對比基于有效直徑和水當量直徑計算兒童心血管CT體型特異性劑量估算值

張 楠，邊傳振，花立春，唐 穎

(南京醫科大學附屬兒童醫院放射科，江蘇 南京 210008)

CT心血管造影檢查是先天性心臟病患兒術前常用影像學檢查方法[1]，但兒童對輻射敏感，CT檢查輻射風險對兒童遠大于成人[2]，準確估算患兒受到的輻射劑量是當前面臨的挑戰。目前常用于估算個體輻射劑量的參數主要有容積CT劑量指數(volume CT dose index, CTDIvol)和劑量長度乘積(dose-length product, DLP)，是CT在16 cm或32 cm標準體模下的輸出劑量，常用于評價不同設備輸出劑量，而兒童體型與標準體模差異很大，以CTDIvol和DLP評估患兒所受輻射劑量并不準確[3-4]。美國醫學物理協會提出以有效直徑(effective diameter, De)和水當量直徑(water equivalent diameter, Dw)來計算患者的體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimate, SSDE)[5-6]，臨床試驗[7]表明根據Dw計算得出的SSDE能更準確地估算胸腹部及頭顱CT檢查的實際輻射劑量；但受幾何尺度及對比劑衰減影響，De和Dw條件下計算的兒童心血管CT掃描輻射劑量差異可能與成人情況并不相同。本研究對比分析De和Dw估算兒童心臟大血管CT檢查輻射劑量的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2018年1月—10月174例于南京醫科大學附屬兒童醫院接受CT心臟大血管造影檢查患兒，男90例，女84例；年齡1天～10歲，平均(4.38±1.89)歲；按年齡將其分為0～1歲組60例、2～6歲組59例及>6歲組55例。納入標準：有心臟病病史或相關臨床癥狀，家長同意參與研究。排除標準：體質量過輕或超重；碘過敏史；其他合并癥；胸部發育嚴重畸形；各種原因引起CT檢查失敗。本研究經院倫理委員會審核批準，患兒家長均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法 所有患兒檢查前禁食、禁水4 h。對不能配合掃描者予水合氯醛鎮定(1 ml/kg體質量)。使患兒仰臥，上舉雙上肢，以鉛衣遮蓋起非掃描部位。采用Philips 128排iCT機進行掃描，探測器128×0.625，球管速度0.27 s/rot，管電壓80 kV，管電流為自動調制模式(100 mAs)。采用Ulrich雙筒高壓注射器經靜脈以0.8～2.0 ml/s流率團注碘海醇對比劑(300 mgI/ml)1.5～2.0 ml/kg體質量，掃描范圍自胸廓入口掃至肋膈角，以自動跟蹤手動觸發及前瞻性心電門控軸層掃描技術在心動周期的85%時相進行數據采集，90%時相進行重組。

1.3 輻射劑量評估 自工作站劑量報表獲得每例的患兒CTDIvol。在四腔心層面CT圖像上測量胸廓前后徑(anteroposterior diameter, AP)和左右徑(lateral diameter, LAT)，計算其De；依據De對應轉換因子fDe進行計算得出SSDEDe，公式[5]如下：

(1)

fDe=1.874799×exp(-0.038731×De)

(2)

SSDEDe=fDe×CTDIvol

(3)

在四腔心層面CT圖像上勾畫橢圓形ROI，使之盡量小但覆蓋橫斷面胸部圖像中的所有解剖結構，記錄ROI面積(AROI)及其平均CT值(CTROI)，計算Dw及SSDEDw，計算公式[6]如下：

(4)

fDw=1.874799×exp(-0.038731×Dw)

(5)

SSDEDw=fDw×CTDIvol

(6)

1.4 圖像質量主觀評價 由放射科副主任醫師和主治醫師各1名采用同一圖像存儲與傳輸系統(picture archiving and communications system, PACS)主要根據CT圖像偽影和噪聲評價進行4分制評分[8]：4分，圖像噪聲少，無階梯狀偽影，心腔和大血管顯示效果良好，邊緣銳利；3分，圖像噪聲少，少量階梯狀偽影，心腔及大血管顯示清晰；2分，圖像有中等量噪聲，階梯狀偽影稍多，心腔及大血管顯示受限；1分，圖像噪聲量多，階梯狀偽影多，心腔或大血管無法顯示。≥3分即滿足診斷需求。評分不一致時協商決定最終得分。

1.5 客觀評價圖像質量 計算CT圖像的客觀噪聲值和信噪比(signal-noise ratio, SNR)：于心室層面左心室處、支氣管分叉層面主動脈處選取20～50 mm2ROI，獲得CTROI及CT值標準差(SD)，SNR=CTROI/SD。

1.6 統計學分析 采用SPSS 18.0統計分析軟件。計量資料以±s表示，對各組客觀評分、CTDIvol、SSDEDe及SSDEDw采用方差分析,差異有統計學意義時以Bonferroni統計法行多重比較；對圖像質量采用秩和檢驗進行分析。P<0.05為差異有統計學意義。計算SSDEDe和SSDEDw的四分位間距和全距，觀察其變異程度。

2 結果

所有心臟大血管CT造影檢查均成功，未見明顯不良反應。

2.1 圖像質量主、客觀評價 3組圖像質量主觀評分差異無統計學意義(P=0.31)，見表1。

表1 3組CT心臟大血管造影圖像質量主觀評分比較

3組左心室ROI的SD和SNR差異均有統計學意義(P均<0.01)，0～1歲組SD低于2～6歲組而SNR高于2～6歲組(P均<0.01)，2～6歲組SD低于>6歲組而SNR高于>6歲組(P均<0.01)；3組主動脈ROI的SD和SNR差異均無統計學意義(P=0.42、0.13)，見表2。

表2 3組CT心臟大血管造影圖像質量客觀評價結果(±s)

表2 3組CT心臟大血管造影圖像質量客觀評價結果(±s)

組別左心室處SDSNR主動脈處SDSNR0～1歲組(n=60)6.45±0.338.39±0.468.16±0.765.47±0.682～6歲組(n=59)8.73±0.477.45±0.348.49±0.565.32±0.53>6歲組(n=55)10.01±0.516.10±0.358.91±0.595.19±0.44F值17.4010.100.892.51P值<0.01<0.010.420.13

2.2 輻射劑量 隨年齡增大，De、Dw增大(P均<0.01)而fDe、fDw減小(P均<0.01)；3組患兒CTDIvol、SSDEDe和SSDEDw差異均有統計學意義(P均<0.01)且SSDEDw>SSDEDe>CTDIvol；見表3，圖1、2。

表3 3組患兒De、Dw、fDe、fDw、CTDIvol、SSDEDe、SSDEDw比較(±s)

表3 3組患兒De、Dw、fDe、fDw、CTDIvol、SSDEDe、SSDEDw比較(±s)

組別De(mm)Dw(mm)fDefDwCTDIvol(mGy)SSDEDe(mGy)SSDEDw(mGy)0～1歲組121.89±10.13109.33±9.772.37±0.092.74±0.132.49±0.176.19±0.437.18±0.322～6歲組133.43 ±10.89120.09±9.392.27±0.082.69±0.112.61±0.165.72±0.646.81±0.65>6歲組172.46±18.88149.34±13.521.98±0.132.41±0.112.78±0.215.30±0.296.32±0.37F值85.7643.1719.7426.5881.2716.1323.54P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

圖1 患兒男，1歲，四腔心層面AROI為15 148.26 mm2，CTROI為-105.6 HU 圖2 患兒男，2歲，四腔心層面CT圖像AP為143.0 mm，LAT為215.8 mm

2.3 SSDEDe和SSDEDw分布 3組患兒SSDEDw的全距及四分位間距均低于SSDEDe，見表4。

表4 3組患兒SSDEDe和SSDEDw全距及四分位間距結果

3 討論

近年來先天性心臟病患兒數量逐年遞增，良好的外科干預能顯著提高患兒存活率及生存質量[8]。作為心臟超聲的補充，CT心臟大血管造影能清晰顯示心外大血管結構，在術前評估中發揮重要作用[9]。兒童處于快速生長發育期，對輻射敏感，選用適當劑量參數準確評估CT心臟大血管造影中患兒所受輻射劑量現已成為重要臨床問題[10]。

以De和Dw計算患者SSDE時，假設人體由橢圓形橫截面組成，可用面積與其大致相當的圓柱形水模直徑來表示患者體型；Dw則除代表幾何外形尺寸的橢圓形面積之外，還以代表組織器官衰減狀況的橫截面的CTROI來定義患者體型[5-6]；由此估算的患者輻射劑量值與實際值仍存在差異。臨床研究[11-12]顯示，采用SSDEDw能更精確地評估胸腹部及頭顱CT檢查帶來的輻射劑量。檢查胸部時，因肺含氣較多，以Dw計算SSDE時，測得整個橫斷面的CTROI為負值，對De無影響，依據公式計算得出的fDe低于fDw，使SSDEDe低估患者所受輻射劑量；而腹部及頭顱橫斷面CTROI高于體模CT值，依據公式計算得出的fDe高于fDw，導致SSDEDe高于SSDEDw高。袁肖娜等[13]針對32 cm體模進行掃描，De<34 cm時，轉換因子>l，此時SSDEDe>CTDIvol；本研究與之一致，即本研究中的CTDIvol低估了患兒所受輻射劑量。另外，本研究使用對比劑導致心臟大血管CT值增高，但測得的整個四腔心橫斷面的CT平均值仍為負值，依據公式計算得出的fDe低于fDw，導致SSDEDe較SSDEDw低估患者所受輻射劑量，與胸部的計算結果類似[14]，提示SSDEDw能更精確地評估患兒所受輻射劑量。

本研究對各組SSDEDe和SSDEDw行全距及四分位間距分析，發現SSDEDw全距及四分位間距均

本研究的主要不足：未測量患兒實際輻射劑量，標準CTDIvol取自機器自動生成的劑量報表，可能與實際不符；僅選取四腔心層面相關參數計算SSDE，并不能準確地代表反映整體狀況，但有報道[16]稱選取具有代表性的層面來替代整體具有一定可行性。此外，由于6歲以上先天性心臟病患兒多已接受相關治療，較少需要接受心臟大血管CT檢查，造成樣本量有限，分組時不得不將>6歲者歸入一組，年齡跨度較大，可能對結果產生影響。

綜上所述，本研究提及一種新的基于Dw的計算SSDE方法，可較基于De法更好地反映患者體型及射線衰減狀況，故能更準確地估算CT心臟大血管造影中患兒所受輻射劑量。建議劑量報表提供有關于SSDEDw的劑量信息，以便更直觀地反映實際輻射劑量。