兒童CT檢查中不同體型特異性輻射劑量估計的初步對比分析

鄭麗麗，廖甜，彭偉，陳迢，張照喜，陳浩，賀瑤瑤，袁子龍

CT檢查作為診斷兒童疾病的有效手段在臨床中的應用越來越廣泛，但其輻射安全問題也引起了人們的廣泛關注[1-2]。目前臨床上評估CT輻射劑量的常用指標有容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index，CTDIvol)和劑量長度乘積[3-6]。但是，Li等[7]的研究表明，采用這些常用的輻射劑量評價指標將會導致對兒童患者接受的輻射劑量低估2～3倍，因此需要更準確的方法來評估兒童患者的輻射劑量。美國醫(yī)學物理學家協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)分別于2011年和2014年提出了基于有效直徑(effective diameter,ED)和水等效直徑(water equivalent diameter，WED)的體型特異性劑量估計(size-specific dose estimates,SSDE)方法[8-9]，以此來修正體型和組織衰減對于CTDIvol和DLP等參數(shù)的影響。目前國內外已有較多研究比較這兩種方法在估算成人輻射劑量中的差異[10-12]，但在兒童中的應用研究相對較少[13]。因此，本研究擬通過比較基于WED計算的SSDEWED與基于ED的SSDEED在估算兒童在CT檢查中接受的輻射劑量的差異，來進一步探討這兩種計算方法在臨床中的應用價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性分析2017年1月-2018年10月于我院行頭、胸、腹盆部CT平掃的43例兒童患者的CT資料。其中男22例，女21例，年齡1～12歲，平均5.6歲；行頭部檢查者13例，胸部15例，腹盆部15例。所有患者的圖像滿足診斷要求。

2.掃描方案

使用Siemens Somatom Definition AS+ 64排128層CT機。頭部掃描前適當使用約束裝置，胸腹部掃描前對可配合者行呼吸訓練?；颊呷⊙雠P位，頭部掃描范圍自顱頂至顱底，胸部掃描范圍自胸廓入口至肺底，腹盆部掃描范圍自膈頂至恥骨聯(lián)合下緣。掃描參數(shù)：使用CARE Dose 4D電流調控技術，30～175 mAs，100～120 kV，重建層厚5 mm，層間隔5 mm，螺距1.2，機架轉速2 r/s。

3.數(shù)據(jù)采集與測量

將掃描圖像及劑量報告?zhèn)魉椭罰ACS系統(tǒng)，記錄每例患者的CTDIvol，參考AAPM發(fā)布的204及220號報告[8-9]，選取掃描范圍中心層面的橫軸面CT圖像，勾畫橢圓形ROI包含所有解剖結構(包含體表皮膚，但不含床板)，測量ROI的前后徑(anterior-posterior dimension，AP)、橫徑(lateral dimension，Lat)，AP為橢圓形ROI的最小短徑，Lat為橢圓形ROI的最大長徑，計算ED、轉換因子(fED)及SSDEED(mGy)：

ED=(AP×LAT)1/2

(1)

fED=a×e-b×ED

(2)

SSDEED=fED×CTDIvol

(3)

計算勾畫區(qū)域ROI的面積AROI及CT值(CTROI)、WED、轉換因子(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為自然對數(shù)，取值為2.71828。

4.統(tǒng)計學分析

使用GraphPad Prism軟件進行統(tǒng)計分析，以WED及SSDEWED為參考，繪制Bland-Altman圖來分析在兒童頭、胸和腹盆部CT檢查中兩種方法估算的輻射劑量之間的差異，計算兩種方法測量值的差值的均值(mean of difference，MD)、標準差(SD)及差值百分比(D%)，以Mdiffer±1.96SD定義為95%的一致性界限(limit of agreement，LOA)。

結 果

1.各部位ED與WED的比較

各部位ED與WED的比較結果見表1和圖1。三個部位中，以腹盆部的ED與WED 間的差異最小(0.72)，胸部最大(10.49%)。而兩者間95%LOA以頭部最小，腹盆部最大，僅在腹盆部組中有1例患者的數(shù)據(jù)處于95%LOA外，其百分差異達39.19%(圖1c)。

2.兒童不同部位SSDEED與SSDEWED比較

各部位SSDEED與SSDEWED的比較結果見表3和圖2。三個部位中，以腹盆部的SSDEED與SSDEWED由的差異最小，胸部最大。而兩者間95% LOA以頭部最小，腹盆部最大；其中腹盆部有1例患者的數(shù)據(jù)處于95% LOA外，其百分差異為-28.79%(圖2c)，頭部也有1例患者的數(shù)據(jù)位于95% LOA之外，其百分差異為6.64%(圖2a)。

討 論

目前臨床上常用CTDIvol及DLP來評價患者的輻射劑量，但是大量研究結果表明這2項指標與患者的體型之間無顯著相關性[6,14-16]，采用CTDIvol及DLP等常見劑量指標對兒童患者在CT檢查中接受的輻射劑量進行評估時，可能導致對兒童輻射劑量的嚴重低估，這對于兒童來說是絕不允許的[7]。SSDE作為一種新的評價方法可以有效的彌補CTDIvol等不能反映體型差異及組織衰減等方面的不足。基于水等效直徑計算SSDEWED是在基于有效直徑計算SSDEED之后進一步發(fā)展的新算法，已經(jīng)廣泛的應用于臨床CT輻射劑量的評價中，但是對于這2種方法應用于兒童患者時的對比分析尚鮮見報道。因此本研究通過Bland-Altman分析來比較WED與ED、SSDEWED與SSDEED在評估兒童CT檢查輻射劑量方面的差異，旨在進一步拓展其在兒童CT輻射劑量評價中的應用。

表1 不同部位兩種計算方法的比較

圖1 各部位ED與WED比較的Bland-Altman分析圖。圖中橫坐標Average表示表示兩種直徑的平均值，縱坐標D%表示兩種直徑差值的百分比，實線代表平均百分偏差，虛線代表95%LOA；相同顏色的箭頭所指示的代表同一患者。a)頭部；b)胸部；c)腹盆部，其中1例患者的數(shù)據(jù)位于95%LOA之外，其百分差異為39.19%(箭)。 圖2 SSDEED與SSDEWED比較的Bland-Altman分析圖。a)頭部，其中1例患者的數(shù)據(jù)位于95%LOA之外，其D%為6.64%(箭)；b)胸部；c)腹盆部，其中1例患者的數(shù)據(jù)處于95%LOA之外，其D%為-28.79%(箭)。

本組研究結果表明，在兒童胸部CT檢查中ED測量值較WED高約10.49%，在腹盆部高約0.72%，而在頭部約低7.25%，從而導致了胸部的SSDEED較SSDEWED低估了約8.75%，腹盆部低估約0.77%，但在頭部約高估4.35%。由此可以看出，兩種算法的結果在胸部差異最大，其次為頭部，在腹部兩者間差異較小。分析原因可能是由于各部位的組織結構不同所致。腹盆部軟組織器官密度較胸部肺組織和頭部骨組織更接近于水的密度，從而導致在腹盆部測量時勾畫的ROI獲得的CTROI值更趨近于0，因此根據(jù)公式4計算的WED值接近于所勾畫的橢圓形ROI的直徑，此時WED值與有效直徑的差異就不大，基于兩者計算的輻射劑量的值差異就不大；而由于兒童胸部含氣量較大，密度遠小于水，因此CTROI的測量值為負值，故而在胸部所計算的WED值明顯低于ED，進而導致SSDEED較SSDEWED低估了8.75%。同理，兒童頭部組合結構的密度大于水，故在頭部CTROI值為正值，因此WED也就高于ED，相應的SSDEED較SSDEWED高估了4.35%。

國內一些學者針對成人患者對兩種算法進行了對比分析。如袁等[10]的研究結果顯示，在成人CT檢查中采用相似的方法計算的胸部和腹部的SSDEED相較于SSDEWED的差值百分比分別達11.6%和4.8%，其差異均大于本組研究結果。分析原因可能由于相對于成人胸部，兒童胸部中的氣體在整個胸部區(qū)域所占比例較小，故胸部的生理密度與水密度的差異不如成人大，相應地，所計算的SSDEED與SSDEWED之間的差異略小于成人。同時，兒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，故而兒童腹部檢查中計算的SSDEED與SSDEWED的差異性相比成人更小。

本研究中腹盆部組有1例的測量數(shù)據(jù)位于LOA之外，其WED與ED及SSDEED與SSDEWED的差值百分比分別達到了39.19%和-28.79%。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)測量時選取的中心層面上腸道積氣的范圍較大，導致CTROI值顯著低于其它患者，相應的使得據(jù)此計算的WED和SSDEWED顯著降低，與ED及SSDEED的差值較大。此外，同時在頭部SSDEED與SSDEWED的比較中發(fā)現(xiàn)1例的數(shù)據(jù)稍稍處于95% LOA之外約0.39%，可以忽略不計。

當然，本研究也存在一些不足之處：首先，盡管現(xiàn)有的結果已經(jīng)對兩種方法進行了較好的說明，但是其仍然受限于較低的樣本量，后期希望能聯(lián)合多家單位來進行大樣本的分析；其次，在SSDE的計算中包含了受檢者前后徑、橫徑、轉換因子等體型特異性因素，故未對樣本進行年齡段及體重范圍的分組，待樣本量擴充后可行近一步的細化研究；第三，WED的勾畫仍然是一個大問題，一定的圖像自動勾畫處理將能很好的解決該問題。

總之，對兒童CT檢查中輻射劑量進行評估時，基于ED和WED計算的輻射劑量存在一定差異，基于水等效直徑計算的輻射劑量由于其計算方法中考慮了兒童體型和組織衰減特性等因素，因而在一定程度上能更加準確地估算兒童患者的CT輻射劑量。

利益沖突:所有參與者未因進行該研究而接受任何不正當?shù)穆殑栈蜇攧绽?，在此對本研究的科學性和獨立性予以保證。作者貢獻說明:鄭麗麗負責文章初稿撰寫及數(shù)據(jù)收集；廖甜、彭偉、陳迢、陳浩、賀瑤瑤負責數(shù)據(jù)采集與測量；袁子龍負責方案設計及數(shù)據(jù)分析；張照喜及袁子龍負責文章指導與審核。