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，對人體有一定的輻射危害，特別是對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。患兒年齡為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照組和實(shí)驗(yàn)組，對照組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)院倫理委員會審批通過(審批號：201908224-1)。對照組與實(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。患兒自主或配合口服水合氯醛睡眠后去除異物僅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級重建算法。螺旋掃描，螺距為0.915，探測器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→對比劑→8 mL生理鹽水，生理鹽水注射流率與對比劑相同。管電流參考病例采用自動曝光控制技術(shù)；對照組及實(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)量評價(jià)及輻射劑量計(jì)算

客觀評價(jià)：在動脈期原始圖像上由同一位主管技師利用PACS自帶測量工具進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測量。在主動脈弓層面測量主動脈弓、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)測量面積為10 mm2，避開骨骼硬化偽影。利用上述測量數(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，計(jì)算公式：SNR=CT值/SD值。

主觀評價(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)師對所有圖像采用五分法進(jìn)行分析評價(jià)，意見不一致時(shí)通過討論達(dá)成一致意見。評級標(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(1分)等五個(gè)等級進(jìn)行評分。及格及以上認(rèn)為圖像可滿足診斷需求。并且依照圖像質(zhì)量對診斷信心的影響進(jìn)行評分，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、閾值動態(tài)監(jiān)測及觸發(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)量評價(jià)

對照組與實(shí)驗(yàn)組的主動脈弓、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)；兩組患兒的圖像評分均在3分及以上，均滿足臨床診斷要求，主觀評分及信心評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.輻射劑量評價(jià)

對照組和實(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較對照組分別降低35.62%(1.61/4.52)、36.76%(2.25/6.12)。對照組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]。對于管電流的使用多采取管電流自動曝光控制技術(shù)，其原理根據(jù)定位像所確定的患者體型及檢查部位對X線的衰減程度自動計(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)置通常會依據(jù)患兒的年齡。在實(shí)際工作中對于參考管電流的設(shè)置往往會由于圖像質(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，就會導(dǎo)致患兒接受不合理的輻射劑量，本研究對每一例患兒采用個(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，可增加碘對比劑的光電效應(yīng)，提高含碘血管及組織的對比度[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。但對于管電流而言，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(american association of physicists in medicine，AAPM)在204及220號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。基于DW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)置小于對照組，實(shí)驗(yàn)組圖像的SNR較對照組有所降低，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)師對圖像的主觀意識判斷，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方差離散度較對照組小，說明個(gè)體劑量間波動較對照組小，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量在軸位圖像上采取手動測量的方法，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，但對于分組內(nèi)胸圍較小患兒其輻射劑量有可能會上升，故需要對胸圍分組范圍進(jìn)一步減小，今后可對其進(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，簡單易行，值得臨床推廣應(yīng)用。