基于胸围的固定管电流检查在儿童胸部增强CT中的应用价值

张见， 张晓军， 刘杰

CT是胸部疾病最常用的检查方法，CT成像载体为X线，对人体有一定的辐射危害，特别是对婴幼儿的危害尤为严重，如何降低其辐射剂量愈加受到家长及从业者重视[1]。2018年，欧盟委员会发布了《欧洲儿童CT成像的诊断参考水平》一文，提出了诊断参考水平(diagnostic reference levels,DRL)的概念，基于单个医疗机构或一组医疗机构 CT 设备获得的儿童剂量分布的第3个四分位数(第75%位数)值作为DRL[2]。但对于儿童患者而言由于其体型差异较大，需要根据其体型对DRL进行细分，这就需要匹配与DRL高度相关的管电压与管电流。本文通过前置不同DRL衡量指标的方式设置固定管电流，探究其可行性并比较其图像质量和辐射剂量。

材料与方法

1.回归方程的建立

将2019年6月至2020年8月来我院行胸部增强CT检查的171例患儿作为参考病例，在横轴面图像乳头层面测量其胸围(cm)，建立水当量直径(water equivalent diameter,DW)与胸围的回归方程。患儿年龄为18天～7岁，平均(31.78±19.26)个月，胸围为32.00～67.50 cm，平均(50.77±6.30) cm；DW为9.76～19.84 cm，平均(15.12±1.65) cm。病例纳入标准：检查时体位标准，双臂上举于头颅两侧者；胸部体表无巨大肿块及胸廓无明显畸形者；心肺部无气胸及明显巨大占位性病变者；身体质量指数(body mass index,BMI)介于18～25 kg/m2之间者；女童患儿胸部乳腺组织厚度低于3 cm者。病例排除标准：体表及体内有金属异物者；心脏内有封堵器者。

2.辐射剂量及DW与胸围相关性的建立

记录扫描结束后CT工作站自动生成的容积CT剂量指数(volume CT dose Index,CTDIvol)(mGy，基于32 cm标准聚甲基丙烯酸甲酯体模)，依据胸围分为CC≤45 cm、45 cm

(1)

fDW=4.378094×exp(-0.04331124×DW)

(2)

SSDEDW=fDW×CTDIvol

(3)

将中心层面DW作为因变量，采用线性回归分析，建立CC与DW回归方程：DW=a+b×CC。

3. 病例资料

前瞻性收集2020年9月至2021年6月行胸部CT检查的患儿96例，年龄24天～8岁不等，平均(30.42±21.02)个月。按随机数字表法将患儿分为对照组和实验组，对照组44例，平均年龄为(31.52±22.13)个月；实验组52例，平均年龄为(29.48±20.19)个月，纳入标准同参考组。检查前监护人均签署检查知情同意书，本研究通过医院伦理委员会审批通过(审批号：201908224-1)。对照组与实验组患儿的年龄、胸围、BMI差异均无统计学意义(P>0.05)，资料具有可比性。

4.检查方法

CT检查采用Philips Brilliance 128排iCT。患儿自主或配合口服水合氯醛睡眠后去除异物仅穿着贴身衣物平行仰卧于检查床上，头或脚先进。检查参数：管电压80 kVp或100 kVp；iDose4级重建算法。螺旋扫描，螺距为0.915，探测器128×0.625 mm，矩阵512×512，球管转速0.27 s/r，扫描层厚、层间距均为3 mm。扫描范围为胸廓入口至两侧肋膈角。CT增强扫描对比剂采用碘克沙醇(规格：320 mg I/mL)，剂量依照患儿体重进行计算[(1.0～1.5) mL/kg]，注射流率为0.8～3.0 mL/s，采用Ulrich高压注射器从肘静脉或手/足背静脉注入，注射顺序为：5 mL生理盐水→对比剂→8 mL生理盐水，生理盐水注射流率与对比剂相同。管电流参考病例采用自动曝光控制技术；对照组及实验组以胸围亚分组辐射剂量上四分位数作为DRL分别基于CTDIvol及SSDEDW设定固定管电流，余检查参数相同。

5.图像质量评价及辐射剂量计算

客观评价：在动脉期原始图像上由同一位主管技师利用PACS自带测量工具进行各项数据的测量。在主动脉弓层面测量主动脉弓、气管及竖脊肌的CT值及标准差(standard deviation,SD)值，以上数据测量面积为10 mm2，避开骨骼硬化伪影。利用上述测量数据计算其信噪比(signal noise ratio,SNR)，用以客观衡量血管及软组织信号，计算公式：SNR=CT值/SD值。

主观评价：由2位具有15年以上胸部影像诊断经验的副主任医师对所有图像采用五分法进行分析评价，意见不一致时通过讨论达成一致意见。评级标准依据气管及支气管边界显示、纵膈淋巴结轮廓、肺纹理和肺实质渗出及占位显示、肌肉脂肪间隙及胸膜肋骨胸壁显示的清晰度，按照清晰(5分)、良好(4分)、及格(3分)、模糊(2分)、不可辨识(1分)等五个等级进行评分。及格及以上认为图像可满足诊断需求。并且依照图像质量对诊断信心的影响进行评分，按照完全自信(4分)、很自信(3分)、有条件的自信(2分)及信心不足(1分)进行评分。

辐射剂量的计算：记录CT工作站DICOM文件中的CTDIvol，根据上述公式1～3计算SSDEDW。本研究辐射剂量仅指胸部增强扫描的辐射剂量，不包括定位像、阈值动态监测及触发扫描所产生的辐射剂量。

6.统计学分析

结 果

1.参考病例胸围与DW的相关性

171例参考病例CC与DW通过Pearson分析，结果显示两者呈较强相关性(R2=0.911，P<0.001)。DW与CC之间存在线性回归关系，其回归方程为：DW=2.45+0.25×CC。参考病例各亚组其CTDIvol的上四分位数分别为：2.22 mGy、2.80 mGy、3.80 mGy、6.33 mGy。

2.图像质量评价

对照组与实验组的主动脉弓、气管及竖脊肌SNR组间差异有统计学意义(t=4.12、-3.85、4.71，P<0.001)；两组患儿的图像评分均在3分及以上，均满足临床诊断要求，主观评分及信心评分两组间差异均无统计学意义(Z=-1.23、t=0.02，P>0.05，表1)。

表1 两组图像质量及辐射剂量比较

3.辐射剂量评价

对照组和实验组患儿的CTDIvol分别为(4.52±0.94) mGy、(2.91±0.50) mGy，差异有统计学意义(Z=-7.65，P<0.001)；SSDEDW分别为(6.12±0.88) mGy、(3.87±0.52) mGy，差异有统计学意义(Z=-8.13，P<0.001，表1)。实验组CTDIvol、SSDEDW较对照组分别降低35.62%(1.61/4.52)、36.76%(2.25/6.12)。对照组CTDIvol、SSDEDW的方差离散度分别为20.80%(0.94/4.52)、14.34%(0.88/6.12)；实验组CTDIvol、SSDEDW的方差离散度分别为17.18%(0.50/2.91)、13.44%(0.52/3.87)。

讨 论

近年来常使用低的管电压、管电流，大螺距及先进重建算法等方式降低受检者的辐射剂量[4-6]。对于管电流的使用多采取管电流自动曝光控制技术，其原理根据定位像所确定的患者体型及检查部位对X线的衰减程度自动计算给出合适的管电流，在高衰减部位如肩关节、骨盆等处增加辐射剂量，在低衰减部位如胸部、中腹部减小辐射剂量，因此可以有效降低受检者辐射剂量[7]。但也有其弊端，在扫描之前必须设置合理的参考管电流，其设置通常会依据患儿的年龄。在实际工作中对于参考管电流的设置往往会由于图像质量控制的原因而设置过大，加之同一年龄段的患儿其体型差异较大，就会导致患儿接受不合理的辐射剂量，本研究对每一例患儿采用个性化的管电流以使其辐射剂量合理化。婴幼儿体型较小，且胸部含气较多，低管电压能够满足大多数幼儿胸部检查[8]，且低管电压更加接近碘的k边缘值，可增加碘对比剂的光电效应，提高含碘血管及组织的对比度[9]。因此，采取低管电压检查用以降低辐射剂量的方式在幼儿胸部CT检查中较成人更有优势。但对于管电流而言，匹配患儿体型的固定管电流应用于降低辐射剂量的报道鲜见。

对于辐射剂量的衡量常用CTDIvol和SSDE两种方式。CTDIvol是CT设备在标准体模下的输出剂量，与受检部位的体型无关[10]。胸部CT检查采用32 cm体模来模拟计算其辐射剂量，儿童特别是婴幼儿患者体型与体模差异较大，因此导致使用CTDI衡量其辐射剂量与实际辐射相差较大。美国医学物理学家协会(american association of physicists in medicine，AAPM)在204及220号文件中提出了基于有效直径(effect diameter，DE)及水当量直径(DW)的体型特异性剂量评估值(size-specific dose estimate，SSDE)，目前被认为是衡量辐射最准确的指标[11-12]。余佩琳等[13]的研究结果显示，CTDIvol较SSDEDW低估其辐射剂量，其低估程度随着年龄的降低而增加。郑丽丽等[14]的研究结果显示，基于DW的SSDE较基于DE的SSDE更能准确反映儿童患者的辐射剂量，特别是儿童胸部CT检查中。基于DW的SSDE将受检部位体型及组织成分纳入其中，有效提高了辐射剂量评估的准确性。本研究结果也表明，相同检查条件下CTDIvol衡量其辐射剂量较SSDEDW低估，使用SSDEDW更能精确衡量辐射剂量。但SSDEDW的精确测量需要受检者定位像或轴位图像，根据其定位像计算SSDEDW过程繁琐，耗时较长，在实际工作中不可实现，而轴位图像则扫描前不可获取，因此需要简单易行的指标来计算其SSDEDW。近年来有研究表明，一系列身体指标与DW相关[15]。本研究结果显示，患儿胸围与DW相关性较强(R2=0.911，P<0.001)，可用胸围作为DW的替代指标来预计算患儿的SSDEDW。

在根据参考病例建立的DW与胸围回归方程指导下，设计了对照组与实验组两种不同方式设置管电流方案。由于根据胸围计算而来的fDW大于1，因而实验组管电流设置小于对照组，实验组图像的SNR较对照组有所降低，使得两组图像间SNR差异有统计学意义(P<0.001)，但在主观评价及诊断信心方面两组图像间差异并无统计学意义(P>0.05)，尽管图像质量有所下降，但仍然能够满足临床诊断要求。影像的诊断结果是由诊断医师对图像的主观意识判断，在满足诊断要求的前提下尽可能降低辐射剂量至关重要。低管电流会增加组织的噪声，本研究采用的iDose4算法可有效弥补其不足。iDose4是双空间多模型迭代重建技术，在投影空间和图像空间进行基于噪声模型及解剖模型的迭代重建算法，其中噪声模型用来提高图像质量，这一算法可有效消除低光子伪影，提高重建图像的密度分辨率及空间分辨率，降低图像噪声，因此可以弥补低管电流对图像噪声增加的不利影响[16]。本研究结果显示，实验组的CTDIvol、SSDEDW较对照组分别降低35.62%(1.61/4.52)、36.76%(2.25/6.12)，且实验组的CTDIvol、SSDEDW方差离散度较对照组小，说明个体剂量间波动较对照组小，其辐射剂量离散度更为集中，有利于辐射剂量的个体控制。本研究中实验组的 CTDIvol平均值为2.91 mGy，低于欧盟委员会发布的《欧洲儿童成像诊断参考水平》一文中的儿童胸部诊断辐射剂量水平，说明通过扫描前预计算患儿的SSDEDW设定管电流以降低患儿的辐射剂量具有可行性。

本研究存在以下局限性：①参考病例患儿胸围的测量在轴位图像上采取手动测量的方法，可能与实际胸围有一定误差，回归方程需要进一步的验证，但实验结果证实这一回归方程具有可行性；②仅管电流采用个性化设置，没有对管电压根据患儿体型进行最优化设置，今后可结合两者行进一步研究；③本研究是以胸围分组为整体研究对象，分组内胸围范围过大。虽然整体分组的患儿辐射剂量大幅度下降，但对于分组内胸围较小患儿其辐射剂量有可能会上升，故需要对胸围分组范围进一步减小，今后可对其进一步细化研究。

综上所述，本研究所有图像均能满足临床诊断要求，通过扫描前测量患儿胸围作为DW的替代指标，扫描前预计算患儿的SSDEDW并以此设置管电流在儿童胸部增强CT检查中是可行的，根据患儿体型大小精准控制，可整体降低患儿的辐射剂量。个性化设置管电流有利于优化患儿的辐射剂量，符合当前“ALARA”原则及CT辐射剂量诊断参考水平的制定，简单易行，值得临床推广应用。