兒童腹盆部CT輻射劑量指標的比較及回歸方程的建立與分析

張見，張曉軍

南京醫科大學附屬兒童醫院 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點[1]，在兒童疾病診斷中起重要作用，但其同時具有對人體組織造成放射危害的缺點[2]。近年來，CT裝機量大幅度增加，其檢查人次隨之迅速增加[3]，醫療輻射亦受到更多關注，特別是低年齡段群體。低年齡段群體是一類特殊的群體，其器官及組織的細胞處于快速生長分裂期，過多的輻射會增加誘發癌癥的風險，且預期生存時間較成人更長，因此，其輻射危害較成年更為嚴重[4]。有研究表明，晚年白血病和腦腫瘤的發病率與兒童時期接觸CT 輻射高度相關，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化輻射劑量是兒童CT 檢查的重點，如何準確衡量及控制輻射劑量始終是從業者關注的問題[8-9]。為了優化成像方案，檢測和預防過度輻射暴露風險，兩種輻射劑量指數：容積CT 劑量指數（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和基于水當量直徑（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取決于成像參數和成像對象的大小及組織結構特點，SSDEWED較CTDIvol更能準確衡量輻射劑量[12-17]。本研究回顧性分析兒童腹盆部CT 影像學資料，比較CTDIvol與SSDEWED的差異并通過分析年齡與CTDIvol、SSDEWED的相關性以探討其預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平掃患兒的影像學資料，年齡從1 個月至15 歲不等，中位數年齡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，每組患兒數量分別為61、265、258、211、17 例，中位數年齡分別為：0.50、2.70、7.25、12.20 歲。納入標準：① 檢查體位標準，無特殊診斷要求；② 無影響測量值準確性因素（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 體質指數位于超重臨界點以內[18]。排除標準：① 骨質因其他病變導致密度異常增加；② 數據測量層面有鈣化灶或密度異常的實性占位；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。本研究經本院倫理委員會批準（批準文號：201908224-1）。

1.2 檢查條件

檢查設備使用Philis Brilliance 128 iCT（飛利浦醫療，荷蘭）。檢查參數：管電壓根據年齡的不同采用80～120 kVp，管電流采用自動管電流曝光控制技術，劑量指數（Dose Right Index，DRI）設置為18～20，螺距0.914；球管旋轉速度：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。腹盆部正側位像定位掃描，范圍為膈頂至恥骨聯合。

1.3 輻射劑量指數及體型參數的測量

輻射劑量指數測量：記錄年齡及掃描結束后CT機器自動生成的CTDIvol（基于32 cm 標準體模）。SSDEWED計算方法采取AAPM 220 報告報道的方法：選取掃描部位圖像最中間層面手動勾畫包含所有解剖結構的多曲線感興趣區（Region of Interest，ROI），記錄ROI 面積（Area of ROI，AROI）和平均CT 值（CTROI），依據上述數據計算WED 及轉換因子（fH32），并依據上述數據計算SSDEWED。具體計算方式如公式（1）～（3）所示[10]，數據測量方法如圖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 為水當量直徑；fH32為轉換因子；SSDEWED為基于水當量直徑的體型特異性劑量估算值；CTDIvol為容積CT劑量指數。

1.4 統計學分析

采用SPSS 20.0 統計學軟件進行統計學分析。正態資料采用±s表示，偏態數據采用M[P25，P75]表示。CTDIvol與SSDEWED間差異采用配對樣本t檢驗。使用Pearson 分析SSDEWED、CTDIvol與年齡間相關性并建立回歸方程；使用Bland-Altman 圖及組內相關系數（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）分析其一致性，ICC＞0.75 為一致性較強。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 輻射劑量指數間差異

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，二者間差異有統計學意義（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CTDIvol與SSDEWED間差異（±s，mGy）

表1 分組內CTDIvol與SSDEWED間差異（±s，mGy）

注：CTDIvol：容積CT劑量指數；SSDEWED：基于水當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與年齡間相關性檢驗及回歸方程

CTDIvol、SSDEWED與年齡均具有較強的相關性（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

實測值與計算值的差異比較：實測CTDIvol值為（2.90±1.20）mGy，計算CTDIvol值為（2.91±1.05）mGy，二者間差異無統計學意義（t=0.97，P=0.33）；實測SSDEWED值為（5.64±1.70）mGy，計算SSDEWED值為（5.58±1.35）mGy，二者間差異亦無統計學意義（t=1.83，P=0.07）。將實測值與計算值平均數（CTDIaverage、SSDEaverage）作為橫軸，實測值與計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計算值與實測值具有強相關性（ICC=0.88），96.55%在一致性界限內（784/812）；基于年齡的SSDEWED計算值與實測值也具有強相關性（ICC=0.81），98.15%在一致性界限內（797/812），見圖4～5。

圖4 計算與實測CTDIvol值的Bland-Altman圖

圖5 計算與實測SSDEWED值的Bland-Altman圖

3 討論與結論

在輻射劑量衡量方面，目前最常用的是CTDIvol。CTDIvol是CT 設備的輸出輻射劑量，其大小主要與掃描參數相關，且其測量結果是基于16 cm 或32 cm 標準體模，而人體組織結構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確。為了進一步衡量CT 輻射，AAPM 提出的SSDEWED更能準確反映受檢者輻射劑量。SSDEWED是由CTDIvol和fH32相乘而得，fH32在計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，到達探測器的光量子數亦越多，圖像密度分辨率越大。在實際工作中，根據患兒年齡及體型選擇適當的管電壓已成為影像工作者的主要依據，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，AEC 技術可根據檢查部位的不同及掃描定位像尺寸計算出最合適的管電流[22]。本文通過兒童腹盆CT 檢查，探討輻射劑量指標與年齡的相關性并建立回歸方程，分析檢查前預估其輻射劑量的可行性。

本研究結果表明：腹盆部CT 檢查CTDIvol與SSDEWED間差異有統計學意義，CTDIvol較SSDEWED低48.58 %，CTDIvol相較于SSDEWED嚴重低估患兒輻射劑量，且患兒年齡越小低估程度越大，該結果與以往文獻研究一致[23]。腹部CTDIvol的測量采用32 cm 標準體模，嬰幼兒腹部體徑與標準體模差距較大，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準體模，因而CTDIvol逐漸接近于SSDEWED，但CTDIvol仍然低估其輻射劑量。

本研究管電流調制采用DRI 技術，其作用與AEC等同。DRI 技術可以通過x、y、z及時間軸四維實時分析檢查部位信息，軸向劑量調制功能在肝臟及骨盆等高衰減區域增加管電流，在腹中部組織密度較低的低衰減區域減少管電流，從而實現橫斷面圖像管電流的自動調制，該功能可在滿足圖像診斷的同時，顯著降低受檢者輻射劑量[24]。使用DRI 技術條件，在相同管電壓下，其管電流大小與檢查層面的組織特點及體型參數密切相關，因而其輻射劑量的大小也與體型有較為密切的關系，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。檢查部位厚度越大，組織密度越高，管電流愈大，輻射劑量指標愈高[25]。本研究結果亦證實，在輻射劑量指標與年齡相關性方面，CTDIvol、SSDEWED與年齡間均有較強的相關性，這表明可以通過建立年齡與輻射劑量指標間回歸方程在檢查前預估患兒的輻射劑量。在回歸方程的一致性檢驗上，本研究使用Bland-Altman 圖評價根據不同變量計算輻射劑量指標的一致性，該方法同時考慮隨機誤差及系統誤差對一致性的影響，同時可結合實際專業進行判斷，具有一定的優勢[26]。本研究結果顯示：CTDIvol、SSDEWED與年齡間有著較強的相關性（r=0.81、0.71）；CTDIvol、SSDEWED與年齡亦有較強的一致性（ICC=0.88、0.82），CTDIvol與年齡相關性及一致性均優于SSDEWED。從Bland-Altman 圖中可以看出：分別有96.55%、98.15%的散點分布在一致性界限內，說明根據回歸方程預計算CTDIvol及SSDEWED具有較強的準確性。

本研究也存在以下局限性：① 所有數據基于同一臺CT 設備得出，其回歸方程未在其他設備上驗證；② 在掃描參數的應用上，不同的影像技師有不同的參數使用習慣，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的數據為手動測量，在最終結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，必須正確認識輻射劑量衡量指標。將年齡作為連續變量建立與CTDIvol、SSDEWED間的回歸方程，可以在檢查前預估其輻射劑量，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。本文提出的預計算CTDIvol、SSDEWED的回歸方程亦有助于醫療機構兒童腹盆部CT 標準劑量指數及診斷參考劑量的建立和應用。