m a s 引起 影像质量的降低不是很显著1 3 j 。如人体内肺、骨盆、颞骨、副鼻窦等解剖部位中骨组 织和软组织或气体间的对比度是很高的。国际上有多位学者进行了这方面的研究， 1 9 9 0 年n a i d i c h 等首次提出低剂量c t 扫描，即保证其他参数不变( 扫描方式、管电 压、层厚、扫描时间等) 的情况下，降低管电流为标准成像的2 0 时，仍可获得可接 受的图像诊断质量【5 】。由于辐射剂量与管电流成正比，因此病人所受辐射剂量也会下 降。降低管电流的前提是，扫描参数能保证c t 扫描获得临床诊断所需要的图像信息。 目前国内外低剂量c t 扫描方法，主要采用的是n a i d i c h 等提出低剂量c t 扫描方法， 国外l e e 等学者提出对于慢性渗出性肺部疾病进行c t 检查时，6 1 的低剂量c t 扫 描就可获得满意的诊断信息1 6 j 。国内也有许多学者作了肺部低剂量扫描的研究。朱晓 华等学者做了胸部c t 低剂量扫描的研究，比较了图像质量与辐射剂量间的关系【7 1 。 吴晓华等学者研究了低剂量c t 在发现肺部小结节方面的应用【引。 以肺部低剂量扫描方法为基础，国内外放射学者进行其他高对比部位的低剂量扫 描研究。国内亓恒涛等放射学者进行了多层螺旋c t 颞骨的低剂量扫描研究，提出由 于颞骨的解剖结构密度差别很大，成像质量主要追求的是空间分辨率，因此降低管电 流进行颞骨扫描，可以提供必要的诊断信息；同时降低管电流后可以用多平面重建和 曲面重建的方法来丰富诊断信息【9 】。s o h a i bs a 等也提出在副鼻窦c t 扫描时应用低剂 量扫描的方法【l0 1 。 随着研究的深入，国内外放射学者将研究内容从最初的肺部、颞骨等高对比器官 低剂量扫描扩展到包括头颅、颈部、胰腺、头部c t a 等多个人体解剖部位，并提出多 种降低辐射剂量和改善图像质量的方法，如改变扫描方式( 如轴扫变螺旋扫描，螺旋 扫描时增大螺距等) 、低剂量扫描( 降低管电流) 、自动曝光控制、减少扫描次数、利 用图像重建技术改善图像质量等多种方法。如国内学者李琳等进行了头颈部多层螺旋 c t 低剂量扫描研究，比较了不同m m s 下的图像质量、辐射剂量及它们之间的关系， 他们建议对头颈部疾病的c t 检查在采用g el i g h t s p e e du l t r a8 层c t 扫描机，可以 用这样的扫描条件( 1 2 0 k v 、层厚层距5 m m 、螺距0 8 7 5 ：l 、球管旋转时间o 5 s r 、管 电流由1 5 0 降为6 0 m a ) 来降低扫描剂量【l 。殷瑞根等学者则探讨了低剂量螺旋c t 扫描在急腹症中应用【眨】。王洪生等学者探讨了儿童腿骨关节低剂量扫描的方法【1 3 1 。 加拿大学者e j l e e 进行降低c t 血管造影时病人剂量的研究，提出相比于固定管电 流应用管电流自动调整技术可在保证图像质量的情况下，有效降低病人辐射剂量【1 4 】。 对于颅脑c t 扫描，有学者研究比较了低剂量和常规头部c t 扫描时的图像质量， 他们认为成人颅脑缺少对比，降低条件( m a s ) 会增加噪声，导致图像质量的降低， 不便于进行低剂量扫描；婴幼儿颅骨和脑组织尚未发育成熟，组织密度不如成人高， 颅骨、脑组织( 灰质和白质) 及脑室系统自然对比度很好，故头部低剂量c t 扫描主 要应用于婴幼儿。如刘昌盛等学者比较了常规和低剂量颅脑c t 扫描时婴幼儿所受的 辐射剂量和所获得的图像质量i l 引。程英等学者进行了新生儿头颅低剂量成像的研究， 他们分别进行了2 5 0 m a s 、1 5 0m a s 、1 0 0m a s 、7 5m a s 的颅脑c t 扫描，比较了各低 剂量扫描组和标准扫描组间的图像质量组，得出的结论：应用7 5 m a s 管电流进行新 生儿头颅成像，有效剂量将显著降低，并能获得诊断所需的图像【1 6 】。任庆云等学者也探 讨了新生儿头颅c t 扫描中降低i t i a s 与图像质量的关系及低剂量c t 扫描的可行性， 他们认为应用1 0 0 m a s 低剂量新生儿头颅c t 扫描是可行的，图像质量能够满足临床 要求【1 7 l 。王天乐等学者进行了兔颅脑螺旋c t 扫描吸收剂量与图像质量间关系的研究 【1 8 】 o 国外有学者研究认为应用自动曝光控制进行头颅c t 扫描，相较于常规头颅c t 扫描，噪声增加，信噪比降低，但可以在保证图像诊断质量的前提下降低辐射剂量， 同时其噪声变化要低于标准成像模式下固定毫安秒扫描的图像【1 9 】。 、 目前，国内鲜有对成年人颅脑c t 低剂量扫描的研究。实际临床工作中，重症脑 外伤或脑出血病人由于病情变化，会经常出现在一天或一周内接受多次c t 扫描的情 况。他们所受的累积辐射量是很大的。脑外伤、脑出血的病人，由于其颅内组织结构 的改变( 脑出血、脑积气、大面积脑梗死等) 增加了组织对比，为低剂量扫描提供了 可能。我们研究的方向是在合理的预设诊断标准下降低剂量的可行性。因此我们首先 8 要保证这些c t 检查是有临床意义的，对病人的治疗是有帮助，我们再进行扫描剂量 的降低。当图像质量降低到最低诊断精度以下时，也不是我们预期的目的，因此我们 必须遵守国际辐射防护委员会提出的a l a r a 原则。 虽然上面提到，对于一台给定的c t 扫描机，它对病人检查时造成的辐射剂量与 管电流( i n a ) 和检查时间( s ) 的乘积呈线性相关。由于设计上的差异，应用不同型 号的c t 扫描机检查时，毫安秒间的比较不可能为我们提供有关病人所受辐射负担的 有意义信息【3 】。因此我们需要通过一定的方法，将不同c t 扫描机检查时的扫描参数 转化成可用于彼此间比较的辐射剂量。一些国家和国际组织设计了多种剂量测量参数 来描述c t 检查中辐射负担：c t d i 、d l p 、器官剂量、有效剂量等。c t d i 这种剂量 测量值很容易从c t 扫描机上获得，其主要目的是用于质量控制、质量保证和不同扫 描协议间的比较【2 0 1 。组织或器官吸收的辐射剂量可最完整的表述患者所受的x 射线 辐射负担，器官剂量加权求和得到定量化的有效剂量，为不同的c t 机检查序列间辐 射剂量的比较提供了指标【3 】。有效剂量( e ) 又与随机辐射风险直接相关，用它来描 述病人所受的辐射剂量较为合适【2 1 】。有效剂量可通过蒙特卡罗模拟法算得或直接从仿 真体模测矧引。 我们认为颅脑c t 扫描应根据临床医生对病人检查目的的不同，明确他们需要的 诊断信息，调整扫描参数，有效降低病人的辐射剂量。本课题的目的：通过我们的研 究找出一种可用于降低需多次复查患者颅脑c t 扫描剂量的方案。 9 c t 工作原理 材料与方法 c t 成像过程：通过c t 扫描机扫描获取求解各个体素吸收系数p 的方程组；解 方程组获得人体某一体层面各个体素的p 值；再将p 值转换为c t 值；最后将c t 值 变换成人类视觉能识别的灰度图像。 c t 扫描装置从不同角度对成像部位进行扫描( s c a n n i n g ) ，以获取足够的投影数 据来建立求解各个体素肛值的方程组。吸收系数“与x 线能量之间存在依赖关系， 即p 值随x 线能量的增大而减小。用每个体素对x 线的吸收系数来代表它的图像信 息，并转化成各组织的c t 值，这就构成平面图像的像素。每个小单元体按照扫描过 程中的顺序进行排列和编号，形成一个有序的数据组；这些有序的数据组在图像平面 上形成图像矩阵，计算机按照这些有序的数据组计算和重建c t 图像。 二、c t 常用术语 1 c t 值定义：c t 影像中每个像素对应的物质对x 线线性平均衰减量大小的表 示。c t 值由人体被测组织的吸收系数与水的吸收系数“w 的相对值来表示： c t 值= ( 1 t 。一“w ) u p w w 为7 3 k e v 能量x 线在水中的线性衰减系数，k 是分度因数，常取1 0 0 0 。c t 值单位“h u ”，c t 值表达人体组织对x 线衰减的量值。 2 轴扫：采集数据时，扫描床静止不动。螺旋扫描：采集数据时，扫描床匀速 通过。 上述两种方式进行c t 检查时，x 线覆盖的范围是一样的。其区别在于轴扫获得 的是分离独立的数据组，螺旋扫描获得是一组连续的体积数据。相比于轴扫，螺旋扫 描的优点在于提高了扫描速度，单次屏气就可以完成整个检查部位的扫描，减少了运 动伪像，断层与断层之间没有采集数据上的遗漏，避免了解剖结构的漏掉，同时对于 怀疑的病变可在不进行增加曝光次数的情况下，利用容积数据组进行影像重建来进一 步观察。 3 视野( f o v ) ：c t 重建影像的最大直径，它的大小可由操作人员选择，通常 位于1 2 5 0 c m 的范围内。选择较小的f o v 可增加影像的空间分辩率，这是因为是 整个重建矩阵用于大f o v 内较小区域内，减小象素尺寸。实际工作中，我们对f o v 的选择不仅要考虑增加空间分辨率的可能性，而且要包括所有可能的病变区域。如果 f o v 太小，相关区域可能会从可视c t 影像中消失掉，病灶可能会被漏掉。 1 0 4 层厚：单层c t 扫描时指的是准直器设定的x 线束的厚度。多层c t 扫描时则 多指重建图像代表的成像组织厚度。螺旋扫描时，层厚的定义为扫描的中心处x 线 扫描层面的有效宽度。 5 螺距( p i t c h ) ：球管旋转一周时，检查床移动的距离与扫描层厚的比值。螺距 为l 时，层面数据的获取，采用机架旋转一周的扫描；为0 5 时，采用机架旋转两周 的扫描；为2 时，采用机架旋转半周的扫描；为0 ，相当于轴扫，通过病人的曝光层 面在各个投影角上相同。螺距小，增加扫描原始数据资料的采集量，提高了图像质量， 但增加了x 线量和扫描时间，螺距大则相反。 6 重建算法：用于c t 影像最终重建和衰减断面卷积的数学程序。在大多数c t 扫描机中均有多种重建算法可使用。c t 影像的外观和特性在很大程度上依赖于重建 算法的选择。目前临床工作中最常使用是“标准算法”，它能良好地显示肌肉、脂肪 等软组织结构，是一种兼顾了高密度分辨率和低密度分辨率的折衷算法。实际工作中 可根据临床需要，选择能够提供更高空间分辨率( 骨算法) ，以重现骨和其它高天然 对比区域细节。 7 成像间隔( i m a g ei n t e r v a l ) ：连续两张重建图像层面中心点间的距离。螺旋扫 描不同于轴扫，产生的图像数目是重建的函数，可以在扫描前或扫描完成后设定。螺 旋c t 扫描产生的图像数目取决于选择的成像间隔和床的移动，每周成像数= 螺距 层厚成像间隔。 8 检查容积或成像容积是指c t 检查部位的整体容积，定义为最初和最终扫描层 面的最外边界。检查容积的范围取决于临床要求，一般来讲，在不增加增加层间距的 情况下，容积值越大，病人所受的整体辐射剂量越高。 9 成像范围：一次成像的第一层面中点与成像最后一层面中点间的距离。螺旋 扫描中，成像范围小于扫描范围。 1 0 体素：对扫描层面进行空间位置编码时所划分的单元体。像素( p i x e l ) ：图像 构成的基本单元，或者说，具有一定分辨能力的灰度感光点。矩阵( m a t r i x ) ：构成图 像的像素数目，其大小决定了图像的空间分辨力。 1 1 窗口技术( w i n d o wt e c h n o l o g y ) ：c t 机放大某段范围内灰度的技术。即把被 观测组织的c t 值范围( 灰度范围) 定为放大的灰度范围，放大灰度范围的上限增强 为全白，下限压缩为全黑，这样放大或增强了局部灰度范围内不同灰度问黑白对比的 程度。 1 2 窗口：被放大或增强的灰度范围。窗宽( w i n d o ww i d t h ，w w ) ：放大的灰度范 围上下限之差。窗宽- - c t m a x - - c t m i n 。窗位( w i n d o wl e v e l ，w l ) ：放大的灰度范围 的平均值( 灰度中心值，即显示器所显示的中心c t 值) 。 窄w w 的c t 值的分级细( 1 0 h u ) ，显示的c t 值范围小，对组织在密度差异方 面显示的黑白对比度大，有利于对低密度组织或结构( 如脑组织) 的显示。 宽w w 的每级灰阶代表的c t 值跨度大，对组织在密度差异方面显示的黑白对 比度小，适用于密度差别大的组织或结构( 如肺、骨质等) 的显示。 1 3 兴趣区域：为观察图像中的某一区域，人为的设定一范围，进行区域内图像 放大、c t 值分布计算、面积或体积计算等操作，划定的这一区域为r o i ( r e g i o no f i n t e r e s t ) 。临床工作中，各种c t 扫描机中都带有兴趣区测量软件，确定r o i 可以选 择矩形、圆形、椭圆形或任意形状区域，使用鼠标在选定区域进行划定，显示器屏幕 上即可标出r o i 。 1 4 空间分辨力( s p a t i a lr e s o l u t i o n ) ：也称高对比度分辨力( 1 l i g hc o n t r a s t r e s o l u t i o n ) ，是c t 机在高对比度情况下分辨相邻两个最小物体的能力。表示方法： 每厘米包含线对数( l p c m ) 或毫米线径( m m ) 。影响c t 图像空间分辨力的因素有 x 线束宽度、扫描层厚、图像重建算法、图像矩阵等。 1 5 密度分辨力( d e n s i t yr e s o l u t i o n ) ：也称低对比度分辨力( 1 0 wc o n t r a s t r e s o l u t i o n ) ，是c t 机在低对比度情况下分辨相邻两个最小物体的能力。表示方法： 某一物体尺寸下，密度的百分比浓度差，如一个3 m m 的物体，密度分辨力是3 ， 即为该c t 机的密度分辨力。密度分辨力受诸多因素的影响，最主要的是扫描条件 m a s 。 1 6 噪声( n o i s e ) ：表示均匀物质的c t 影像中，给定区域内测定的各c t 值对其 平均值的变化量。其大小可用给定区域内c t 值的标准偏差o ( s t a n d a r d ，s d ) 表示。 c t 图像噪声主要受x 线量子噪声的影响。 1 7 均匀度：匀质物体各组成部分在c t 图像上显示c t 值的一致性。其大小用 匀质体c t 图像上各处的c t 值偏离程度来表示。偏离程度大，均匀度差；偏离程度 小，均匀度好。均匀度主要受图像噪声和x 线束硬化影响。 1 8 容积现象( p a r t i a lv o l u m ep h e n o m e n o n ) ：如果体素内包含有几种不同的组织 成分，则c t 图像内表示该体素的像素c t 值是所含各种组织成分c t 值的平均值。 这种情况下像素平均c t 值不能准确地与各种组织成份的密度相对应。 1 2 1 9 射线硬化效应( b e a mh a r d i n g ) ：相对于扫描中心，不同路径的射线所经过的 衰减路径长度不同，因此射线硬化程度各不同，距离远的射线较距离近的射线硬化程 度低。射线硬化效应与球管电压和球管老化有关系，球管老化后，射线能谱不稳。早 期临床应用时，采用水袋缠绕检测对象的方法，使得不同射线束硬化趋于均匀。 2 0 自动曝光控制( a e c ) ：通过定位线的扫描，利用机器自带软件测量断层图 像在定位像上的长度来设定断层扫描时的毫安秒值。自动曝光控制( a e c ) 的实质就 是依据病人的前后径或左右径常规来设定扫描的毫安秒值。自动曝光控制( a e c ) 扫 描时，依据颅脑侧位定位像软件设置的毫安值要低于依据前后位定位像软件设置的毫 安值 三、c t 检查的正当性 c t 辐射防护的基本原则是c t 检查的正当性，这就意味着，必须认为c t 检查对 病人具有潜在的临床利益，病人接受检查时因电离辐射造成的风险是正当的，否则就 不应对病人进行c t 检查。c t 检查的正当性是临床医生和放射科医生、技师的共同 责任【3 】o 首先要建立放射学检查的临床指南，特别是要建立对特殊人群( 婴幼儿患者、孕 妇等) 的放射学检查指导。放射学检查的临床指南的基本内涵是，确定获得的诊断信 息与患者所能接受最低的辐射剂量相一致才能进行放射学检查。这就意味着，在进行 c t 检查前，临床医生和放射科的相关人员，应考虑是否可以通过普通放射摄影检查、 超声或磁共振检查获得临床上所需要的诊断信息【3 1 。 当临床医生和放射科相关人员都认为c t 检查是正当的，我们的放射技师还必须 为患者制定专门诊断所需要的检查序列，如严格限定扫描长度、针对不同患者改变扫 描时的层厚、管电流、螺距等参数。 如果临床医师不知道患者做过c t 检查或原来的检查结果时，就有可能导致重复 检查的发生。如患者转院治疗时，这种情况会增加。因此，在对患者进行c t 检查前， 放射科医生对患者的检查记录应有充分的了解。如必须进行c t 检查，应根据临床要 求严格限定扫描范围，并根据具体情况考虑可以降低辐射剂量的方法 四、c t 扫描的辐射剂量学描述 c t 检查时扇形或锥形x 射线束以旋转几何形状照射患者成像部位的若干断层层 面，这与传统x 射线束的投射有很大差别。我们要研究特殊的剂量学参数来评价c t 的辐射剂量。同时c t 剂量的评估或控制不应与影像质量分开来考虑。常用于表征 c t 剂量的量有以下几种： 1 c t d l w 和d l p - 分别是c t 剂量指数加权和剂量长度乘积的缩写。这两个量都 需要在标准体模中测量，是确定设备和技术相对性能的剂量学量值。c t d l w 以m g y 表示，d l p 以m g yc m 表示。 2 组织吸收剂量：沉积在单位质量器官组织的能量，测量结果用g y ( g r a y ) 表示， 可用于评价组织器官的辐射危险 3 有效剂量：将组织的辐射敏感性考虑进来后，计算得到的一个量。它可用于 比较不同放射程序的相对辐射危险，以s v ( s i v e r t ) 为单位。 4 集体剂量：患者群体中有效剂量的总和，以人- - s v 来表示。 组织或器官吸收的辐射剂量可最完整的表述患者接受的x 射线照射，器官剂量 加权求和后得到的有效剂量为比较不同的c t 检查技术及其他类型的放射学检查提供 了一种反映总受照射情况方面的指标。 直接测量人体器官的吸收剂量是不现实的，因此对器官剂量进行评价需要利用患 者成像部位的物理或数学模型对临床c t 检查进行模拟。这种拟人体模中吸收剂量的 分布可以用测量方法确定，也可利用计算机模型实现。后一种方式提供了一些剂量系 数，且都可以利用自由空气轴向剂量，这样就能对标准成年患者及儿童患者在特定的 扫描条件下进行器官及有效剂量的估算。在相同的照射条件下，对同一患者用不同的 拟人体模计算的器官剂量结果不同，这表明这些剂量值计算方法的局限性和不确定 性。国外也有放射学者提出，对于特定的扫描技术，可利用蒙特卡洛模拟技术与数学 模型得到的剂量系数来估算器官剂量和有效剂量，但这仅仅是对患者照射的粗略估算 1 2 4 - 2 7 o 由于有效剂量的计算较为复杂，而c t d i 通过笔形电离室可很容易测到，因此常 规工作中，c t 剂量的评价是用c t 剂量指数( c t d i ) 来表示。在标准c t 头部和体 部剂量模体的中心及表面下1 0 m m 测得的加权之和的c t d i ( c t d l w ) ，为c t 扫描参数 的剂量特性比较提供了一个有效的方法。大多数的c t 扫描机的控制显示屏上都能显 示c t d l w 值，由于所选用的扫描参数( 如管电流和管电压) 与c t d l w 密切相关，这 样我们可知道选择的参数对剂量的影响【3 】o 五、扫描参数与剂量的控制、图像质量的关系 c t 扫描中患者所受的辐射剂量是由c t 机的固有特性、患者的成像部位的尺寸、 扫描参数决定。这里提到的c t 机的固有特性主要指的是球管发出的x 线能谱和探测 1 4 器的x 线吸收效率，不同类型的c t 机，其球管发出的x 线能谱和探测器的x 线吸 收效率有很大的差异，因此相同类型的c t 检查，在使用不同的c t 扫描机时，对患 者的辐射剂量有很大的差异。 c t 扫描中，管电压和x 线滤过决定着x 线束的质，主要影响着x 线束的穿透 力。在影像质量给定的情况下，管电压滤过的增加，患者造所受的辐射剂量会降低。 管电流( m a ) 和检查时间( s ) 的乘积与病人所受的辐射剂量呈直线相关。在图像质 量方面，m a s 的增加并不能明显改善高对比分辨力，但会降低噪声的影响，改善低 对比区域的图像质量。 对于固定管电流的c t 扫描，层厚和扫描体积的增加，都可能导致辐射剂量呈线 性增加，但层厚增加扫描图像的信噪比会明显增加。在螺旋扫描中，对于已给定的检 查部位和扫描条件，病人所受的辐射剂量与螺距成反比关系。 六、实验设计的基本思路与方法描述 脑出血和大面积脑梗死会增加脑内组织的密度对比度，为低剂量扫描提供了可 能：调取本实验研究应用的c t 机扫描完成的头颅c t 图像，筛取其中有脑梗死和脑 出血的病人图像，测量血肿、水肿、梗死、白质、灰质的c t 值，计算它们之间的相 对对比度，其计算方式采用c a t p h a n5 0 0c t 性能模体模说明书中对比度的描述： = 1 0 0 ( a - b ) 1 0 0 0 ，a 和b 分别为我们所关注组织的c t 值。我们发现，灰质与白质 得相对对比度大都在o 5 以上；灰质与早期血肿间的相对对比度都在l 以上；随着 血肿的吸收，灰质与吸收期血肿间的相对对比度会下降，小部分会降到o 3 以下； 白质与早期脑梗死之间的相对对比度大多在o 5 以下，随着病情的进展，相对对比 度也会增加；白质与水肿之间的相对对比度大都在l 以上。事实上病情的变化，病 变的范围和组织密度都会发生变化，我们所关注的密度分辨力也会发生变化，这需要 我们做大量的调查工作。 依据我们设定的临床c t 检查目的，对以往颅脑c t 图像的调查分析，明确实验 扫描c a t p h a n5 0 0c t 性能模体时，所需关注的密度分辨力区间为o 5 1 。 美国体模实验室c a t p h a n5 0 0c t 性能模体模拟的是标准成人头颅。对其进行扫 描能提供c t 图像质量多种参数( 密度分辨力、空间分辨力、噪声、均匀性等) 的观 察。因此我们可以在改变各种参数的情况下利用c t 机扫描c t 性能模体，应用c t 后处理工作站，依据图像质量评价标准对获得的不同扫描参数下实验模体c t 图像进 行图像质量参数评价，摸索出用于临床印证的标准成人头颅低剂量复查扫描参数。 七、实