嬰幼兒心臟CTA檢查不同輻射劑量衡量方法的對比分析

張見，張曉軍，劉鵬

南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210008

引言

由于近年來CT 軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，CT 在臨床上的應(yīng)用范圍也愈加廣泛，隨之而來的一系列輻射危害也越來越受到關(guān)注[1]，特別是嬰幼兒患者，其細(xì)胞分裂增殖處于快速發(fā)展階段，X 射線輻射的危害更應(yīng)引起重視[2]。目前輻射危害相關(guān)的最常用的評估參數(shù)主要有容積CT 劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIVOL），其是CT 設(shè)備在標(biāo)準(zhǔn)體模下機(jī)器的輸出劑量，與受檢者的體型無關(guān)[3-5]。嬰幼兒檢查部位與體模差異較大，因此用CTDIVOL評估其受到的輻射劑量并不準(zhǔn)確[6]。為了準(zhǔn)確評估輻射劑量，美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）分別在204 號和220 號文件中提出，使用有效直徑（Effective Diameter，De）和水當(dāng)量直徑（Water Equivalent Diameter，Dw）計(jì)算的體型特異性劑量評估值（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）更能準(zhǔn)確地反映受檢者的輻射劑量[7-8]。準(zhǔn)確評估受檢者輻射劑量有利于臨床工作中對患兒輻射風(fēng)險的精準(zhǔn)管理與控制，同時還對CT 輻射劑量診斷參考水平的制定具有重要意義[9]。但在以往的研究中，輻射劑量相關(guān)的研究對象大多為成年人，對兒童特別是嬰幼兒的研究較少，且研究樣本多為CT 平掃，沒有考慮到對比劑對SSDE 特別是基于有效直徑的SSDE 的影響。本文基于嬰幼兒心臟CT 血管造影（CT Angiography，CTA）檢查圖像，計(jì)算基于De 和Dw 的SSDE 與CTDIVOL，比較其在嬰幼兒心臟CTA 檢查輻射劑量上的差異，并探討其原因。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究回顧性收集了2018 年7 月至2020 年7 月間在我院接受心臟CTA 低劑量檢查的患兒共217 名，年齡為11 d～6 歲，平均年齡（25.98±19.14）個月。所有圖像質(zhì)量均能滿足臨床診斷要求，資料可信度較好。依照檢查條件的不同分別收集A 組：0～1 歲患兒69 例，平均年齡（7.20±2.95）個月；B 組：1～3 歲患兒91 例，平均年齡（24.29±7.19）個月；C 組：3～6 歲患兒57 例，平均年齡（52.21±12.88）個月。檢查前患兒家長或代理人均簽署增強(qiáng)檢查知情同意書，本研究通過醫(yī)院倫理委員會審批通過（201908224-1）。

納入標(biāo)準(zhǔn)：檢查體位標(biāo)準(zhǔn)、胸部無金屬異物、體表無明顯巨大占位性病變、胸廓無明顯畸形（漏斗胸及雞胸患兒不納入研究）、體型非太過瘦小或肥胖（BMI 為18～25 kg/m2）。

排除標(biāo)準(zhǔn)：數(shù)據(jù)測量層面有封堵器、高密度金屬影等植入物；胸椎椎體及肋骨骨質(zhì)因病變出現(xiàn)密度異常增高。

1.2 檢查方法

檢查設(shè)備使用Philips Brilliance 128 iCT。患兒自主或口服鎮(zhèn)靜藥物熟睡后去除厚重衣物，僅穿著貼身衣物平行仰臥于檢查床上，雙臂上舉置于頭顱兩側(cè)，確保雙上肢不會遮擋胸部，鉛圍裙遮擋無關(guān)檢查部位。A、B 組患兒使用管電壓80 kVp，C 組患兒使用管電壓100 kVp，管電流選擇自動曝光控制技術(shù)，A、B、C 三組的劑量指數(shù)（Dose Right Index，DRI）依次設(shè)置為9、10、11，其余檢查參數(shù)相同。探測器128 mm×0.625 mm，矩陣512×512，球管轉(zhuǎn)速0.27 s/r。選擇前瞻性心電門控、容積掃描、心臟中部四腔心層面降主動脈對比劑示蹤閾值觸發(fā)掃描，觸發(fā)閾值為150 HU。掃描范圍為胸廓入口至心臟底部；重建時相40% R-R 間期，iDose4重建算法。重建層厚、層間距分別為1 mm 和4 mm 的縱隔窗圖像。對比劑使用碘克沙醇（規(guī)格320 mgI/mL)，其用量依據(jù)不同體重按（1.0～2.0）mL/kg× 體重數(shù)（kg）計(jì)算用量，注射速率A 組為0.8～1.0 mL/s，B 組為1.0～2.0 mL/s，C 組為2.0～3.0 mL/s。

1.3 輻射劑量評估

以下數(shù)據(jù)測量均在重建層厚為4 mm 的包含完全人體組織的縱隔窗圖像上進(jìn)行。記錄患兒的平均mAs 和平均CTDIVOL，對每層mAs 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，校正平均CTDIVOL的計(jì)算如公式（1）所示。

其 中，CTDIVOL(c) 為 校 正 后 的 標(biāo) 稱CTDIVOL；CTDIVOL(a)為平均CTDIVOL，其是在32 cm 聚甲基丙烯酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)體模條件下獲取的參數(shù)值；mAs(z)為每一層的mAs，mAs(a)為平均mAs。

1.3.1 SSDEDe的計(jì)算

圖1 LAT及AP測量方法

1.3.2 SSDEDw的計(jì)算

由同一名主管技師在橫斷面圖像上勾畫一盡可能貼合身體組織的多曲線感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），測量方法如圖2 所示。記錄其面積（Aroi，cm2）及平均CT 值（CTroi，HU），并計(jì)算其Dw 和轉(zhuǎn)換因子（fDw）獲得SSDEDw，并計(jì)算平均SSDEDw，計(jì)算方法如公式（6）～（9）[11]所示，測得其Aroi=240.68 cm2，CTroi=-152 HU。

圖2 Aroi及CTroi測量方法

式中，N 均為心臟CTA 測量圖像的總數(shù)。

1.4 圖像質(zhì)量評價

圖像質(zhì)量評價采用主觀評價方式，由2 名有豐富胸部圖像診斷經(jīng)驗(yàn)的副主任醫(yī)師對原始及重建圖像進(jìn)行優(yōu)秀、良好、尚可、較差、不可用的5 階評價，2 名醫(yī)師評價不一致時協(xié)商解決。評價標(biāo)準(zhǔn)[12]如下：① 優(yōu)秀：圖像質(zhì)量優(yōu)秀，噪聲小，心腔及大血管對比劑充盈較好，血管邊緣銳利，無運(yùn)動偽影；② 良好：圖像質(zhì)量良好，噪聲較小，心腔及大血管對比劑充盈好，血管邊緣清晰，無明顯運(yùn)動偽影；③ 尚可：圖像質(zhì)量尚可，噪聲明顯，心腔及大血管對比劑充盈可，血管邊緣稍顯不齊，有可接受的運(yùn)動偽影；④ 較差：圖像質(zhì)量較差，噪聲非常明顯，心腔及大血管對比劑充盈淺，血管邊緣明顯毛糙，有或無可接受的運(yùn)動偽影，參考其他檢查可判斷患兒心臟大概狀況，但診斷報告出具存在不確定性；⑤ 不可用：不可出具診斷報告。尚可及以上認(rèn)為圖像有診斷意義。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。正態(tài)分布的計(jì)量資料用（±s）表示，采用方差分析或t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，計(jì)數(shù)資料用例（%）表示，等級計(jì)數(shù)資料的對比采用非參數(shù)秩和檢驗(yàn)（Friedman’s rank test 或Kruskal-Wallis test）分析。采用Pearson 或Spearman 方法分析fDe、fDw與De 之間的相關(guān)性，雙變量相關(guān)程度采用最小二乘法線性回歸分析。2 名醫(yī)師的主觀評價一致性采用Kappa 一致性檢驗(yàn)評價，K≤0.4 為一致性差，0.4＜K≤0.7 為一致性中等，K＞0.7 為一致性好。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量計(jì)算結(jié)果

不同年齡分組CTDIVOL、SSDEDe、SSDEDw間差異均有 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義（F=43.09、65.12、23.90， 均P＜0.001），且CTDIVOL＜SSDEDe＜SSDEDw。A 組SSDEDe及SSDEDw較CTDIVOL分別高128.27%（3.04/2.37）、132.49%（3.14/2.37）；B 組SSDEDe及SSDEDw較CTDIVOL分 別 高111.34%（2.65/2.38）、114.29%（2.72/2.38）；C 組SSDEDe及SSDEDw較CTDIVOL分別高98.73%（3.10/3.14）、105.41%（3.31/3.14）。各分組內(nèi)SSDEDe較SSDEDw低估分別為1.85%、1.39%、3.37%，見表1。

2.2 轉(zhuǎn)換因子計(jì)算結(jié)果

組間fDe、fDw差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=19.83、23.02，均P＜0.001），且組內(nèi)fDe＜fDw，轉(zhuǎn)換因子隨著分組年齡的增加而減小。fDe、fDw與衡量患兒體型的De、Dw 均呈正相關(guān)。fDe與De 間相關(guān)性Pearson 分析結(jié)果R2=0.998，P＜0.001，其回歸方程為fDe=3.329-0.080×De；fDw與De 間相關(guān)性Pearson 分析結(jié)果R2=0.803，P＜0.001，其回歸方程為fDw=3.154-0.066×De，見表1 及圖3。

圖3 散點(diǎn)關(guān)系圖

表1 輻射劑量及轉(zhuǎn)換因子分析結(jié)果（±s）

表1 輻射劑量及轉(zhuǎn)換因子分析結(jié)果（±s）

分組 CTDIVOLSSDEDeSSDEDwfDefDw A組 2.37±1.05 5.41±2.34 5.51±2.49 2.30±0.10 2.32±0.10 B組 2.38±0.93 5.03±2.01 5.10±2.07 2.13±0.08 2.15±0.08 C組 3.14±1.35 6.24±2.61 6.45±2.73 1.99±0.07 2.06±0.07 F值43.0965.1223.9019.8323.02 P值 ＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

2.3 圖像質(zhì)量評價

217 例患兒的圖像均能滿足臨床診斷要求，2 名醫(yī)師對圖像評價結(jié)果的一致性中等（K=0.69），且所有圖像評價分級均在尚可以上，均能滿足診斷需要，3 組圖像間評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=0.98，P=0.61），見表2。

表2 主觀評價結(jié)果

3 討論

CTDIVOL是設(shè)備基于標(biāo)準(zhǔn)體模在特定掃描方案下的機(jī)器輸出輻射劑量值，是標(biāo)準(zhǔn)體模受照容積內(nèi)的平均輻射劑量，對于與標(biāo)準(zhǔn)體模在大小、形狀及射線衰減特性不同的受照體而言，并不能真實(shí)反映其輻射劑量。嬰幼兒體型及組織結(jié)構(gòu)與體模差異較大，用CTDIVOL來評估輻射劑量會出現(xiàn)準(zhǔn)確性降低的情況[13]。AAPM 通過對體模的研究提出了使用De 及Dw 來計(jì)算患者的SSDE 的建議，其是對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行測量計(jì)算轉(zhuǎn)換因子并與CTDIVOL相乘而來，更能準(zhǔn)確評估輻射劑量。De 假設(shè)檢查容積是由橢圓形截面組成的，檢查部位可用體積與之大致相當(dāng)?shù)膱A柱形水模來表示；而Dw 除了使用代表幾何外形的橢圓形面積之外，還加入了代表組織器官衰減的平均CT 值來定義患者的體型[14]。因此，兩種方法可以進(jìn)一步精確估算輻射劑量，但二者與實(shí)際情況間仍存在差異[15]。心臟掃描使用扇形容積掃描，由于射線的錐形束效應(yīng)，在掃描容積的首尾部分其重建圖像并不能完全包括所有身體組織，因而依據(jù)不完整圖像測量計(jì)算的SSDE 不能反映真實(shí)情況，故本研究的數(shù)據(jù)測量采用掃描容積中間約80%包含所有人體組織的重建圖像，能夠更真實(shí)客觀地反映SSDE。在SSDEDw的計(jì)算方法上，AAPM 采用能夠包括所有組織的最小橢圓形面積來計(jì)算其Dw，而本研究則使用包含所有組織的多曲線圖形來代替，相較于橢圓形更能反映組織的真實(shí)情況[16]。以往研究表明[17]，計(jì)算fDw時測得的整個胸部橫斷面的平均CT值為負(fù)值，而對De 卻沒有影響，因此依據(jù)公式計(jì)算出來的fDe較fDw低，導(dǎo)致SSDEDe低估了輻射劑量。袁子龍等[18]發(fā)現(xiàn)在成人胸部CT 中SSDEDe較SSDEDw 低估11.6%，鄭麗麗等[19]報道了兒童胸部平掃中SSDEDe較SSDEDw低估8.75%。本研究中，SSDEDe及SSDEDw間差異最大的組別為C 組，SSDEDe較SSDEDw低估3.37%，低估程度較上述研究低。其原因可能是由于數(shù)據(jù)的測量采用了掃描容積中間約80%的部分，去除了胸廓入口部分。胸廓入口部分由于肩關(guān)節(jié)的存在，其De 數(shù)值較胸部平均De 值大。De 越小，fDe越大，從而造成平均SSDEDe較全胸部平均SSDEDe大。而在計(jì)算Dw 時，先心病患兒其測量層面含氣量及心胸比與成人及正常兒童差異較大，加之對比劑的疊加因素，其CTroi變大。CTroi越大，fDw越小，從而造成平均SSDEDw較全胸部平均SSDEDw小。測量層面的差異及對比劑的引入，使得SSDEDe較SSDEDw低估程度降低，但SSDEDe仍然較SSDEDw低估了患兒的輻射劑量。通過轉(zhuǎn)換因子與患兒有效直徑及水當(dāng)量直徑的相關(guān)性分析，fDe與De、fDw與Dw 間有較強(qiáng)的相關(guān)性，并且A、B、C 三組患兒其轉(zhuǎn)換因子均＞1，這就說明在使用CTDIVOL衡量先心病患兒心臟CTA 檢查輻射劑量時，CTDIVOL低估了其輻射劑量。

本研究不足之處：① 對每一層圖像測量數(shù)據(jù)時由于測量層面較多，且為手動測量，其數(shù)值與真實(shí)值有一定的誤差；② 本研究中Dw 的測量受到對比劑的影響，而不同年齡組間患兒對比劑使用有差別，可能會對Dw 計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生影響；③ 由于先心病患兒手術(shù)的低齡化，沒有對＞7 歲患兒進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，今后可加大對此數(shù)據(jù)的收集。

4 結(jié)論

本文通過新的測量Dw 的方法計(jì)算的SSDEDw相較于SSDEDe及CTDIVOL能夠更準(zhǔn)確地評估嬰幼兒心臟CTA 檢查者的受輻射劑量。