劑量指數(shù)及管電壓對幼兒心臟CTA圖像質(zhì)量和輻射劑量的影響

張 見 張曉軍 王 穎

南京醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院放射科(江蘇 南京 210000)

先天性心臟病(congenital heart disease,CHD)是嬰幼兒常見病之一，心臟CTA檢查近年來越來越成為臨床心臟術(shù)前常規(guī)檢查之一[1]。但心臟CTA檢查由于其成像載體X線本身具有輻射性，加之嬰幼兒對射線損傷的高度敏感性，輻射損傷愈加引起人們的重視。在以往的研究中，大螺距、容積掃描、前瞻性ECG觸發(fā)、管電流自動曝光控制技術(shù)及重建算法均用于降低受檢者輻射劑量[2-4]，但對于劑量指數(shù)(Dose Right Index,DRI)的應(yīng)用少有報道。Dose Right技術(shù)是一種自動管電流曝光控制技術(shù)，能夠根據(jù)定位像所呈現(xiàn)的受檢者體型和受檢部位及X線衰減大小進行計算，根據(jù)其特定衰減和診斷所需要的圖像質(zhì)量自動給出合適且最低的管電流[5]。如何在圖像質(zhì)量及輻射劑量之間尋求平衡點愈加成為研究的熱點[6]。本文旨在探討管電壓及DRI對嬰幼兒心臟CTA檢查圖像質(zhì)量及輻射劑量的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料本研究為前瞻性研究，通過我院倫理委員會審批(審批號：201908224-1)后進行。選取2019年7月至2020年10月間來我科行CT心臟大血管檢查的先心病患兒。納入標準：胸部無金屬異物、胸部表面無明顯占位性病變、胸廓無明顯畸形、體型非太過瘦小或肥胖者。依照時間順序?qū)⑷脒x患兒分為對照組A及實驗組B、C、D、E，每組患兒90例。各組患兒依照年齡的不同分為(0～1歲)、(1～3歲)及(3～6歲)3個亞組，每組患兒30名。檢查前患兒家長或代理人均簽署檢查知情同意書。各亞組患兒年齡、左右徑、前后徑、掃描范圍差異均無統(tǒng)計學意義，研究具有可行性。

1.2 檢查方法采用飛利浦Brilliance 128 iCT進行數(shù)據(jù)采集?；純簷z查前需要禁食禁水2-6小時不等，不能配合檢查者口服水合氯醛(1mL/kg，規(guī)格：10mL:0.5 g)待其深睡眠后再行檢查[7]?；純喝コ裰匾挛锛敖饘佼愇锖笱雠P于檢查床上，頭先進或腳先進。雙臂上舉置于頭顱兩側(cè)。掃描范圍上至胸廓入口，下至肝門，使用鉛皮遮擋無關(guān)檢查部位。掃描參數(shù)：對照A組患兒管電壓100 kV,DRI為14；實驗組B、C、D、E管電壓80 kV，DRI分別為14、12、10、8。正側(cè)位雙定位像掃描，管電流采用DoseRight自動曝光控制技術(shù)，管電流下限為20 mA，上限225 mA。自動跟蹤手動觸發(fā)、前瞻性心電門控、軸向掃描、iDose4重建算法。掃描層厚0.8 mm，重建層厚4 mm，數(shù)據(jù)采集周期為40% RR間期。探測器0.625 mm×128，矩陣512×512，球管轉(zhuǎn)速0.27 s/圈。造影劑使用碘克沙醇(規(guī)格：320 mgI/mL)，Ulrich高壓注射器從肘靜脈或手背靜脈注入，注射順序為：5 ml生理鹽水→造影劑→8mL生理鹽水，生理鹽水注射速度與造影劑相同，造影劑裝入高壓注射器前置于37 ℃恒溫箱內(nèi)。造影劑用量及注射速率：體重≤5kg:2 mL/kg，注射速率(0.6～1.0) mL/s；體重(5～15)kg:1.5mL/kg，注射速率(1.0～1.5) mL/s；體重≥15 kg:1.0 mL/kg，注射速率(1.5～3)mL/s。

1.3 輻射劑量記錄每個患兒的容積CT劑量指數(shù)(volumtric CT dose index，CTDIvol，mGy，基于32cm體模)及劑量長度乘積(dose length product，DLP，包括定位像及示蹤掃描劑量)。

1.4 圖像質(zhì)量評價采用主客觀兩種評價方式。主觀評價：由兩名資深放射科診斷醫(yī)師對PACS上原始及后處理圖像運用雙盲5分法評分。標準如下：5分：心腔及主要大血管充盈顯示良好，邊界銳利，無明顯運動偽影，圖像整體質(zhì)量優(yōu)秀，診斷信心堅決；4分：心腔及主要大血管充盈尚可，邊界清晰，運動偽影輕微基本不影響診斷，圖像整體質(zhì)量良好，診斷信心充足；3分：心腔及主要大血管充盈可，邊界較為清晰，有輕微運動偽影但不影響診斷，圖像整體質(zhì)量尚可，診斷信心尚可；2分：心腔及主要大血管充盈較淺，邊界稍模糊，運動偽影可見，結(jié)合其他檢查尚能得出結(jié)論，診斷信心較為猶豫；1分：不能出具診斷報告[8]。得分≥3認為圖像可滿足診斷需要。

客觀評價：測量肺動脈干、左心室、主動脈弓中部及主動脈弓層面豎脊肌CT值，測量感興趣區(qū)(region of interest,ROI)面積為10mm2。測量主動脈弓水平空氣標準差(standard deviation,SD)作為其背景噪聲，ROI面積為10mm2。以上數(shù)據(jù)測量應(yīng)盡量避開骨骼及造影劑硬化偽影，測量三次取其平均值。利用上述測量數(shù)據(jù)分別計算圖像信噪比(signal noise ratio,SNR)及對比噪聲比(contrast noise ratio,CNR)。SNR=CT腔脈/SD空氣；CNR=(CT腔脈-CT肌肉)/SD空氣[9]。

1.5 統(tǒng)計學方法采用SPSS18.0統(tǒng)計學軟件進行統(tǒng)計學分析。K-S檢驗計量資料是否符合正態(tài)分布，符合正態(tài)分布的計量資料用()表示。組間患兒年齡、左右徑、前后徑、圖像客觀評價及輻射劑量差異采用方差分析，主觀評分采用Kruskal-Wallis檢驗，組內(nèi)兩兩比較采用LSD法。2名醫(yī)師的主觀評分其一致性評價采用Kappa檢驗，k≤0.2為一致性差，0.2＜k≤0.4為一致性一般，0.4＜k≤0.6為一致性中等，0.6＜k≤0.8為一致性較好，0.8＜k≤1.0為一致性好。P＜0.05差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量客觀評價結(jié)果同一年齡分組內(nèi)肺動脈干、左心室、主動脈弓中部的CT值有明顯統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，CNR、SNR無明顯統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。兩兩比較結(jié)果：A組肺動脈干、左心室、主動脈弓中部的CT值與B、C、D、E組的差異均具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，B、C、D、E組間CT值差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。詳細見表1、2、3。

表1 (0～1歲)組圖像客觀評價結(jié)果(n=30)

2.2 輻射劑量及主觀評價結(jié)果5組患兒的輻射劑量間比較差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。A組最高，E組最低。隨著管電壓及DRI的降低，患兒輻射劑量降低顯著。在主觀評價方面，所有患兒圖像評分均在3分及以上，兩名醫(yī)師對圖像質(zhì)量的評分一致性為中等及以上。5組圖像的主觀評分統(tǒng)計學差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。詳細見表4。

表2 (1～3歲)組圖像客觀評價結(jié)果(n=30)

表3 (3～6歲)組圖像客觀評價結(jié)果(n=30)

表4 患兒輻射劑量及主觀評價結(jié)果

選取(1～3)歲分組內(nèi)30月齡患兒的四腔心層面圖像，其中圖1A管電壓為100kV，DRI=14，圖1B～圖1E為80kV，DRI分別為14、12、10、8。圖像顯示心腔及降主動脈充盈良好，心室、心房及降主動脈邊緣銳度度較好，無明顯運動偽影，診斷醫(yī)師主觀評分均在3分及以上，4分及以上圖像占比85.78%。

3 討論

Dose Right技術(shù)是一種自動管電流曝光控制技術(shù)，管電流輸出大小與其指數(shù)大小呈正相關(guān)。DRI每增加或降低1，其平均管電流增加或降低12%，噪音水平降低或增加6%[10]。對比固定管電流，能夠在保證圖像質(zhì)量的前提下降低輻射。DRI設(shè)置越大，其電流輸出愈大，因而圖像質(zhì)量越高，也帶來受檢者輻射劑量的升高。胸部含氣較多且幼兒先心病大多為心腔房室壁缺損及大血管結(jié)構(gòu)畸形，很少涉及到冠脈，對于其圖像信噪比的要求遠遠低于成年人冠脈檢查，對心腔及大血管顯示方面較冠脈要求低，因此更適用于低劑量檢查[11]。

起初DRI設(shè)置由CT工程師依據(jù)其個人經(jīng)驗而定，甚至是成人檢查參數(shù)的簡單復(fù)制，對于嬰幼兒而言有可能設(shè)置過高，造成患兒檢查輻射劑量過大[12]。本研究表明，隨著管電壓及DRI的降低，CTDIvol、DLP隨之大幅度降低(P＜0.01)，圖像的SNR、CNR卻并未明顯下降。這就說明在不影響圖像質(zhì)量的前提下，采取合適的掃描條件可以降低患兒的輻射劑量。管電壓越高，穿過受檢者的X線量越多，因而圖像的信噪比越高。降低管電壓會明顯影響其信噪比。盧道延等[13]研究管電壓80 kV能夠滿足嬰幼兒胸部CT檢查。相較于100kV管電壓，實驗組患兒雖然采用了低的80 kV管電壓，但其圖像的SNR、CNR與對照組相比卻未見明顯統(tǒng)計學差異(P＞0.05)，這是因為低管電壓可以提高含碘對比劑的CT值[14]，因此彌補了對信噪比的影響。先心病患兒行心臟CT檢查時，較低的DRI設(shè)置，雖然使輸出的管電流減少，但由于胸部含氣體較多，且嬰幼兒胸部前后徑及左右徑較小，射線衰減較成人低，從而可以有更多的射線穿過人體到達探測器，提高了探測器的探測效率。iDose4迭代重建算法可以有效的在圖像重建過程中將由于X線量減少而相對增加的量子噪聲排除，從而保證了圖像質(zhì)量。iDose4算法屬于迭代重建算法，基于投影空間和圖像空間進行雙模型(解剖模型和噪聲模型)迭代運算，解剖模型則可以降低重建時間，噪聲模型則可以有效提高圖像質(zhì)量，能夠消除由于管電流降低而致光量子減少所帶來的對信噪比的影響[15]。本研究表明，在滿足診斷的前提下，采用較低的管電壓及DRI可以明顯降低患兒的輻射劑量。具體數(shù)據(jù)如下：E組患兒的CTDIvol、DLP較A組分別降低為：0～1歲組：61.45%(2.04/3.32)，61.17%(28.24/46.17)；1～3歲組：54.52%(2.41/4.42),49.88%(28.87/57.88)；3～6歲組:40.86%(1.99/4.87)，42.19%(26.92/63.8)。這與趙永霞等[11]在成人肺動脈方面的研究一致，這就說明采用較低的管電壓及DRI能夠有效的降低患兒的輻射劑量。

本研究不足之處：1.CTDIvol采用機器自動生成的數(shù)據(jù)，沒有對患兒實際的輻射劑量進行測量，二者之間可能存在差異；2.采取手動測量，因而會造成對心腔、大血管及肌肉CT值的測量有影響；3.由于診斷醫(yī)師對圖像質(zhì)量的評價有其個人主觀性，評分結(jié)果可能有偏差；4.先心患兒手術(shù)年齡近年來呈現(xiàn)低齡化趨勢，沒有對7歲以上患兒數(shù)據(jù)進行收集，今后可進一步加大收集學齡兒童的數(shù)據(jù)支持。

盡管本研究具有一定的局限性，但在實際工作中提供了一種有效降低輻射劑量的方法，在80 kV的管電壓下，采取較低的DRI設(shè)置，能夠在滿足診斷的前提下，降低患兒的輻射劑量。