基于胸圍的固定管電流檢查在兒童胸部增強(qiáng)CT中的應(yīng)用價(jià)值

張見， 張曉軍， 劉杰

CT是胸部疾病最常用的檢查方法，CT成像載體為X線，對(duì)人體有一定的輻射危害，特別是對(duì)嬰幼兒的危害尤為嚴(yán)重，如何降低其輻射劑量愈加受到家長及從業(yè)者重視[1]。2018年，歐盟委員會(huì)發(fā)布了《歐洲兒童CT成像的診斷參考水平》一文，提出了診斷參考水平(diagnostic reference levels,DRL)的概念，基于單個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)或一組醫(yī)療機(jī)構(gòu) CT 設(shè)備獲得的兒童劑量分布的第3個(gè)四分位數(shù)(第75%位數(shù))值作為DRL[2]。但對(duì)于兒童患者而言由于其體型差異較大，需要根據(jù)其體型對(duì)DRL進(jìn)行細(xì)分，這就需要匹配與DRL高度相關(guān)的管電壓與管電流。本文通過前置不同DRL衡量指標(biāo)的方式設(shè)置固定管電流，探究其可行性并比較其圖像質(zhì)量和輻射劑量。

材料與方法

1.回歸方程的建立

將2019年6月至2020年8月來我院行胸部增強(qiáng)CT檢查的171例患兒作為參考病例，在橫軸面圖像乳頭層面測(cè)量其胸圍(cm)，建立水當(dāng)量直徑(water equivalent diameter,DW)與胸圍的回歸方程?；純耗挲g為18天～7歲，平均(31.78±19.26)個(gè)月，胸圍為32.00～67.50 cm，平均(50.77±6.30) cm；DW為9.76～19.84 cm，平均(15.12±1.65) cm。病例納入標(biāo)準(zhǔn)：檢查時(shí)體位標(biāo)準(zhǔn)，雙臂上舉于頭顱兩側(cè)者；胸部體表無巨大腫塊及胸廓無明顯畸形者；心肺部無氣胸及明顯巨大占位性病變者；身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)介于18～25 kg/m2之間者；女童患兒胸部乳腺組織厚度低于3 cm者。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：體表及體內(nèi)有金屬異物者；心臟內(nèi)有封堵器者。

2.輻射劑量及DW與胸圍相關(guān)性的建立

記錄掃描結(jié)束后CT工作站自動(dòng)生成的容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose Index,CTDIvol)(mGy，基于32 cm標(biāo)準(zhǔn)聚甲基丙烯酸甲酯體模)，依據(jù)胸圍分為CC≤45 cm、45 cm

(1)

fDW=4.378094×exp(-0.04331124×DW)

(2)

SSDEDW=fDW×CTDIvol

(3)

將中心層面DW作為因變量，采用線性回歸分析，建立CC與DW回歸方程：DW=a+b×CC。

3. 病例資料

前瞻性收集2020年9月至2021年6月行胸部CT檢查的患兒96例，年齡24天～8歲不等，平均(30.42±21.02)個(gè)月。按隨機(jī)數(shù)字表法將患兒分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組，對(duì)照組44例，平均年齡為(31.52±22.13)個(gè)月；實(shí)驗(yàn)組52例，平均年齡為(29.48±20.19)個(gè)月，納入標(biāo)準(zhǔn)同參考組。檢查前監(jiān)護(hù)人均簽署檢查知情同意書，本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(審批號(hào)：201908224-1)。對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組患兒的年齡、胸圍、BMI差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，資料具有可比性。

4.檢查方法

CT檢查采用Philips Brilliance 128排iCT?；純鹤灾骰蚺浜峡诜下热┧吆笕コ愇飪H穿著貼身衣物平行仰臥于檢查床上，頭或腳先進(jìn)。檢查參數(shù)：管電壓80 kVp或100 kVp；iDose4級(jí)重建算法。螺旋掃描，螺距為0.915，探測(cè)器128×0.625 mm，矩陣512×512，球管轉(zhuǎn)速0.27 s/r，掃描層厚、層間距均為3 mm。掃描范圍為胸廓入口至兩側(cè)肋膈角。CT增強(qiáng)掃描對(duì)比劑采用碘克沙醇(規(guī)格：320 mg I/mL)，劑量依照患兒體重進(jìn)行計(jì)算[(1.0～1.5) mL/kg]，注射流率為0.8～3.0 mL/s，采用Ulrich高壓注射器從肘靜脈或手/足背靜脈注入，注射順序?yàn)椋? mL生理鹽水→對(duì)比劑→8 mL生理鹽水，生理鹽水注射流率與對(duì)比劑相同。管電流參考病例采用自動(dòng)曝光控制技術(shù)；對(duì)照組及實(shí)驗(yàn)組以胸圍亞分組輻射劑量上四分位數(shù)作為DRL分別基于CTDIvol及SSDEDW設(shè)定固定管電流，余檢查參數(shù)相同。

5.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)及輻射劑量計(jì)算

客觀評(píng)價(jià)：在動(dòng)脈期原始圖像上由同一位主管技師利用PACS自帶測(cè)量工具進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測(cè)量。在主動(dòng)脈弓層面測(cè)量主動(dòng)脈弓、氣管及豎脊肌的CT值及標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviation,SD)值，以上數(shù)據(jù)測(cè)量面積為10 mm2，避開骨骼硬化偽影。利用上述測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算其信噪比(signal noise ratio,SNR)，用以客觀衡量血管及軟組織信號(hào)，計(jì)算公式：SNR=CT值/SD值。

主觀評(píng)價(jià)：由2位具有15年以上胸部影像診斷經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師對(duì)所有圖像采用五分法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，意見不一致時(shí)通過討論達(dá)成一致意見。評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)氣管及支氣管邊界顯示、縱膈淋巴結(jié)輪廓、肺紋理和肺實(shí)質(zhì)滲出及占位顯示、肌肉脂肪間隙及胸膜肋骨胸壁顯示的清晰度，按照清晰(5分)、良好(4分)、及格(3分)、模糊(2分)、不可辨識(shí)(1分)等五個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)分。及格及以上認(rèn)為圖像可滿足診斷需求。并且依照?qǐng)D像質(zhì)量對(duì)診斷信心的影響進(jìn)行評(píng)分，按照完全自信(4分)、很自信(3分)、有條件的自信(2分)及信心不足(1分)進(jìn)行評(píng)分。

輻射劑量的計(jì)算：記錄CT工作站DICOM文件中的CTDIvol，根據(jù)上述公式1～3計(jì)算SSDEDW。本研究輻射劑量僅指胸部增強(qiáng)掃描的輻射劑量，不包括定位像、閾值動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及觸發(fā)掃描所產(chǎn)生的輻射劑量。

6.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.參考病例胸圍與DW的相關(guān)性

171例參考病例CC與DW通過Pearson分析，結(jié)果顯示兩者呈較強(qiáng)相關(guān)性(R2=0.911，P<0.001)。DW與CC之間存在線性回歸關(guān)系，其回歸方程為：DW=2.45+0.25×CC。參考病例各亞組其CTDIvol的上四分位數(shù)分別為：2.22 mGy、2.80 mGy、3.80 mGy、6.33 mGy。

2.圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的主動(dòng)脈弓、氣管及豎脊肌SNR組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.12、-3.85、4.71，P<0.001)；兩組患兒的圖像評(píng)分均在3分及以上，均滿足臨床診斷要求，主觀評(píng)分及信心評(píng)分兩組間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.23、t=0.02，P>0.05，表1)。

表1 兩組圖像質(zhì)量及輻射劑量比較

3.輻射劑量評(píng)價(jià)

對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組患兒的CTDIvol分別為(4.52±0.94) mGy、(2.91±0.50) mGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-7.65，P<0.001)；SSDEDW分別為(6.12±0.88) mGy、(3.87±0.52) mGy，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-8.13，P<0.001，表1)。實(shí)驗(yàn)組CTDIvol、SSDEDW較對(duì)照組分別降低35.62%(1.61/4.52)、36.76%(2.25/6.12)。對(duì)照組CTDIvol、SSDEDW的方差離散度分別為20.80%(0.94/4.52)、14.34%(0.88/6.12)；實(shí)驗(yàn)組CTDIvol、SSDEDW的方差離散度分別為17.18%(0.50/2.91)、13.44%(0.52/3.87)。

討 論

近年來常使用低的管電壓、管電流，大螺距及先進(jìn)重建算法等方式降低受檢者的輻射劑量[4-6]。對(duì)于管電流的使用多采取管電流自動(dòng)曝光控制技術(shù)，其原理根據(jù)定位像所確定的患者體型及檢查部位對(duì)X線的衰減程度自動(dòng)計(jì)算給出合適的管電流，在高衰減部位如肩關(guān)節(jié)、骨盆等處增加輻射劑量，在低衰減部位如胸部、中腹部減小輻射劑量，因此可以有效降低受檢者輻射劑量[7]。但也有其弊端，在掃描之前必須設(shè)置合理的參考管電流，其設(shè)置通常會(huì)依據(jù)患兒的年齡。在實(shí)際工作中對(duì)于參考管電流的設(shè)置往往會(huì)由于圖像質(zhì)量控制的原因而設(shè)置過大，加之同一年齡段的患兒其體型差異較大，就會(huì)導(dǎo)致患兒接受不合理的輻射劑量，本研究對(duì)每一例患兒采用個(gè)性化的管電流以使其輻射劑量合理化。嬰幼兒體型較小，且胸部含氣較多，低管電壓能夠滿足大多數(shù)幼兒胸部檢查[8]，且低管電壓更加接近碘的k邊緣值，可增加碘對(duì)比劑的光電效應(yīng)，提高含碘血管及組織的對(duì)比度[9]。因此，采取低管電壓檢查用以降低輻射劑量的方式在幼兒胸部CT檢查中較成人更有優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于管電流而言，匹配患兒體型的固定管電流應(yīng)用于降低輻射劑量的報(bào)道鮮見。

對(duì)于輻射劑量的衡量常用CTDIvol和SSDE兩種方式。CTDIvol是CT設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)體模下的輸出劑量，與受檢部位的體型無關(guān)[10]。胸部CT檢查采用32 cm體模來模擬計(jì)算其輻射劑量，兒童特別是嬰幼兒患者體型與體模差異較大，因此導(dǎo)致使用CTDI衡量其輻射劑量與實(shí)際輻射相差較大。美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)(american association of physicists in medicine，AAPM)在204及220號(hào)文件中提出了基于有效直徑(effect diameter，DE)及水當(dāng)量直徑(DW)的體型特異性劑量評(píng)估值(size-specific dose estimate，SSDE)，目前被認(rèn)為是衡量輻射最準(zhǔn)確的指標(biāo)[11-12]。余佩琳等[13]的研究結(jié)果顯示，CTDIvol較SSDEDW低估其輻射劑量，其低估程度隨著年齡的降低而增加。鄭麗麗等[14]的研究結(jié)果顯示，基于DW的SSDE較基于DE的SSDE更能準(zhǔn)確反映兒童患者的輻射劑量，特別是兒童胸部CT檢查中?；贒W的SSDE將受檢部位體型及組織成分納入其中，有效提高了輻射劑量評(píng)估的準(zhǔn)確性。本研究結(jié)果也表明，相同檢查條件下CTDIvol衡量其輻射劑量較SSDEDW低估，使用SSDEDW更能精確衡量輻射劑量。但SSDEDW的精確測(cè)量需要受檢者定位像或軸位圖像，根據(jù)其定位像計(jì)算SSDEDW過程繁瑣，耗時(shí)較長，在實(shí)際工作中不可實(shí)現(xiàn)，而軸位圖像則掃描前不可獲取，因此需要簡(jiǎn)單易行的指標(biāo)來計(jì)算其SSDEDW。近年來有研究表明，一系列身體指標(biāo)與DW相關(guān)[15]。本研究結(jié)果顯示，患兒胸圍與DW相關(guān)性較強(qiáng)(R2=0.911，P<0.001)，可用胸圍作為DW的替代指標(biāo)來預(yù)計(jì)算患兒的SSDEDW。

在根據(jù)參考病例建立的DW與胸圍回歸方程指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組兩種不同方式設(shè)置管電流方案。由于根據(jù)胸圍計(jì)算而來的fDW大于1，因而實(shí)驗(yàn)組管電流設(shè)置小于對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組圖像的SNR較對(duì)照組有所降低，使得兩組圖像間SNR差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，但在主觀評(píng)價(jià)及診斷信心方面兩組圖像間差異并無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，盡管圖像質(zhì)量有所下降，但仍然能夠滿足臨床診斷要求。影像的診斷結(jié)果是由診斷醫(yī)師對(duì)圖像的主觀意識(shí)判斷，在滿足診斷要求的前提下盡可能降低輻射劑量至關(guān)重要。低管電流會(huì)增加組織的噪聲，本研究采用的iDose4算法可有效彌補(bǔ)其不足。iDose4是雙空間多模型迭代重建技術(shù)，在投影空間和圖像空間進(jìn)行基于噪聲模型及解剖模型的迭代重建算法，其中噪聲模型用來提高圖像質(zhì)量，這一算法可有效消除低光子偽影，提高重建圖像的密度分辨率及空間分辨率，降低圖像噪聲，因此可以彌補(bǔ)低管電流對(duì)圖像噪聲增加的不利影響[16]。本研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組的CTDIvol、SSDEDW較對(duì)照組分別降低35.62%(1.61/4.52)、36.76%(2.25/6.12)，且實(shí)驗(yàn)組的CTDIvol、SSDEDW方差離散度較對(duì)照組小，說明個(gè)體劑量間波動(dòng)較對(duì)照組小，其輻射劑量離散度更為集中，有利于輻射劑量的個(gè)體控制。本研究中實(shí)驗(yàn)組的 CTDIvol平均值為2.91 mGy，低于歐盟委員會(huì)發(fā)布的《歐洲兒童成像診斷參考水平》一文中的兒童胸部診斷輻射劑量水平，說明通過掃描前預(yù)計(jì)算患兒的SSDEDW設(shè)定管電流以降低患兒的輻射劑量具有可行性。

本研究存在以下局限性：①參考病例患兒胸圍的測(cè)量在軸位圖像上采取手動(dòng)測(cè)量的方法，可能與實(shí)際胸圍有一定誤差，回歸方程需要進(jìn)一步的驗(yàn)證，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)這一回歸方程具有可行性；②僅管電流采用個(gè)性化設(shè)置，沒有對(duì)管電壓根據(jù)患兒體型進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)置，今后可結(jié)合兩者行進(jìn)一步研究；③本研究是以胸圍分組為整體研究對(duì)象，分組內(nèi)胸圍范圍過大。雖然整體分組的患兒輻射劑量大幅度下降，但對(duì)于分組內(nèi)胸圍較小患兒其輻射劑量有可能會(huì)上升，故需要對(duì)胸圍分組范圍進(jìn)一步減小，今后可對(duì)其進(jìn)一步細(xì)化研究。

綜上所述，本研究所有圖像均能滿足臨床診斷要求，通過掃描前測(cè)量患兒胸圍作為DW的替代指標(biāo)，掃描前預(yù)計(jì)算患兒的SSDEDW并以此設(shè)置管電流在兒童胸部增強(qiáng)CT檢查中是可行的，根據(jù)患兒體型大小精準(zhǔn)控制，可整體降低患兒的輻射劑量。個(gè)性化設(shè)置管電流有利于優(yōu)化患兒的輻射劑量，符合當(dāng)前“ALARA”原則及CT輻射劑量診斷參考水平的制定，簡(jiǎn)單易行，值得臨床推廣應(yīng)用。