基于成年人體重及體重指數(shù)估算胸腹部CT 體型特異性輻射劑量

鄢迪，陳斌，章群，石麗婷

1.山東第一醫(yī)科大學放射學院，山東 泰安 271016；2.中國科學院大學寧波華美醫(yī)院放射科，浙江 寧波 315010；3.寧波市疾病控制預防中心，浙江 寧波 315010

設備性能和各種CT后處理軟件的發(fā)展導致CT臨床應用的強勁增長，CT在醫(yī)學影像診斷中的地位越來越重，醫(yī)療照射占居民電離輻射的受照比例越來越大，在產(chǎn)生電離輻射的各種醫(yī)學檢查中，CT檢查對輻射劑量的貢獻最大[1]。因此，有必要開展CT輻射劑量相關研究，為輻射防護工作的開展打下堅實的基礎。本研究擬提出一種基于成年人體重及體重指數(shù)（body mass index，BMI）估算CT檢查各部位體型特異性輻射劑量的方法。通過對不同體重及BMI成年人受檢者的胸部、上腹部、腹部-盆腔等常見部位CT檢查的研究，得到體重及BMI與基于成年人受檢者有效直徑（effective dimension，ED）及水等效直徑（water equivalent diameter，Dw）計算得出的體型特異性輻射劑量（size-specific dose estimates，SSDE）的回歸函數(shù)關系及轉換系數(shù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2019年12月—2020年11月在中國科學院大學寧波華美醫(yī)院行胸部、上腹部及腹部-盆腔CT掃描的成年人，納入標準：人口資料完整；有胸部、上腹部或腹部-盆腔CT掃描序列；圖像質量滿足臨床診斷要求；受檢部位內無明顯器質性病變。排除標準：掃描范圍內存在金屬植入物或金屬外固定等；受檢部位器官病變明顯或既往手術后與正常解剖結構相差較大；CT圖像有嚴重的呼吸或運動偽影；掃描范圍不全或過大。最終納入419例，其中男236例，女183例，年齡18～88歲，平均（57.1±12.2）歲；體重32～96 kg，平均（62.8±10.4）kg；BMI 14.0～32.2 kg/m2，平均（23.01±2.87）kg/m2。為比較不同部位體重及BMI分別與SSDEED及SSDEDw的對應關系，根據(jù)掃描部位不同將419例受檢者分為胸部掃描組153例、上腹部掃描組94例、腹部-盆腔掃描組172例。本研究通過醫(yī)院倫理委員會審批（批件號：PJ-NBEY-KY-2019-095-01），免除受試者知情同意。

1.2 檢查方法 每例受檢者的CT圖像均使用西門子64排雙源CT（SOMATOM Definition）掃描，受檢者取仰臥位，頭先進，雙手上舉，身體置于檢查床正中。所有受檢者的掃描野均為500 mm，胸部掃描范圍從肺尖掃至肺底，上腹部掃描范圍從膈頂掃至髂前上棘，腹部-盆腔掃描范圍從膈頂掃至恥骨聯(lián)合下緣。掃描方案：3組掃描部位的管電壓均為120 kV，均使用西門子CT中的自動管電流調節(jié)（CARE Dose 4D）技術。胸部掃描管電流110 mAs，螺距為1.2，探測器準直64×0.6 mm，重建層厚5 mm，層間距5 mm。上腹部及腹部-盆腔掃描參考毫安秒為190 mAs，螺距為1.0，探測器準直64×0.6 mm，重建層厚5 mm，層間距5 mm。

1.3 數(shù)據(jù)計算 通過影像存檔管理系統(tǒng)（版本：4.9.0.4706，寧波市海曙區(qū)明天醫(yī)網(wǎng)科技有限公司）查閱劑量報告，并記錄每例受檢者的容積CT劑量指數(shù)（CT dose index volume，CTDIvol），參考美國醫(yī)學物理學會（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）204[2]及220[3]號報告，對CT掃描范圍內最中間的橫斷面圖像進行數(shù)據(jù)測量和計算。

由具有7年工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師手工測量掃描容積范圍內最中間橫斷面圖像的橫徑與前后徑，參考AAPM 204號報告，根據(jù)公式（1）、（2）計算ED、基于ED的體型轉換因子fED和SSDEED。

將所有掃描所得CT數(shù)據(jù)傳至本地西門子CT后處理工作站Syngo.via進行測量，由具有7年工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師手工勾畫最中間層面內僅包括受檢者體表的感興趣區(qū)，測出感興趣區(qū)內的橫斷面積及平均CT值，并參考AAPM 220號報告，根據(jù)公式（3）、（4）計算每例受檢者的Dw以及基于徑Dw的體型轉換因子fDw和SSDEDw。

公式（1）、（3）中的a、b值參考AAPM 204及220號報告，分別為a=3.704 369，b=0.036 719 37。

1.4 統(tǒng)計學方法 使用SPSS 21.0軟件，各項數(shù)據(jù)均通過K-S正態(tài)性檢驗分析，符合正態(tài)分布的計量資料以表示。采用Spearman秩相關分析計算年齡及身高與SSDEED、SSDEDw的相關性。采用Pearson相關分析體重及BMI與SSDEED和SSDEDw的相關性。

使用線性回歸分析分別建立不同組體重及BMI與SSDEED和SSDEDw之間的回歸方程：y=ax+b，并用決定系數(shù)（R2）評價回歸方程的線性擬合優(yōu)度，R2越大，說明擬合的方程越優(yōu)。采用單因素方差分析分別比較不同組間CTDIvol、SSDEED、SSDEDw的差異。上腹部和腹部-盆腔掃描組再根據(jù)性別分組，通過獨立樣本t檢驗比較相同部位不同性別受檢者間的差異。將線性回歸方程的截距設為0，記錄斜率即為本研究的轉換系數(shù)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

研究初期考慮到女性存在乳房組織或與男性胸部CT各參數(shù)的相關性存在差異，將胸部CT檢查數(shù)據(jù)分為男、女2組，通過獨立樣本t檢驗發(fā)現(xiàn)不同性別胸部CT檢查的SSDEED、SSDEDw差異均無統(tǒng)計學意義（P=0.174、0.504），因此在正式研究中胸部CT檢查結果不區(qū)分性別。但隨后對行上腹部及腹部-盆腔CT掃描的受檢者進行性別分組后的獨立樣本t檢驗，發(fā)現(xiàn)兩組各參數(shù)差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.001），在計算轉換系數(shù)時可根據(jù)性別不同分開考慮。

2 結果

2.1 年齡與身高的影響 各組年齡與SSDEED、SSDEDw均無相關性（r=-0.064～0.042，P＞0.05），胸部掃描組中身高與SSDEED、SSDEDw無相關性（r=-0.064、0.093，P＞0.05），在上腹部、腹部-盆腔掃描組中，身高與SSDEED（r=0.322、0.344）、SSDEDw（r=0.298、0.334）呈弱正相關性（P＜0.001）。

2.2 各組參數(shù)的差異 3 組受檢者的CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比較，差異均有統(tǒng)計學意義（F=28.43、118.61、84.96，P＜0.001）（表1）。3組中SSDEDw較CTDIvol分別約高55.6%、37.3%、44.1%。胸部掃描組中SSDEDw較SSDEED約高14.6%，在上腹部、腹部-盆腔掃描組中SSDEED較SSDEDw分別約高2.5 %、2.0%。

表1 3組CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比較（mGy，）

表1 3組CTDIvol、SSDEED、SSDEDw比較（mGy，）

注：CTDIvol為容積CT劑量指數(shù)，SSDEED為基于有效直徑計算的體型特異性輻射劑量，SSDEDw為基于水等效直徑計算的體型特異性輻射劑量

2.3 各組體重及BMI分別與SSDEED及SSDEDw的相關性 Pearson相關分析顯示，3組受檢者體重及BMI與SSDEED、SSDEDw均呈正相關（r=0.688～0.858、0.847～0.872、0.813～0.867，P＜0.001）。

2.4 體重、BMI與SSDEED、SSDEDw之間的線性回歸方程 計算各部位CT檢查基于ED和Dw的SSDEED和SSDEDw，繪制不同參數(shù)之間的關系圖。通過建立3組間各參數(shù)的線性回歸方程發(fā)現(xiàn)，體重、BMI除與SSDEED和SSDEDw有較好的線性擬合優(yōu)度外，與ED、Dw、fED、fDw也呈不同程度相關，且各線性方程的線性擬合優(yōu)度較好（R2=0.636～0.821、0.558～0.810、0.632～0.818、0.563～0.789，P＜0.001）。僅列出3組間成年人體重和BMI與SSDEED和SSDEDw之間的線性回歸方程分別為：

以上線性回歸方程的線性擬合優(yōu)度顯示，胸部掃描組R2=0.473～0.737；上腹部掃描組R2=0.717～0.755；腹部-盆腔掃描組R2=0.660～0.751。各參數(shù)間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度見圖1～4。

將圖1～4中的線性回歸方程的截距設為0，其斜率即為體重、BMI和SSDEED、SSDEDw之間的轉換系數(shù)：基于ED和Dw分別計算體型特異性輻射劑量，并與體重和BMI進行線性回歸，設每個線性回歸方程的截距為0，其斜率即為體重、BMI和SSDEED、SSDEDw的轉換系數(shù)，分別為胸部掃描組0.212～0.666、上腹部掃描組0.198～0.557、腹部-盆腔掃描組0.256～0.716。去除截距后的體重、BMI和SSDEED、SSDEDw線性回歸方程的線性擬合優(yōu)度分別為，胸部掃描組R2=0.387～0.735，上腹部掃描組R2=0.698～0.727，腹部-盆腔掃描組R2=0.528～0.751。各參數(shù)間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度見圖5～8。

圖1 3組體重與SSDEED的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖2 3組體重與SSDEDw的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖3 3組BMI與SSDEED的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖4 3組BMI與SSDEDw之間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖5 將圖1中的線性回歸方程的截距設為0后，體重與SSDEED之間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖6 將圖2中的線性回歸方程的截距設為0后，體重與SSDEDw之間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖7 將圖3中的線性回歸方程的截距設為0后，BMI與SSDEED之間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

圖8 將圖4中的線性回歸方程的截距設為0后，BMI與SSDEDw之間的函數(shù)關系與線性擬合優(yōu)度

2.5 性別對結果的影響 上腹部和腹部-盆腔掃描組中體重、BMI、SSDEED、SSDEDw在不同性別受檢者中比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P均＜0.05，表2）。

表2 上腹部及腹部-盆腔掃描組不同性別受檢者體重、BMI、SSDEED和SSDEDw的差異（）

表2 上腹部及腹部-盆腔掃描組不同性別受檢者體重、BMI、SSDEED和SSDEDw的差異（）

注：BMI為體重指數(shù)，SSDEED為基于有效直徑計算的體型特異性輻射劑量，SSDEDw為基于水等效直徑計算的體型特異性輻射劑量

將上腹部、腹部-盆腔掃描組受檢者根據(jù)不同性別的體重和BMI與SSDEED和SSDEDw分別建立線性回歸方程，并將其中的截距設為0，斜率即為根據(jù)性別得出的轉換系數(shù)，基于性別的線性擬合優(yōu)度見表3。

表3 上腹部及腹部-盆腔組不同性別的線性回歸方程的擬合優(yōu)度比較（R2）

3 討論

3.1 CT劑量評估方法 臨床工作中CTDIvol和劑量長度乘積常用于表示受檢者行CT掃描后的輻射劑量，提供有關掃描儀輸出的信息，而與受檢者體型及其中的衰減成分無關，是設備輸出的輻射劑量，而非受檢者的受照劑量，且并未考慮受檢部位衰減因素的影響，因此以CTDIvol和劑量長度乘積評估受檢者的輻射劑量不準確[4]。AAPM在204及220號報告[2-3]中相繼提出ED及Dw，其中Dw既考慮了不同受檢者的體型，也考慮了體內各種組織器官對射線的衰減情況，由Dw計算的體型特異性輻射劑量，較CTDIvol對受檢者所受劑量的評估更準確[5-9]。體重可用于估算各體型大小受檢者的輻射劑量，使劑量估計在臨床上更簡單和迅速[10-11]。BMI是一種可用于描述受檢者體型特征的參數(shù)，它較體重更為精確，也可用于估算受檢者的體型特異性輻射劑量[11]。

Abuhaimed等[12]研究顯示，基于中間層面的Dw計算的SSDE提供了合理的結果，省去了計算全掃描范圍中每張CT圖像Dw的龐大工作量，使用中心層面ED、Dw能準確、方便地估算CT掃描容積范圍內的平均SSDE[13-17]。

3.2 體重及BMI是評估SSDE的簡便參數(shù) 在胸部，由于肺部組織中含有較多空氣，因此胸部區(qū)域中X射線衰減明顯低于標準體模的衰減。臨床上常用CTDIvol評估受檢者的CT 輻射劑量，如用CTDIvol代替SSDEDw，則本研究中所有病例實際受到的輻射劑量均存在較大程度的低估，受檢者體重越輕，被低估的輻射劑量越多。因此在胸部CT檢查中如用SSDEED代替SSDEDw，則仍存在一定程度的低估，而在上腹部及腹部-盆腔CT檢查中兩者相差不大。因此，對于胸部CT檢查采用SSDEDw評估受檢者輻射劑量有重要臨床意義，與既往研究結論相同[18-19]。

本研究顯示，成年人不同部位CT檢查的體重和BMI與SSDEED和SSDEDw之間存在良好的線性關系。截距設置為0后的新公式與原公式相比使用BMI評估胸部CT檢查SSDEDw的擬合優(yōu)度下降較少，上腹部CT檢查中各參數(shù)間的擬合優(yōu)度仍較穩(wěn)定且變化不大，腹部-盆腔CT 檢查以體重作為參數(shù)估算SSDEED和SSDEDw的擬合優(yōu)度有所下降，但以BMI為參數(shù)時擬合優(yōu)度并無明顯變化。綜上所述，實際工作中利用體重或BMI作為參數(shù)，使用轉換系數(shù)估算各檢查部位的SSDEED和SSDEDw是較為簡單且快速的方法。

本研究還根據(jù)受檢者的性別不同，在同一檢查部位中進行性別分組比較。男性受檢者在兩組中均以體重作為參數(shù)時的擬合優(yōu)度高于BMI，女性受檢者在上腹部CT檢查中BMI的擬合優(yōu)度略高于體重，在腹部-盆腔CT檢查中體重的擬合優(yōu)度較高。不同性別受檢者通過體重和BMI得出的基于ED或Dw的體型特異性輻射劑量擬合優(yōu)度不同的原因可能與男性和女性的脂肪組織在腹部區(qū)域的分布差異有關[20]?；谛詣e的擬合優(yōu)度高于合并計算時的擬合優(yōu)度，但兩者差距很小，且使用性別特定因素會使轉換系數(shù)的應用變得復雜，因此本研究并不推薦將性別因素納入轉換系數(shù)內。

本研究結果顯示，用年齡與身高估計成年人SSDE不恰當。胸部CT檢查中用體重估計SSDEDw的相關性不如BMI，用BMI估計胸部SSDEDw更可靠，其轉換系數(shù)為0.666。上腹部CT檢查中用體重和BMI估計SSDEED、SSDEDw的相關性結果相差無幾，可選擇更易獲取的體重估計受檢者的SSDE，體重和BMI的轉換系數(shù)分別為0.198和0.534。腹部-盆腔CT檢查中用BMI估算SSDEED、SSDEDw的相關性結果較體重更好，其轉換系數(shù)為0.702。而SSDEDw的準確性高于SSDEED。綜合考慮上述結果，本研究的轉換系數(shù)均為利用體重或BMI估算SSDEDw結果，且不考慮性別的差異。

3.3 研究意義 通過使用本研究得出的轉換系數(shù)，可以避免不同操作者之間產(chǎn)生的測量結果不一致問題和省略人工勾畫CT圖像橫斷面面積的繁瑣過程，并可以在CT檢查前通過受檢者的體重及BMI為臨床醫(yī)師及放射工作人員快速估算成年受檢者的SSDE提供參考，也為在CT檢查前根據(jù)CT檢查的參數(shù)和受檢者的體型前瞻性地對CT掃描方案的優(yōu)化提供了可能。

3.4 局限性及展望 本研究未考慮掃描長度的影響，因此不能直接用于計算有效劑量，但可對醫(yī)療實踐過程中放射防護工作的開展和放射檢查方案的優(yōu)化起到一定作用[21]，也可以大致衡量是否符合國家診斷參考水平的要求。本研究在單一CT上進行，且均使用自動管電流調節(jié)技術，不同機型產(chǎn)生的結果有可能會不同，因此該研究結果未來需要在其他機型上進行驗證。本研究僅針對18歲及以上成年受檢者，未進行兒童體重和BMI與SSDE的對應關系分析。本研究所用數(shù)據(jù)均為平掃數(shù)據(jù)，近期有研究顯示增強檢查對比劑對結果的影響約為1%[22]，可忽略不計，未來本研究方法或可用于驗證其結論并應用于增強CT檢查中。

用體重及BMI估計胸部、上腹部、腹部-盆腔基于有效直徑或水等效直徑的成年人體型特異性輻射劑量的方法簡單、有效。使用公式（5）～（16）計算得出的體型特異性輻射劑量比通過轉換系數(shù)計算得出的相關性更高，但直接利用轉換系數(shù)的方法更簡單、快速，方便操作者使用。