不同體型特異性劑量估算值在兒童腹部CT檢查中的應用

竺 陳 邊傳振* 王 穎

目前,準確評估患兒CT檢查的輻射劑量已成為當前亟待解決的社會問題[1].腹部CT檢查是兒童常見的檢查手段,尤其是外傷及占位性病變的患兒,CT檢查成為了主要的檢查手段之一[2].常用的估算個體所受輻射劑量的主要參數(shù)是容積CT劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIVOL)和劑量長度乘積(doselength product,DLP),其為CT設備在16 cm或32 cm標準體模下的輸出劑量,常用來評價不同設備或機型的輸出劑量,而每個患兒的體型與標準體模差異很大,因此用CTDIVOL和DLP評估患兒受到的輻射劑量并不準確[3-4].

為了準確評估患兒受到的輻射劑量,美國醫(yī)學物理協(xié)會(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)在204號和220號文件提出,分別使用有效直徑(De)和水當量直徑(Dw)來計算體型特異性劑量評估(size-specific dose estimate,SSDE)值[5-6].在評估成年人胸腹部CT檢查所受的輻射劑量時,SSDEDw比SSDEDe更精確[7].由于兒童體型及組織發(fā)育差異,SSDEDw和SSDEDe兩種方法估算兒童腹部CT檢查輻射劑量的差異與成年人并不相同.因此,本研究旨在比較兒童腹部CT檢查時SSDEDw和SSDEDe間的差別,并找出較為簡便且能準確直觀的反映患兒輻射劑量的方法.

1 資料與方法

1.1 臨床資料

前瞻性的選取2017年6月至2018年6月在南京醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院行腹部CT檢查的128例患兒,其中男患兒63例,女患兒65例;年齡0~16歲,平均年齡(10.79±2.01)歲.依據(jù)患兒年齡將其分為0~3歲組(39例)、4~7歲組(43例)和8~16歲組(46例).

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準:①患兒年齡在0-16歲之間;②檢查時患兒雙上肢可上舉;③患兒家長同意進行此次研究.

(2)排除標準:①雙上肢無法上舉者;②患兒體內(nèi)有金屬異物或體表金屬類異物無法去除者;③腹部有較大占位性病變者.

1.3 儀器設備

采用Brilliance iCT 128iCT(荷蘭Philips公司).

1.4 檢查方法

使用128iCT進行數(shù)據(jù)采集,選用128X0.625 mm探測器,掃描螺距為0.914,掃描時患兒仰臥,雙上肢上舉,采用正側(cè)位定位像結(jié)合自動管電流調(diào)制技術(shù),0~3歲組患兒管電壓80 kV,參考管電流50 mAs,4~7歲組患兒管電壓100 kV,參考管電流70 mAs,8~16歲組患兒管電壓120 kV,參考管電流100 mAs,均從膈頂掃至恥骨聯(lián)合下緣,采用iDose4算法重建出層厚1 mm層距1 mm軟組織窗圖像用于診斷及圖像質(zhì)量評價,重組圖像層厚10 mm,層距10 mm,橫斷位縱隔窗圖像用于De和Dw測量.

1.5 輻射劑量評估

從Extended BrillianceTM Workspace工作站劑量報表獲得患兒的平均mAs和平均CTDIVOL,對每層mAs進行標準化,其標稱CTDIVOL計算為公式1:式中CTDIVOL(c)為校正后的標稱CTDIVOL,CTDIVOL(a)為劑量報表顯示的平均CTDIVOL,mAs(z)為每一層的mAs,mAs(a)為平均mAs.

測量患兒腹部最中心層面CT圖像的最大前后徑(anteroposterior,AP)和左右徑(lateral,LAT),并計算其De.依據(jù)De對應的轉(zhuǎn)換因子(fDe)得到SSDEDe,其計算為公式2~4:

在腹部每一層CT圖像上畫橢圓形感興趣區(qū),橢圓面積盡量小,但要覆蓋橫斷面圖像所有解剖結(jié)構(gòu),記錄橢圓形面積(Aroi)及橢圓形區(qū)域的平均CT值(CTroi),計算Dw,依據(jù)Dw對應的轉(zhuǎn)換因子fDw得到SSDEDw,依據(jù)每一層圖像的SSDEDw計算其平均值(size-specific dose estimate gross,SSDEg);其計算為公式5~8:

式中N為腹部圖像的總層數(shù).

CTDIVOL(a)在32 cm聚甲基丙烯酸甲酯標準體模條件下獲取,有關(guān)SSDEDe和SSDEDw各參數(shù)即為中間層面的參數(shù),SSDEg為平均SSDEDw.

1.6 圖像質(zhì)量客觀與主觀評價

(1)客觀評價:計算CT圖像的客觀噪聲值和信噪比.選取肝門層面脾區(qū)及第五腰椎層面椎旁肌肉區(qū)30~60 mm2區(qū)域為感興趣區(qū)域(region of interest,ROI),獲得興趣區(qū)平均CT值(HU)及CT值標準差(SD),平均CT值代表該興趣區(qū)的信號值,SD值代表該興趣區(qū)客觀噪聲值,并計算該興趣區(qū)信噪比(SNR=HU/SD)[7].

(2)主觀評價:由放射科1名副主任醫(yī)師及1名主治醫(yī)師作為觀察者,在同一影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems,PACS)上對所得圖像進行評價.根據(jù)肝實質(zhì)及肝內(nèi)血管的顯示,膽囊壁的顯示,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)的可分辨程度,胰腺輪廓的顯示,大血管的顯示,進行5分制評分:①5分,圖像噪聲少,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)能夠清晰分辨,肝實質(zhì)、膽囊壁、胰腺及血管顯示清晰,對比度良好,完全滿足診斷需求;②4分,圖像噪聲不大,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)能夠分辨,肝實質(zhì)、膽囊壁、胰腺及血管能夠顯示,對比度尚可,能夠滿足臨床診斷;③3分,圖像噪聲稍多,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)依稀可辨,肝實質(zhì)、膽囊壁、胰腺及血管顯示欠佳,對比度較差,基本滿足診斷要求;④2分,圖像噪聲多,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)分辨不清,肝實質(zhì)、膽囊壁、胰腺及血管顯示不清,對比度差,不能滿足診斷需求;⑤1分,圖像噪聲很多,腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)完全無法分辨,肝實質(zhì)、膽囊壁、胰腺及血管完全無法顯示,完全無對比,無診斷價值[10].≥3分的圖像被認為可以滿足臨床要求.

1.7 統(tǒng)計學方法

采用SPSS18.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析,圖像質(zhì)量主觀評分用秩和檢驗分析,各觀察者主觀評分一致性分析采用Kappa檢驗;不同年齡組間CTDIvol(a)、SSDEDe及SSDEDw比較采用方差分析;各年齡組內(nèi)SSDEDe與SSDEDw比較,De與Dw比較,fDe與fDw比較均采用配對t檢驗;雙變量的相關(guān)性分析采用Pearson分析;以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義.

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量客觀評價

三組患兒在脾區(qū)和椎旁肌肉區(qū)ROI的SD和SNR差異均無統(tǒng)計學意義[(脾區(qū):F=0.63,F=1.09;P>0.05);(椎旁肌肉區(qū):F=2.51,F=0.89;P>0.05)];組間對比差異均無統(tǒng)計學意義[SD:脾區(qū)(t=0.37,t=0.41,t=0.66;P>0.05),椎旁肌肉區(qū)(t=1.04,t=0.74,t=0.83;P>0.05);SNR:脾區(qū)(t=0.91,t=0.87,t=0.69;P>0.05)椎旁肌肉區(qū)(t=0.49,t=0.62,t=0.79;P>0.05)],見表1.

表1 各組患兒圖像質(zhì)量客觀評價(±s))

表1 各組患兒圖像質(zhì)量客觀評價(±s))

注:表中SD為CT值標準差,SNR為信噪比

組別 例數(shù) 椎旁肌肉區(qū) 脾區(qū)SD SNR SD SNR 0~3歲組 39 8.45±0.33 7.39±0.46 17.6±4.6 3.72±0.46 4~7歲組 43 8.73±0.47 7.25±0.34 18.1±5.0 3.43±0.13 8~16歲組 46 9.01±0.51 7.19±0.35 18.7±5.3 3.19±0.11 F值 2.51 0.89 0.63 1.09 P值 0.13 0.42 0.54 0.35

2.2 圖像質(zhì)量主觀評價

各組患兒腹部圖像主觀評分差異無統(tǒng)計學意義(Z=-0.63,P=0.51),0~3歲組、4~7歲組和8~16歲組患兒兩名觀察者間評分分別為(4.33±0.72)分、(4.13±0.83)分和(3.96±0.65)分,一致性分別為k=0.43、k=0.39和k=0.41;所得圖像主觀評分均≥3分,能滿足診斷需求.

2.3 組間兩種SSDE計算方法下的直徑、轉(zhuǎn)換因子和CTDIVOL比較

(1)三組患兒在De、Dw、fDe、fDw、SSDEDe及SSDEDw間的差異均有統(tǒng)計學意義(F=140.5,F=121.8,F=79.8,F=69.1,F=67.2,F=109.2,F=171.6;P<0.05);組間對比差異均有統(tǒng)計學意義[(De間的差異為0~3歲組<4~7歲組<8~16歲組;t=8.07,t=9.42;P<0.05);(Dw間的差異為0~3歲組<4~7歲組<8~16歲組;t=4.45,t=6.13;P<0.05);(fDe間的差異為0~3歲組>4~7歲組>8~16歲組;t=6,t=15,7.43;P<0.05);(fDw間的差異為0~3歲組>4~7歲組>8~16歲組;t=5.29,t=6.64;P<0.05);(SSDEDe間的差異為0~3歲組>4~7歲組>8~16歲組;t=8.21,t=5.79;P<0.05);(SSDEDw間的差異為0~3歲組>4~7歲組>8~16歲組;t=6.92,t=5.77;P<0.05)],隨著年齡的增大,患兒的De、Dw在增大,而fDe、fDw、SSDEDe及SSDEDw在減小.

(2)各組患兒組內(nèi)兩種SSDE計算方法下的直徑、轉(zhuǎn)換因子與CTDIVOL比較.0~3歲組患兒De較Dw高10.3%,fDe較fDw低12.4%,SSDEDe較SSDEDw低13.1%,差異均有統(tǒng)計學意義(t=4.59,t=6.27,t=5.84;P<0.05);4~7歲組患兒De較Dw高10%,fDe較fDw低11.8%,SSDEDe較SSDEDw低12.9%,差異均有統(tǒng)計學意義(t=6.37,t=5.94,t=4.57;P<0.05);8~16歲組患兒De較Dw高9.8%,fDe較fDw低10.4%,SSDEDe較SSDEDw低10.5%,差異均有統(tǒng)計學意義(t=8.42,t=6.09,t=5.61;P<0.05),見表2和圖1.

圖1 4~7歲組患兒腹部CT影像

2.4 SSDEDe、SSDEDw及SSDEg相關(guān)性

0~3歲組患兒SSDEDe、SSDEDw與SSDEg呈正相關(guān)(r=0.90,r=0.91;P<0.05);4~7歲組患兒SSDEDe、SSDEDw與SSDEg呈正相關(guān)(r=0.89,r=0.92;P<0.05);8~16歲組患兒SSDEDe、SSDEDw與SSDEg呈正相關(guān)(r=0.88,r=0.79;P<0.05).

表2 各組患兒De、Dw、fDe、fDw、SSDEDe及SSDEDw值比較(±s))

表2 各組患兒De、Dw、fDe、fDw、SSDEDe及SSDEDw值比較(±s))

注:表中Dw為水當量直徑;De為有效直徑;fDw為Dw對應的轉(zhuǎn)換因子;fDe為De對應的轉(zhuǎn)換因子;CTDIVOL為容積CT劑量指數(shù);SSDEDw為Dw體型特異性劑量評估值;SSDEDe為 De體型特異性劑量評估值

組別 例數(shù) Dw(mm) De(mm) fDw fDe CTDIVOL(mGy) SSDEDw(mGy) SSDEDe(mGy)0~3歲組 39 109.33±9.77 121.89±10.13 3.47±0.09 3.04±0.13 2.42±0.19 8.39±0.43 7.29±0.32 4~7歲組 43 120.09±9.39 133.43±10.89 2.71±0.08 2.39±0.11 2.85±0.24 7.62±0.64 6.64±0.65 8~16歲組 46 155.34±13.52 172.46±18.88 2.11±0.13 1.89±0.11 3.21±0.14 6.60±0.29 5.91±0.37 F值 140.5 121.8 79.8 69.1 67.2 109.2 171.6 P值 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01

3 討論

有研究表明,用CTDIVOL和DLP評估患兒腹部CT檢查時受到的輻射劑量并不準確,AAPM通過對體模研究提出使用De和Dw來計算患者的SSDE[5-6].De是假設人體由橢圓形的橫斷面組成,人體體型可用面積與之相當?shù)膱A柱形水模直徑表示;Dw除了用代表幾何外形尺寸的面積外,還用代表組織衰減特性的橫斷面平均CT值來定義患者體型[5-6];因此,用De和Dw來估算的輻射劑量仍存在差異.

腹部含有實質(zhì)性臟器及空腔臟器,用Dw計算SSDE時測得的整個橫斷面橢圓形區(qū)域的平均CT值表示組織的射線衰減情況,且橢圓形面積代表了腹部圖像的幾何參數(shù),而De僅表示了腹部圖像的幾何尺寸,對解剖結(jié)構(gòu)的差異情況不能精確反應[7].本研究中,以Dw和De為基礎依據(jù)公式計算出來的fDe較fDw低,導致了SSDEDe較SSDEDw低,因此相對而言,SSDEDe低估患兒腹部CT檢查的輻射劑量,這與成年人腹部的相關(guān)報道不一致.袁子龍等[7]通過對成年人腹部CT檢查時SSDEDe和SSDEDw對比分析發(fā)現(xiàn),SSDEDe較SSDEDw高估了4.8%的輻射劑量,這可能是由于成年人的腹部器官與組織發(fā)育成熟,其橫斷面平均CT值與0接近或為正值,因此計算出來的fDw較fDe低,導致了SSDEDe高估了患者的輻射劑量[10].而少年兒童腹部組織器官發(fā)育未成熟,CT值低于成年人,且少年兒童胃腸道內(nèi)含氣量普遍較多,因此測得的橫斷面平均CT值為負值,導致了SSDEDe較SSDEDw低[11].

本研究中隨著患兒年齡的增大,其De、Dw也在增大,而fDe、fDw、SSDEDe及SSDEDw在減小,可能是由于標稱CTDIVOL是在32 cm標準體模條件下的輸出劑量,隨著患兒年齡的增大,患兒的體徑接近標準體模,導致SSDEDe和SSDEDw與CTDIVOL間的差異均減小,可能是由于隨著年齡的增長患兒的組織結(jié)構(gòu)發(fā)育情況與成年人更接近,這與袁肖娜等[12]和田忠甫等[13]的研究相一致.

本研究將各組患兒的SSDEDw與SSDEg作相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),兩者具有較高相關(guān)性,這與Larson等[4]對成年人的相關(guān)研究一致,表明SSDEDw可替代SSDEg來評估患兒的實際受照劑量.由于腹部CT圖像數(shù)量多,而SSDEg為各層面的平均SSDE,要計算SSDEg數(shù)據(jù)量大而不易實現(xiàn),且目前尚未見有相關(guān)的計算機軟件輔助運算.因此,現(xiàn)階段采用中間層面的SSDEDw代表SSDEg反映患兒的輻射劑量具有重要的實用價值.

本研究中所有患兒的圖像質(zhì)量均能滿足診斷需求,且各組患兒間的主觀及客觀評分差異均無統(tǒng)計學意義,表明本研究中所選擇的掃描條件與各年齡段相適應,今后工作中應根據(jù)患兒的年齡或體型狀況靈活選擇掃描條件,對不同個體制定個性化的掃描方案[14].

本研究的不足之處在于:①未對輻射劑量進行實際的測量,研究中所獲得的CTDIVOL為機器自動給出的,可能與實際不相符;②圖像質(zhì)量的主觀評分可能受觀察者自身影響;③目前尚無商業(yè)化的計算機軟件自動測量并計算SSDE,手動測量誤差大且效率低,且為了減少工作量,本研究采用了10 mm層厚的圖像進行測量,結(jié)果可能受到影響;④腹部CT檢查時未對患兒的飲食時間進行嚴格的控制,CT檢查時患兒胃腸道內(nèi)容物會對研究結(jié)果產(chǎn)生一定的影響.

本研究進一步明確了SSDEDw在評估兒童腹部CT檢查輻射劑量的價值,且中心層面的SSDEDw是反映患兒輻射劑量簡單準確的代表參數(shù).