对比基于有效直径和水当量直径计算儿童心血管CT体型特异性剂量估算值

张 楠，边传振，花立春，唐 颖

(南京医科大学附属儿童医院放射科，江苏 南京 210008)

CT心血管造影检查是先天性心脏病患儿术前常用影像学检查方法[1]，但儿童对辐射敏感，CT检查辐射风险对儿童远大于成人[2]，准确估算患儿受到的辐射剂量是当前面临的挑战。目前常用于估算个体辐射剂量的参数主要有容积CT剂量指数(volume CT dose index, CTDIvol)和剂量长度乘积(dose-length product, DLP)，是CT在16 cm或32 cm标准体模下的输出剂量，常用于评价不同设备输出剂量，而儿童体型与标准体模差异很大，以CTDIvol和DLP评估患儿所受辐射剂量并不准确[3-4]。美国医学物理协会提出以有效直径(effective diameter, De)和水当量直径(water equivalent diameter, Dw)来计算患者的体型特异性剂量估算值(size-specific dose estimate, SSDE)[5-6]，临床试验[7]表明根据Dw计算得出的SSDE能更准确地估算胸腹部及头颅CT检查的实际辐射剂量；但受几何尺度及对比剂衰减影响，De和Dw条件下计算的儿童心血管CT扫描辐射剂量差异可能与成人情况并不相同。本研究对比分析De和Dw估算儿童心脏大血管CT检查辐射剂量的差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性收集2018年1月—10月174例于南京医科大学附属儿童医院接受CT心脏大血管造影检查患儿，男90例，女84例；年龄1天～10岁，平均(4.38±1.89)岁；按年龄将其分为0～1岁组60例、2～6岁组59例及>6岁组55例。纳入标准：有心脏病病史或相关临床症状，家长同意参与研究。排除标准：体质量过轻或超重；碘过敏史；其他合并症；胸部发育严重畸形；各种原因引起CT检查失败。本研究经院伦理委员会审核批准，患儿家长均签署知情同意书。

1.2 检查方法 所有患儿检查前禁食、禁水4 h。对不能配合扫描者予水合氯醛镇定(1 ml/kg体质量)。使患儿仰卧，上举双上肢，以铅衣遮盖起非扫描部位。采用Philips 128排iCT机进行扫描，探测器128×0.625，球管速度0.27 s/rot，管电压80 kV，管电流为自动调制模式(100 mAs)。采用Ulrich双筒高压注射器经静脉以0.8～2.0 ml/s流率团注碘海醇对比剂(300 mgI/ml)1.5～2.0 ml/kg体质量，扫描范围自胸廓入口扫至肋膈角，以自动跟踪手动触发及前瞻性心电门控轴层扫描技术在心动周期的85%时相进行数据采集，90%时相进行重组。

1.3 辐射剂量评估 自工作站剂量报表获得每例的患儿CTDIvol。在四腔心层面CT图像上测量胸廓前后径(anteroposterior diameter, AP)和左右径(lateral diameter, LAT)，计算其De；依据De对应转换因子fDe进行计算得出SSDEDe，公式[5]如下：

(1)

fDe=1.874799×exp(-0.038731×De)

(2)

SSDEDe=fDe×CTDIvol

(3)

在四腔心层面CT图像上勾画椭圆形ROI，使之尽量小但覆盖横断面胸部图像中的所有解剖结构，记录ROI面积(AROI)及其平均CT值(CTROI)，计算Dw及SSDEDw，计算公式[6]如下：

(4)

fDw=1.874799×exp(-0.038731×Dw)

(5)

SSDEDw=fDw×CTDIvol

(6)

1.4 图像质量主观评价 由放射科副主任医师和主治医师各1名采用同一图像存储与传输系统(picture archiving and communications system, PACS)主要根据CT图像伪影和噪声评价进行4分制评分[8]：4分，图像噪声少，无阶梯状伪影，心腔和大血管显示效果良好，边缘锐利；3分，图像噪声少，少量阶梯状伪影，心腔及大血管显示清晰；2分，图像有中等量噪声，阶梯状伪影稍多，心腔及大血管显示受限；1分，图像噪声量多，阶梯状伪影多，心腔或大血管无法显示。≥3分即满足诊断需求。评分不一致时协商决定最终得分。

1.5 客观评价图像质量 计算CT图像的客观噪声值和信噪比(signal-noise ratio, SNR)：于心室层面左心室处、支气管分叉层面主动脉处选取20～50 mm2ROI，获得CTROI及CT值标准差(SD)，SNR=CTROI/SD。

1.6 统计学分析 采用SPSS 18.0统计分析软件。计量资料以±s表示，对各组客观评分、CTDIvol、SSDEDe及SSDEDw采用方差分析,差异有统计学意义时以Bonferroni统计法行多重比较；对图像质量采用秩和检验进行分析。P<0.05为差异有统计学意义。计算SSDEDe和SSDEDw的四分位间距和全距，观察其变异程度。

2 结果

所有心脏大血管CT造影检查均成功，未见明显不良反应。

2.1 图像质量主、客观评价 3组图像质量主观评分差异无统计学意义(P=0.31)，见表1。

表1 3组CT心脏大血管造影图像质量主观评分比较

3组左心室ROI的SD和SNR差异均有统计学意义(P均<0.01)，0～1岁组SD低于2～6岁组而SNR高于2～6岁组(P均<0.01)，2～6岁组SD低于>6岁组而SNR高于>6岁组(P均<0.01)；3组主动脉ROI的SD和SNR差异均无统计学意义(P=0.42、0.13)，见表2。

表2 3组CT心脏大血管造影图像质量客观评价结果(±s)

表2 3组CT心脏大血管造影图像质量客观评价结果(±s)

组别左心室处SDSNR主动脉处SDSNR0～1岁组(n=60)6.45±0.338.39±0.468.16±0.765.47±0.682～6岁组(n=59)8.73±0.477.45±0.348.49±0.565.32±0.53>6岁组(n=55)10.01±0.516.10±0.358.91±0.595.19±0.44F值17.4010.100.892.51P值<0.01<0.010.420.13

2.2 辐射剂量 随年龄增大，De、Dw增大(P均<0.01)而fDe、fDw减小(P均<0.01)；3组患儿CTDIvol、SSDEDe和SSDEDw差异均有统计学意义(P均<0.01)且SSDEDw>SSDEDe>CTDIvol；见表3，图1、2。

表3 3组患儿De、Dw、fDe、fDw、CTDIvol、SSDEDe、SSDEDw比较(±s)

表3 3组患儿De、Dw、fDe、fDw、CTDIvol、SSDEDe、SSDEDw比较(±s)

组别De(mm)Dw(mm)fDefDwCTDIvol(mGy)SSDEDe(mGy)SSDEDw(mGy)0～1岁组121.89±10.13109.33±9.772.37±0.092.74±0.132.49±0.176.19±0.437.18±0.322～6岁组133.43 ±10.89120.09±9.392.27±0.082.69±0.112.61±0.165.72±0.646.81±0.65>6岁组172.46±18.88149.34±13.521.98±0.132.41±0.112.78±0.215.30±0.296.32±0.37F值85.7643.1719.7426.5881.2716.1323.54P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

图1 患儿男，1岁，四腔心层面AROI为15 148.26 mm2，CTROI为-105.6 HU 图2 患儿男，2岁，四腔心层面CT图像AP为143.0 mm，LAT为215.8 mm

2.3 SSDEDe和SSDEDw分布 3组患儿SSDEDw的全距及四分位间距均低于SSDEDe，见表4。

表4 3组患儿SSDEDe和SSDEDw全距及四分位间距结果

3 讨论

近年来先天性心脏病患儿数量逐年递增，良好的外科干预能显著提高患儿存活率及生存质量[8]。作为心脏超声的补充，CT心脏大血管造影能清晰显示心外大血管结构，在术前评估中发挥重要作用[9]。儿童处于快速生长发育期，对辐射敏感，选用适当剂量参数准确评估CT心脏大血管造影中患儿所受辐射剂量现已成为重要临床问题[10]。

以De和Dw计算患者SSDE时，假设人体由椭圆形横截面组成，可用面积与其大致相当的圆柱形水模直径来表示患者体型；Dw则除代表几何外形尺寸的椭圆形面积之外，还以代表组织器官衰减状况的横截面的CTROI来定义患者体型[5-6]；由此估算的患者辐射剂量值与实际值仍存在差异。临床研究[11-12]显示，采用SSDEDw能更精确地评估胸腹部及头颅CT检查带来的辐射剂量。检查胸部时，因肺含气较多，以Dw计算SSDE时，测得整个横断面的CTROI为负值，对De无影响，依据公式计算得出的fDe低于fDw，使SSDEDe低估患者所受辐射剂量；而腹部及头颅横断面CTROI高于体模CT值，依据公式计算得出的fDe高于fDw，导致SSDEDe高于SSDEDw高。袁肖娜等[13]针对32 cm体模进行扫描，De<34 cm时，转换因子>l，此时SSDEDe>CTDIvol；本研究与之一致，即本研究中的CTDIvol低估了患儿所受辐射剂量。另外，本研究使用对比剂导致心脏大血管CT值增高，但测得的整个四腔心横断面的CT平均值仍为负值，依据公式计算得出的fDe低于fDw，导致SSDEDe较SSDEDw低估患者所受辐射剂量，与胸部的计算结果类似[14]，提示SSDEDw能更精确地评估患儿所受辐射剂量。

本研究对各组SSDEDe和SSDEDw行全距及四分位间距分析，发现SSDEDw全距及四分位间距均

本研究的主要不足：未测量患儿实际辐射剂量，标准CTDIvol取自机器自动生成的剂量报表，可能与实际不符；仅选取四腔心层面相关参数计算SSDE，并不能准确地代表反映整体状况，但有报道[16]称选取具有代表性的层面来替代整体具有一定可行性。此外，由于6岁以上先天性心脏病患儿多已接受相关治疗，较少需要接受心脏大血管CT检查，造成样本量有限，分组时不得不将>6岁者归入一组，年龄跨度较大，可能对结果产生影响。

综上所述，本研究提及一种新的基于Dw的计算SSDE方法，可较基于De法更好地反映患者体型及射线衰减状况，故能更准确地估算CT心脏大血管造影中患儿所受辐射剂量。建议剂量报表提供有关于SSDEDw的剂量信息，以便更直观地反映实际辐射剂量。