兒童腹盆部CT輻射劑量指標(biāo)的比較及回歸方程的建立與分析

張見，張曉軍

南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院 放射科，江蘇 南京 210000

引言

CT 檢查憑借其成像速度快、分辨率高及多角度重建等優(yōu)點(diǎn)[1]，在兒童疾病診斷中起重要作用，但其同時(shí)具有對人體組織造成放射危害的缺點(diǎn)[2]。近年來，CT裝機(jī)量大幅度增加，其檢查人次隨之迅速增加[3]，醫(yī)療輻射亦受到更多關(guān)注，特別是低年齡段群體。低年齡段群體是一類特殊的群體，其器官及組織的細(xì)胞處于快速生長分裂期，過多的輻射會增加誘發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，且預(yù)期生存時(shí)間較成人更長，因此，其輻射危害較成年更為嚴(yán)重[4]。有研究表明，晚年白血病和腦腫瘤的發(fā)病率與兒童時(shí)期接觸CT 輻射高度相關(guān)，對兒童輻射劑量的控制更為重要[5-7]。在圖像滿足診斷的前提下盡可能優(yōu)化輻射劑量是兒童CT 檢查的重點(diǎn)，如何準(zhǔn)確衡量及控制輻射劑量始終是從業(yè)者關(guān)注的問題[8-9]。為了優(yōu)化成像方案，檢測和預(yù)防過度輻射暴露風(fēng)險(xiǎn)，兩種輻射劑量指數(shù)：容積CT 劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和基于水當(dāng)量直徑（Water Equivalent Diameter，WED）的體型特異性劑量估算值（Size-Specific Dose Estimate，SSDE），即SSDEWED，常用于輻射劑量管理[10-11]，SSDEWED在計(jì)算過程中綜合了成像部位大小及組織對X 線的衰減情況，因此，SSDEWED取決于成像參數(shù)和成像對象的大小及組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，SSDEWED較CTDIvol更能準(zhǔn)確衡量輻射劑量[12-17]。本研究回顧性分析兒童腹盆部CT 影像學(xué)資料，比較CTDIvol與SSDEWED的差異并通過分析年齡與CTDIvol、SSDEWED的相關(guān)性以探討其預(yù)估輻射劑量的可行性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2021 年1—12 月812 例于我院行腹盆部CT平掃患兒的影像學(xué)資料，年齡從1 個(gè)月至15 歲不等，中位數(shù)年齡6.20歲。按照年齡將患兒分為A（年齡≤1 歲）、B（1＜年齡≤5 歲）、C（5＜年齡≤10 歲）及D（10＜年齡≤15 歲）等4 組，每組患兒數(shù)量分別為61、265、258、211、17 例，中位數(shù)年齡分別為：0.50、2.70、7.25、12.20 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 檢查體位標(biāo)準(zhǔn)，無特殊診斷要求；② 無影響測量值準(zhǔn)確性因素（如身體軸線與床軸線成一定角度、身體冠狀面非平行于床面、偏中心掃描等）及檢查部位無金屬異物、高密度對比劑影；③ 檢查部位形狀無明顯變形，無明顯缺損，體表無巨大占位性包塊；④ 體質(zhì)指數(shù)位于超重臨界點(diǎn)以內(nèi)[18]。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 骨質(zhì)因其他病變導(dǎo)致密度異常增加；② 數(shù)據(jù)測量層面有鈣化灶或密度異常的實(shí)性占位；③ 橫斷面腹部外形有明顯異變。納入本研究的所有患兒圖像均滿足診斷要求，符合研究要求。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號：201908224-1）。

1.2 檢查條件

檢查設(shè)備使用Philis Brilliance 128 iCT（飛利浦醫(yī)療，荷蘭）。檢查參數(shù)：管電壓根據(jù)年齡的不同采用80～120 kVp，管電流采用自動管電流曝光控制技術(shù)，劑量指數(shù)（Dose Right Index，DRI）設(shè)置為18～20，螺距0.914；球管旋轉(zhuǎn)速度：0.33 s/r ；矩陣：512×512；探測器：128×0.625 mm，掃描層厚及層間距皆為5 mm。腹盆部正側(cè)位像定位掃描，范圍為膈頂至恥骨聯(lián)合。

1.3 輻射劑量指數(shù)及體型參數(shù)的測量

輻射劑量指數(shù)測量：記錄年齡及掃描結(jié)束后CT機(jī)器自動生成的CTDIvol（基于32 cm 標(biāo)準(zhǔn)體模）。SSDEWED計(jì)算方法采取AAPM 220 報(bào)告報(bào)道的方法：選取掃描部位圖像最中間層面手動勾畫包含所有解剖結(jié)構(gòu)的多曲線感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI），記錄ROI 面積（Area of ROI，AROI）和平均CT 值（CTROI），依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算WED 及轉(zhuǎn)換因子（fH32），并依據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算SSDEWED。具體計(jì)算方式如公式（1）～（3）所示[10]，數(shù)據(jù)測量方法如圖1 所示。

圖1 AROI及CTROI測量方法示意圖

式中，a 取值為3.704；b 取值為0.037；WED 為水當(dāng)量直徑；fH32為轉(zhuǎn)換因子；SSDEWED為基于水當(dāng)量直徑的體型特異性劑量估算值；CTDIvol為容積CT劑量指數(shù)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。正態(tài)資料采用±s表示，偏態(tài)數(shù)據(jù)采用M[P25，P75]表示。CTDIvol與SSDEWED間差異采用配對樣本t檢驗(yàn)。使用Pearson 分析SSDEWED、CTDIvol與年齡間相關(guān)性并建立回歸方程；使用Bland-Altman 圖及組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）分析其一致性，ICC＞0.75 為一致性較強(qiáng)。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 輻射劑量指數(shù)間差異

812 例患兒行腹盆部CT 檢查，其CTDIvol為（2.90±1.20）mGy，SSDEWED為（5.64±1.90）mGy，二者間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-130.50，P＜0.001），CTDIvol較SSDEWED低48.58%。各組具體差異如表1所示。

表1 分組內(nèi)CTDIvol與SSDEWED間差異（±s，mGy）

表1 分組內(nèi)CTDIvol與SSDEWED間差異（±s，mGy）

注：CTDIvol：容積CT劑量指數(shù)；SSDEWED：基于水當(dāng)量直徑的體型特異性劑量估算值。

分組A組B組C組D組CTDIvol 1.75±0.30 1.94± 0.28 2.86±0.66 4.27±0.98 SSDEWED 4.11±0.66 4.32 ±0.57 5.65±1.00 7.48 ±1.46 t值-48.42-120.15-96.54-72.00 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 CTDIvol、SSDEWED與年齡間相關(guān)性檢驗(yàn)及回歸方程

CTDIvol、SSDEWED與年齡均具有較強(qiáng)的相關(guān)性（r=0.87、0.82，P＜0.001），CTDIvol、SSDEWED均隨著年齡的增加而增加，其回歸方程分別為：CTDIvol=1.57 exp（0.079x）（x=年齡，r=0.81）；SSDEWED=3.74 exp（0.054x）（x=年齡，r=0.71），CTDIvol、SSDEWED與年齡回歸圖如圖2～3 所示。

圖2 CTDIvol與年齡回歸圖

圖3 SSDEWED與年齡回歸圖

2.3 回歸方程的一致性檢驗(yàn)

實(shí)測值與計(jì)算值的差異比較：實(shí)測CTDIvol值為（2.90±1.20）mGy，計(jì)算CTDIvol值為（2.91±1.05）mGy，二者間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.97，P=0.33）；實(shí)測SSDEWED值為（5.64±1.70）mGy，計(jì)算SSDEWED值為（5.58±1.35）mGy，二者間差異亦無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=1.83，P=0.07）。將實(shí)測值與計(jì)算值平均數(shù)（CTDIaverage、SSDEaverage）作為橫軸，實(shí)測值與計(jì)算值差值與平均值百分比（Ratio）作為縱軸繪制Bland-Altman圖。基于年齡的CTDIvol計(jì)算值與實(shí)測值具有強(qiáng)相關(guān)性（ICC=0.88），96.55%在一致性界限內(nèi)（784/812）；基于年齡的SSDEWED計(jì)算值與實(shí)測值也具有強(qiáng)相關(guān)性（ICC=0.81），98.15%在一致性界限內(nèi)（797/812），見圖4～5。

圖4 計(jì)算與實(shí)測CTDIvol值的Bland-Altman圖

圖5 計(jì)算與實(shí)測SSDEWED值的Bland-Altman圖

3 討論與結(jié)論

在輻射劑量衡量方面，目前最常用的是CTDIvol。CTDIvol是CT 設(shè)備的輸出輻射劑量，其大小主要與掃描參數(shù)相關(guān)，且其測量結(jié)果是基于16 cm 或32 cm 標(biāo)準(zhǔn)體模，而人體組織結(jié)構(gòu)及體徑與體模存在一定的差距[19]，特別是嬰幼兒及兒童患者，因此，其對輻射劑量的衡量并不準(zhǔn)確。為了進(jìn)一步衡量CT 輻射，AAPM 提出的SSDEWED更能準(zhǔn)確反映受檢者輻射劑量。SSDEWED是由CTDIvol和fH32相乘而得，fH32在計(jì)算過程中加入了反映受檢部位對X 線衰減大小的CTROI及受檢部位大小的AROI，其兼顧了掃描參數(shù)和檢查部位兩方面對輻射的影響，因而其對輻射的衡量更為準(zhǔn)確[20]。影響受檢者輻射劑量最主要的因素為管電壓及管電流[21]。輻射劑量與管電壓平方及管電流成正比，管電壓越大，穿過檢查部位的光量子數(shù)越多，圖像空間分辨率越高，低管電壓將增大身體組織的CT 值，而高管電壓將減小其CT 值；管電流越大，到達(dá)探測器的光量子數(shù)亦越多，圖像密度分辨率越大。在實(shí)際工作中，根據(jù)患兒年齡及體型選擇適當(dāng)?shù)墓茈妷阂殉蔀橛跋窆ぷ髡叩闹饕罁?jù)，本研究年齡＜5 歲兒童使用80 kVp 管電壓，5 ≤年齡＜10 歲使用100 kVp，年齡≥10 歲則為120 kVp。對于管電流則采用自動曝光控制（Automatic Exposure Control，AEC）技術(shù)，AEC 技術(shù)可根據(jù)檢查部位的不同及掃描定位像尺寸計(jì)算出最合適的管電流[22]。本文通過兒童腹盆CT 檢查，探討輻射劑量指標(biāo)與年齡的相關(guān)性并建立回歸方程，分析檢查前預(yù)估其輻射劑量的可行性。

本研究結(jié)果表明：腹盆部CT 檢查CTDIvol與SSDEWED間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，CTDIvol較SSDEWED低48.58 %，CTDIvol相較于SSDEWED嚴(yán)重低估患兒輻射劑量，且患兒年齡越小低估程度越大，該結(jié)果與以往文獻(xiàn)研究一致[23]。腹部CTDIvol的測量采用32 cm 標(biāo)準(zhǔn)體模，嬰幼兒腹部體徑與標(biāo)準(zhǔn)體模差距較大，且嬰幼兒腸腔含氣量及組織含水量均較兒童多，因而其CTROI較小導(dǎo)致fH32增大是造成CTDIvol低估輻射程度大的主要原因。隨著年齡的增加其體型亦增加，有效直徑逐漸接近于標(biāo)準(zhǔn)體模，因而CTDIvol逐漸接近于SSDEWED，但CTDIvol仍然低估其輻射劑量。

本研究管電流調(diào)制采用DRI 技術(shù)，其作用與AEC等同。DRI 技術(shù)可以通過x、y、z及時(shí)間軸四維實(shí)時(shí)分析檢查部位信息，軸向劑量調(diào)制功能在肝臟及骨盆等高衰減區(qū)域增加管電流，在腹中部組織密度較低的低衰減區(qū)域減少管電流，從而實(shí)現(xiàn)橫斷面圖像管電流的自動調(diào)制，該功能可在滿足圖像診斷的同時(shí)，顯著降低受檢者輻射劑量[24]。使用DRI 技術(shù)條件，在相同管電壓下，其管電流大小與檢查層面的組織特點(diǎn)及體型參數(shù)密切相關(guān)，因而其輻射劑量的大小也與體型有較為密切的關(guān)系，兒童體型與年齡呈正比。在管電壓相同的前提下，管電流大小與檢查部位厚度及組織密度有關(guān)。檢查部位厚度越大，組織密度越高，管電流愈大，輻射劑量指標(biāo)愈高[25]。本研究結(jié)果亦證實(shí)，在輻射劑量指標(biāo)與年齡相關(guān)性方面，CTDIvol、SSDEWED與年齡間均有較強(qiáng)的相關(guān)性，這表明可以通過建立年齡與輻射劑量指標(biāo)間回歸方程在檢查前預(yù)估患兒的輻射劑量。在回歸方程的一致性檢驗(yàn)上，本研究使用Bland-Altman 圖評價(jià)根據(jù)不同變量計(jì)算輻射劑量指標(biāo)的一致性，該方法同時(shí)考慮隨機(jī)誤差及系統(tǒng)誤差對一致性的影響，同時(shí)可結(jié)合實(shí)際專業(yè)進(jìn)行判斷，具有一定的優(yōu)勢[26]。本研究結(jié)果顯示：CTDIvol、SSDEWED與年齡間有著較強(qiáng)的相關(guān)性（r=0.81、0.71）；CTDIvol、SSDEWED與年齡亦有較強(qiáng)的一致性（ICC=0.88、0.82），CTDIvol與年齡相關(guān)性及一致性均優(yōu)于SSDEWED。從Bland-Altman 圖中可以看出：分別有96.55%、98.15%的散點(diǎn)分布在一致性界限內(nèi)，說明根據(jù)回歸方程預(yù)計(jì)算CTDIvol及SSDEWED具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性。

本研究也存在以下局限性：① 所有數(shù)據(jù)基于同一臺CT 設(shè)備得出，其回歸方程未在其他設(shè)備上驗(yàn)證；② 在掃描參數(shù)的應(yīng)用上，不同的影像技師有不同的參數(shù)使用習(xí)慣，在管電壓的使用上對于臨界年齡段其管電壓可能會有差別；③ SSDEWED的數(shù)據(jù)為手動測量，在最終結(jié)果上存在一定的誤差。

綜上所述，通過對幼兒腹盆部CT 輻射劑量的分析，CTDIvol相較于SSDEWED對輻射劑量存在低估，必須正確認(rèn)識輻射劑量衡量指標(biāo)。將年齡作為連續(xù)變量建立與CTDIvol、SSDEWED間的回歸方程，可以在檢查前預(yù)估其輻射劑量，有效減輕患兒家長對輻射危害的焦慮心理，有利于檢查工作的順利展開及對輻射劑量的管控。本文提出的預(yù)計(jì)算CTDIvol、SSDEWED的回歸方程亦有助于醫(yī)療機(jī)構(gòu)兒童腹盆部CT 標(biāo)準(zhǔn)劑量指數(shù)及診斷參考劑量的建立和應(yīng)用。