呂春曉，邊傳振，王 穎，張 見

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

0 引言

近年來，CT的應(yīng)用越來越廣泛，同時帶來的輻射問題也越來越受到公眾的關(guān)注[1]。為了降低患者CT檢查的輻射劑量，人們采用自動曝光控制技術(shù)和迭代重建算法等來降低輻射劑量[2]。腹部CT檢查是兒童常用的檢查方法之一。兒童體型較小，對射線衰減較低，同時兒童主要以外傷和發(fā)育缺陷為主，對于圖像分辨力要求較成人低，但兒童是一個特殊的群體，其生長代謝旺盛且對X射線輻射敏感[3]，因此采用低劑量掃描是十分必要且可行的[4]。低劑量掃描結(jié)合全模型迭代重建（iterative model reconstruction，IMR）或混合迭代重建（iDose4）算法相對于常規(guī)劑量濾波反投影（filtered back projection，F(xiàn)BP）重建算法在不損害圖像質(zhì)量的情況下能大大降低成人胸腹部CT檢查的輻射劑量[5-7]，然而，少有關(guān)于這2種重建技術(shù)在肥胖兒童方面運用的報道[8]，更少有關(guān)于兒童體質(zhì)量或者體質(zhì)量指數(shù)（body mass index，BMI）對圖像質(zhì)量和輻射劑量影響的報道。筆者在工作過程中嘗試逐次降低機器掃描參數(shù)（kV、mAs），發(fā)現(xiàn)在降低到80 kV、50 mAs時圖像質(zhì)量基本滿足診斷需求，后筆者對兒童腹部體模采用80 kV、10 mAs，80 kV、15 mAs，80 kV、25 mAs和 80 kV、30 mAs 4 種參數(shù)掃描并采用iDose4和IMR算法重建后發(fā)現(xiàn)，除在參數(shù)為80 kV、30 mAs條件下掃描圖像能滿足診斷需求外，其他參數(shù)條件下的圖像質(zhì)量均較差，無法滿足診斷需求。因此，本文主要探究80 kV、30 mAs掃描條件結(jié)合不同重建算法在兒童腹部CT檢查中的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究通過我院倫理委員會審批同意后進行。前瞻性地連續(xù)采集2018年7月至2019年6月在我科行腹部CT檢查的1～5歲患兒237例，采用隨機數(shù)字法分為A、B 2組。入組標(biāo)準(zhǔn)：患兒符合年齡標(biāo)準(zhǔn)；患兒家長同意進行此次研究。排除標(biāo)準(zhǔn)：患兒體內(nèi)或體外有金屬異物；患兒腹部有較大占位性病變；患兒穿衣較多，家長不同意脫衣；患兒家長不同意此次研究。去除金屬異物患兒3例、腹部較大占位性病變患兒2例，最后入組患兒232例。其中，A組120例（男 64例、女 56例），平均年齡（2.9±0.7）歲，B 組112例（男58例、女 54例），平均年齡（3.1±0.8）歲。檢查前記錄患兒的身高、體質(zhì)量及BMI值。2組患兒性別、年齡、體質(zhì)量、掃描范圍及BMI等臨床資料比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。BMI值超過該年齡BMI值的第85百分位認(rèn)為該患兒超重[9]，其中A組正常體質(zhì)量患兒89例，超重患兒31例；B組正常體質(zhì)量患兒83例，超重患兒29例。

1.2 檢查方法

所有患兒均采用荷蘭飛利浦Brilliance iCT進行數(shù)據(jù)采集，掃描前不配合患兒行水合氯醛鎮(zhèn)定（1 ml/kg），檢查前去除患兒身上能產(chǎn)生偽影的異物，用鉛衣遮擋患兒其他非投照部位。選用128×0.625 mm探測器，掃描螺距為0.6，球管旋轉(zhuǎn)一周用時0.33 s，視野（filed of view，F(xiàn)OV）為 200 mm×200 mm。掃描時患兒仰臥，雙上肢上舉，采用腹部正位定位像。A組患兒采用管電壓80 kV自動曝光控制（DoseRight技術(shù)）進行掃描，B組患兒采用管電壓80 kV、固定管電流（30 mAs）進行掃描，掃描完成后所有圖像分別采用IMR和iDose4算法重建出層厚3 mm、層距3 mm的腹窗CT圖像用于診斷及圖像質(zhì)量評價，在IMR圖像上重組層厚10 mm、層距10 mm的腹窗CT圖像用于測量。記錄患兒的掃描范圍，在IMR圖像上重組層厚10 mm腹部最中間層面CT圖像用于測量患兒前后徑（AP）及左右徑（LAT）[10]，并計算其有效直徑（effective diameter，ED）。ED計算公式如下：

1.3 輻射劑量統(tǒng)計

從工作站劑量報表獲得患兒的容積CT劑量指數(shù)（volume CT dose index，CTDIvol），并在患兒最中間層面CT 圖像上勾畫感興趣區(qū)（region of interest，ROI）（感興趣區(qū)盡量小但要覆蓋橫斷面圖像所有解剖結(jié)構(gòu)），記錄感興趣區(qū)面積（AROI）及感興趣區(qū)平均CT值（CTROI），計算水當(dāng)量直徑（water diameter，WD），依據(jù)WD對應(yīng)的轉(zhuǎn)換因子f得到體型特異性劑量估算值（size-specific dose estimate，SSDE）[11]。相關(guān)計算公式如下：

1.4 圖像質(zhì)量評價

1.4.1 客觀評價

計算CT圖像的客觀噪聲值和信噪比：選取肝門層面脾區(qū)及第五腰椎層面椎旁肌肉區(qū)30～60 mm2區(qū)域為感興趣區(qū)，獲得感興趣區(qū)平均CT值及CT值標(biāo)準(zhǔn)差（SD）。平均CT值代表感興趣區(qū)信號值，SD值代表感興趣區(qū)客觀噪聲值，感興趣區(qū)信噪比（signal noise ratio，SNR）=CTROI/SD[12]。

1.4.2 主觀評價

在腹窗圖像上，根據(jù)肝實質(zhì)及肝內(nèi)血管的顯示、膽囊壁的顯示、腎實質(zhì)及近端輸尿管和膀胱的顯示、胰腺輪廓的顯示、大血管的顯示及生殖器官的顯示進行5分制評分，具體如下：5分，圖像噪聲少、質(zhì)地細膩、組織結(jié)構(gòu)顯示清晰、對比度良好，完全滿足診斷需求；4分，圖像噪聲較少、質(zhì)地較細膩、組織結(jié)構(gòu)顯示較清楚，能夠滿足臨床診斷；3分，圖像噪聲較多、質(zhì)地一般、部分組織結(jié)構(gòu)顯示欠佳，基本滿足診斷要求；2分，圖像噪聲多、質(zhì)地差、組織結(jié)構(gòu)顯示不清，不能滿足診斷需求；1分，圖像噪聲多、質(zhì)地很差、組織結(jié)構(gòu)顯示不清，完全沒有診斷價值[12]?！?分的圖像被認(rèn)為可以滿足診斷要求。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0進行統(tǒng)計學(xué)分析，采用t檢驗比較2組患兒的ED、SNR、客觀噪聲值（SD）、劑量長度乘積（dose length product，DLP）及 CTDIvol，采用秩和檢驗比較2組患兒的主觀評分，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2組患兒圖像質(zhì)量客觀評價結(jié)果

A、B 2組患兒SNR組間比較，2處感興趣區(qū)iDose4算法和IMR算法均為A組大于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。組內(nèi)比較，A、B2組SNR2處感興趣區(qū)均為IMR算法高于iDose4算法（P＜0.01）；A組正常體質(zhì)量和超重患兒2處感興趣區(qū)的SNR在IMR算法和iDose4算法間的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.99、0.74、0.43、1.04，P=0.33、0.47、0.67、0.31）；B 組正常體質(zhì)量患兒2處感興趣區(qū)的SNR IMR算法和iDose4算法均高于超重患兒，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=3.71、4.13、4.47、3.55，P＜0.01）。圖像質(zhì)量客觀評價結(jié)果見表 1。超重患兒2種算法CT掃描圖像如圖1所示。

表1 圖像質(zhì)量客觀評價結(jié)果

圖1 B組超重患兒CT圖像

2.2 2組患兒圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果

組間比較，A組患兒IMR算法和iDose4算法圖像評分均高于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-2.51，P＜0.05）。組內(nèi)比較，A組和B組患兒IMR算法圖像評分均優(yōu)于 iDose4算法（Z=-3.48、-5.82，P＜0.01）；A 組正常體質(zhì)量患兒和超重患兒圖像評分在IMR算法和iDose4算法間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-1.71、-1.25，P＞0.05）；B組正常體質(zhì)量患兒IMR算法和iDose4算法圖像評分均高于超重患兒，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（Z=-2.61、-2.08，P＜0.05）。圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果見表2。超重患兒2種算法CT掃描圖像如圖1所示。

表2 圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果分

2.3 2組患兒輻射劑量統(tǒng)計結(jié)果

A組患兒的SSDE和CTDIvol均高于B組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=5.11、4.62，P＜0.01）；組內(nèi)比較 A 組患兒SSDE較CTDIvol高49.1%，B組患兒 SSDE較CTDIvol高 48.0%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（t=7.63、5.87，P＜0.01）；A組超重患兒SSDE較正常體質(zhì)量患兒高18.8%（t=3.37，P＜0.01）；B 組超重患兒 SSDE 和正常體質(zhì)量患兒差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=1.38，P=0.18）。詳見表 3。

表3 2組患兒輻射劑量統(tǒng)計結(jié)果mGy

3 討論

O'Daniel等[13]研究表明，自動曝光控制能夠降低兒童及成人CT掃描的輻射劑量并保證圖像質(zhì)量。DoseRight技術(shù)與自動曝光控制效能等同，DoseRight自動毫安選擇功能能夠依據(jù)掃描定位像所確定的患者體型和檢查部位及X射線的衰減情況來進行相關(guān)計算，給出合適的管電流，因此能夠優(yōu)化掃描條件，在保證良好圖像質(zhì)量的前提下降低輻射劑量[14]；軸向動態(tài)劑量調(diào)節(jié)功能能夠自動調(diào)節(jié)橫斷面圖像管電流，在高衰減區(qū)域增加輻射劑量，在低衰減區(qū)域減少輻射劑量；縱向動態(tài)劑量調(diào)節(jié)功能能夠在縱軸方向依據(jù)不同部位及體型對管電流進行調(diào)節(jié)[11]。因此，DoseRight技術(shù)可以通過X、Y、Z及時間軸四維實時分析每例患者的解剖部位信息，并進行相應(yīng)的曝光量調(diào)節(jié)。本研究中A組患兒采用DoseRight技術(shù)，B組患兒采用固定管電流技術(shù)，且超重患兒和正常體質(zhì)量患兒的定位像信息有差異，這都將會對圖像質(zhì)量及輻射劑量產(chǎn)生影響。

本研究中2組患兒分別采用80 kV管電壓結(jié)合DoseRight技術(shù)和固定30 mAs管電流進行掃描，結(jié)果顯示A組SSDE較B組高，說明A組患兒在Dose-Right技術(shù)控制管電流的輸出時平均管電流高于30 mAs；而對A、B 2組患兒的圖像質(zhì)量進行分析發(fā)現(xiàn)，B組圖像質(zhì)量也能滿足診斷需求，只是在細節(jié)顯示方面差于A組，但大大降低了患兒的輻射劑量，對于對輻射敏感的兒童來講，沒必要為了追求完美的圖像而增加輻射劑量[12]。另外，本研究中A組超重患兒圖像質(zhì)量與正常體質(zhì)量患兒差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但超重患兒的輻射劑量高于正常體質(zhì)量患兒，說明DoseRight技術(shù)條件下CT機增大了超重患兒的輻射劑量。

本研究對一組數(shù)據(jù)采用了iDose4和IMR算法進行重建。iDose4重建屬于迭代重建算法，它是在投影空間和圖像空間進行基于雙模型（噪聲模型、解剖模型）的迭代運算，其中噪聲模型主要用來提高圖像質(zhì)量，解剖模型主要用來提高重建速度。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力及密度分辨力[6-7]。IMR重建是使用多模型的完全迭代重建算法，包括圖像、數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型和系統(tǒng)模型，它能夠抑制噪聲，改善圖像質(zhì)量。研究表明，在行低劑量腹部CT掃描時，IMR算法圖像質(zhì)量優(yōu)于iDose4算法，特別是對于噪聲的抑制[15]。本研究中，A組和B組患兒的IMR算法圖像客觀和主觀得分均高于iDose4圖像，這與Yuki等[16]的研究相一致，說明IMR重建算法能夠改善低劑量條件下兒童腹部圖像質(zhì)量。

研究表明，以往常用的CTDIvol和DLP評估患兒腹部CT檢查時受到的輻射劑量并不準(zhǔn)確[17]。為了解決這一問題，美國醫(yī)學(xué)物理協(xié)會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）通過對體模研究提出使用WD來計算患者的SSDE。WD除了用代表幾何外形尺寸的面積外還用代表組織衰減的橫斷面的平均CT值來定義患者體型[18-19]；臨床研究表明，采用WD計算的SSDE更能精確評估胸腹部及頭顱CT檢查的輻射劑量[20]。本研究中采用SSDE對患兒輻射劑量進行評價，通過計算發(fā)現(xiàn)A、B組SSDE較CTDIvol分別高49.1%和48.0%，這與袁子龍等[17]研究相一致，說明CTDIvol低估了兒童腹部CT檢查的輻射劑量，因此本研究采用SSDE來表示患兒的輻射劑量更加準(zhǔn)確。綜上所述，在80 kV、30 mAs條件下進行兒童腹部CT掃描是可行的，再結(jié)合IMR重建算法能夠進一步提高圖像質(zhì)量，這為進一步降低掃描管電流提供了條件，今后我們會嘗試采用IMR算法在更低管電流條件下進行患兒的腹部掃描。

本研究的不足之處在于：（1）圖像質(zhì)量主觀評分與觀察者的讀片喜好與傾向有關(guān)，評分結(jié)果可能存在爭議。（2）沒有對輻射劑量進行實際的測量，研究中所獲得的CTDIvol為機器自動給出的，可能與實際不相符。（3）研究選取最中間層面的相關(guān)參數(shù)來計算SSDE，由于患兒每層CT圖像形態(tài)各異，如果對每一層CT圖像參數(shù)進行測量，得到的SSDE也會不同，因此，選取最中間層面來代表整體是不精確的。但由于腹部CT檢查圖像數(shù)量多，目前也沒有相應(yīng)的軟件來輔助識別及運算，每一層都進行人工測量工作量大不易完成且容易產(chǎn)生誤差，但有報道稱，選取具有代表性的層面來替代整體是有一定的可行性的[21]，今后會對此方面的問題進行深入研究。

雖然存在上述不足，但本研究為進一步降低兒童CT掃描輻射劑量開辟了新思路，在兒童腹部CT檢查時不一定要拘泥于自動曝光控制提供的最佳掃描條件，CT技師應(yīng)注重手動控制及個性化掃描方案的設(shè)計，在滿足診斷需求的前提下最大限度地降低患兒的輻射劑量。