基于體重指數調整的兒童上腹部低劑量CT掃描研究

陳添峰 周文斌 吳素霞 王強

【摘要】 目的：研究基于體重指數調整的兒童上腹部低劑量CT掃描方案的輻射劑量、主客觀圖像質量和診斷準確性。方法：對比分析不同體重指數兒童上腹部低劑量CT掃描中的差異，前瞻性分析50%自適應統(tǒng)計迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）常規(guī)劑量和基于體重指數調整的上腹部低劑量CT掃描方案檢查，年齡1個月～14歲。使用五點量表主觀評估包括噪音，清晰度，偽影和診斷可接受性在內的圖像質量。結果：3名醫(yī)師對圖像質量主觀評分的一致性大，差異無統(tǒng)計學意義（κ=0.76，P>0.01）。各組肝實質CT值比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.01）;各組間SNR比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），圖像質量均可接受。基于體重指數調整的上腹部B組所有輻射劑量參數均顯著較低（P<0.01），其中A組正常高于B組正常，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），后者劑量減少32.5%;A組超重高于B組超重，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），后者劑量減少40.4%。結論：在正常體重和超重兒童中，50% ASIR重建的個性化低劑量CT掃描方案平均劑量明顯低于常規(guī)劑量，而不會顯著影響兒童上腹部CT檢查的診斷圖像質量。

【關鍵詞】 兒童 CT 輻射劑量

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2020.01.022 文獻標識碼 B 文章編號 1674-6805（2020）01-00-03

[Abstract] Objective： To evaluate the feasibility of the radiation dose， subjective and objective image quality and diagnostic accuracy of the low-dose CT scanning scheme for the upper abdomen of children based on BMI adjustment. Method： The differences in low-dose CT scans of the upper abdomen of children with different BMI were compared， and the 50% routine adaptive statistical iterative reconstruction （ASIR） and low-dose CT scan protocol based on BMI were prospectively analyzed， ranging in age from 1 month to 14 years old. A five-point scale was used to evaluate the subjective image quality including noise， sharpness， artifact， and diagnostic acceptability. Result： Inter-observer agreement among the three radiologists was sufficient， no significant statistical difference was existed among each group （κ=0.76， P>0.01）. There was no significant difference of CT values of liver parenchyma among each groups （P>0.01）. The differences of SNR among each groups were statistically significant （P<0.01）. The image quality in each group were acceptable. All radiation dose parameters were significantly reduced in the group B based on BMI （P<0.01）. Normal weight in group A was higher than that in group B， and the differences between two groups were statistically significant （P<0.01）; and the dose of the normal weight children in group B was reduced by 32.5%. Overweight in group A was higher than that in group B， and the differences between two groups were statistically significant （P<0.01）， and the dose of the overweight children in group B was reduced by 40.4%. Conclusion： In normal weight and overweight children， 50% of the personalized low-dose CT scan regimen with ASIR reconstruction was significantly lower than the routine dose， without significantly affecting the diagnostic image quality of the upper abdominal CT examination in children.

[Key words] Children Computed tomography Radiation dose

First-authors address： Womens and Childrens Hospital， Quanzhou 362000， China

由于電離輻射與潛在的癌癥風險有關，公眾一直關注醫(yī)學影像引起的輻射照射。對于一定劑量的輻射，兒童比成人具有更高的放射敏感性和更長的剩余壽命，在此期間輻射誘發(fā)的癌癥的風險性更大。為了最大限度地減少兒童的輻射暴露，同時尋求準確的診斷，既要仔細評估CT檢查本身的風險和收益，又要優(yōu)化每個患者的CT時相和參數。如果確實需要CT檢查，則必須考慮低劑量方案。優(yōu)化CT時相并通過放射科醫(yī)師調整掃描參數并添加自動調整或迭代重建的技術可以幫助減少輻射。調整掃描參數包括根據患者體型手動或自動調節(jié)管電流，并根據患者體重或年齡降低管峰值電壓。由于兒童的衰減小于成人，因此低管電壓設置通常可以提高對比度而不會顯著增加噪聲[1]。但是，低管電壓可能會產生更多的偽影和噪音，并且還可能導致組織分辨率降低。傳統(tǒng)的濾波反投影（FBP）重建已達到其在獲得具有低輻射劑量曝光的良好分辨率圖像方面的極限。因此引入了使用迭代重建算法的圖像重建的替代技術，以通過使用計算處理結合使用管電流和電壓調節(jié)的低劑量方案來減少偽像來產生高分辨率圖像。因為兒童比成人更容易受到輻射影響，這些改善診斷信息但減少患者放射線照射的技術在前者中更為重要。自2009年以來，迭代重建過程，如自適應統(tǒng)計迭代重建（adaptive statistical iterative reconstruction，ASIR）技術開始應用于臨床。ASIR技術可以降低圖像噪聲并保持圖像質量，從而可以減少潛在的輻射劑量[2]。同時，ASIR技術利用FBP重建圖像中包含的信息作為重建過程中的初始構建塊，以減少重建時間。與成人FBP重建的常規(guī)劑量方案相比，ASIR技術可以通過使用低劑量方案減少輻射劑量，而不會破壞圖像質量或診斷準確性。然而，在不同醫(yī)院，兒童CT檢查的參數設置不一，患者所受的輻射劑量差別較大[3]。此外，還有一些研究評估了體重指數（body mass index，BMI）對兒童胸部圖像質量的影響[1]，但缺乏腹部的相關研究。因此，本次研究目的為評估低劑量掃描方案對超重和正常體重兒童上腹部CT的輻射劑量和圖像質量的影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2017年1月-2019年1月連續(xù)于筆者所在醫(yī)院接受上腹部CT檢查的兒童565例，其中男303例，女262例，年齡12 d～14歲，平均（3.5±2.1）歲。按照檢查號隨機分為A組、B組，記錄CT檢查時患兒身高，體重和BMI;超重（BMI>25 kg/m2）兒童共76例，其中男48例，女28例。A組、B組按BMI分為正常、超重患兒。兩組正常及兩組超重患兒的基本資料比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05），見表1。本研究經筆者所在醫(yī)院倫理委員會審查通過，患兒監(jiān)護人均簽署知情同意書。

1.2 方法

采用GE Optima 660 64排螺旋CT。如患兒無法配合，給予口服鎮(zhèn)靜藥待其安靜入睡后掃描。患兒仰臥，雙臂上舉過頭，自由呼吸;掃描范圍：膈頂至腎臟下緣。A組采用常規(guī)劑量CT掃描：管電壓120 kV，螺距1.375，轉速0.4 s，采用自動管電流調節(jié)（automatic tube current modulation，ATCM）技術，范圍10～300 mA，噪聲指數（noise index，NI）值為9。B組采用基于體重指數調整的兒童上腹部低劑量CT掃描：管電壓100 kV，螺距1.375，轉速0.4 s，采用ATCM技術，范圍10～300 mA，根據患兒年齡設置NI值，0～12個月NI=8，1～6歲NI=10，>6歲NI=12。對兩組低毫安秒掃描獲得圖像使用50% ASIR進行重建，重建層厚0.625 mm。

1.3 觀察指標及評價標準

將所有圖像傳至AW4.5工作站。由3名高年資兒科影像醫(yī)師評價圖像質量，并自由調整圖像窗寬、窗位，結果取三者均值。

1.3.1 主觀評價 由3名高年資影像診斷醫(yī)師分別對不同重建圖像進行主觀評價，意見不一致時，共同復閱決定。參考歐洲指南推薦的CT圖像質量標準選擇主觀評分指標和評分標準。評價指標包括：（1）圖像噪聲，采用5分法：5分，噪聲輕微;4分，噪聲較輕;3分，噪聲中等;2分，噪聲較重，但尚可接受;1分，噪聲過重，完全無法接受。（2）偽影，采用4分法：4分，無偽影;3分，較少偽影，不影響診斷;2分，較多偽影，影響病變顯示，但不影響診斷;1分，過多偽影影響診斷。（3）細小結構的顯示（如小血管、腎上腺、小淋巴結），采用5分法：5分，顯示非常清晰;4分，顯示較好;3分，可以接受;2分，顯示較差;1分，不能顯示。

1.3.2 客觀評價 采用手動勾畫橢圓形感興趣區(qū)（region of interest，ROI）方法測量，面積約10 mm2。于肝右葉門靜脈分支處測量肝臟實質區(qū)域的CT值及標準差（standard deviation，SD），避開血管。所有數據分別測量3次，并取均值。計算該部位SNR，公式為：SNR=CT值/SD值。

1.3.3 輻射劑量 記錄兩組容積CT劑量指數k（CT dose index of volume，CTDIvol）和劑量長度乘積（dose length product，DLP），并計算有效劑量（effective dose，ED），公式為：ED=k×DLP，其中0～12個月患兒k為0.049 mSv/（mGy·cm），1～2歲為0.030 mSv/（mGy·cm），3～6歲為O.020 mSv/（mGy·cm），≥7歲為0.015 mSv/（mGy·cm）。

1.4 統(tǒng)計學處理

使用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行統(tǒng)計學分析。使用配對樣本t檢驗比較A組和B組患者身高，體重，BMI，輻射劑量值和圖像噪聲。使用獨立樣本t檢驗比較超重和正常體重患者的圖像噪聲。以P<0.01為差異有統(tǒng)計學意義。對主觀圖像質量結果進行描述性分析，不同觀察者之間使用kappa檢驗進行一致性分析。基于κ值的一致性水平的定義如下：κ<0.01為一致性差;κ=0.01～0.20為一致性輕微;κ=0.21～0.40為一致性尚可;κ=0.41～0.60為一致性中等;κ=0.61～0.80為一致性大;κ=0.81～1.0為一致性近乎完美。

2 結果

2.1 主觀評價

3名醫(yī)師對圖像質量主觀評分的一致性大，差異無統(tǒng)計學意義（κ=0.76，P>0.01），見表2。

2.2 客觀評價

A組正常、A組超重、B組正常、B組超重各小組間肝實質CT值比較，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.01）;肝實質SD值中B組超重較A組正常增高，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01）;各組間SNR比較差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），A組正常、A組超重、B組正常、B組超重SNR依次增高，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），見表3。

2.3 輻射劑量

輻射劑量測量的CTDIvol、DLP、ED顯示B組與A組相比顯著較低，其中A組正常高于B組正常，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），后者劑量減少32.5%;A組超重高于B組超重，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），后者劑量減少40.4%;A組正常與A組超重比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.01）;B組正常與B組超重比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.01），見表4。

3 討論

目前，國內外研究中多采用模擬計算而非實際測量的方法對兒童CT檢查中受照劑量進行計算[4-5]。黃卓等[6]使用64排探測器CT設備對兒童測量劑量和顯示劑量進行研究發(fā)現，同一品牌型號CT設備在不同曝光條件下實測劑量與設備顯示劑量的比值一致性較好，可根據設備顯示劑量按一定比例快速估算兒童CT檢查中實際接受的輻射劑量。本研究采用設備記錄的CTDIvol和DLP，從而并計算得到該次掃描的輻射劑量值。

李大偉等[3]調查發(fā)現，不同醫(yī)院之間，兒童CT檢查mAs、掃描長度選擇存在差異，且顯著影響患者所受輻射劑量。文獻[7-8]報道了ASIR對兒科患者胸部CT圖像質量的影響，并指出可在輻射劑量減少46%～55%的同時保持圖像質量和診斷的準確性。ASIR技術可在10%～100%的范圍內間隔每10%進行選擇。ASIR百分比越高，噪聲越大，圖像也越模糊。Lee等[7]在兒童胸部CT掃描中使用了50%ASIR，Singh等[8]則使用30%ASIR。在本研究中，筆者在文獻[9]的基礎上選擇50%ASIR進行重建。李昊巖等[10]研究表明采用低對比劑濃度、低輻射劑量和個性化NI設置方案后可使兒童腹部增強CT的輻射劑量降低25.29%。筆者研究認為，通過ASIR方案可使兒童腹部CT掃描劑量降低32.5%～40.4%，與之前的研究相近。

有學者發(fā)現，在自適應管電流調節(jié)時，使用低千伏和基于BMI調整的個性化CT掃描程序并進行迭代重建，可保持良好的圖像質量和高診斷準確性的前提下大幅度降低輻射劑量[11]。本研究著重比較了ASIR重建下常規(guī)劑量與基于體重指數調整的上腹部低劑量CT掃描方案的圖像質量特征。B組正常體重與超重兒童相比A組正常體重與超重兒童，輻射劑量均顯著較低（P<0.01），平均劑量減少32.5%～40.4%。在降低劑量的前提下，各組圖像主觀評分均超過3分，可為臨床所接受。

筆者研究還提示超重兒童對上腹部CT掃描劑量和圖像質量的影響。近年來，超重或肥胖兒童的發(fā)病率迅速增加;因此，筆者關注體重對ASIR重建圖像質量的影響，發(fā)現超重兒童的圖像質量可能較低。Brady等[9]報告40%ASIR重建結合基于體重的管電壓和管電流調節(jié)技術可平均減少39%輻射劑量而不改變噪聲幅度或圖像對比度。該研究強調需根據年齡或體重進行掃描方案的個性化調整。Hopkins等[12]的研究結果也強調體型較大的患者由于軀干厚度增加，X線衰減隨之增加，為保持一定的圖像質量使得輻射劑量相應增加。筆者研究包括76名超重兒童，但無法確定超重如何影響ASIR圖像質量，需要對大量肥胖個體進行進一步的評估。

本研究有一些局限性。首先，試驗數據來源于檢查組和對照組不同患者，而不是不同檢查方法在同一患者上的對比結果。雖然盡量通過隨機分組來對患者的年齡和性別等因素進行匹配，患者平均體重和身高差異無統(tǒng)計學意義，但仍可能會對圖像質量產生影響。其次，在常規(guī)劑量組和低劑量組中，3名評價者通過噪聲、清晰度、偽影和診斷可接受性來進行主觀圖像質量評價，個人對圖像的熟悉程度可能會對結果產生影響。而且，在臨床實踐中，診斷準確性比主觀圖像質量更重要。因此，圖像質量是否實際影響診斷準確性有待進一步探討。

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（收稿日期：2019-08-19） （本文編輯：郎序瑩）