嬰幼兒呼吸頻率對(duì)不同螺距模式下胸部雙源CT輻射劑量和圖像質(zhì)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(lái)評(píng)估多種嬰幼兒疾病，但不能自主屏氣患兒無(wú)法獲得高質(zhì)量的靜止胸部CT圖像。Lell等1]采用雙源CT系統(tǒng)中大螺距模式（highpitchmode，HPM）技術(shù)，無(wú)需鎮(zhèn)靜或全身麻醉即可獲得高質(zhì)量的圖像，但增大螺距會(huì)增加患兒輻射劑量。雙源CT系統(tǒng)中小螺距模式（low pitch mode，LPM）器官-管電流調(diào)節(jié)劑量調(diào)制技術(shù)2，能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)X線(xiàn)管電流、減少輻射，但會(huì)增長(zhǎng)采集時(shí)間，使自由呼吸狀態(tài)下患兒的檢查產(chǎn)生較多運(yùn)動(dòng)偽影。

胸部圖像上膈肌周?chē)谓M織和靠近胸壁的前肺組織運(yùn)動(dòng)偽影更明顯，與呼吸運(yùn)動(dòng)明顯關(guān)聯(lián)[3]。本研究通過(guò)分析嬰幼兒自由呼吸狀態(tài)下HPM和LPM雙源CT的輻射劑量和圖像質(zhì)量，探討不同RR對(duì)2種模式雙源CT胸部掃描輻射劑量和圖像質(zhì)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(gè)月，平均（ 15.5±5.4） 個(gè)月。80例中，病毒性肺炎29例，細(xì)菌性肺炎13例，肺水腫22例，腦癱合呼吸道感染16例。隨機(jī)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(cè)量RR和體質(zhì)量。80例中，高RR（ gt;25 次 /min 052例，低RR（ ≤ 25次 /min ）28例。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批號(hào)：20230108），所有患兒家屬均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法

采用Siemens第3代雙源CT（SOMATOMForce），在患兒熟睡狀態(tài)下掃描。HPM螺距3.0，F(xiàn)lashSpiral模式自適應(yīng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直，掃描速度 404mm/s ;LPM螺距0.6，X-CARE模式一定范圍內(nèi)關(guān)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(shù)：探測(cè)器準(zhǔn)直寬度 128×0.6mm ，自動(dòng)管電壓和自動(dòng)管電流技術(shù)（參考管電壓 120kV ，參考管電流 100mA ，管電壓70～100kV ，管電流 33-92mA ，機(jī)架旋轉(zhuǎn)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(shí)間、CT容積劑量指數(shù)（CTDIvol）和劑量長(zhǎng)度乘積（doselengchproduct，DLP）。有效輻射劑量（effective dose，ED）=DLP×k，k=0.039^[4] 。過(guò)度掃描距離 DLP/CTDIvol-（結(jié)束檢查位置-開(kāi)始檢查位置），單位 cm 。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.4.1主觀(guān)評(píng)價(jià)由2位高級(jí)職稱(chēng)影像診斷醫(yī)師在同一臺(tái)PACS上對(duì)運(yùn)動(dòng)偽影及圖像質(zhì)量進(jìn)行定性評(píng)估，意見(jiàn)不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商解決。CT檢查分別在膈肌、左心緣、上肺、中肺和下肺5個(gè)部位進(jìn)行定性分析。膈肌通過(guò)冠狀面重建進(jìn)行評(píng)估，左心緣邊界在軸位圖像和冠狀面重建圖像上進(jìn)行評(píng)估，而上肺、中肺和下肺僅在橫軸位圖像上評(píng)估，上肺評(píng)估在主動(dòng)脈弓上緣水平，中肺評(píng)估在主動(dòng)脈瓣水平，下肺評(píng)估在二尖瓣水平。出現(xiàn)解剖結(jié)構(gòu)重影或肺血管紋理模糊即為有運(yùn)動(dòng)偽影。參照Likert量表，采用4分制對(duì)每個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行評(píng)分：3分，存在大量運(yùn)動(dòng)偽影影響診斷為重度；2分，運(yùn)動(dòng)偽影明顯但不干擾診斷為中度；1分，運(yùn)動(dòng)偽影極少為輕度；0分，無(wú)任何運(yùn)動(dòng)偽影。采用5分制對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分：5分，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)，噪聲小，細(xì)節(jié)顯示清晰，完全滿(mǎn)足診斷；4分，圖像質(zhì)量良，噪聲較小，細(xì)節(jié)顯示清晰，可滿(mǎn)足診斷；3分，圖像質(zhì)量一般，細(xì)節(jié)顯示尚可，圖像噪聲可接受，可滿(mǎn)足診斷；2分，圖像質(zhì)量較差，噪聲較大，細(xì)節(jié)顯示不清，無(wú)法診斷；1分，圖像質(zhì)量非常差，噪聲大，細(xì)節(jié)顯示不清，無(wú)法診斷。

1.4.2客觀(guān)評(píng)價(jià)主要指標(biāo)包括圖像信號(hào)、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(cè)豎直肌CT值作為圖像信號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)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(hào)，測(cè)量3次取平均值。SNR 圖像信號(hào)/圖像噪聲； CNR= （圖像信號(hào)-背景信號(hào)）/圖像噪聲。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS19.0軟件分析數(shù)據(jù)。定量資料以 表示，分類(lèi)變量以頻數(shù)表示。基本資料、輻射劑量及圖像質(zhì)量客觀(guān)評(píng)分采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)分采用Wilcoxon秩和檢驗(yàn)。2位醫(yī)師評(píng)分的一致性行Kappa檢驗(yàn)： K?0.75 為一致性好， 0.4

2結(jié)果

2.12組基本資料比較（表1）

LPM組CT平均掃描時(shí)間長(zhǎng)于HPM組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Plt;0.05 0；2組年齡、體質(zhì)量及RR差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(guò)度掃描距離均顯著高于LPM組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 Plt;0.05 ）。

2.32組圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)分比較（表3；圖1，2）

2位醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)分一致性好（ K= 0.85）。HPM組整體圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于LPM組（運(yùn)動(dòng)偽影評(píng)分：1.6分vs.2.3分，圖像質(zhì)量評(píng)分：3.6分vs.3.1分），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P=0.002，0.004） 。HPM組高RR患者運(yùn)動(dòng)偽影明顯少于LPM組，圖像質(zhì)量評(píng)分明顯優(yōu)于LPM組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 Plt;0.05， ;而2組低RR患者運(yùn)動(dòng)偽影、圖像質(zhì)量評(píng)分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 Pgt;0.05 ）。

2.42組圖像質(zhì)量客觀(guān)評(píng)價(jià)比較（表4）

2組圖像信號(hào)、噪聲、SNR、CNR差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)，DLP為劑量長(zhǎng)度乘積，ED為有效輻射劑量。

表32組圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)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(zhì)量客觀(guān)評(píng)價(jià)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(duì)患兒有一定的輻射傷害。降低管電壓/電流、調(diào)制管電流/電壓及高級(jí)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(shí)常采用FlashSpiralHPM及器官-管電流調(diào)節(jié)技術(shù)LPM，這2種掃描模式輻射劑量均在安全范圍之內(nèi)。器官-管電流調(diào)節(jié)技術(shù)又稱(chēng)部分角度掃描模式，在胸部掃描過(guò)程中，當(dāng)X線(xiàn)球管旋轉(zhuǎn)至人體腹側(cè)1/3時(shí)，管電流減低，旋轉(zhuǎn)至人體兩側(cè)及背側(cè)2/3時(shí)，管電流增加，盡量減低受檢者面?zhèn)人邮茌椛鋭┝浚朔N模式較Flash Spiral HPM的檢查時(shí)間更長(zhǎng)。本研究LPM組平均掃描時(shí)間為 （2.62±1.2）s ，對(duì)自由呼吸狀態(tài)下的嬰幼兒，圖像運(yùn)動(dòng)偽影較明顯，圖像質(zhì)量評(píng)分較低。有研究報(bào)道，HPM雙源CT可減少運(yùn)動(dòng)偽影，提高圖像質(zhì)量[10-12]。本研究也表明，與LPM組相比，HPM組由于檢查時(shí)間較短，在自由呼吸狀態(tài)下嬰幼兒胸部CT圖像質(zhì)量更好，且CT掃描有效劑量較高。原因可能是： ①HPM 的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直可降低輻射劑量，但在減少由Z軸過(guò)度掃描效應(yīng)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(guò)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(nèi)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(fā)現(xiàn)自由呼吸狀態(tài)下嬰幼兒的RR對(duì)CT掃描圖像質(zhì)量也非常重要，與 Kim 等[3]研究結(jié)果基本一致。高RR患兒HPM、LPM之間胸部運(yùn)動(dòng)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(shí)間為 （0.37±0.20）s ，而LPM組為 （2.62±1.2）s ；掃描時(shí)間差異造成的膈肌和胸壁運(yùn)動(dòng)偽影是導(dǎo)致這2種模式圖像質(zhì)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(gè)呼吸周期內(nèi)完成檢查，這也是低RR患兒HPM、LPMCT掃描圖像質(zhì)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(shù)量相對(duì)較少，需擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究； ②2 位醫(yī)師分析圖像時(shí)雖一致性較高，但存在主觀(guān)性； ③ RR測(cè)量和實(shí)際CT圖像采集的時(shí)間間隔較短（ lt;1min ），在CT檢查期間RR可能發(fā)生變化； ④ 有效劑量確定困難，且未考慮患兒實(shí)際大小； ⑤ 特定的CT掃描儀和掃描模式進(jìn)行探討，可能需其他CT掃描儀的數(shù)據(jù)來(lái)比較圖像質(zhì)量和輻射劑量。

總之，對(duì)于自由呼吸狀態(tài)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(zhì)量常較LPH更好，目前自適應(yīng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)直技術(shù)HPM是最佳選擇。而對(duì)低RR患兒使用LPH行胸部CT檢查，可在減少輻射劑量的同時(shí)保持良好的圖像質(zhì)量。

圖1，2分別為自由呼吸狀態(tài)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(gè)月，呼吸頻率（RR）27次 /min ，掃描時(shí)間0.28s，無(wú)明顯運(yùn)動(dòng)偽影，圖像質(zhì)量評(píng)分4分，CT容積劑量指數(shù)（CTDIvol） 4.02mGy ，劑量長(zhǎng)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(gè)月，RR19次 /min ，掃描時(shí)間 2.9s ，膈肌水平運(yùn)動(dòng)偽影略明顯，圖像質(zhì)量評(píng)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 ）

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（收稿日期 2023-06-27）