葛亞莉，邊傳振，戴石

南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210000

引言

人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到電離輻射是導(dǎo)致腫瘤的潛在風(fēng)險(xiǎn)之一，在特定輻射劑量下，兒童患腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)高于成人，因?yàn)閮和瘜?duì)電離輻射更敏感且具有更長(zhǎng)的生命周期[1]。研究表明，兒童所受輻射劑量累計(jì)超過(guò)50 mGy，患白血病的風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)增加三倍，累計(jì)超過(guò)60 mGy，患腦腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加三倍[2]。為了降低電離輻射風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)得到準(zhǔn)確的臨床診斷，CT檢查前必須認(rèn)真評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)和必要性，若必須執(zhí)行CT檢查，應(yīng)考慮低劑量參數(shù)CT掃描。優(yōu)化CT掃描序列，調(diào)整CT掃描參數(shù)，增添自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)和使用迭代重建算法都有利于減少電離輻射[3]，同時(shí)輻射劑量的準(zhǔn)確評(píng)估也逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

近年來(lái)，傳統(tǒng)的濾波反投影重建技術(shù)（Filtered Back Projection，F(xiàn)BP）在提高圖像分辨力和降低輻射劑量等方面遭遇到了瓶頸，因此，迭代重建技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理結(jié)合管電壓、管電流修正技術(shù)來(lái)降低輻射劑量并減少偽影，從而得到高分辨力的圖像[4-5]。低劑量掃描iDose重建技術(shù)相對(duì)于常規(guī)劑量FBP重建技術(shù)在不損害圖像質(zhì)量的情況下能大量的降低成人胸部CT檢查的輻射劑量[6]，然而，少有關(guān)于iDose重建技術(shù)在肥胖兒童方面的報(bào)道，更少有關(guān)于兒童體重或者體質(zhì)量指數(shù)（Body Mass Index，BMI）對(duì)圖像質(zhì)量影響的報(bào)道。目前，常用來(lái)評(píng)估患兒輻射劑量的參數(shù)最要有容積CT劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及劑量長(zhǎng)度乘積（Dose Length Product，DLP），他們主要是CT機(jī)在特定體模條件下的輸出劑量，沒(méi)有考慮到患者的體型對(duì)所受劑量的影響，體型特異性劑量評(píng)估（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）考慮到患兒的體型因素，并對(duì)其輻射劑量參數(shù)依據(jù)體型進(jìn)行修正。因此，本次研究旨在探討iDose4技術(shù)對(duì)正常體重及超重患兒的胸部CT檢查的輻射劑量和圖像質(zhì)量的影響并找出能更加準(zhǔn)確評(píng)估該群體所受輻射劑量的參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究通過(guò)南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)后進(jìn)行。前瞻性地選取2017年5月至2018年5月由我院臨床醫(yī)生開(kāi)具胸部CT查申請(qǐng)單的0歲到16歲的患兒160例，A組110人，B組50人。檢查前記錄患兒的身高、體重及BMI值。BMI值超過(guò)該年齡BMI值的第85百分位認(rèn)為該患兒超重[7]。

1.2 掃描技術(shù)及輻射劑量的測(cè)量

使用飛利浦128iCT進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，CT掃描參數(shù)：FOV 200 mm×200 mm，準(zhǔn)直寬度128 mm×0.625 mm，螺距0.925，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.29 s/周，重組圖像層厚3 mm，層間距2 mm，掃描范圍從胸廓入口到肋膈角。A組病人采用低劑量掃描參數(shù)，其中體重超過(guò)40 kg的患兒管電壓100 kV，低于40 kg的患兒80 kV，均使用自動(dòng)管電流調(diào)節(jié)技術(shù)（20～100 mA），所采集數(shù)據(jù)使用iDose4算法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建。B組患兒采用常規(guī)的CT掃描參數(shù)，超過(guò)40 kg的患兒120 kV，低于40 kg的患兒100 kV，均采用參考管電流為100 mA的劑量調(diào)整技術(shù)，采集數(shù)據(jù)使用FBP算法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建。記錄患兒的CTDIvol和DLP。計(jì)算患兒的SSDE[8]：在氣管隆突層面CT圖像上測(cè)量患兒胸廓的前后徑（AP）和左右徑（LAT），并計(jì)算其有效直徑（ED），依據(jù)ED對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子fsize得到SSDE[9]。計(jì)算公式如下：ED=(AP×LAT)1/2，SSDE=fsize×CTDIvol。有效輻射劑量（ED*）根據(jù)公式ED*=K×DLP計(jì)算，K為轉(zhuǎn)換因子[10]。

1.3 圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)

在同一PACS工作站上我們選取氣管隆突層面降主動(dòng)脈區(qū)、左側(cè)椎旁肌肉區(qū)30～50 mm2為感興趣區(qū)，并測(cè)量該區(qū)域的CT（HU）值和標(biāo)準(zhǔn)差（SD），SD值為圖像噪聲值，SNR（信噪比）=HU/SD。為了得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，所選區(qū)域盡量只包含均一的組織，避免外來(lái)組織的干擾[11]。

1.4 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)

所得胸部CT圖像分別請(qǐng)放射科副主任醫(yī)師1名和放射科主管技師1名為觀察者，根據(jù)圖像的噪聲、銳利度、偽影、診斷可接受性進(jìn)行打分，打分時(shí)同一病人分別顯示肺窗和縱膈窗。圖像噪聲打分：4分表示噪聲很少或沒(méi)有噪聲；3分表示圖像噪聲量一般；2分表示圖像噪聲量較多，勉強(qiáng)可接受；1分表示圖像大量噪聲，不可接受。圖像銳利度打分：4分表示圖像銳利度很好；3分表示圖像銳利度一般；2分表示圖像銳利度較差，勉強(qiáng)接受；1分表示圖像銳利度很差，不可接受。圖像偽影打分：4分表示偽影較少或沒(méi)有偽影；3分表示偽影量一般；2分表示偽影較多，勉強(qiáng)可以接受；1分表示大量偽影，不可接受。診斷可接受性打分：4分表示優(yōu)秀；3分表示一般；2分表示較差，勉強(qiáng)接受；1分表示完全不能接受，得分均≥2分認(rèn)為滿足診斷要求[12]。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所得數(shù)據(jù)采用SPSS 18數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析。兩組病人的身高、體重、BMI、ED、輻射劑量、圖像噪聲采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析；患兒性別采用卡方檢驗(yàn)進(jìn)行分析；組內(nèi)SSDE與CTDIvol采用配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行分析；P＜0.05表示數(shù)據(jù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)采用秩和檢驗(yàn)（Kruskal Wallis檢驗(yàn)）進(jìn)行分析，同組不同觀察者間打分的一致性采用kappa檢驗(yàn)進(jìn)行分析，k≤0.2為一致性差，0.2＜k≤0.4為一致性一般，0.4＜k≤0.6為一致性中等，0.6＜k≤0.8為一致性較強(qiáng)，0.8＜k≤1.0為一致性強(qiáng)。

2 結(jié)果

2.1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料對(duì)比

兩組患兒在身高、體重、性別、BMI、ED間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表1。

表1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果（）

表1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果（）

人數(shù)(男/女)A 126.8±21.7 35.2±11.4 18.2±4.5 27.8±8.12 58/52 B 124.6±25.7 35.0±12.9 18.5±4.7 28.1±7.57 26/24 P 0.276 0.923 0.770 0.804 0.930組別 身高(cm)體重(kg)BMI(kg/m2)ED(cm)

2.2 所有患兒輻射劑量

所得數(shù)據(jù)經(jīng)分析后顯示，兩組患兒的輻射劑量差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A組患兒的平均有效劑量（2.0 mSv）較B組患兒（4.7 mSv）降低57.4%（P＜0.001）；A組正常體重患兒平均有效劑量（1.7 mSv）較B組（4.1 mSv）降低58.5%（P＜0.001）；A組超重患兒的平均有效劑量（3.2 mSv）較B組（7.6 mSv）降低 57.9%（P＜0.001）。A 組患兒的平均SSDE（5.6 mGy）較B組（13.6 mGy）患兒降低58.8%（P＜0.001）；A組正常體重患兒平均SSDE（4.9 mGy）較B組（12.5 mGy）降低60.8%（P＜0.001）；A組超重患兒平均SSDE（8.4 mGy）較B組（23.2 mGy）降低60.4%（P＜0.001），見(jiàn)表2。

2.3 A組患兒的輻射劑量指數(shù)按年齡進(jìn)行分析

各組患兒在人數(shù)和性別差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.924）。0～7 歲 患 兒 SSDE 比 CTDIvol高 84.5%（P＜0.001），8～12 歲患兒SSDE 比 CTDIvol高 43.2%（P＜0.001），13～16歲患兒SSDE與CTDIvol差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.62），見(jiàn)表3。

2.4 對(duì)A組13-16歲患兒輻射劑量指數(shù)進(jìn)行分析

正常體重患兒SSDE比CTDIvol高16.9%（P=0.025），超重患兒SSDE比CTDIvol低15.5%（P=0.013），患兒的體重和ED差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表4、表5。

2.5 圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)

A、B兩組患兒圖像（圖1）主動(dòng)脈區(qū)所測(cè)得平均噪聲分別為18.1±4.6和18.3±6.5，但是差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；信噪比分別為3.02±0.46和2.55±0.32，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。A組患兒椎旁肌肉區(qū)測(cè)得的平均噪聲（21.6±4.8）高于B組患兒（20.1±4.7），差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；信噪比分別為 2.81±0.42和 2.43±0.19，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。A組超重患兒椎旁肌肉區(qū)及主動(dòng)脈區(qū)平均噪聲均高于A組正常體重患兒，信噪比低于正常體重患兒，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表2。

表3 A組不同年齡（歲）組SSDE和CTDIvol統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，mGy）

表3 A組不同年齡（歲）組SSDE和CTDIvol統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，mGy）

CTDIvol SSDE P 0～7 4.09±0.18 7.55±0.51 ＜0.001 8～12 5.49±0.31 7.86±0.58 ＜0.001 13～16 6.48±0.32 6.52±0.98 0.620

表4 A組13～16歲年齡組患兒SSDE和CTDIvol統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，mGy）

表4 A組13～16歲年齡組患兒SSDE和CTDIvol統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，mGy）

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表5 A組13～16歲年齡組患兒人口統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

表5 A組13～16歲年齡組患兒人口統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

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圖1 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)實(shí)例

2.6 圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià)

A、B兩組患兒噪聲差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，偽影、銳利度和診斷可接受度A組患兒得分高于B組患兒，但兩組評(píng)分均≥2分，滿足診斷需求，見(jiàn)表6。觀察者間噪聲、偽影、銳利度和診斷可接受度評(píng)分一致性中等（k分別為0.51，0.49，0.53，0.35）。

表6 A、B兩組患兒主觀評(píng)分統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，分）

表6 A、B兩組患兒主觀評(píng)分統(tǒng)計(jì)結(jié)果（，分）

噪聲 銳利度 診斷可接受度 偽影A組 3.59±0.493.71±0.46 3.65±0.48 3.45±0.28 B組 3.25±0.623.05±0.74 2.90±0.62 2.97±0.42 P 0.150 0.012 0.002 0.003

表2 患兒的輻射劑量及客觀噪聲統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

表2 患兒的輻射劑量及客觀噪聲統(tǒng)計(jì)結(jié)果（）

A組B組所有病人 正常體重 超重 所有病人 正常體重 超重輻射劑量ED* (mSv) 2.0±1.0 1.7±0.8 3.2±1.2 4.7±3.0 4.1±2.8 7.6±2.6 SSDE (mGy) 5.6±2.8 4.9±2.2 8.4±2.1 13.6±9.2 12.5±8.4 21.2±6.7圖像噪聲降主動(dòng)脈區(qū) 18.1±4.6 18.2±5.0 17.5±2.6 18.3±6.5 18.4±6.9 18.2±4.5椎旁肌肉區(qū) 21.6±4.8 18.6±4.3 26.7±4.2 20.1±4.7 17.9±4.8 22.9±3.7信噪比降主動(dòng)脈區(qū) 3.02±0.46 3.42±0.13 2.89±0.61 2.55±0.32 2.75±0.27 2.17±0.39椎旁肌肉區(qū) 2.81±0.42 2.97±0.33 2.53±0.29 2.43±0.19 2.59±0.17 2.09±0.21

3 討論

本研究通過(guò)分析比較A、B兩組患兒胸部CT檢查的ED*和SSDE，表明A組患兒輻射劑量低于B組。此前有報(bào)到稱迭代重建算法能減少27%～35%的成人胸部CT檢查時(shí)的輻射劑量，且保證了圖像質(zhì)量不受影響[13-14]，這與本研究相符。iDose4重建屬于迭代重建算法，它是在投影空間和圖像空間進(jìn)行基于雙模型（噪聲模型、解剖模型）的迭代運(yùn)算，其中噪聲模型主要用來(lái)提高圖像質(zhì)量，解剖模型主要用來(lái)提高重建速度；該算法能消除低光子偽影，大幅度提高重建圖像的空間分辨率及密度分辨率，最大限度降低圖像噪聲[15-16]。因此，iDose4能很好地彌補(bǔ)降低管電流所帶來(lái)的一系列負(fù)面影響。這也是本研究選擇iDose4進(jìn)行圖像重建的原因。本研究中A、B兩組患兒的客觀噪聲值差異雖然不大，但信噪比差異較大，且圖像的銳利度診斷可接受度等方面A組患兒高于B組，且A組患兒的輻射劑量比B組降低57%，說(shuō)明低劑量參數(shù)結(jié)合iDose4算法不僅提高圖像的銳利度和診斷可接受度改善圖像質(zhì)量，還能降低患兒的輻射劑量，這與Yoon等[17]的報(bào)道相一致。

近年來(lái)肥胖患兒數(shù)量逐年遞增，因此本研究同時(shí)也分析了超重患兒的輻射劑量和圖像質(zhì)量，本研究發(fā)現(xiàn)A組肥胖患兒椎旁肌肉興趣區(qū)的噪聲值高于B組肥胖患兒，這可能是由于輻射劑量的降低引起的椎體區(qū)線束硬化效應(yīng)引起的，今后我們會(huì)針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步分析，找出原因。

CTDIvol為CT設(shè)備在16 cm或32 cm標(biāo)準(zhǔn)體模下的輸出劑量，常用來(lái)評(píng)價(jià)不同設(shè)備或機(jī)型的輸出劑量，而每個(gè)患兒的體型與標(biāo)準(zhǔn)體模差異很大，因此用CTDIvol評(píng)估患兒受到的輻射劑量并不準(zhǔn)確。為了準(zhǔn)確評(píng)估患兒受到的輻射劑量，美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)協(xié)會(huì)通過(guò)對(duì)體模研究提出使用SSDE作為評(píng)估患兒受到的輻射劑量參數(shù)（第204號(hào)報(bào)告[9]），報(bào)告指出體模受到的輻射劑量不僅與設(shè)備輸出劑量有關(guān)還與體模體型有關(guān)，因而SSDE能更準(zhǔn)確地評(píng)估體模的輻射劑量，前期臨床研究證實(shí)，在成人的應(yīng)用中SSDE更能準(zhǔn)確評(píng)估患者的輻射劑量[18]。本研究通過(guò)臨床數(shù)據(jù)對(duì)第204號(hào)報(bào)告的結(jié)論在正常體重和超重兒童胸部CT的應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)分析A組不同年齡段患兒的SSDE與CTDIvol發(fā)現(xiàn)，0～7歲和8～12歲患兒的SSDE均高于CTDIvol而13～16歲的患兒的SSDE與CTDIvol相差不大，分析原因可能是因?yàn)镃TDIvol是在32 cm標(biāo)準(zhǔn)體模下的輸出劑量，而0～7歲和8～12歲患兒的平均有效直徑分別為19.6 cm和28.9 cm，均小于標(biāo)準(zhǔn)體模[14]，因而CTDIvol低估了患兒的輻射劑量，13～16歲患兒的平均有效直徑為33.1 cm，與標(biāo)準(zhǔn)體模相近，因而SSDE與CTDIvol相差不大。對(duì)13～16歲正常體重和超重患兒進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，正常體重患兒SSDE比CTDIvol高16.9%，超重患兒SSDE比CTDIvol低15.5%，說(shuō)明CTDIvol高估了超重患兒的輻射劑量，低估了正常體重患兒的輻射劑量，正常體重和超重患兒的平均有效直徑分別為30.9 cm和39.6 cm，這可能就是出現(xiàn)上述差異的原因，這與前期的臨床研究相一致[19]。

綜上可以得出如下結(jié)論：① 不論超重患兒還是正常體重患兒胸部CT檢查時(shí)使用低劑量掃描參數(shù)iDose4數(shù)據(jù)重建算法，在滿足診斷要求的前提下，能降低患兒的輻射劑量；② SSDE能精確評(píng)估不同體型患兒的輻射劑量。本研究的不足之處在于超重患兒的樣本量較少，因此對(duì)有些結(jié)論無(wú)法深入進(jìn)一步分析。本研究的2位觀察者在圖像噪聲、銳利度、偽影和診斷可接受性等方面的打分不盡一致，這可能是因?yàn)橛^察者的主觀因素和個(gè)人對(duì)圖像的偏好等有關(guān)。盡管存在上述問(wèn)題，但是我們的研究已經(jīng)初步判斷低劑量參數(shù)iDose4重建算法的優(yōu)越性，在今后的臨床工作中我們會(huì)更廣泛的應(yīng)用并進(jìn)行更細(xì)化更深入的研究。