SFOV對(duì)成人胸部CT水當(dāng)量直徑的體型特異性劑量估算的影響研究

胡勤勤，張琴，劉曦，張德川，楊薈平，孔麗娜，張昊，李修建

重慶市中醫(yī)院 放射科，重慶 400021

引言

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的快速發(fā)展，CT檢查頻次的不斷增加，輻射劑量已成為公眾關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[1-2]。CT掃描主機(jī)上可以直接顯示輻射劑量數(shù)值的有容積劑量指數(shù)（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（Dose Length Product，DLP），兩者均不能個(gè)性化、真實(shí)的反應(yīng)受檢者的輻射劑量。水當(dāng)量直徑的體型特異性劑量估算（Water Equivalent Diameter Of Size-Specific Dose Estimates，SSDEWED）是由美國(guó)醫(yī)學(xué)物理師協(xié)會(huì)（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）工作組第204號(hào)文件提出[3]，它既考慮了不同組織的密度，又考慮了受檢者體型。目前SSDEWED未能直接顯示于輻射劑量報(bào)告中，因此，未能普遍用來(lái)評(píng)估患者輻射劑量。以往研究大多數(shù)都是比較不同體型特異性劑量算法在人體各部位輻射劑量的差異[4-6]，較少有人探討影響SSDEWED相關(guān)因素。因此，本研究將成人受檢者的性別、年齡，胸部CT原始數(shù)據(jù)中間層面的 CT感興趣區(qū)（Region of Interest，ROI）、AROI和掃描野（Scanning Field of View，SFOV）以及輻射劑量報(bào)告中的CTDIvol和DLP納入自變量，探索上述變量與SSDEWED的相關(guān)性，以期發(fā)現(xiàn)降低輻射劑量的規(guī)律，從而為臨床指導(dǎo)掃描計(jì)劃、降低受檢者輻射劑量探索理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2020年7至8月我院行胸部CT掃描的162例受檢者，男性80例，女性82例，年齡27～87歲，平均（58.49±14.03）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲，單部位胸部受檢者，檢查時(shí)雙上肢可上舉的受檢者；排除標(biāo)準(zhǔn)：不能配合或無(wú)法完成檢查的受檢者，多部位受檢者，雙上肢無(wú)法上舉的受檢者，患者體內(nèi)有金屬異物或體表金屬類異物無(wú)法去除的受檢者。

1.2 檢查方法

采用GE Optima CT660掃描儀，受檢者取仰臥位，頭先進(jìn)，深吸氣后憋氣，掃描范圍為肺尖至肺底界，掃描條件：管電壓120 kV，采用智能mA技術(shù)，150～450 mA，螺距0.984：1.375，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，準(zhǔn)直器寬度0.625×64 mm，矩陣512×512，層厚5 mm，層間隔5 mm，重建層厚0.625 mm，層距0.625 mm。

1.3 數(shù)據(jù)采集與測(cè)量

選取原始掃描序列中間層面橫斷位圖像[5,7]，在橫斷位圖像中勾畫包含整個(gè)橫段面（不包含床板）的ROI，記錄ROI的平均CT值（CTROI，HU）及面積（AROI，cm2），并計(jì)算每例受檢者的水等效直徑（Water Equivalent Diameter，WED，cm）及轉(zhuǎn)換因子（fsize·WED），參考AAPM 220號(hào)報(bào)告[3]計(jì)算SSDEWED，如公式(1)～(3)所示，式中a、b值分別為a=3.7，b=0.037。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。用Spearman分析性別、年齡、CTROI、AROI、CTDIvol、DLP 和 SFOV與SSDEWED的相關(guān)性，然后將與SSDEWED有顯著相關(guān)的自變量納入多元回歸分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 自變量資料

本研究共納入受檢者162例，男性80例，女性82例，平均年齡（58.49±14.03）歲，臨床資料包含性別、年齡，測(cè)量和采集數(shù)值包含CTROI、AROI、CTDIvol、DLP和SFOV，見(jiàn)表1。

表1 102例受檢者自變量資料

2.2 數(shù)據(jù)采集

選取原始掃描序列中間層面圖像，在橫斷位圖像中勾畫包含整個(gè)橫段面（不包含床板）的ROI，記錄ROI的平均CT值（CTROI，HU）及面積（AROI，cm2），見(jiàn)圖1。

圖1 患者，女，61歲影像資料

2.3 因變量SSDEWED與自變量的樣本散點(diǎn)圖

作散點(diǎn)圖可以觀察因變量SSDEWED與各自變量間是否有比較好的線性關(guān)系。從圖2中可以看出SSDEWED與AROI、CTDIvol、DLP和SFOV存在具有比較好的線性關(guān)系，與年齡和CTROI存在近似線性關(guān)系。

圖2 各自變量與SSDEWED的散點(diǎn)圖

2.4 各變量與SSDEWED的相關(guān)性

用Spearman分析SSDEWED與各變量的相關(guān)性。表2給出他們的相關(guān)系數(shù)r和顯著性P值，CTROI與SSDEWED相關(guān)性不顯著（P>0.05），AROI、CTDIvol、DLP和SFOV與SSDEWED的相關(guān)性非常顯著（P<0.05）。

表2 SSDEWED與各變量的相關(guān)性

2.5 多元回歸分析

將與SSDEWED有顯著相關(guān)的自變量納入多元回歸分析。由于DLP和CTDIvol有高度相關(guān)性，容易造成共線性問(wèn)題，因此DLP和CTDIvol不作為自變量加入多元回歸分析。性別、年齡、CTROI、AROI和SFOV對(duì)SSDEWED的影響，結(jié)果見(jiàn)表3。將表3中P≤0.20的變量納入多因素逐步回歸分析中，SSDEWED與SFOV呈0.06倍正相關(guān)，即SFOV增加1 mm，SSDEWED將增加0.06倍，見(jiàn)表4。

表3 多元回歸分析

表4 多元逐步回歸系數(shù)

3 討論

目前，可以直接從CT掃描主機(jī)上獲取的個(gè)體輻射劑量報(bào)告數(shù)值的有CTDIvol和DLP。CTDIvol是描述多層螺旋CT在整個(gè)掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量，考慮了X線在Z軸方向上層面邊緣產(chǎn)生的“尾部區(qū)域”，CTDIvol的標(biāo)準(zhǔn)是參考16 cm或32 cm聚甲基丙烯酸甲酯體模的輻射劑量，是設(shè)備的輸出值，而非受檢者實(shí)際接受的輻射劑量，其值大小與受檢者體型無(wú)關(guān)[8-9]，并且在臨床掃描中，不同的受檢者其掃描直徑、衰減系數(shù)也不同，因此，就某特定個(gè)體而言，CTDIvol無(wú)法評(píng)估其所接受的CT輻射劑量進(jìn)行評(píng)估[10]。DLP是CTDIvol與掃描范圍的乘積，反映了在掃描范圍內(nèi)的輻射劑量，CTDIvol相同的受檢者因掃描范圍不同，而致DLP不同。SSDEWED是AAPM于2011年提出來(lái)的[3]，利用有效直徑（Effective Diameter，ED）聯(lián)合CTDIvol來(lái)估算基于CT受檢者體型特異性的劑量評(píng)估，以此來(lái)彌補(bǔ)體型對(duì)CTDIvol及DLP等的影響。由于胸部絕大部分被空氣填充，受檢者的ED不包含X線衰減特點(diǎn)，CTDIvol及DLP無(wú)法對(duì)胸部進(jìn)行準(zhǔn)確劑量評(píng)價(jià)，且將會(huì)低估胸部的吸收劑量[9]。2014年該學(xué)會(huì)又提出了WED[11]，SSDEWED既考慮了不同組織的密度，又考慮了受檢者體型，比SSDE更精確，尤其適用于胸部CT[12]，能夠更準(zhǔn)確地反映受檢者胸部所接受的輻射劑量[7]。因此，本研究采用SSDEWED作為胸部輻射劑量的估算方法。

本研究中，雖然散點(diǎn)圖發(fā)現(xiàn)了SSDEWED與AROI、CTDIvol、DLP和SFOV的線性關(guān)系，但Spearman相關(guān)性表明 SSDEWED與 AROI、CTDIvol、DLP和 SFOV 有顯著差異（P<0.05），與CTROI無(wú)顯著相關(guān)性（P>0.05），其原因在于，CTROI測(cè)量的是原始數(shù)據(jù)中間層面的ROI平均CT值，該層面雖然包含了高密度的骨骼和中等密度的心臟、主動(dòng)脈、肺等組織，但是整個(gè)胸腔被量的氣體充盈，在測(cè)量的162例被檢者中，其CT值范圍在-333.8～-250，其平均CT值為-289.7，在WED的計(jì)算式中（公式①），該CT值被減少1000倍，導(dǎo)致了CT值的差異不足以影響WED；在SSDEWED的計(jì)算式中（公式③），CTDIvol與SSDEWED是呈正線性關(guān)系的，而DLP是掃描長(zhǎng)度與CTDIvol的乘積，反映了在整個(gè)容積長(zhǎng)度內(nèi)的輻射劑量，他們有密切的相關(guān)性，也導(dǎo)致了DLP與SSDEWED有顯著相關(guān)；本研究中的AROI表示的是橫截位中勾畫的ROI面積，當(dāng)受檢者的胸部橫截面的體積增大時(shí)，為了使掃描目標(biāo)包括完整的整個(gè)胸廓，在制定掃描計(jì)劃時(shí)就會(huì)相應(yīng)的增加SFOV，在臨床實(shí)踐中，也有研究表明雙定位像比單定位像更可以精準(zhǔn)調(diào)節(jié)SFOV中心和大小，利用雙定位像調(diào)節(jié)SFOV，可以明顯降低胸部CT輻射劑量像[13-14]，以往研究也發(fā)現(xiàn)縮小SFOV會(huì)降低患者輻射劑量，本研究不但發(fā)現(xiàn)了SFOV會(huì)影響胸部CT輻射劑量，還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了SFOV與SSDEWED有高度相關(guān)性，且成0.06倍正相關(guān)。因此精準(zhǔn)調(diào)節(jié)SFOV可以降低成人受檢者胸部CT輻射劑量。

在放射生物劑量學(xué)中，個(gè)體對(duì)電離輻射反應(yīng)的差異是影響估算生物劑量是否準(zhǔn)確的關(guān)鍵性因素[15]，研究表明，基因表達(dá)的個(gè)體差異性的主要因素是年齡、性別、是否吸煙、生活方式和炎癥反應(yīng)等[16]。有研究表明[17]，在離體照射時(shí)，男性外周血中大多數(shù)基因的mRNA相對(duì)表達(dá)水平要低于女性，表明男性對(duì)輻射的敏感性要低于女性；影響年齡最大的基因表達(dá)是FDXR基因，Kajimura等[18]通過(guò)對(duì)229名日本原爆人群的相關(guān)基因mRNA和雙著絲粒細(xì)胞數(shù)表達(dá)水平的聚類分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，上述二者均表現(xiàn)為隨著年齡增加而減少的趨勢(shì)，研究提示受照者的年齡可能影響輻射誘導(dǎo)的基因表達(dá)水平變化。本研究也從宏觀層面上證明了SSDEWED與受檢者的年齡有近似的線性關(guān)系，同時(shí)，相關(guān)性分析表明SSDEWED與性別和年齡有非常顯著的相關(guān)性（P<0.05）。

本研究的不足之處：① 樣本量較少，只有162例；② 只計(jì)算了中間層面的fsize·WED，沒(méi)有計(jì)算每一層面的fsize·WED，取其平均fsize·WED值 ；③ 受檢者的其他個(gè)體變量沒(méi)有納入自變量，如身高、體重等，上述局限將是下一步研究重點(diǎn)。

綜上所述，SFOV對(duì)成人胸部CT的SSDEWED影響較大，且成0.06倍正線性關(guān)系，在臨床掃描中，根據(jù)此結(jié)論，臨床掃描時(shí)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)SFOV可以降低成人受檢者胸部CT輻射劑量。