基于成年人体重及体重指数估算胸腹部CT 体型特异性辐射剂量

鄢迪，陈斌，章群，石丽婷

1.山东第一医科大学放射学院，山东 泰安 271016；2.中国科学院大学宁波华美医院放射科，浙江 宁波 315010；3.宁波市疾病控制预防中心，浙江 宁波 315010

设备性能和各种CT后处理软件的发展导致CT临床应用的强劲增长，CT在医学影像诊断中的地位越来越重，医疗照射占居民电离辐射的受照比例越来越大，在产生电离辐射的各种医学检查中，CT检查对辐射剂量的贡献最大[1]。因此，有必要开展CT辐射剂量相关研究，为辐射防护工作的开展打下坚实的基础。本研究拟提出一种基于成年人体重及体重指数（body mass index，BMI）估算CT检查各部位体型特异性辐射剂量的方法。通过对不同体重及BMI成年人受检者的胸部、上腹部、腹部-盆腔等常见部位CT检查的研究，得到体重及BMI与基于成年人受检者有效直径（effective dimension，ED）及水等效直径（water equivalent diameter，Dw）计算得出的体型特异性辐射剂量（size-specific dose estimates，SSDE）的回归函数关系及转换系数。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2019年12月—2020年11月在中国科学院大学宁波华美医院行胸部、上腹部及腹部-盆腔CT扫描的成年人，纳入标准：人口资料完整；有胸部、上腹部或腹部-盆腔CT扫描序列；图像质量满足临床诊断要求；受检部位内无明显器质性病变。排除标准：扫描范围内存在金属植入物或金属外固定等；受检部位器官病变明显或既往手术后与正常解剖结构相差较大；CT图像有严重的呼吸或运动伪影；扫描范围不全或过大。最终纳入419例，其中男236例，女183例，年龄18～88岁，平均（57.1±12.2）岁；体重32～96 kg，平均（62.8±10.4）kg；BMI 14.0～32.2 kg/m2，平均（23.01±2.87）kg/m2。为比较不同部位体重及BMI分别与SSDEED及SSDEDw的对应关系，根据扫描部位不同将419例受检者分为胸部扫描组153例、上腹部扫描组94例、腹部-盆腔扫描组172例。本研究通过医院伦理委员会审批（批件号：PJ-NBEY-KY-2019-095-01），免除受试者知情同意。

1.2 检查方法 每例受检者的CT图像均使用西门子64排双源CT（SOMATOM Definition）扫描，受检者取仰卧位，头先进，双手上举，身体置于检查床正中。所有受检者的扫描野均为500 mm，胸部扫描范围从肺尖扫至肺底，上腹部扫描范围从膈顶扫至髂前上棘，腹部-盆腔扫描范围从膈顶扫至耻骨联合下缘。扫描方案：3组扫描部位的管电压均为120 kV，均使用西门子CT中的自动管电流调节（CARE Dose 4D）技术。胸部扫描管电流110 mAs，螺距为1.2，探测器准直64×0.6 mm，重建层厚5 mm，层间距5 mm。上腹部及腹部-盆腔扫描参考毫安秒为190 mAs，螺距为1.0，探测器准直64×0.6 mm，重建层厚5 mm，层间距5 mm。

1.3 数据计算 通过影像存档管理系统（版本：4.9.0.4706，宁波市海曙区明天医网科技有限公司）查阅剂量报告，并记录每例受检者的容积CT剂量指数（CT dose index volume，CTDIvol），参考美国医学物理学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）204[2]及220[3]号报告，对CT扫描范围内最中间的横断面图像进行数据测量和计算。

由具有7年工作经验的放射科医师手工测量扫描容积范围内最中间横断面图像的横径与前后径，参考AAPM 204号报告，根据公式（1）、（2）计算ED、基于ED的体型转换因子fED和SSDEED。

将所有扫描所得CT数据传至本地西门子CT后处理工作站Syngo.via进行测量，由具有7年工作经验的放射科医师手工勾画最中间层面内仅包括受检者体表的感兴趣区，测出感兴趣区内的横断面积及平均CT值，并参考AAPM 220号报告，根据公式（3）、（4）计算每例受检者的Dw以及基于径Dw的体型转换因子fDw和SSDEDw。

公式（1）、（3）中的a、b值参考AAPM 204及220号报告，分别为a=3.704 369，b=0.036 719 37。

1.4 统计学方法 使用SPSS 21.0软件，各项数据均通过K-S正态性检验分析，符合正态分布的计量资料以表示。采用Spearman秩相关分析计算年龄及身高与SSDEED、SSDEDw的相关性。采用Pearson相关分析体重及BMI与SSDEED和SSDEDw的相关性。

使用线性回归分析分别建立不同组体重及BMI与SSDEED和SSDEDw之间的回归方程：y=ax+b，并用决定系数（R2）评价回归方程的线性拟合优度，R2越大，说明拟合的方程越优。采用单因素方差分析分别比较不同组间CTDIvol、SSDEED、SSDEDw的差异。上腹部和腹部-盆腔扫描组再根据性别分组，通过独立样本t检验比较相同部位不同性别受检者间的差异。将线性回归方程的截距设为0，记录斜率即为本研究的转换系数。P＜0.05为差异有统计学意义。

研究初期考虑到女性存在乳房组织或与男性胸部CT各参数的相关性存在差异，将胸部CT检查数据分为男、女2组，通过独立样本t检验发现不同性别胸部CT检查的SSDEED、SSDEDw差异均无统计学意义（P=0.174、0.504），因此在正式研究中胸部CT检查结果不区分性别。但随后对行上腹部及腹部-盆腔CT扫描的受检者进行性别分组后的独立样本t检验，发现两组各参数差异均有统计学意义（P＜0.001），在计算转换系数时可根据性别不同分开考虑。

2 结果

2.1 年龄与身高的影响 各组年龄与SSDEED、SSDEDw均无相关性（r=-0.064～0.042，P＞0.05），胸部扫描组中身高与SSDEED、SSDEDw无相关性（r=-0.064、0.093，P＞0.05），在上腹部、腹部-盆腔扫描组中，身高与SSDEED（r=0.322、0.344）、SSDEDw（r=0.298、0.334）呈弱正相关性（P＜0.001）。

2.2 各组参数的差异 3 组受检者的CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比较，差异均有统计学意义（F=28.43、118.61、84.96，P＜0.001）（表1）。3组中SSDEDw较CTDIvol分别约高55.6%、37.3%、44.1%。胸部扫描组中SSDEDw较SSDEED约高14.6%，在上腹部、腹部-盆腔扫描组中SSDEED较SSDEDw分别约高2.5 %、2.0%。

表1 3组CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比较（mGy，）

表1 3组CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比较（mGy，）

注：CTDIvol为容积CT剂量指数，SSDEED为基于有效直径计算的体型特异性辐射剂量，SSDEDw为基于水等效直径计算的体型特异性辐射剂量

2.3 各组体重及BMI分别与SSDEED及SSDEDw的相关性 Pearson相关分析显示，3组受检者体重及BMI与SSDEED、SSDEDw均呈正相关（r=0.688～0.858、0.847～0.872、0.813～0.867，P＜0.001）。

2.4 体重、BMI与SSDEED、SSDEDw之间的线性回归方程 计算各部位CT检查基于ED和Dw的SSDEED和SSDEDw，绘制不同参数之间的关系图。通过建立3组间各参数的线性回归方程发现，体重、BMI除与SSDEED和SSDEDw有较好的线性拟合优度外，与ED、Dw、fED、fDw也呈不同程度相关，且各线性方程的线性拟合优度较好（R2=0.636～0.821、0.558～0.810、0.632～0.818、0.563～0.789，P＜0.001）。仅列出3组间成年人体重和BMI与SSDEED和SSDEDw之间的线性回归方程分别为：

以上线性回归方程的线性拟合优度显示，胸部扫描组R2=0.473～0.737；上腹部扫描组R2=0.717～0.755；腹部-盆腔扫描组R2=0.660～0.751。各参数间的函数关系与线性拟合优度见图1～4。

将图1～4中的线性回归方程的截距设为0，其斜率即为体重、BMI和SSDEED、SSDEDw之间的转换系数：基于ED和Dw分别计算体型特异性辐射剂量，并与体重和BMI进行线性回归，设每个线性回归方程的截距为0，其斜率即为体重、BMI和SSDEED、SSDEDw的转换系数，分别为胸部扫描组0.212～0.666、上腹部扫描组0.198～0.557、腹部-盆腔扫描组0.256～0.716。去除截距后的体重、BMI和SSDEED、SSDEDw线性回归方程的线性拟合优度分别为，胸部扫描组R2=0.387～0.735，上腹部扫描组R2=0.698～0.727，腹部-盆腔扫描组R2=0.528～0.751。各参数间的函数关系与线性拟合优度见图5～8。

图1 3组体重与SSDEED的函数关系与线性拟合优度

图2 3组体重与SSDEDw的函数关系与线性拟合优度

图3 3组BMI与SSDEED的函数关系与线性拟合优度

图4 3组BMI与SSDEDw之间的函数关系与线性拟合优度

图5 将图1中的线性回归方程的截距设为0后，体重与SSDEED之间的函数关系与线性拟合优度

图6 将图2中的线性回归方程的截距设为0后，体重与SSDEDw之间的函数关系与线性拟合优度

图7 将图3中的线性回归方程的截距设为0后，BMI与SSDEED之间的函数关系与线性拟合优度

图8 将图4中的线性回归方程的截距设为0后，BMI与SSDEDw之间的函数关系与线性拟合优度

2.5 性别对结果的影响 上腹部和腹部-盆腔扫描组中体重、BMI、SSDEED、SSDEDw在不同性别受检者中比较，差异均有统计学意义（P均＜0.05，表2）。

表2 上腹部及腹部-盆腔扫描组不同性别受检者体重、BMI、SSDEED和SSDEDw的差异（）

表2 上腹部及腹部-盆腔扫描组不同性别受检者体重、BMI、SSDEED和SSDEDw的差异（）

注：BMI为体重指数，SSDEED为基于有效直径计算的体型特异性辐射剂量，SSDEDw为基于水等效直径计算的体型特异性辐射剂量

将上腹部、腹部-盆腔扫描组受检者根据不同性别的体重和BMI与SSDEED和SSDEDw分别建立线性回归方程，并将其中的截距设为0，斜率即为根据性别得出的转换系数，基于性别的线性拟合优度见表3。

表3 上腹部及腹部-盆腔组不同性别的线性回归方程的拟合优度比较（R2）

3 讨论

3.1 CT剂量评估方法 临床工作中CTDIvol和剂量长度乘积常用于表示受检者行CT扫描后的辐射剂量，提供有关扫描仪输出的信息，而与受检者体型及其中的衰减成分无关，是设备输出的辐射剂量，而非受检者的受照剂量，且并未考虑受检部位衰减因素的影响，因此以CTDIvol和剂量长度乘积评估受检者的辐射剂量不准确[4]。AAPM在204及220号报告[2-3]中相继提出ED及Dw，其中Dw既考虑了不同受检者的体型，也考虑了体内各种组织器官对射线的衰减情况，由Dw计算的体型特异性辐射剂量，较CTDIvol对受检者所受剂量的评估更准确[5-9]。体重可用于估算各体型大小受检者的辐射剂量，使剂量估计在临床上更简单和迅速[10-11]。BMI是一种可用于描述受检者体型特征的参数，它较体重更为精确，也可用于估算受检者的体型特异性辐射剂量[11]。

Abuhaimed等[12]研究显示，基于中间层面的Dw计算的SSDE提供了合理的结果，省去了计算全扫描范围中每张CT图像Dw的庞大工作量，使用中心层面ED、Dw能准确、方便地估算CT扫描容积范围内的平均SSDE[13-17]。

3.2 体重及BMI是评估SSDE的简便参数 在胸部，由于肺部组织中含有较多空气，因此胸部区域中X射线衰减明显低于标准体模的衰减。临床上常用CTDIvol评估受检者的CT 辐射剂量，如用CTDIvol代替SSDEDw，则本研究中所有病例实际受到的辐射剂量均存在较大程度的低估，受检者体重越轻，被低估的辐射剂量越多。因此在胸部CT检查中如用SSDEED代替SSDEDw，则仍存在一定程度的低估，而在上腹部及腹部-盆腔CT检查中两者相差不大。因此，对于胸部CT检查采用SSDEDw评估受检者辐射剂量有重要临床意义，与既往研究结论相同[18-19]。

本研究显示，成年人不同部位CT检查的体重和BMI与SSDEED和SSDEDw之间存在良好的线性关系。截距设置为0后的新公式与原公式相比使用BMI评估胸部CT检查SSDEDw的拟合优度下降较少，上腹部CT检查中各参数间的拟合优度仍较稳定且变化不大，腹部-盆腔CT 检查以体重作为参数估算SSDEED和SSDEDw的拟合优度有所下降，但以BMI为参数时拟合优度并无明显变化。综上所述，实际工作中利用体重或BMI作为参数，使用转换系数估算各检查部位的SSDEED和SSDEDw是较为简单且快速的方法。

本研究还根据受检者的性别不同，在同一检查部位中进行性别分组比较。男性受检者在两组中均以体重作为参数时的拟合优度高于BMI，女性受检者在上腹部CT检查中BMI的拟合优度略高于体重，在腹部-盆腔CT检查中体重的拟合优度较高。不同性别受检者通过体重和BMI得出的基于ED或Dw的体型特异性辐射剂量拟合优度不同的原因可能与男性和女性的脂肪组织在腹部区域的分布差异有关[20]。基于性别的拟合优度高于合并计算时的拟合优度，但两者差距很小，且使用性别特定因素会使转换系数的应用变得复杂，因此本研究并不推荐将性别因素纳入转换系数内。

本研究结果显示，用年龄与身高估计成年人SSDE不恰当。胸部CT检查中用体重估计SSDEDw的相关性不如BMI，用BMI估计胸部SSDEDw更可靠，其转换系数为0.666。上腹部CT检查中用体重和BMI估计SSDEED、SSDEDw的相关性结果相差无几，可选择更易获取的体重估计受检者的SSDE，体重和BMI的转换系数分别为0.198和0.534。腹部-盆腔CT检查中用BMI估算SSDEED、SSDEDw的相关性结果较体重更好，其转换系数为0.702。而SSDEDw的准确性高于SSDEED。综合考虑上述结果，本研究的转换系数均为利用体重或BMI估算SSDEDw结果，且不考虑性别的差异。

3.3 研究意义 通过使用本研究得出的转换系数，可以避免不同操作者之间产生的测量结果不一致问题和省略人工勾画CT图像横断面面积的繁琐过程，并可以在CT检查前通过受检者的体重及BMI为临床医师及放射工作人员快速估算成年受检者的SSDE提供参考，也为在CT检查前根据CT检查的参数和受检者的体型前瞻性地对CT扫描方案的优化提供了可能。

3.4 局限性及展望 本研究未考虑扫描长度的影响，因此不能直接用于计算有效剂量，但可对医疗实践过程中放射防护工作的开展和放射检查方案的优化起到一定作用[21]，也可以大致衡量是否符合国家诊断参考水平的要求。本研究在单一CT上进行，且均使用自动管电流调节技术，不同机型产生的结果有可能会不同，因此该研究结果未来需要在其他机型上进行验证。本研究仅针对18岁及以上成年受检者，未进行儿童体重和BMI与SSDE的对应关系分析。本研究所用数据均为平扫数据，近期有研究显示增强检查对比剂对结果的影响约为1%[22]，可忽略不计，未来本研究方法或可用于验证其结论并应用于增强CT检查中。

用体重及BMI估计胸部、上腹部、腹部-盆腔基于有效直径或水等效直径的成年人体型特异性辐射剂量的方法简单、有效。使用公式（5）～（16）计算得出的体型特异性辐射剂量比通过转换系数计算得出的相关性更高，但直接利用转换系数的方法更简单、快速，方便操作者使用。