超低管电压（70 kVp）结合大螺距扫描技术在儿童胸部CT中的应用

施蒋巍，苏 凯

（江苏省苏州明基医院影像科，江苏 苏州 215011）

胸部MDCT对儿童呼吸性疾病的具有极大的诊断价值[1]。CT的主要缺点是较大的辐射暴露。降低辐射剂量在儿童中尤其重要，因为儿童的器官放射敏感性和来自单独CT检查的有效辐射剂量要比成人高[2-5]。据报道[6]，在儿童中使用CT扫描，累积约50 mGy的剂量可能会增加近三倍罹患白血病的风险，而累积约60 mGy的剂量可能会使脑肿瘤的风险加倍。因此，有必要尽可能减少对儿童的医疗辐射暴露（as low as reasonably achievable, ALARA）的概念。

虽然在胸部CT扫描中常用减低管电流-时间乘积来减少辐射剂量[1,7]。但降低管电压是减少辐射剂量的最直接、最有效的方法[8-9]，特别是目前越来越多的MDCT可以实现70 kVp的管电压设置，更加适合儿童的检查。而增大扫描螺距不但可以缩短扫描时间，又可以减少扫描剂量。

本研究的目的是评价超低管电压（70 kVp）结合大螺距扫描技术对儿童进行胸部CT扫描的辐射剂量和图像质量。

1 材料和方法

1.1 研究人群 本前瞻性研究得到了我院伦理委员会的批准，并均获得监护人的书面知情同意。

本研究对2019年7月—2019年12月中30 例连续的儿童进行低剂量CT胸部扫描，管电压70 kVp，螺距1.3，定义为A组。为了进行辐射剂量和图像质量的比较分析，从PACS工作站中选择了2019年1月—2019年6月同一CT机型上以传统扫描模式管电压80 kVp及螺距1.1扫描的30 例儿童，定义为B组。本研究所有病例胸部CT的主要临床使用指征均是获得性呼吸道疾病。

1.2 CT扫描技术 扫描协议参数（请参见表1）。所有研究均在联影UCT760 128层螺旋MDCT扫描仪上进行。所有患者均在头足方向进行扫描。对于不能配合进行屏气扫描的患者在扫描过程中保持自由呼吸，没有应用声音命令进行屏气控制。扫描完成后分别使用卷积核B50获得肺窗图像和卷积核B20获得纵膈窗图像，均使用标准的滤波反投影算法，以1.5 mm的层厚重建连续的横断位图像。

表1 两种扫描方案的扫描参数

1.3 辐射剂量 通过系统自动提供的两个标准剂量指标[体积CT剂量指数（CTDIvol）和剂量长度乘积（DLP）]获取患者的辐射剂量并自动将其传输至PACS。有效剂量（ED）可以估算如下：ED＝DLP*k，使用DLP方法结合先前发布的年龄依赖性转换因子k（新生儿，0.039； 1～4 岁，0.026；5～9岁，0.018；10～15 岁，0.013）。

1.4 图像分析 图像评估是在PACS工作站（GE公司；中国）上进行的。图像噪声和信噪比（SNR）参考Kim等[8]描述的方法，通过测量右肺动脉水平降主动脉的大约1 cm2感兴趣区域（ROI）内的CT衰减值/SD来获得，见图1。当降主动脉的面积小于1 cm2时，ROI的尺寸适当减小。我们对数据进行两次测量，并计算平均图像噪声和SNR进行评估。在标准纵膈窗设置（宽度：400 HU，中心：40 HU）和肺窗设置（宽度：1 600 HU，中心：－600 HU）下评估肺和纵膈图像的总体主观质量。使用5分制来对图像质量进行分级，其定义为：极好（1级），清晰地描绘解剖结构，无噪音及伪影；良好（2级），解剖结构清晰，有轻微的噪音或伪影；令人满意的（3级），足够的图像质量，中度到中等的噪声或伪影；不良（4级），严重噪声或伪影，会部分影响诊断准确性；无法诊断（5级），严重噪声和伪影，会严重影响诊断准确性。对图像呼吸运动伪影进行分级，定义为：无呼吸运动伪影（1级）；轻度呼吸运动伪影（≥1层且＜3层）（2级）；中度呼吸运动伪影（≥3层且≤5层）（3级）；严重的呼吸运动伪影（＞5层）（4级）。两位具有5 年经验的放射科医生在对扫描方案的情况下对图像质量进行主观评分。如果在主观图像分析中得分不一致，则由拥有10 年经验的另一位高年资医师对相应的图像进行重新分析并作为最终评分。

图1 感兴趣区域（ROI）放置在右肺动脉水平降主动脉中，平均衰减值（CT值）和标准偏差（SD）为76和20.9，信噪比（SNR）为3.63。

1.5 统计分析 两组的一般资料数据、辐射剂量和客观图像质量方面通过使用独立样本t检验进行评估。使用非参数方法（Mann-Whitney U检验）来分析主观评价的图像得分。观察者之间关于图像质量等级的一致性通过Kappa统计评估（Kappa＞0.81，极好；Kappa＝0.61～0.80，好；Kappa＝0.41～0.60，中度；Kappa＝0.21～0.40；一般；Kappa＜0.20，略有一致性）。使用统计软件SPSS 19.0用于统计分析。计量资料表示为平均值±标准差。P＜0.05被认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 研究人群 A组患者包括男19 例和女11 例，年龄(9.9±2.6)岁，体重(28.4±10.5)kg；B组患者包括男18 例和女12 例，年龄(9.3±2.8)岁，体重(28.7±14.3)kg。两组年龄和体重之间差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 辐射剂量 A组的平均CTDIvol，DLP和ED16cm为0.52 mGy，12.23 mGy·cm和0.63 mSv，而B组分别为0.86 mGy，16.6 mGy·cm和0.92 mSv。与传统扫描方案相比，新扫描方案的平均CTDIvol降低了39.5%，DLP降低了26.3%，ED16cm降低了31.5%（P＜0.001），如表2所示。

表2 两种扫描方案的胸部CT辐射剂量（±s）

表2 两种扫描方案的胸部CT辐射剂量（±s）

参数 A组（n＝30） B组（n＝30） P CTDIvol（mGy） 0.52±0.003 0.86±0.005 ＜0.001 DLP（mGy·cm） 12.23±1.35 16.60±2.02 ＜0.001 ED16cm（mSv） 0.63±0.11 0.92±0.13 ＜0.001

2.3 客观图像质量 与B组相比，A组的平均图像噪声明显更高（23.79 HU vs 18.95 HU；P＝0.002），并且增加了20.3%。A组的平均SNR比B组降低了14.8%（2.35 vs 2.76，P＝0.193）。

2.4 总体主观图像质量和呼吸运动伪影 图2、图3显示了2 例患者不同扫描方案中的图像质量。本研究中，两组研究者均没有被评定为5级。两组的总体主观图像质量等级之间差异无统计学意义（Z＝－0.150，P＝0.115）。对于呼吸运动伪影等级，A组的等级明显低于B组（Z＝－5.282，P＜0.001）。 A组中没有患者图像被评估为3级和4级，B组有3 例患者图像被认为是4级，笔者分析是由于患儿严重的紧张引起的呼吸频率高，导致呼吸伪影显著增加，图像质量下降。客观及主观的图像质量评估见表3。两位观察者在主观图像评分上的一致性非常好（Kappa＝0.88），在呼吸运动伪影评分上也有很好的一致性（Kappa＝0.76）

表3 两组扫描方案的客观评价及主观评分（±s）

表3 两组扫描方案的客观评价及主观评分（±s）

注：a：运用独立样本t检验；b：非参数数据运用Wilcoxon signed-rank test。

参数 A组（n＝30）B组（n＝30） P噪声（HU）a 23.79±5.97 18.95±5.42 0.003 SNRa 2.35±1.12 2.76±1.29 0.211总体主观评分b 2.00±0.58 2.30±0.74 0.106呼吸运动伪影评分b 1.20±0.40 2.26±0.82 ＜0.001

图2 70 kVp和大螺距技术扫描的3 岁男孩胸部图像。图像显示两肺下叶斑块状渗出性病变。轴位CT图像：纵膈（A）和肺窗（B）被评为良好图像质量。冠状重建图像（C）显示无呼吸运动伪影，肋骨边缘清晰。

图3 用80 kVp和常规螺旋扫描成像的3 岁女孩胸部图像。图像显示双侧肺下叶的斑块状渗出病变。轴位CT图像：纵膈（A）和肺窗（B）的图像质量均令人满意。冠状重建图像（C）显示中等呼吸运动伪影，肋骨边缘模糊，两下肺病变显示模糊。

3 讨论

由于儿童的体型较小，通常可以在保证诊断胸部CT图像质量的情况下降低管电压，显著降低辐射剂量。在大多数儿童中，80～100 kVp的管电压就能获得较高质量的图像，尤其是体重＜45 kg的儿童。近年来，一些研究报告了使用80 kVp[10-11]甚至70 kVp[12]协议扫描儿童。Niemann等[12]的研究显示，70 kVp管电压提供的图像质量与80 kVp可获得的图像质量相似。同时，Niemann等的研究中，体重＞15 kg的患者的图像质量得分明显低于体重＜15 kg的患者。我们的研究中，随着儿童体重的增加，图像的噪音会增加，但并没有发现由于噪点的增加而影响肺部疾病的诊断。

增大螺距可以缩短扫描时间，降低辐射剂量，提高时间分辨率，减少了儿童因呼吸频率较快、不能配合屏气所产呼吸运动伪影。但螺距增大的同时也降低了Z轴分辨率，图像分辨率降低，这些缺陷可通过减小准直、重叠重建得到一定的克服。Lell等[13]的研究显示，与传统的螺距扫描方案相比，大螺距可以以非常低的辐射剂量在儿童CT获得出色的图像质量。

我们的结果表明，超低管电压（70 kVp）结合大螺距扫描技术的辐射剂量与传统扫描方案相比显著降低，这符合以往的研究结果。

图像噪声是决定图像质量以进行准确诊断的最重要因素之一[14]。我们的研究表明，尽管A组的平均图像噪声比B组增加了20.3%，但两组之间的SNR差异无统计学意义。尽管儿童患者的体型很小，但我们认为管电压的降低仍然会导致量子斑点或背景噪声的增加。

众所周知，关于图像的主观印象在CT诊断工作中至关重要。对于总体主观评分，新扫描方案可以提供与常规扫描方案相同的可接受图像质量。对于呼吸运动伪影等级，A组的等级明显较低，没有患者被分为3级和4级。值得注意的是，采用新扫描方案组的客观质量不如标准组，因为较低的管电压会导致噪声稍微增加，但这差异很小，无法通过评价者的主观判断加以区分。具有高时间分辨率的大螺距螺旋扫描将呼吸运动伪影降低到最低程度。本研究中的胸部扫描指征是后天性呼吸系统疾病，观察病变主要在肺窗上进行，因此，在我们的研究中，总体主观质量得分受呼吸运动伪影的影响大于受图像噪声和SNR对图像的影响。

我们的研究有一些不足之处。首先，受到伦理等因素，本研究比较了不同扫描方案的两组患者的辐射剂量及图像质量，而不是对同一患者进行两次前后扫描的。其次，在这项研究中，两种扫描方案同时改变了管电压和螺距，因此，如需研究管电压及螺距两个因素分别对于辐射剂量和图像质量的影响，需要更复杂和严格的研究设计。最后，在我们的研究中，所有图像都是基于标准滤波反投影算法获得的。用70 kVp的迭代重建和大螺距扫描相结合是否可以在较低的辐射剂量下减少图像的噪音而获得较好的图像质量？这值得将来研究。

总之，超低管电压（70 kVp）结合大螺距扫描技术可以获得临床可接受的胸部CT图像噪声和较少的呼吸运动伪影，并且显著降低了辐射剂量，可作为临床儿童胸部CT扫描的常规技术选择。