嬰幼兒呼吸頻率對不同螺距模式下胸部雙源CT輻射劑量和圖像質量的影響

[Abstract]Objective：Toinvestigatetheefectof infantrespiratoryrateonchestCTradiationdoseandimagequalityinhigh pitch mode（HPM）andlowpitch mode（LPM）.Methods：Eighty infantsunderwentchestCTandwere divided into HPM group（40 cases）andLPMgroup（40cases）.Among the80cases，52cases hadhighrespiratoryrate（RR），28 hadlow RR. ThevolumeCTdoseindex（CTDIvol），doselengthproduct（DLP）andeffectivedose（ED），overscandistance，objective andsubjectiveimagequalityat diferentRRof thetwogroups werecompared.Results：EDvaluesof HPMand LPM groups were （ 3.31±0.28） ，（1.79±0.15） mSv，the overscan distances were（ 6.54±5.94， ），（4.02±2.51） cm，and the differences werestatistically significant（both P lt;0.05）．The image quality scores of HPM group were better than those of LPM group（motionartifactscoresof1.6and2.3points，subjectivescoresof3.6and3.1points，espetively），withsatisialy significant differences（ P =0.002，0.O04）.The patients at high RR in HPM group had less motionartifact and better subjective score of image quality compared with the patients at high RR in LPM group （both P lt;0.05），while thepatients at low RR had no statistical diferences in motionartifact orsubjective score between HPMgroup and LPM group （both Pgt;0.05 ） Conclusions：HPMcanbeusedtoevaluatethelungsof infantswith higherRR，andcanshowbeterimagequality.LPMcan beused forlungassessment of infantswith low RR，which canreduce radiationdoseand maintain good image quality. [Key words] High pitch mode;Low pitch mode;Infant;Radiation dosage;Tomopraghy，X-ray computed

胸部CT被用來評估多種嬰幼兒疾病，但不能自主屏氣患兒無法獲得高質量的靜止胸部CT圖像。Lell等1]采用雙源CT系統中大螺距模式（highpitchmode，HPM）技術，無需鎮靜或全身麻醉即可獲得高質量的圖像，但增大螺距會增加患兒輻射劑量。雙源CT系統中小螺距模式（low pitch mode，LPM）器官-管電流調節劑量調制技術2，能實時調節X線管電流、減少輻射，但會增長采集時間，使自由呼吸狀態下患兒的檢查產生較多運動偽影。

胸部圖像上膈肌周圍肺組織和靠近胸壁的前肺組織運動偽影更明顯，與呼吸運動明顯關聯[3]。本研究通過分析嬰幼兒自由呼吸狀態下HPM和LPM雙源CT的輻射劑量和圖像質量，探討不同RR對2種模式雙源CT胸部掃描輻射劑量和圖像質量的影響。

1資料與方法

1.1一般資料

選取2022年1—10月在我院行胸部CT檢查的患兒80例，男46例，女34例；年齡 1～36 個月，平均（ 15.5±5.4） 個月。80例中，病毒性肺炎29例，細菌性肺炎13例，肺水腫22例，腦癱合呼吸道感染16例。隨機分為HPM組和LPM組，每組40例，分別行HPM、LPM胸部CT檢查。檢查前測量RR和體質量。80例中，高RR（ gt;25 次 /min 052例，低RR（ ≤ 25次 /min ）28例。本研究經醫院倫理委員會批準（批號：20230108），所有患兒家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Siemens第3代雙源CT（SOMATOMForce），在患兒熟睡狀態下掃描。HPM螺距3.0，FlashSpiral模式自適應動態準直，掃描速度 404mm/s ;LPM螺距0.6，X-CARE模式一定范圍內關閉管電流，降低人體淺表器官（如乳房、晶狀體、胸腺和甲狀腺）的輻射劑量，掃描速度 81mm/s 。其他掃描參數：探測器準直寬度 128×0.6mm ，自動管電壓和自動管電流技術（參考管電壓 120kV ，參考管電流 100mA ，管電壓70～100kV ，管電流 33-92mA ，機架旋轉速度 0.28s/r 視野 189mm×189mm ，層厚 3mm ，層距 2mm ，ADMIR重建模式，圖像重建使用卷積核 I30f □

1.3輻射劑量估算

記錄檢查時間、CT容積劑量指數（CTDIvol）和劑量長度乘積（doselengchproduct，DLP）。有效輻射劑量（effective dose，ED）=DLP×k，k=0.039^[4] 。過度掃描距離 DLP/CTDIvol-（結束檢查位置-開始檢查位置），單位 cm 。

1.4 圖像質量評價

1.4.1主觀評價由2位高級職稱影像診斷醫師在同一臺PACS上對運動偽影及圖像質量進行定性評估，意見不一致時經協商解決。CT檢查分別在膈肌、左心緣、上肺、中肺和下肺5個部位進行定性分析。膈肌通過冠狀面重建進行評估，左心緣邊界在軸位圖像和冠狀面重建圖像上進行評估，而上肺、中肺和下肺僅在橫軸位圖像上評估，上肺評估在主動脈弓上緣水平，中肺評估在主動脈瓣水平，下肺評估在二尖瓣水平。出現解剖結構重影或肺血管紋理模糊即為有運動偽影。參照Likert量表，采用4分制對每個位置的運動偽影進行評分：3分，存在大量運動偽影影響診斷為重度；2分，運動偽影明顯但不干擾診斷為中度；1分，運動偽影極少為輕度；0分，無任何運動偽影。采用5分制對圖像質量進行評分：5分，圖像質量優，噪聲小，細節顯示清晰，完全滿足診斷；4分，圖像質量良，噪聲較小，細節顯示清晰，可滿足診斷；3分，圖像質量一般，細節顯示尚可，圖像噪聲可接受，可滿足診斷；2分，圖像質量較差，噪聲較大，細節顯示不清，無法診斷；1分，圖像質量非常差，噪聲大，細節顯示不清，無法診斷。

1.4.2客觀評價主要指標包括圖像信號、噪聲、SNR及CNR。采用圓形或橢圓形ROI，大小約 0.5cm² ，以隆突水平右側豎直肌CT值作為圖像信號，標準差作為圖像噪聲，同層面背部皮下純凈脂肪組織CT值作為背景信號，測量3次取平均值。SNR 圖像信號/圖像噪聲； CNR= （圖像信號-背景信號）/圖像噪聲。

1.5統計學分析

采用SPSS19.0軟件分析數據。定量資料以 表示，分類變量以頻數表示。基本資料、輻射劑量及圖像質量客觀評分采用獨立樣本t檢驗，圖像質量主觀評分采用Wilcoxon秩和檢驗。2位醫師評分的一致性行Kappa檢驗： K?0.75 為一致性好， 0.4

2結果

2.12組基本資料比較（表1）

LPM組CT平均掃描時間長于HPM組，差異有統計學意義（ Plt;0.05 0；2組年齡、體質量及RR差異均無統計學意義（均 Pgt;0.05 ）。

2.22組輻射劑量比較（表2;圖1，2）

HPM組CTDI、DLP、ED及過度掃描距離均顯著高于LPM組，差異均有統計學意義（均 Plt;0.05 ）。

2.32組圖像質量主觀評分比較（表3；圖1，2）

2位醫師對圖像質量主觀評分一致性好（ K= 0.85）。HPM組整體圖像質量優于LPM組（運動偽影評分：1.6分vs.2.3分，圖像質量評分：3.6分vs.3.1分），差異均有統計學意義 （P=0.002，0.004） 。HPM組高RR患者運動偽影明顯少于LPM組，圖像質量評分明顯優于LPM組，差異均有統計學意義（均 Plt;0.05， ;而2組低RR患者運動偽影、圖像質量評分差異均無統計學意義（均 Pgt;0.05 ）。

2.42組圖像質量客觀評價比較（表4）

2組圖像信號、噪聲、SNR、CNR差異均無統計學意義（均 Pgt;0.05 ）。

表12組基本資料比較

注：HPM為大螺距模式，LPM為小螺距模式，RR為呼吸頻率。

表22組輻射劑量比較 0

注：HPM為大螺距模式，LPM為小螺距模式，CTDI為CT劑量指數，DLP為劑量長度乘積，ED為有效輻射劑量。

表32組圖像質量主觀評分比較（分 ）

注：HPM為大螺距模式，RR為呼吸頻率，LPM為小螺距模式。

表42組圖像質量客觀評價比較

注：HPM為大螺距模式，LPM為小螺距模式。

3討論

胸部CT檢查是臨床診斷嬰幼兒肺部疾病的首選檢查方法，但對患兒有一定的輻射傷害。降低管電壓/電流、調制管電流/電壓及高級迭代重建算法[5-9]可降低CT輻射劑量。嬰幼兒在行雙源CT胸部檢查時常采用FlashSpiralHPM及器官-管電流調節技術LPM，這2種掃描模式輻射劑量均在安全范圍之內。器官-管電流調節技術又稱部分角度掃描模式，在胸部掃描過程中，當X線球管旋轉至人體腹側1/3時，管電流減低，旋轉至人體兩側及背側2/3時，管電流增加，盡量減低受檢者面側所接受輻射劑量，但此種模式較Flash Spiral HPM的檢查時間更長。本研究LPM組平均掃描時間為 （2.62±1.2）s ，對自由呼吸狀態下的嬰幼兒，圖像運動偽影較明顯，圖像質量評分較低。有研究報道，HPM雙源CT可減少運動偽影，提高圖像質量[10-12]。本研究也表明，與LPM組相比，HPM組由于檢查時間較短，在自由呼吸狀態下嬰幼兒胸部CT圖像質量更好，且CT掃描有效劑量較高。原因可能是： ①HPM 的自適應動態準直可降低輻射劑量，但在減少由Z軸過度掃描效應引起的額外輻射照射方面并不理想，本研究中HPM組比LPM組過度掃描距離多約 60%[（6.54±5.94）cm vs.（ 4.02± 2.51）cm] 。 ② 在一定掃描范圍內降低管電流，也是LPM輻射劑量更低的重要原因[13]

本研究還發現自由呼吸狀態下嬰幼兒的RR對CT掃描圖像質量也非常重要，與 Kim 等[3]研究結果基本一致。高RR患兒HPM、LPM之間胸部運動偽影差異更顯著，尤其在膈肌位置，而低RR患兒差異不明顯。HPM組的平均掃描時間為 （0.37±0.20）s ，而LPM組為 （2.62±1.2）s ；掃描時間差異造成的膈肌和胸壁運動偽影是導致這2種模式圖像質量差異的主要原因[14-15]。低RR患兒RR最大為25次 /min ，即最短呼吸周期為2.4s，LPH掃描能在嬰幼兒1或2個呼吸周期內完成檢查，這也是低RR患兒HPM、LPMCT掃描圖像質量差異不大的重要原因。

本研究存在的局限性： ① 低RR患兒數量相對較少，需擴大樣本量進一步研究； ②2 位醫師分析圖像時雖一致性較高，但存在主觀性； ③ RR測量和實際CT圖像采集的時間間隔較短（ lt;1min ），在CT檢查期間RR可能發生變化； ④ 有效劑量確定困難，且未考慮患兒實際大小； ⑤ 特定的CT掃描儀和掃描模式進行探討，可能需其他CT掃描儀的數據來比較圖像質量和輻射劑量。

總之，對于自由呼吸狀態下的嬰幼兒，尤其是在CT檢查期間RR較高的患兒，HPM的圖像質量常較LPH更好，目前自適應動態準直技術HPM是最佳選擇。而對低RR患兒使用LPH行胸部CT檢查，可在減少輻射劑量的同時保持良好的圖像質量。

圖1，2分別為自由呼吸狀態下大螺距模式（ [HPM] 及小螺距模式（LPM）胸部CT圖像注：圖1患兒，男，22個月，呼吸頻率（RR）27次 /min ，掃描時間0.28s，無明顯運動偽影，圖像質量評分4分，CT容積劑量指數（CTDIvol） 4.02mGy ，劑量長度乘積（DLP）72.04mGy?cm （圖1a為肺窗軸位，圖1b為縱隔窗軸位，圖1c為肺窗冠狀位，層厚 2mm ，層距 2mm ）。圖2患兒，女，18個月，RR19次 /min ，掃描時間 2.9s ，膈肌水平運動偽影略明顯，圖像質量評分4分，CTDIvol 2.54mGy ，DLP 45.87mGy?cm （圖2a為肺窗軸位，圖2b為縱隔窗軸位，圖2c為肺窗冠狀位，層厚 2mm ，層距 2mm ）

[參考文獻]

[1]LELL M M，MAYM，DEAK P，etal.Radkow，high-pitch spiralcomputed tomography：effect onimage quality and radiation dose in pediatric chest computed tomography，invest[J]. Radiol，2011，46（2）：116-123.

[2]KETELSEN D，BUCHGEISTE R M，FENCHEL M，et al. Automated computed tomography dosesaving algorithm

toprotect radiosensitive tissues：estimation of radiation exposure and image quality considerations[J]. Inv Rad， 2012，47（2）：148-152.

[3]KIM S H，CHOI Y H，CHO H H，et al.Comparison of image quality and radiation dose between high-pitch modeand low-pitch mode spiral chest CT in small uncooperative children：the effect of respiratory rate[J].

EurRadiol，2016，26（4）：1149-1158.

[4]DEAK P D，SMAL Y，KALENDER W A.Multisection CT protocols：sex-and age-specific conversion factors used to determine effective dose from dose-length product[J]. Radiology，2010，257（1）：158-166.

[5]唐雷，劉莉，曾憲春，等．能譜純化結合高級模擬迭代重 建在成人胸部低劑量CT中的應用[J].中國介入影像與 治療學，2018，15（8）：496-500.

[6]LEE SW，KIM Y，SHIM S S，et al. Chang，image quality assessment of ultra low-dose chest CT using sinogramaffirmed iterative reconstruction[J].Eur Radiol，2014， 24（4）：817-826.

[7］王苑丁，康德強，白玫，等．不同強度高級迭代重建算法 在不同噪聲水平下對圖像質量的影響：體模研究［J].中 國醫學影像技術，2019，35（6）：914-919.

[8]GORDIC S，DESBIOLLES L，SEDLMAIR M，et al.Optimizing radiation dose byusing advanced modelled iterative reconstruction in high-pitch coronary CT angiogra phy[J]. Eur Radiol，2016，26：459-468.

[9]HWANG H J，SEO JB，LEE H J，et al. Low-dose chest computedtomography with sinogram-affirmed iterative reconstruction，iterative reconstruction in image space， and filtered back projection：studies on image quality [J].JComput Assist Tomogr，2013，37（4）：610-617.

[10］閆景偉．雙源CT大螺距掃描模式下 70kV 管電壓結合 迭代算法用于CT造影檢查對圖像質量及輻射劑量的影 響[J].實用醫學影像雜志，2021，22（6）：576-579.

[11]TABARI A，PATINO M，WESTRA S J，et al. Initial clinical experience with high-pitch dual-source CT as arapid technique for thoracoabdominal evaluation in awake infants and young children[J].Clin Radiol， 2019，74（12）：977.e9-977.e15.

[12]李騁，孫英麗，金係，等．大螺距掃描模式在COPD患者 肺CT低劑量篩查中的初步應用[J].臨床放射學雜志， 2018，37（8）：1381-1385.

[13]王光大，時高峰，楊麗，等．X-care技術在胸部CT掃描 中對患者敏感器官保護作用的研究[J].中國醫療設 備，2017，32（1）：84-86.

[14]SCHULZ B，JACOBI V，BEERES M，et al. Quantitative analysis of motion artifacts in high-pitch dual-source computed tomography of the thorax[J].J Thorac Imaging，2012，27（6）：382-386.

[15]BODELLEB，FISCHBACH C，BOOZ C，et al.Freebreathing high pitch 80kV_p dual-source computed tomographyof the pediatric chest：imagequality，presence ofmotion artifacts and radiation dose[J].Eur JRadiol，2017，89：208-214.

（收稿日期 2023-06-27）