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人们已经认识到电离辐射是导致肿瘤的潜在风险之一，在特定辐射剂量下，儿童患肿瘤的风险高于成人，因为儿童对电离辐射更敏感且具有更长的生命周期[1]。研究表明，儿童所受辐射剂量累计超过50 mGy，患白血病的风险就会增加三倍，累计超过60 mGy，患脑肿瘤的风险也会增加三倍[2]。为了降低电离辐射风险，同时得到准确的临床诊断，CT检查前必须认真评估其风险和必要性，若必须执行CT检查，应考虑低剂量参数CT扫描。优化CT扫描序列，调整CT扫描参数，增添自动调节技术和使用迭代重建算法都有利于减少电离辐射[3]，同时辐射剂量的准确评估也逐渐成为人们关注的热点。

近年来，传统的滤波反投影重建技术（Filtered Back Projection，FBP）在提高图像分辨力和降低辐射剂量等方面遭遇到了瓶颈，因此，迭代重建技术应运而生，它运用计算机处理结合管电压、管电流修正技术来降低辐射剂量并减少伪影，从而得到高分辨力的图像[4-5]。低剂量扫描iDose重建技术相对于常规剂量FBP重建技术在不损害图像质量的情况下能大量的降低成人胸部CT检查的辐射剂量[6]，然而，少有关于iDose重建技术在肥胖儿童方面的报道，更少有关于儿童体重或者体质量指数（Body Mass Index，BMI）对图像质量影响的报道。目前，常用来评估患儿辐射剂量的参数最要有容积CT剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）及剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP），他们主要是CT机在特定体模条件下的输出剂量，没有考虑到患者的体型对所受剂量的影响，体型特异性剂量评估（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）考虑到患儿的体型因素，并对其辐射剂量参数依据体型进行修正。因此，本次研究旨在探讨iDose4技术对正常体重及超重患儿的胸部CT检查的辐射剂量和图像质量的影响并找出能更加准确评估该群体所受辐射剂量的参数。

1 材料与方法

1.1 临床资料

本研究通过南京医科大学附属儿童医院伦理委员会审核批准后进行。前瞻性地选取2017年5月至2018年5月由我院临床医生开具胸部CT查申请单的0岁到16岁的患儿160例，A组110人，B组50人。检查前记录患儿的身高、体重及BMI值。BMI值超过该年龄BMI值的第85百分位认为该患儿超重[7]。

1.2 扫描技术及辐射剂量的测量

使用飞利浦128iCT进行数据采集，CT扫描参数：FOV 200 mm×200 mm，准直宽度128 mm×0.625 mm，螺距0.925，球管旋转时间0.29 s/周，重组图像层厚3 mm，层间距2 mm，扫描范围从胸廓入口到肋膈角。A组病人采用低剂量扫描参数，其中体重超过40 kg的患儿管电压100 kV，低于40 kg的患儿80 kV，均使用自动管电流调节技术（20～100 mA），所采集数据使用iDose4算法进行数据重建。B组患儿采用常规的CT扫描参数，超过40 kg的患儿120 kV，低于40 kg的患儿100 kV，均采用参考管电流为100 mA的剂量调整技术，采集数据使用FBP算法进行数据重建。记录患儿的CTDIvol和DLP。计算患儿的SSDE[8]：在气管隆突层面CT图像上测量患儿胸廓的前后径（AP）和左右径（LAT），并计算其有效直径（ED），依据ED对应的转换因子fsize得到SSDE[9]。计算公式如下：ED=(AP×LAT)1/2，SSDE=fsize×CTDIvol。有效辐射剂量（ED*）根据公式ED*=K×DLP计算，K为转换因子[10]。

1.3 图像质量的客观评价

在同一PACS工作站上我们选取气管隆突层面降主动脉区、左侧椎旁肌肉区30～50 mm2为感兴趣区，并测量该区域的CT（HU）值和标准差（SD），SD值为图像噪声值，SNR（信噪比）=HU/SD。为了得到准确的测量结果，所选区域尽量只包含均一的组织，避免外来组织的干扰[11]。

1.4 图像质量的主观评价

所得胸部CT图像分别请放射科副主任医师1名和放射科主管技师1名为观察者，根据图像的噪声、锐利度、伪影、诊断可接受性进行打分，打分时同一病人分别显示肺窗和纵膈窗。图像噪声打分：4分表示噪声很少或没有噪声；3分表示图像噪声量一般；2分表示图像噪声量较多，勉强可接受；1分表示图像大量噪声，不可接受。图像锐利度打分：4分表示图像锐利度很好；3分表示图像锐利度一般；2分表示图像锐利度较差，勉强接受；1分表示图像锐利度很差，不可接受。图像伪影打分：4分表示伪影较少或没有伪影；3分表示伪影量一般；2分表示伪影较多，勉强可以接受；1分表示大量伪影，不可接受。诊断可接受性打分：4分表示优秀；3分表示一般；2分表示较差，勉强接受；1分表示完全不能接受，得分均≥2分认为满足诊断要求[12]。

1.5 统计学分析

所得数据采用SPSS 18数据分析软件进行分析。两组病人的身高、体重、BMI、ED、辐射剂量、图像噪声采用独立样本t检验进行分析；患儿性别采用卡方检验进行分析；组内SSDE与CTDIvol采用配对t检验进行分析；P＜0.05表示数据差异有统计学意义。图像质量的主观评价采用秩和检验（Kruskal Wallis检验）进行分析，同组不同观察者间打分的一致性采用kappa检验进行分析，k≤0.2为一致性差，0.2＜k≤0.4为一致性一般，0.4＜k≤0.6为一致性中等，0.6＜k≤0.8为一致性较强，0.8＜k≤1.0为一致性强。

2 结果

2.1 人口统计学资料对比

两组患儿在身高、体重、性别、BMI、ED间的差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。

2.2 所有患儿辐射剂量

所得数据经分析后显示，两组患儿的辐射剂量差异有统计学意义。A组患儿的平均有效剂量（2.0 mSv）较B组患儿（4.7 mSv）降低57.4%（P＜0.001）；A组正常体重患儿平均有效剂量（1.7 mSv）较B组（4.1 mSv）降低58.5%（P＜0.001）；A组超重患儿的平均有效剂量（3.2 mSv）较B组（7.6 mSv）降低 57.9%（P＜0.001）。A 组患儿的平均SSDE（5.6 mGy）较B组（13.6 mGy）患儿降低58.8%（P＜0.001）；A组正常体重患儿平均SSDE（4.9 mGy）较B组（12.5 mGy）降低60.8%（P＜0.001）；A组超重患儿平均SSDE（8.4 mGy）较B组（23.2 mGy）降低60.4%（P＜0.001），见表2。

2.3 A组患儿的辐射剂量指数按年龄进行分析

各组患儿在人数和性别差异无统计学意义（P=0.924）。0～7 岁患儿 SSDE 比 CTDIvol高 84.5%（P＜0.001），8～12 岁患儿SSDE 比 CTDIvol高 43.2%（P＜0.001），13～16岁患儿SSDE与CTDIvol差异无统计学意义（P=0.62），见表3。

2.4 对A组13-16岁患儿辐射剂量指数进行分析

正常体重患儿SSDE比CTDIvol高16.9%（P=0.025），超重患儿SSDE比CTDIvol低15.5%（P=0.013），患儿的体重和ED差异有统计学意义，见表4、表5。

2.5 图像质量客观评价

A、B两组患儿图像（图1）主动脉区所测得平均噪声分别为18.1±4.6和18.3±6.5，但是差异没有统计学意义（P＞0.05）；信噪比分别为3.02±0.46和2.55±0.32，差异有统计学意义（P＜0.05）。A组患儿椎旁肌肉区测得的平均噪声（21.6±4.8）高于B组患儿（20.1±4.7），差异没有统计学意义（P＞0.05）；信噪比分别为 2.81±0.42和 2.43±0.19，差异有统计学意义（P＜0.05）。A组超重患儿椎旁肌肉区及主动脉区平均噪声均高于A组正常体重患儿，信噪比低于正常体重患儿，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

2.6 图像质量的主观评价

A、B两组患儿噪声差异无统计学意义，伪影、锐利度和诊断可接受度A组患儿得分高于B组患儿，但两组评分均≥2分，满足诊断需求，见表6。观察者间噪声、伪影、锐利度和诊断可接受度评分一致性中等（k分别为0.51，0.49，0.53，0.35）。

3 讨论

本研究通过分析比较A、B两组患儿胸部CT检查的ED*和SSDE，表明A组患儿辐射剂量低于B组。此前有报到称迭代重建算法能减少27%～35%的成人胸部CT检查时的辐射剂量，且保证了图像质量不受影响[13-14]，这与本研究相符。iDose4重建属于迭代重建算法，它是在投影空间和图像空间进行基于双模型（噪声模型、解剖模型）的迭代运算，其中噪声模型主要用来提高图像质量，解剖模型主要用来提高重建速度；该算法能消除低光子伪影，大幅度提高重建图像的空间分辨率及密度分辨率，最大限度降低图像噪声[15-16]。因此，iDose4能很好地弥补降低管电流所带来的一系列负面影响。这也是本研究选择iDose4进行图像重建的原因。本研究中A、B两组患儿的客观噪声值差异虽然不大，但信噪比差异较大，且图像的锐利度诊断可接受度等方面A组患儿高于B组，且A组患儿的辐射剂量比B组降低57%，说明低剂量参数结合iDose4算法不仅提高图像的锐利度和诊断可接受度改善图像质量，还能降低患儿的辐射剂量，这与Yoon等[17]的报道相一致。

近年来肥胖患儿数量逐年递增，因此本研究同时也分析了超重患儿的辐射剂量和图像质量，本研究发现A组肥胖患儿椎旁肌肉兴趣区的噪声值高于B组肥胖患儿，这可能是由于辐射剂量的降低引起的椎体区线束硬化效应引起的，今后我们会针对这一现象进行进一步分析，找出原因。

CTDIvol为CT设备在16 cm或32 cm标准体模下的输出剂量，常用来评价不同设备或机型的输出剂量，而每个患儿的体型与标准体模差异很大，因此用CTDIvol评估患儿受到的辐射剂量并不准确。为了准确评估患儿受到的辐射剂量，美国医学物理学协会通过对体模研究提出使用SSDE作为评估患儿受到的辐射剂量参数（第204号报告[9]），报告指出体模受到的辐射剂量不仅与设备输出剂量有关还与体模体型有关，因而SSDE能更准确地评估体模的辐射剂量，前期临床研究证实，在成人的应用中SSDE更能准确评估患者的辐射剂量[18]。本研究通过临床数据对第204号报告的结论在正常体重和超重儿童胸部CT的应用进行了验证。通过分析A组不同年龄段患儿的SSDE与CTDIvol发现，0～7岁和8～12岁患儿的SSDE均高于CTDIvol而13～16岁的患儿的SSDE与CTDIvol相差不大，分析原因可能是因为CTDIvol是在32 cm标准体模下的输出剂量，而0～7岁和8～12岁患儿的平均有效直径分别为19.6 cm和28.9 cm，均小于标准体模[14]，因而CTDIvol低估了患儿的辐射剂量，13～16岁患儿的平均有效直径为33.1 cm，与标准体模相近，因而SSDE与CTDIvol相差不大。对13～16岁正常体重和超重患儿进行分析发现，正常体重患儿SSDE比CTDIvol高16.9%，超重患儿SSDE比CTDIvol低15.5%，说明CTDIvol高估了超重患儿的辐射剂量，低估了正常体重患儿的辐射剂量，正常体重和超重患儿的平均有效直径分别为30.9 cm和39.6 cm，这可能就是出现上述差异的原因，这与前期的临床研究相一致[19]。

综上可以得出如下结论：① 不论超重患儿还是正常体重患儿胸部CT检查时使用低剂量扫描参数iDose4数据重建算法，在满足诊断要求的前提下，能降低患儿的辐射剂量；② SSDE能精确评估不同体型患儿的辐射剂量。本研究的不足之处在于超重患儿的样本量较少，因此对有些结论无法深入进一步分析。本研究的2位观察者在图像噪声、锐利度、伪影和诊断可接受性等方面的打分不尽一致，这可能是因为观察者的主观因素和个人对图像的偏好等有关。尽管存在上述问题，但是我们的研究已经初步判断低剂量参数iDose4重建算法的优越性，在今后的临床工作中我们会更广泛的应用并进行更细化更深入的研究。

[1] Brenner DJ,Hall EJ.Computed tomography-an increasing source of radiation exposure[J].N Engl J Med,2007,357(22):2277-2284.

[2] Pearce MS,Salotti JA,Little MP,et al.Radiation expose from CT scans in childhood and subsequent risk of leukaemia and brain tumors:A retrospective cohort study[J].Lancet,2012,380(9840):499-505.

[3] Zacharias C,Alessio AM,Otto PK,et al.Pediatric CT: Strategies to lower radiation dose[J].AJR Am J Roentgenol,2013,200(5):950-956.

[4] Kalar MK,Maher MM,Sahani DV,et al.Low-dose CT of the abdomen: Evaluation of image improvement with use of noise reduction fi lters pilot study[J].Radiology,2003,228(1):251-256.

[5] 张宇,李松柏.应用iDose4迭代重建技术低剂量鼻窦CT图像质量评价[J].影响诊断与介入放射学,2015,24(3):225-230.

[6] 袁灼彬,郑晓林,邹玉坚,等.迭代重建技术在CT腹部低剂量扫描应用的可行性研究[J].临床放射学杂志,2016,35(2):130-135.

[7] Moon JS,Lee SY,Nam CM,et al.2007 Korean national growth charts: Review of developmental process and an outlook[J].Korean J Pediatr,2008,51(1):1-25.

[8] Larson DB,Wang LL,Podberesky DJ,et al.System for verifiable CT radiation dose optimization based on image quality. Part I.Optimization model[J].Radiology,2013,269(1):167-176.

[9] Boone JM,Strauss KJ,Code DD.Report of AAPM TG 204: Size specific dose estimates (SSDE) in pediatric and adult body CT examinations[J].Med Phys,2012,39(7):4613-4614.

[10] Hausleiter J,Meyer TS,Martuscelli E,et al.Image quality and radiation exposure with prospectively ECG-triggered axial scanning for coronary CT angiography: The multicenter,multivendor, randomized protection-III study[J].JACC Cardiovasc Imaging,2012,5(5):484-493.

[11] 杨斌,赵卫,雷静,等.智能最佳kV技术联合SAFIRE迭代重建在体检人群胸部CT检查中的图像质量评估[J].实用放射学杂志,2014,30(1):138-142.

[12] 康绍磊,曾宪春,段慧,等.Safire技术提高胸部CT平扫图像质量的价值[J].临床放射学杂志,2013,32(9):1343-1346.

[13] Singh S,Kalra MK,Gilman MD,et al.Adaptive statistical iterative reconstruction technique for radiation dose reduction in chest CT: A pilot study[J].Radiology,2011,259(2):565-573.

[14] Pontana F,Duhamel A,Pagniez J,et al.Chest computed tomography using iterative reconstruction vs filter back projection: Image quality of low-dose CT examinations in 80 patients[J].Eur Radiol,2011,21(3):636-643.

[15] Yuki H,Utsunomiya D,Funama Y,et al.Value of knowledgebased iterative model reconstruction in low-kV 256-slice coronary CT angiography[J].J Cardiovasc Comout Tomogr,2014,8(2):115-123.

[16] Smith EA,Dillman JR,Goodsitt MM,et al.Model-based iterative reconstruction: Effect on patient radiation dose and image quality in pediatric body CT[J].Radiology,2014,270(2):526-534.

[17] Yoon H,Kim MJ,Yoon CS,et al.Radiation dose and image quality in pediatric chest CT: Effects of iterative reconstruction in normal weight and overweight children[J].Pediatr Radiol,2015,45(3):337-344.

[18] 袁肖娜,高知玲,马文东,等.对比分析容积CT剂量指数与体型特异性的剂量评估在估算腹部CT扫描辐射剂量中的差异[J].中华放射医学与防护杂志,2016,36(1):74-77.

[19] 田忠甫,唐立钧,高峰,等.常规辐射剂量评估参数与体型特异性剂量评估在估算儿童心脏CT扫描辐射剂量的差异[J].临床放射学杂志,2017,36(12):1854-1857.

iDose4迭代重建在超重及正常体重患儿胸部CT检查中的应用及其剂量参数评价

引言