王婕妤WANG Jieyu
喬 偉2QIAO Wei
黎秋菊1LI Qiuju
孫紅彬1SUN Hongbin
孫 鶴1SUN He
鄒 杰1ZOU Jie
低管電壓結(jié)合低劑量對(duì)比劑在64層螺旋CT頭頸部血管成像中的應(yīng)用
王婕妤1WANG Jieyu
喬 偉2QIAO Wei
黎秋菊1LI Qiuju
孫紅彬1SUN Hongbin
孫 鶴1SUN He
鄒 杰1ZOU Jie
作者單位
1. 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院放射科 遼寧沈陽(yáng) 110032
2. 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科 遼寧沈陽(yáng) 110004
目的 探討64層螺旋CT頭頸部血管成像(CTA)低管電壓結(jié)合低劑量對(duì)比劑掃描的可行性,對(duì)比低管電壓低劑量與常規(guī)電壓常規(guī)劑量對(duì)比劑掃描對(duì)頭頸部血管的顯示效果,并評(píng)估其對(duì)輻射劑量的影響。資料與方法 前瞻性選取接受頭頸部CTA檢查的80例患者,隨機(jī)分為對(duì)照組和低劑量組,每組各40例。對(duì)照組管電壓120 kV,對(duì)比劑用量80 ml;低劑量組管電壓80 kV,對(duì)比劑用量50 ml。比較兩組動(dòng)脈圖像質(zhì)量及靜脈干擾評(píng)分、動(dòng)脈強(qiáng)化CT值、信噪比(SNR)、對(duì)比噪聲比(CNR)、輻射劑量。結(jié)果 2名醫(yī)師對(duì)動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分、靜脈干擾評(píng)分的一致性較高(Kappa=0.782、0.867,P<0.05)。兩組動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分、靜脈干擾評(píng)分、SNR、CNR比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-0.864~-0.032,t=0.331~1.793,P>0.05)。低劑量組各動(dòng)脈強(qiáng)化CT值均高于對(duì)照組(t=-8.789~1.715,P<0.05)。低劑量組容積CT劑量指數(shù)、劑量長(zhǎng)度乘積和有效劑量均明顯低于對(duì)照組(Z=-8.888,t=78.092、78.350,P<0.05)。結(jié)論 在頭頸部CTA檢查中采用低管電壓結(jié)合低劑量對(duì)比劑掃描,可以獲得較好的圖像質(zhì)量,能夠滿足臨床診斷需要,同時(shí)明顯降低輻射劑量。
體層攝影術(shù),螺旋計(jì)算機(jī);血管造影術(shù);頸總動(dòng)脈;頸內(nèi)動(dòng)脈;造影劑;劑量效應(yīng)關(guān)系,藥物;輻射劑量
頭頸部血管成像(CTA)具有操作簡(jiǎn)便、安全無(wú)創(chuàng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),近年廣泛應(yīng)用于臨床。通過(guò)頭頸部CTA可清晰顯示頸總及頸內(nèi)動(dòng)脈、椎基動(dòng)脈、Willis環(huán)等血管結(jié)構(gòu),并可接近動(dòng)脈造影水平[1],因此該檢查可用于檢查動(dòng)脈狹窄、斑塊、動(dòng)脈瘤等頭頸部血管疾病。由于頭頸部CTA檢查掃描范圍較大,其帶來(lái)的輻射劑量問(wèn)題不可忽視,而對(duì)比劑不良反應(yīng)亦備受關(guān)注[2]。本研究旨在探討在保證圖像質(zhì)量的情況下利用低管電壓技術(shù)和低劑量對(duì)比劑進(jìn)行頭頸部CTA的可行性。
1.1 研究對(duì)象 前瞻性連續(xù)選擇2014年1—7月在中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院臨床懷疑頭頸部血管疾病接受頭頸部CTA檢查的80例患者。排除標(biāo)準(zhǔn):含碘對(duì)比劑過(guò)敏者,心、肝、腎功能不全者,不能配合完成檢查者,妊娠期婦女,支架植入及動(dòng)脈瘤夾閉術(shù)后者,肥胖(體重指數(shù)≥30 kg/m2[3])者。采用隨機(jī)數(shù)字表法將所有患者分為對(duì)照組和低劑量組,每組40例。兩組患者性別、年齡及體重指數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。見(jiàn)表1。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有患者均簽署知情同意書(shū)。
表1 兩組患者一般資料比較
1.2 儀器與方法 采用GE 64層 LightSpeed VCT?;颊呷⊙雠P位,雙手自然垂放于身體兩側(cè),去除假牙及頭頸部金屬飾物。掃描過(guò)程中保持頭頸部固定不動(dòng)。囑患者平靜呼吸及不能做吞咽動(dòng)作至掃描結(jié)束。掃描參數(shù):對(duì)照組管電壓120 kV,對(duì)比劑用量80 ml;低劑量組管電壓80 kV,對(duì)比劑用量50 ml。預(yù)置18G套管針,使用高壓雙筒注射器經(jīng)肘靜脈注射,對(duì)比劑為碘海醇(350 mgI/ml),注射速度4.5 ml/s,兩組生理鹽水用量均為20 ml。采用對(duì)比劑示蹤技術(shù)進(jìn)行掃描,在主動(dòng)脈弓降部勾畫(huà)ROI,觸發(fā)閾值為120 HU,觸發(fā)后延遲4.5 s后掃描,從足側(cè)到頭側(cè),掃描范圍從主動(dòng)脈弓(aorta arch,AOAR)到顱頂,X線球管探測(cè)器寬度64 mm ×0.625 mm,旋轉(zhuǎn)時(shí)間為0.6 s/周,螺距0.984,視野 25 cm ×25 cm,矩陣512×512,管電流350 mA,重建層厚1.250 mm,窗寬600 HU,窗位180 HU。
1.3 圖像后處理 將掃描得到的原始數(shù)據(jù)傳送至GE AW 4.4工作站,后處理方法包括多平面重組(MPR)、曲面重組(CPR)、最大密度投影(MIP)、容積再現(xiàn)(VR),并對(duì)所得圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.3.1 主觀評(píng)價(jià) 由2名有經(jīng)驗(yàn)的放射科主治醫(yī)師采用雙盲法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),取2名醫(yī)師評(píng)分的平均值。①動(dòng)脈圖像質(zhì)量:于軸位、MPR圖像、CPR圖像及VR圖像上觀察AOAR、雙側(cè)頸總動(dòng)脈(common carotid artery,CCA)、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery,ICA)、雙側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段(middle cerebral artery M1,MCA-M1)、基底動(dòng)脈(basilar artery,BA)。采用4級(jí)評(píng)分法評(píng)價(jià)[4]:1分:圖像質(zhì)量很差,無(wú)法觀察血管;2分:圖像質(zhì)量較差,影響分析;3分:圖像質(zhì)量尚可,不影響分析;4分:圖像質(zhì)量良好,血管顯示清晰。②靜脈干擾:造影劑注射同側(cè)頸部靜脈內(nèi)殘留的造影劑造成的偽影對(duì)鄰近動(dòng)脈的影響。對(duì)頸部血管進(jìn)行VR重建,以4分法進(jìn)行評(píng)價(jià)[5]:1分:頸內(nèi)靜脈內(nèi)殘留造影劑超過(guò)頸總動(dòng)脈分叉水平;2分:頸內(nèi)靜脈內(nèi)有造影劑殘留,但未超過(guò)頸總動(dòng)脈分叉水平;3分:鎖骨下靜脈內(nèi)有較多造影劑殘留,影響鎖骨下動(dòng)脈觀察;4分:鎖骨下靜脈內(nèi)僅有少量造影劑殘留,不影響鎖骨下動(dòng)脈觀察。
1.3.2 客觀評(píng)價(jià) ①血管強(qiáng)化的CT值:以原始圖像橫斷面進(jìn)行觀察,測(cè)量AOAR、雙側(cè)CCA(甲狀軟骨水平)、雙側(cè)ICA(分叉上方約2.0 cm)、雙側(cè)MCA-M1、BA的CT值,每個(gè)點(diǎn)測(cè)量3次取平均值,ROI盡量占據(jù)血管最大面積,避開(kāi)斑塊。②圖像噪聲:在橫斷面圖像上取CCA(甲狀軟骨水平)、雙側(cè)ICA(分叉上方約2.0 cm)、雙側(cè)MCA-M1水平,分別于左、右側(cè)的空氣內(nèi)放置ROI測(cè)量圖像噪聲,所得的CT值的標(biāo)準(zhǔn)差的平均值作為圖像噪聲,ROI面積約300 mm2。③背景信號(hào)(SI背景):在雙側(cè)CCA(甲狀軟骨水平)、雙側(cè)ICA(分叉上方約2.0 cm)水平將ROI放置于椎旁肌肉內(nèi),雙側(cè)MCA-M1水平將ROI放置于顳肌內(nèi),取3次測(cè)量CT值的平均值。④信噪比(SNR):為血管內(nèi)的CT值與圖像噪聲的比值,即SNR=SI血管/噪聲。⑤對(duì)比噪聲比(CNR):為血管內(nèi)的CT值與背景CT值的差值與圖像噪聲的比值,即CNR=(SI血管-SI背景)/噪聲。
1.4 輻射劑量 記錄由計(jì)算機(jī)生成的容積CT劑量指數(shù)(CT dose index of volume,CTDIvol),用CTDIvol乘以掃描長(zhǎng)度得出劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product,DLP),并計(jì)算有效劑量(effective dose,ED)。
其中k值參照歐盟委員會(huì)關(guān)于CT質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)指南,在頭頸部CTA掃描時(shí)K=0.0031[6]。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 17.0軟件,患者年齡、體重指數(shù)、CT值、SNR、CNR、DLP、ED組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);兩組性別比較采用χ2檢驗(yàn);兩組圖像動(dòng)脈質(zhì)量評(píng)分、靜脈干擾評(píng)分及CTDIvol采用非參數(shù)檢驗(yàn);采用Kappa檢驗(yàn)評(píng)估2名醫(yī)師評(píng)估的一致性,P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 圖像主觀評(píng)價(jià) 兩組 AOAR、雙側(cè)CCA、雙側(cè)ICA、BA、雙側(cè)MCA-M1及靜脈干擾平均分比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表2。兩組的圖像質(zhì)量均滿意(圖1、2)。2名醫(yī)師對(duì)動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分、靜脈干擾評(píng)分的一致性較高(Kappa=0.782、0.867,P<0.05)。
2.2 圖像客觀評(píng)價(jià) 低劑量組 AOAR、雙側(cè)CCA、雙側(cè)ICA、BA、雙側(cè)MCA-M1的CT值均高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見(jiàn)表3。兩組雙側(cè)CCA、雙側(cè)ICA、雙側(cè)MCA-M1的SNR、CNR比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn)表4、5。
2.3 兩組輻射劑量比較 低劑量組CTDIvol、DLP和ED均明顯低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)表6。低劑量組輻射劑量比對(duì)照組降低了69%。
表2 兩組動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分及靜脈干擾評(píng)分比較(分)
圖1 男,70歲,體重指數(shù)24.44 kg/m2,采用120 kV管電壓,80 ml對(duì)比劑進(jìn)行掃描,于橫軸位(A)、MIP(B)、CPR(C)及VR(D)圖像觀察,動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分4分,血管邊緣光滑銳利,分支顯示良好,箭示右側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈起始部軟斑塊
圖2 男,61歲,體重指數(shù)23.50 kg/m2,采用80 kV管電壓,50 ml對(duì)比劑進(jìn)行掃描,于橫軸位(A)、MIP(B)、CPR(C)及VR(D)圖像觀察,軸位索條狀偽影增加,但強(qiáng)化的血管與周?chē)浗M織對(duì)比尚好,動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)分4分,血管邊緣光滑銳利,分支顯示良好
表3 兩組8個(gè)動(dòng)脈節(jié)段CT值比較(HU)
表4 兩組6個(gè)動(dòng)脈節(jié)段SNR值比較
表6 兩組輻射劑量比較
近年來(lái),頭頸部CTA因其無(wú)創(chuàng)、精確、安全等技術(shù)特點(diǎn),在頭頸部血管疾病的臨床診斷和治療中發(fā)揮著重要的作用。由于頭頸部CTA掃描范圍內(nèi)有眼球晶狀體、甲狀腺等對(duì)射線敏感的器官,因此降低CT輻射劑量尤為重要[7-8]。同時(shí)因檢查需要注射大劑量對(duì)比劑,對(duì)腎臟存在潛在危害,如對(duì)比劑腎病等[9], 因此對(duì)比劑安全等問(wèn)題備受關(guān)注。目前多數(shù)研究只探討相同參數(shù)下低管電壓掃描,或只探討相同參數(shù)下低劑量對(duì)比劑掃描,而關(guān)于低管電壓與低劑量對(duì)比劑相結(jié)合在頭頸部CTA臨床應(yīng)用的研究鮮有報(bào)道。本研究旨在保證CT圖像質(zhì)量滿足臨床診斷需要的前提下,在其他掃描參數(shù)恒定的情況下,通過(guò)降低管電壓和減少對(duì)比劑用量來(lái)降低輻射劑量,減少對(duì)比劑不良反應(yīng)的發(fā)生,進(jìn)一步探討64層螺旋CT低管電壓結(jié)合低劑量對(duì)比劑頭頸部CTA的臨床價(jià)值和應(yīng)用前景。
3.1 低管電壓對(duì)圖像質(zhì)量的影響 X射線與物質(zhì)相互作用的主要形式有光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)。而CT增強(qiáng)掃描所用的含碘對(duì)比劑與X射線所發(fā)生的作用是以光電效應(yīng)為主的。光電效應(yīng)是指原子中某一殼層的電子吸收一個(gè)光子的能量后從原子中逃逸出來(lái),此逸出來(lái)的電子稱(chēng)為光電子。當(dāng)入射光子的能量等于或稍高于某一電子的結(jié)合能時(shí),如K層結(jié)合能(即原子從K殼層釋放一個(gè)電子所需的最小能量),X射線吸收率最大,光電效應(yīng)最強(qiáng)。光電效應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)弱決定了該物質(zhì)對(duì)X射線的衰減程度,從而影響CT值的高低。對(duì)比劑中碘的原子序數(shù)為53,K層電子結(jié)合能為33.2 KeV,管電壓為80 kV時(shí)的光子能量為43.7 KeV,更接近碘劑的電子結(jié)合能,此時(shí)組織對(duì)X線吸收率最大,圖像的CT值更高[10]。本研究結(jié)果顯示,低劑量組血管腔內(nèi)CT值較對(duì)照組增加,兩組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。此外,兩組各動(dòng)脈節(jié)段的SNR、CNR、動(dòng)脈圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)及靜脈干擾評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示雖然管電壓下降會(huì)導(dǎo)致圖像噪聲增加,血管邊緣的銳利度下降,但主要是影響軟組織之間的對(duì)比度,而強(qiáng)化的血管與周?chē)浗M織仍具有較高的對(duì)比度,因此受其影響較小,整體圖像質(zhì)量并無(wú)明顯下降。這一結(jié)論在相關(guān)文獻(xiàn)中也得以證實(shí)[11-12]。
3.2 低管電壓對(duì)輻射劑量的影響 從連續(xù)X射線強(qiáng)度公式I=KiZU2(I:X射線強(qiáng)度;K:比例系數(shù);i:管電流;Z:陽(yáng)極靶材料的原子序數(shù);U:管電壓)[13]可以看出,輻射劑量與管電壓的平方成正比,管電壓降低,輻射劑量以平方的關(guān)系降低。本研究?jī)山M輻射劑量對(duì)比差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,低劑量組較對(duì)照組輻射劑量明顯降低了69%,說(shuō)明低管電壓能顯著降低X線輻射劑量,與夏巍等[14]的研究結(jié)果一致。
3.3 低管電壓對(duì)對(duì)比劑用量的影響 碘對(duì)比劑的不良反應(yīng)主要有特異性反應(yīng)和細(xì)胞毒性反應(yīng),前者一般與劑量無(wú)關(guān),難以預(yù)防,而后者與對(duì)比劑劑量有關(guān),劑量越大,細(xì)胞毒性反應(yīng)的發(fā)生率越高。因此應(yīng)盡量降低對(duì)比劑劑量,能滿足診斷需要即可。本研究中對(duì)照組與低劑量組在圖像質(zhì)量方面無(wú)顯著差異,均能清晰地顯示頭頸部正常血管和病變,說(shuō)明低劑量對(duì)比劑與常規(guī)劑量效果相同,與楊春燕等[1]的研究結(jié)果一致。由于管電壓下降會(huì)使血管腔內(nèi)CT值增加,與常規(guī)管電壓相比,達(dá)到相同CT值所需對(duì)比劑劑量相對(duì)減少,因此可減少對(duì)比劑劑量。本研究對(duì)照組對(duì)比劑劑量為80ml,低劑量組對(duì)比劑劑量為50 ml,對(duì)比劑劑量減少可降低對(duì)比劑不良反應(yīng)的發(fā)生幾率。
總之,低管電壓結(jié)合低劑量對(duì)比劑行64層螺旋CT頭頸部CTA可獲得比較滿意的圖像,可以滿足臨床診斷需要,低管電壓技術(shù)可以達(dá)到降低輻射劑量的目的,合理降低對(duì)比劑用量可以減少對(duì)比劑腎病等醫(yī)源性危害,減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
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(本文編輯馮婕)
Feasibility of Low Tube Voltage Combined with Low Contrast Dose in 64-slice Spiral CT Cerebral and Carotid Arteriography
Purpose To evaluate the feasibility of a low-dose contrast medium protocol for 64-slice spiral CT angiography (CTA) of cerebral and carotid using a low-tube-voltage setting, and to compare the display effect of cerebral and carotid arteries by low-tubevoltage low-dose contrast medium and routine-tube-voltage routine-dose contrast medium scanning, and to assess the effect on radiation dose. Materials and Methods Eighty consecutive patients were prospectively selected to perform cerebral and carotid CTA inspection. The patients were randomly divided into control group and low dose group with 40 people in each group. The voltage in control group was 120 kV and the contrast agent was 80 ml; those in low dose group were 80 kV and 50 ml, respectively. The artery image quality was evaluated and venous interference was scored. The CT value, signalto-noise ratio (SNR), contrast-to-noise ratio (CNR) and radiation dose in both groups were statistically analyzed. Results The consistency of uniform in artery image quality score and venous interference score was rather high according to the assessment of two physicians (Kappa=0.782 and 0.867). There was no statistical difference in artery image quality score, venous interference score, SNR and CNR between the two groups (Z=-0.864--0.032, P>0.05). The CT value in low dose group was higher than that in control group (differences with statistical significance, t=-8.789-1.715, P<0.05). The CT dose index of volume, dose-length product and effective dose in low dose group were all significantly lower than those in control group (Z=-8.888, t=78.092 and 78.350, respectively, P<0.05). Conclusion The use of low tube voltage and low contrast dose in cerebral and carotid CTA examination can result in high quality images which meets the diagnostic needs and obviously reduce radiation dosage.
Tomography, spiral computed; Angiography; Carotid artery, common; Carotid artery, internal; Contrast media; Dose-response relationship, drug; Radiation dosage
10.3969/j.issn.1005-5185.2015.07.001
鄒 杰
Department of Radiology, the Fourth Affiliated Hospital of China Medical University, Shenyang 110032, China
Address Correspondence to: ZOU Jie
E-mail: jie1010@126.com
R445.3
2015-02-31
2015-06-25
中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志
2015年 第23卷 7期:481-485
Chinese Journal of Medical Imaging
2015 Volume 23(7): 481-485