iDose4迭代重建在超重及正常體重患兒胸部CT檢查中的應用及其劑量參數評價

葛亞莉，邊傳振，戴石

南京醫科大學附屬兒童醫院 放射科，江蘇 南京 210000

引言

人們已經認識到電離輻射是導致腫瘤的潛在風險之一，在特定輻射劑量下，兒童患腫瘤的風險高于成人，因為兒童對電離輻射更敏感且具有更長的生命周期[1]。研究表明，兒童所受輻射劑量累計超過50 mGy，患白血病的風險就會增加三倍，累計超過60 mGy，患腦腫瘤的風險也會增加三倍[2]。為了降低電離輻射風險，同時得到準確的臨床診斷，CT檢查前必須認真評估其風險和必要性，若必須執行CT檢查，應考慮低劑量參數CT掃描。優化CT掃描序列，調整CT掃描參數，增添自動調節技術和使用迭代重建算法都有利于減少電離輻射[3]，同時輻射劑量的準確評估也逐漸成為人們關注的熱點。

近年來，傳統的濾波反投影重建技術（Filtered Back Projection，FBP）在提高圖像分辨力和降低輻射劑量等方面遭遇到了瓶頸，因此，迭代重建技術應運而生，它運用計算機處理結合管電壓、管電流修正技術來降低輻射劑量并減少偽影，從而得到高分辨力的圖像[4-5]。低劑量掃描iDose重建技術相對于常規劑量FBP重建技術在不損害圖像質量的情況下能大量的降低成人胸部CT檢查的輻射劑量[6]，然而，少有關于iDose重建技術在肥胖兒童方面的報道，更少有關于兒童體重或者體質量指數（Body Mass Index，BMI）對圖像質量影響的報道。目前，常用來評估患兒輻射劑量的參數最要有容積CT劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP），他們主要是CT機在特定體模條件下的輸出劑量，沒有考慮到患者的體型對所受劑量的影響，體型特異性劑量評估（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）考慮到患兒的體型因素，并對其輻射劑量參數依據體型進行修正。因此，本次研究旨在探討iDose4技術對正常體重及超重患兒的胸部CT檢查的輻射劑量和圖像質量的影響并找出能更加準確評估該群體所受輻射劑量的參數。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究通過南京醫科大學附屬兒童醫院倫理委員會審核批準后進行。前瞻性地選取2017年5月至2018年5月由我院臨床醫生開具胸部CT查申請單的0歲到16歲的患兒160例，A組110人，B組50人。檢查前記錄患兒的身高、體重及BMI值。BMI值超過該年齡BMI值的第85百分位認為該患兒超重[7]。

1.2 掃描技術及輻射劑量的測量

使用飛利浦128iCT進行數據采集，CT掃描參數：FOV 200 mm×200 mm，準直寬度128 mm×0.625 mm，螺距0.925，球管旋轉時間0.29 s/周，重組圖像層厚3 mm，層間距2 mm，掃描范圍從胸廓入口到肋膈角。A組病人采用低劑量掃描參數，其中體重超過40 kg的患兒管電壓100 kV，低于40 kg的患兒80 kV，均使用自動管電流調節技術（20～100 mA），所采集數據使用iDose4算法進行數據重建。B組患兒采用常規的CT掃描參數，超過40 kg的患兒120 kV，低于40 kg的患兒100 kV，均采用參考管電流為100 mA的劑量調整技術，采集數據使用FBP算法進行數據重建。記錄患兒的CTDIvol和DLP。計算患兒的SSDE[8]：在氣管隆突層面CT圖像上測量患兒胸廓的前后徑（AP）和左右徑（LAT），并計算其有效直徑（ED），依據ED對應的轉換因子fsize得到SSDE[9]。計算公式如下：ED=(AP×LAT)1/2，SSDE=fsize×CTDIvol。有效輻射劑量（ED*）根據公式ED*=K×DLP計算，K為轉換因子[10]。

1.3 圖像質量的客觀評價

在同一PACS工作站上我們選取氣管隆突層面降主動脈區、左側椎旁肌肉區30～50 mm2為感興趣區，并測量該區域的CT（HU）值和標準差（SD），SD值為圖像噪聲值，SNR（信噪比）=HU/SD。為了得到準確的測量結果，所選區域盡量只包含均一的組織，避免外來組織的干擾[11]。

1.4 圖像質量的主觀評價

所得胸部CT圖像分別請放射科副主任醫師1名和放射科主管技師1名為觀察者，根據圖像的噪聲、銳利度、偽影、診斷可接受性進行打分，打分時同一病人分別顯示肺窗和縱膈窗。圖像噪聲打分：4分表示噪聲很少或沒有噪聲；3分表示圖像噪聲量一般；2分表示圖像噪聲量較多，勉強可接受；1分表示圖像大量噪聲，不可接受。圖像銳利度打分：4分表示圖像銳利度很好；3分表示圖像銳利度一般；2分表示圖像銳利度較差，勉強接受；1分表示圖像銳利度很差，不可接受。圖像偽影打分：4分表示偽影較少或沒有偽影；3分表示偽影量一般；2分表示偽影較多，勉強可以接受；1分表示大量偽影，不可接受。診斷可接受性打分：4分表示優秀；3分表示一般；2分表示較差，勉強接受；1分表示完全不能接受，得分均≥2分認為滿足診斷要求[12]。

1.5 統計學分析

所得數據采用SPSS 18數據分析軟件進行分析。兩組病人的身高、體重、BMI、ED、輻射劑量、圖像噪聲采用獨立樣本t檢驗進行分析；患兒性別采用卡方檢驗進行分析；組內SSDE與CTDIvol采用配對t檢驗進行分析；P＜0.05表示數據差異有統計學意義。圖像質量的主觀評價采用秩和檢驗（Kruskal Wallis檢驗）進行分析，同組不同觀察者間打分的一致性采用kappa檢驗進行分析，k≤0.2為一致性差，0.2＜k≤0.4為一致性一般，0.4＜k≤0.6為一致性中等，0.6＜k≤0.8為一致性較強，0.8＜k≤1.0為一致性強。

2 結果

2.1 人口統計學資料對比

兩組患兒在身高、體重、性別、BMI、ED間的差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 人口統計學結果（）

表1 人口統計學結果（）

人數(男/女)A 126.8±21.7 35.2±11.4 18.2±4.5 27.8±8.12 58/52 B 124.6±25.7 35.0±12.9 18.5±4.7 28.1±7.57 26/24 P 0.276 0.923 0.770 0.804 0.930組別 身高(cm)體重(kg)BMI(kg/m2)ED(cm)

2.2 所有患兒輻射劑量

所得數據經分析后顯示，兩組患兒的輻射劑量差異有統計學意義。A組患兒的平均有效劑量（2.0 mSv）較B組患兒（4.7 mSv）降低57.4%（P＜0.001）；A組正常體重患兒平均有效劑量（1.7 mSv）較B組（4.1 mSv）降低58.5%（P＜0.001）；A組超重患兒的平均有效劑量（3.2 mSv）較B組（7.6 mSv）降低 57.9%（P＜0.001）。A 組患兒的平均SSDE（5.6 mGy）較B組（13.6 mGy）患兒降低58.8%（P＜0.001）；A組正常體重患兒平均SSDE（4.9 mGy）較B組（12.5 mGy）降低60.8%（P＜0.001）；A組超重患兒平均SSDE（8.4 mGy）較B組（23.2 mGy）降低60.4%（P＜0.001），見表2。

2.3 A組患兒的輻射劑量指數按年齡進行分析

各組患兒在人數和性別差異無統計學意義（P=0.924）。0～7 歲 患 兒 SSDE 比 CTDIvol高 84.5%（P＜0.001），8～12 歲患兒SSDE 比 CTDIvol高 43.2%（P＜0.001），13～16歲患兒SSDE與CTDIvol差異無統計學意義（P=0.62），見表3。

2.4 對A組13-16歲患兒輻射劑量指數進行分析

正常體重患兒SSDE比CTDIvol高16.9%（P=0.025），超重患兒SSDE比CTDIvol低15.5%（P=0.013），患兒的體重和ED差異有統計學意義，見表4、表5。

2.5 圖像質量客觀評價

A、B兩組患兒圖像（圖1）主動脈區所測得平均噪聲分別為18.1±4.6和18.3±6.5，但是差異沒有統計學意義（P＞0.05）；信噪比分別為3.02±0.46和2.55±0.32，差異有統計學意義（P＜0.05）。A組患兒椎旁肌肉區測得的平均噪聲（21.6±4.8）高于B組患兒（20.1±4.7），差異沒有統計學意義（P＞0.05）；信噪比分別為 2.81±0.42和 2.43±0.19，差異有統計學意義（P＜0.05）。A組超重患兒椎旁肌肉區及主動脈區平均噪聲均高于A組正常體重患兒，信噪比低于正常體重患兒，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表3 A組不同年齡（歲）組SSDE和CTDIvol統計結果（，mGy）

表3 A組不同年齡（歲）組SSDE和CTDIvol統計結果（，mGy）

CTDIvol SSDE P 0～7 4.09±0.18 7.55±0.51 ＜0.001 8～12 5.49±0.31 7.86±0.58 ＜0.001 13～16 6.48±0.32 6.52±0.98 0.620

表4 A組13～16歲年齡組患兒SSDE和CTDIvol統計結果（，mGy）

表4 A組13～16歲年齡組患兒SSDE和CTDIvol統計結果（，mGy）

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表5 A組13～16歲年齡組患兒人口統計結果（）

表5 A組13～16歲年齡組患兒人口統計結果（）

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圖1 圖像質量評價實例

2.6 圖像質量的主觀評價

A、B兩組患兒噪聲差異無統計學意義，偽影、銳利度和診斷可接受度A組患兒得分高于B組患兒，但兩組評分均≥2分，滿足診斷需求，見表6。觀察者間噪聲、偽影、銳利度和診斷可接受度評分一致性中等（k分別為0.51，0.49，0.53，0.35）。

表6 A、B兩組患兒主觀評分統計結果（，分）

表6 A、B兩組患兒主觀評分統計結果（，分）

噪聲 銳利度 診斷可接受度 偽影A組 3.59±0.493.71±0.46 3.65±0.48 3.45±0.28 B組 3.25±0.623.05±0.74 2.90±0.62 2.97±0.42 P 0.150 0.012 0.002 0.003

表2 患兒的輻射劑量及客觀噪聲統計結果（）

表2 患兒的輻射劑量及客觀噪聲統計結果（）

A組B組所有病人 正常體重 超重 所有病人 正常體重 超重輻射劑量ED* (mSv) 2.0±1.0 1.7±0.8 3.2±1.2 4.7±3.0 4.1±2.8 7.6±2.6 SSDE (mGy) 5.6±2.8 4.9±2.2 8.4±2.1 13.6±9.2 12.5±8.4 21.2±6.7圖像噪聲降主動脈區 18.1±4.6 18.2±5.0 17.5±2.6 18.3±6.5 18.4±6.9 18.2±4.5椎旁肌肉區 21.6±4.8 18.6±4.3 26.7±4.2 20.1±4.7 17.9±4.8 22.9±3.7信噪比降主動脈區 3.02±0.46 3.42±0.13 2.89±0.61 2.55±0.32 2.75±0.27 2.17±0.39椎旁肌肉區 2.81±0.42 2.97±0.33 2.53±0.29 2.43±0.19 2.59±0.17 2.09±0.21

3 討論

本研究通過分析比較A、B兩組患兒胸部CT檢查的ED*和SSDE，表明A組患兒輻射劑量低于B組。此前有報到稱迭代重建算法能減少27%～35%的成人胸部CT檢查時的輻射劑量，且保證了圖像質量不受影響[13-14]，這與本研究相符。iDose4重建屬于迭代重建算法，它是在投影空間和圖像空間進行基于雙模型（噪聲模型、解剖模型）的迭代運算，其中噪聲模型主要用來提高圖像質量，解剖模型主要用來提高重建速度；該算法能消除低光子偽影，大幅度提高重建圖像的空間分辨率及密度分辨率，最大限度降低圖像噪聲[15-16]。因此，iDose4能很好地彌補降低管電流所帶來的一系列負面影響。這也是本研究選擇iDose4進行圖像重建的原因。本研究中A、B兩組患兒的客觀噪聲值差異雖然不大，但信噪比差異較大，且圖像的銳利度診斷可接受度等方面A組患兒高于B組，且A組患兒的輻射劑量比B組降低57%，說明低劑量參數結合iDose4算法不僅提高圖像的銳利度和診斷可接受度改善圖像質量，還能降低患兒的輻射劑量，這與Yoon等[17]的報道相一致。

近年來肥胖患兒數量逐年遞增，因此本研究同時也分析了超重患兒的輻射劑量和圖像質量，本研究發現A組肥胖患兒椎旁肌肉興趣區的噪聲值高于B組肥胖患兒，這可能是由于輻射劑量的降低引起的椎體區線束硬化效應引起的，今后我們會針對這一現象進行進一步分析，找出原因。

CTDIvol為CT設備在16 cm或32 cm標準體模下的輸出劑量，常用來評價不同設備或機型的輸出劑量，而每個患兒的體型與標準體模差異很大，因此用CTDIvol評估患兒受到的輻射劑量并不準確。為了準確評估患兒受到的輻射劑量，美國醫學物理學協會通過對體模研究提出使用SSDE作為評估患兒受到的輻射劑量參數（第204號報告[9]），報告指出體模受到的輻射劑量不僅與設備輸出劑量有關還與體模體型有關，因而SSDE能更準確地評估體模的輻射劑量，前期臨床研究證實，在成人的應用中SSDE更能準確評估患者的輻射劑量[18]。本研究通過臨床數據對第204號報告的結論在正常體重和超重兒童胸部CT的應用進行了驗證。通過分析A組不同年齡段患兒的SSDE與CTDIvol發現，0～7歲和8～12歲患兒的SSDE均高于CTDIvol而13～16歲的患兒的SSDE與CTDIvol相差不大，分析原因可能是因為CTDIvol是在32 cm標準體模下的輸出劑量，而0～7歲和8～12歲患兒的平均有效直徑分別為19.6 cm和28.9 cm，均小于標準體模[14]，因而CTDIvol低估了患兒的輻射劑量，13～16歲患兒的平均有效直徑為33.1 cm，與標準體模相近，因而SSDE與CTDIvol相差不大。對13～16歲正常體重和超重患兒進行分析發現，正常體重患兒SSDE比CTDIvol高16.9%，超重患兒SSDE比CTDIvol低15.5%，說明CTDIvol高估了超重患兒的輻射劑量，低估了正常體重患兒的輻射劑量，正常體重和超重患兒的平均有效直徑分別為30.9 cm和39.6 cm，這可能就是出現上述差異的原因，這與前期的臨床研究相一致[19]。

綜上可以得出如下結論：① 不論超重患兒還是正常體重患兒胸部CT檢查時使用低劑量掃描參數iDose4數據重建算法，在滿足診斷要求的前提下，能降低患兒的輻射劑量；② SSDE能精確評估不同體型患兒的輻射劑量。本研究的不足之處在于超重患兒的樣本量較少，因此對有些結論無法深入進一步分析。本研究的2位觀察者在圖像噪聲、銳利度、偽影和診斷可接受性等方面的打分不盡一致，這可能是因為觀察者的主觀因素和個人對圖像的偏好等有關。盡管存在上述問題，但是我們的研究已經初步判斷低劑量參數iDose4重建算法的優越性，在今后的臨床工作中我們會更廣泛的應用并進行更細化更深入的研究。