儿童CT检查中不同体型特异性辐射剂量估计的初步对比分析

郑丽丽，廖甜，彭伟，陈迢，张照喜，陈浩，贺瑶瑶，袁子龙

CT检查作为诊断儿童疾病的有效手段在临床中的应用越来越广泛，但其辐射安全问题也引起了人们的广泛关注[1-2]。目前临床上评估CT辐射剂量的常用指标有容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积[3-6]。但是，Li等[7]的研究表明，采用这些常用的辐射剂量评价指标将会导致对儿童患者接受的辐射剂量低估2～3倍，因此需要更准确的方法来评估儿童患者的辐射剂量。美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)分别于2011年和2014年提出了基于有效直径(effective diameter,ED)和水等效直径(water equivalent diameter，WED)的体型特异性剂量估计(size-specific dose estimates,SSDE)方法[8-9]，以此来修正体型和组织衰减对于CTDIvol和DLP等参数的影响。目前国内外已有较多研究比较这两种方法在估算成人辐射剂量中的差异[10-12]，但在儿童中的应用研究相对较少[13]。因此，本研究拟通过比较基于WED计算的SSDEWED与基于ED的SSDEED在估算儿童在CT检查中接受的辐射剂量的差异，来进一步探讨这两种计算方法在临床中的应用价值。

材料与方法

1.一般资料

回顾性分析2017年1月-2018年10月于我院行头、胸、腹盆部CT平扫的43例儿童患者的CT资料。其中男22例，女21例，年龄1～12岁，平均5.6岁；行头部检查者13例，胸部15例，腹盆部15例。所有患者的图像满足诊断要求。

2.扫描方案

使用Siemens Somatom Definition AS+ 64排128层CT机。头部扫描前适当使用约束装置，胸腹部扫描前对可配合者行呼吸训练。患者取仰卧位，头部扫描范围自颅顶至颅底，胸部扫描范围自胸廓入口至肺底，腹盆部扫描范围自膈顶至耻骨联合下缘。扫描参数：使用CARE Dose 4D电流调控技术，30～175 mAs，100～120 kV，重建层厚5 mm，层间隔5 mm，螺距1.2，机架转速2 r/s。

3.数据采集与测量

将扫描图像及剂量报告传送至PACS系统，记录每例患者的CTDIvol，参考AAPM发布的204及220号报告[8-9]，选取扫描范围中心层面的横轴面CT图像，勾画椭圆形ROI包含所有解剖结构(包含体表皮肤，但不含床板)，测量ROI的前后径(anterior-posterior dimension，AP)、横径(lateral dimension，Lat)，AP为椭圆形ROI的最小短径，Lat为椭圆形ROI的最大长径，计算ED、转换因子(fED)及SSDEED(mGy)：

ED=(AP×LAT)1/2

(1)

fED=a×e-b×ED

(2)

SSDEED=fED×CTDIvol

(3)

计算勾画区域ROI的面积AROI及CT值(CTROI)、WED、转换因子(fWED)及SSDEWED(mGy)：

WED=2×[(CTROI/1000+1)×AROI/π]1/2

(4)

fWED=a×e-b×WED

(5)

SSDEWED= fWED×CTDIvol

(6)

其中，a=1.875，b=0.039，e为自然对数，取值为2.71828。

4.统计学分析

使用GraphPad Prism软件进行统计分析，以WED及SSDEWED为参考，绘制Bland-Altman图来分析在儿童头、胸和腹盆部CT检查中两种方法估算的辐射剂量之间的差异，计算两种方法测量值的差值的均值(mean of difference，MD)、标准差(SD)及差值百分比(D%)，以Mdiffer±1.96SD定义为95%的一致性界限(limit of agreement，LOA)。

结 果

1.各部位ED与WED的比较

各部位ED与WED的比较结果见表1和图1。三个部位中，以腹盆部的ED与WED 间的差异最小(0.72)，胸部最大(10.49%)。而两者间95%LOA以头部最小，腹盆部最大，仅在腹盆部组中有1例患者的数据处于95%LOA外，其百分差异达39.19%(图1c)。

2.儿童不同部位SSDEED与SSDEWED比较

各部位SSDEED与SSDEWED的比较结果见表3和图2。三个部位中，以腹盆部的SSDEED与SSDEWED由的差异最小，胸部最大。而两者间95% LOA以头部最小，腹盆部最大；其中腹盆部有1例患者的数据处于95% LOA外，其百分差异为-28.79%(图2c)，头部也有1例患者的数据位于95% LOA之外，其百分差异为6.64%(图2a)。

讨 论

目前临床上常用CTDIvol及DLP来评价患者的辐射剂量，但是大量研究结果表明这2项指标与患者的体型之间无显著相关性[6,14-16]，采用CTDIvol及DLP等常见剂量指标对儿童患者在CT检查中接受的辐射剂量进行评估时，可能导致对儿童辐射剂量的严重低估，这对于儿童来说是绝不允许的[7]。SSDE作为一种新的评价方法可以有效的弥补CTDIvol等不能反映体型差异及组织衰减等方面的不足。基于水等效直径计算SSDEWED是在基于有效直径计算SSDEED之后进一步发展的新算法，已经广泛的应用于临床CT辐射剂量的评价中，但是对于这2种方法应用于儿童患者时的对比分析尚鲜见报道。因此本研究通过Bland-Altman分析来比较WED与ED、SSDEWED与SSDEED在评估儿童CT检查辐射剂量方面的差异，旨在进一步拓展其在儿童CT辐射剂量评价中的应用。

表1 不同部位两种计算方法的比较

图1 各部位ED与WED比较的Bland-Altman分析图。图中横坐标Average表示表示两种直径的平均值，纵坐标D%表示两种直径差值的百分比，实线代表平均百分偏差，虚线代表95%LOA；相同颜色的箭头所指示的代表同一患者。a)头部；b)胸部；c)腹盆部，其中1例患者的数据位于95%LOA之外，其百分差异为39.19%(箭)。 图2 SSDEED与SSDEWED比较的Bland-Altman分析图。a)头部，其中1例患者的数据位于95%LOA之外，其D%为6.64%(箭)；b)胸部；c)腹盆部，其中1例患者的数据处于95%LOA之外，其D%为-28.79%(箭)。

本组研究结果表明，在儿童胸部CT检查中ED测量值较WED高约10.49%，在腹盆部高约0.72%，而在头部约低7.25%，从而导致了胸部的SSDEED较SSDEWED低估了约8.75%，腹盆部低估约0.77%，但在头部约高估4.35%。由此可以看出，两种算法的结果在胸部差异最大，其次为头部，在腹部两者间差异较小。分析原因可能是由于各部位的组织结构不同所致。腹盆部软组织器官密度较胸部肺组织和头部骨组织更接近于水的密度，从而导致在腹盆部测量时勾画的ROI获得的CTROI值更趋近于0，因此根据公式4计算的WED值接近于所勾画的椭圆形ROI的直径，此时WED值与有效直径的差异就不大，基于两者计算的辐射剂量的值差异就不大；而由于儿童胸部含气量较大，密度远小于水，因此CTROI的测量值为负值，故而在胸部所计算的WED值明显低于ED，进而导致SSDEED较SSDEWED低估了8.75%。同理，儿童头部组合结构的密度大于水，故在头部CTROI值为正值，因此WED也就高于ED，相应的SSDEED较SSDEWED高估了4.35%。

国内一些学者针对成人患者对两种算法进行了对比分析。如袁等[10]的研究结果显示，在成人CT检查中采用相似的方法计算的胸部和腹部的SSDEED相较于SSDEWED的差值百分比分别达11.6%和4.8%，其差异均大于本组研究结果。分析原因可能由于相对于成人胸部，儿童胸部中的气体在整个胸部区域所占比例较小，故胸部的生理密度与水密度的差异不如成人大，相应地，所计算的SSDEED与SSDEWED之间的差异略小于成人。同时，儿童腹部的生理密度相比成人，可能更加接近于水的密度，因此其WED更接近于ED，故而儿童腹部检查中计算的SSDEED与SSDEWED的差异性相比成人更小。

本研究中腹盆部组有1例的测量数据位于LOA之外，其WED与ED及SSDEED与SSDEWED的差值百分比分别达到了39.19%和-28.79%。经过分析发现，数据测量时选取的中心层面上肠道积气的范围较大，导致CTROI值显著低于其它患者，相应的使得据此计算的WED和SSDEWED显著降低，与ED及SSDEED的差值较大。此外，同时在头部SSDEED与SSDEWED的比较中发现1例的数据稍稍处于95% LOA之外约0.39%，可以忽略不计。

当然，本研究也存在一些不足之处：首先，尽管现有的结果已经对两种方法进行了较好的说明，但是其仍然受限于较低的样本量，后期希望能联合多家单位来进行大样本的分析；其次，在SSDE的计算中包含了受检者前后径、横径、转换因子等体型特异性因素，故未对样本进行年龄段及体重范围的分组，待样本量扩充后可行近一步的细化研究；第三，WED的勾画仍然是一个大问题，一定的图像自动勾画处理将能很好的解决该问题。

总之，对儿童CT检查中辐射剂量进行评估时，基于ED和WED计算的辐射剂量存在一定差异，基于水等效直径计算的辐射剂量由于其计算方法中考虑了儿童体型和组织衰减特性等因素，因而在一定程度上能更加准确地估算儿童患者的CT辐射剂量。

利益冲突:所有参与者未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益，在此对本研究的科学性和独立性予以保证。作者贡献说明:郑丽丽负责文章初稿撰写及数据收集；廖甜、彭伟、陈迢、陈浩、贺瑶瑶负责数据采集与测量；袁子龙负责方案设计及数据分析；张照喜及袁子龙负责文章指导与审核。