儿童腹盆部CT辐射剂量指标的比较及回归方程的建立与分析

张见，张晓军

南京医科大学附属儿童医院 放射科，江苏 南京 210000

引言

CT 检查凭借其成像速度快、分辨率高及多角度重建等优点[1]，在儿童疾病诊断中起重要作用，但其同时具有对人体组织造成放射危害的缺点[2]。近年来，CT装机量大幅度增加，其检查人次随之迅速增加[3]，医疗辐射亦受到更多关注，特别是低年龄段群体。低年龄段群体是一类特殊的群体，其器官及组织的细胞处于快速生长分裂期，过多的辐射会增加诱发癌症的风险，且预期生存时间较成人更长，因此，其辐射危害较成年更为严重[4]。有研究表明，晚年白血病和脑肿瘤的发病率与儿童时期接触CT 辐射高度相关，对儿童辐射剂量的控制更为重要[5-7]。在图像满足诊断的前提下尽可能优化辐射剂量是儿童CT 检查的重点，如何准确衡量及控制辐射剂量始终是从业者关注的问题[8-9]。为了优化成像方案，检测和预防过度辐射暴露风险，两种辐射剂量指数：容积CT 剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和基于水当量直径（Water Equivalent Diameter，WED）的体型特异性剂量估算值（Size-Specific Dose Estimate，SSDE），即SSDEWED，常用于辐射剂量管理[10-11]，SSDEWED在计算过程中综合了成像部位大小及组织对X 线的衰减情况，因此，SSDEWED取决于成像参数和成像对象的大小及组织结构特点，SSDEWED较CTDIvol更能准确衡量辐射剂量[12-17]。本研究回顾性分析儿童腹盆部CT 影像学资料，比较CTDIvol与SSDEWED的差异并通过分析年龄与CTDIvol、SSDEWED的相关性以探讨其预估辐射剂量的可行性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2021 年1—12 月812 例于我院行腹盆部CT平扫患儿的影像学资料，年龄从1 个月至15 岁不等，中位数年龄6.20岁。按照年龄将患儿分为A（年龄≤1 岁）、B（1＜年龄≤5 岁）、C（5＜年龄≤10 岁）及D（10＜年龄≤15 岁）等4 组，每组患儿数量分别为61、265、258、211、17 例，中位数年龄分别为：0.50、2.70、7.25、12.20 岁。纳入标准：① 检查体位标准，无特殊诊断要求；② 无影响测量值准确性因素（如身体轴线与床轴线成一定角度、身体冠状面非平行于床面、偏中心扫描等）及检查部位无金属异物、高密度对比剂影；③ 检查部位形状无明显变形，无明显缺损，体表无巨大占位性包块；④ 体质指数位于超重临界点以内[18]。排除标准：① 骨质因其他病变导致密度异常增加；② 数据测量层面有钙化灶或密度异常的实性占位；③ 横断面腹部外形有明显异变。纳入本研究的所有患儿图像均满足诊断要求，符合研究要求。本研究经本院伦理委员会批准（批准文号：201908224-1）。

1.2 检查条件

检查设备使用Philis Brilliance 128 iCT（飞利浦医疗，荷兰）。检查参数：管电压根据年龄的不同采用80～120 kVp，管电流采用自动管电流曝光控制技术，剂量指数（Dose Right Index，DRI）设置为18～20，螺距0.914；球管旋转速度：0.33 s/r ；矩阵：512×512；探测器：128×0.625 mm，扫描层厚及层间距皆为5 mm。腹盆部正侧位像定位扫描，范围为膈顶至耻骨联合。

1.3 辐射剂量指数及体型参数的测量

辐射剂量指数测量：记录年龄及扫描结束后CT机器自动生成的CTDIvol（基于32 cm 标准体模）。SSDEWED计算方法采取AAPM 220 报告报道的方法：选取扫描部位图像最中间层面手动勾画包含所有解剖结构的多曲线感兴趣区（Region of Interest，ROI），记录ROI 面积（Area of ROI，AROI）和平均CT 值（CTROI），依据上述数据计算WED 及转换因子（fH32），并依据上述数据计算SSDEWED。具体计算方式如公式（1）～（3）所示[10]，数据测量方法如图1 所示。

图1 AROI及CTROI测量方法示意图

式中，a 取值为3.704；b 取值为0.037；WED 为水当量直径；fH32为转换因子；SSDEWED为基于水当量直径的体型特异性剂量估算值；CTDIvol为容积CT剂量指数。

1.4 统计学分析

采用SPSS 20.0 统计学软件进行统计学分析。正态资料采用±s表示，偏态数据采用M[P25，P75]表示。CTDIvol与SSDEWED间差异采用配对样本t检验。使用Pearson 分析SSDEWED、CTDIvol与年龄间相关性并建立回归方程；使用Bland-Altman 图及组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）分析其一致性，ICC＞0.75 为一致性较强。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 辐射剂量指数间差异

812 例患儿行腹盆部CT 检查，其CTDIvol为（2.90±1.20）mGy，SSDEWED为（5.64±1.90）mGy，二者间差异有统计学意义（t=-130.50，P＜0.001），CTDIvol较SSDEWED低48.58%。各组具体差异如表1所示。

表1 分组内CTDIvol与SSDEWED间差异（±s，mGy）

表1 分组内CTDIvol与SSDEWED间差异（±s，mGy）

注：CTDIvol：容积CT剂量指数；SSDEWED：基于水当量直径的体型特异性剂量估算值。

分组A组B组C组D组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与年龄间相关性检验及回归方程

CTDIvol、SSDEWED与年龄均具有较强的相关性（r=0.87、0.82，P＜0.001），CTDIvol、SSDEWED均随着年龄的增加而增加，其回归方程分别为：CTDIvol=1.57 exp（0.079x）（x=年龄，r=0.81）；SSDEWED=3.74 exp（0.054x）（x=年龄，r=0.71），CTDIvol、SSDEWED与年龄回归图如图2～3 所示。

图2 CTDIvol与年龄回归图

图3 SSDEWED与年龄回归图

2.3 回归方程的一致性检验

实测值与计算值的差异比较：实测CTDIvol值为（2.90±1.20）mGy，计算CTDIvol值为（2.91±1.05）mGy，二者间差异无统计学意义（t=0.97，P=0.33）；实测SSDEWED值为（5.64±1.70）mGy，计算SSDEWED值为（5.58±1.35）mGy，二者间差异亦无统计学意义（t=1.83，P=0.07）。将实测值与计算值平均数（CTDIaverage、SSDEaverage）作为横轴，实测值与计算值差值与平均值百分比（Ratio）作为纵轴绘制Bland-Altman图。基于年龄的CTDIvol计算值与实测值具有强相关性（ICC=0.88），96.55%在一致性界限内（784/812）；基于年龄的SSDEWED计算值与实测值也具有强相关性（ICC=0.81），98.15%在一致性界限内（797/812），见图4～5。

图4 计算与实测CTDIvol值的Bland-Altman图

图5 计算与实测SSDEWED值的Bland-Altman图

3 讨论与结论

在辐射剂量衡量方面，目前最常用的是CTDIvol。CTDIvol是CT 设备的输出辐射剂量，其大小主要与扫描参数相关，且其测量结果是基于16 cm 或32 cm 标准体模，而人体组织结构及体径与体模存在一定的差距[19]，特别是婴幼儿及儿童患者，因此，其对辐射剂量的衡量并不准确。为了进一步衡量CT 辐射，AAPM 提出的SSDEWED更能准确反映受检者辐射剂量。SSDEWED是由CTDIvol和fH32相乘而得，fH32在计算过程中加入了反映受检部位对X 线衰减大小的CTROI及受检部位大小的AROI，其兼顾了扫描参数和检查部位两方面对辐射的影响，因而其对辐射的衡量更为准确[20]。影响受检者辐射剂量最主要的因素为管电压及管电流[21]。辐射剂量与管电压平方及管电流成正比，管电压越大，穿过检查部位的光量子数越多，图像空间分辨率越高，低管电压将增大身体组织的CT 值，而高管电压将减小其CT 值；管电流越大，到达探测器的光量子数亦越多，图像密度分辨率越大。在实际工作中，根据患儿年龄及体型选择适当的管电压已成为影像工作者的主要依据，本研究年龄＜5 岁儿童使用80 kVp 管电压，5 ≤年龄＜10 岁使用100 kVp，年龄≥10 岁则为120 kVp。对于管电流则采用自动曝光控制（Automatic Exposure Control，AEC）技术，AEC 技术可根据检查部位的不同及扫描定位像尺寸计算出最合适的管电流[22]。本文通过儿童腹盆CT 检查，探讨辐射剂量指标与年龄的相关性并建立回归方程，分析检查前预估其辐射剂量的可行性。

本研究结果表明：腹盆部CT 检查CTDIvol与SSDEWED间差异有统计学意义，CTDIvol较SSDEWED低48.58 %，CTDIvol相较于SSDEWED严重低估患儿辐射剂量，且患儿年龄越小低估程度越大，该结果与以往文献研究一致[23]。腹部CTDIvol的测量采用32 cm 标准体模，婴幼儿腹部体径与标准体模差距较大，且婴幼儿肠腔含气量及组织含水量均较儿童多，因而其CTROI较小导致fH32增大是造成CTDIvol低估辐射程度大的主要原因。随着年龄的增加其体型亦增加，有效直径逐渐接近于标准体模，因而CTDIvol逐渐接近于SSDEWED，但CTDIvol仍然低估其辐射剂量。

本研究管电流调制采用DRI 技术，其作用与AEC等同。DRI 技术可以通过x、y、z及时间轴四维实时分析检查部位信息，轴向剂量调制功能在肝脏及骨盆等高衰减区域增加管电流，在腹中部组织密度较低的低衰减区域减少管电流，从而实现横断面图像管电流的自动调制，该功能可在满足图像诊断的同时，显著降低受检者辐射剂量[24]。使用DRI 技术条件，在相同管电压下，其管电流大小与检查层面的组织特点及体型参数密切相关，因而其辐射剂量的大小也与体型有较为密切的关系，儿童体型与年龄呈正比。在管电压相同的前提下，管电流大小与检查部位厚度及组织密度有关。检查部位厚度越大，组织密度越高，管电流愈大，辐射剂量指标愈高[25]。本研究结果亦证实，在辐射剂量指标与年龄相关性方面，CTDIvol、SSDEWED与年龄间均有较强的相关性，这表明可以通过建立年龄与辐射剂量指标间回归方程在检查前预估患儿的辐射剂量。在回归方程的一致性检验上，本研究使用Bland-Altman 图评价根据不同变量计算辐射剂量指标的一致性，该方法同时考虑随机误差及系统误差对一致性的影响，同时可结合实际专业进行判断，具有一定的优势[26]。本研究结果显示：CTDIvol、SSDEWED与年龄间有着较强的相关性（r=0.81、0.71）；CTDIvol、SSDEWED与年龄亦有较强的一致性（ICC=0.88、0.82），CTDIvol与年龄相关性及一致性均优于SSDEWED。从Bland-Altman 图中可以看出：分别有96.55%、98.15%的散点分布在一致性界限内，说明根据回归方程预计算CTDIvol及SSDEWED具有较强的准确性。

本研究也存在以下局限性：① 所有数据基于同一台CT 设备得出，其回归方程未在其他设备上验证；② 在扫描参数的应用上，不同的影像技师有不同的参数使用习惯，在管电压的使用上对于临界年龄段其管电压可能会有差别；③ SSDEWED的数据为手动测量，在最终结果上存在一定的误差。

综上所述，通过对幼儿腹盆部CT 辐射剂量的分析，CTDIvol相较于SSDEWED对辐射剂量存在低估，必须正确认识辐射剂量衡量指标。将年龄作为连续变量建立与CTDIvol、SSDEWED间的回归方程，可以在检查前预估其辐射剂量，有效减轻患儿家长对辐射危害的焦虑心理，有利于检查工作的顺利展开及对辐射剂量的管控。本文提出的预计算CTDIvol、SSDEWED的回归方程亦有助于医疗机构儿童腹盆部CT 标准剂量指数及诊断参考剂量的建立和应用。