超低管電壓（70 kVp）結合大螺距掃描技術在兒童胸部CT中的應用

施蔣巍，蘇 凱

（江蘇省蘇州明基醫院影像科，江蘇 蘇州 215011）

胸部MDCT對兒童呼吸性疾病的具有極大的診斷價值[1]。CT的主要缺點是較大的輻射暴露。降低輻射劑量在兒童中尤其重要，因為兒童的器官放射敏感性和來自單獨CT檢查的有效輻射劑量要比成人高[2-5]。據報道[6]，在兒童中使用CT掃描，累積約50 mGy的劑量可能會增加近三倍罹患白血病的風險，而累積約60 mGy的劑量可能會使腦腫瘤的風險加倍。因此，有必要盡可能減少對兒童的醫療輻射暴露（as low as reasonably achievable, ALARA）的概念。

雖然在胸部CT掃描中常用減低管電流-時間乘積來減少輻射劑量[1,7]。但降低管電壓是減少輻射劑量的最直接、最有效的方法[8-9]，特別是目前越來越多的MDCT可以實現70 kVp的管電壓設置，更加適合兒童的檢查。而增大掃描螺距不但可以縮短掃描時間，又可以減少掃描劑量。

本研究的目的是評價超低管電壓（70 kVp）結合大螺距掃描技術對兒童進行胸部CT掃描的輻射劑量和圖像質量。

1 材料和方法

1.1 研究人群 本前瞻性研究得到了我院倫理委員會的批準，并均獲得監護人的書面知情同意。

本研究對2019年7月—2019年12月中30 例連續的兒童進行低劑量CT胸部掃描，管電壓70 kVp，螺距1.3，定義為A組。為了進行輻射劑量和圖像質量的比較分析，從PACS工作站中選擇了2019年1月—2019年6月同一CT機型上以傳統掃描模式管電壓80 kVp及螺距1.1掃描的30 例兒童，定義為B組。本研究所有病例胸部CT的主要臨床使用指征均是獲得性呼吸道疾病。

1.2 CT掃描技術 掃描協議參數（請參見表1）。所有研究均在聯影UCT760 128層螺旋MDCT掃描儀上進行。所有患者均在頭足方向進行掃描。對于不能配合進行屏氣掃描的患者在掃描過程中保持自由呼吸，沒有應用聲音命令進行屏氣控制。掃描完成后分別使用卷積核B50獲得肺窗圖像和卷積核B20獲得縱膈窗圖像，均使用標準的濾波反投影算法，以1.5 mm的層厚重建連續的橫斷位圖像。

表1 兩種掃描方案的掃描參數

1.3 輻射劑量 通過系統自動提供的兩個標準劑量指標[體積CT劑量指數（CTDIvol）和劑量長度乘積（DLP）]獲取患者的輻射劑量并自動將其傳輸至PACS。有效劑量（ED）可以估算如下：ED＝DLP*k，使用DLP方法結合先前發布的年齡依賴性轉換因子k（新生兒，0.039； 1～4 歲，0.026；5～9歲，0.018；10～15 歲，0.013）。

1.4 圖像分析 圖像評估是在PACS工作站（GE公司；中國）上進行的。圖像噪聲和信噪比（SNR）參考Kim等[8]描述的方法，通過測量右肺動脈水平降主動脈的大約1 cm2感興趣區域（ROI）內的CT衰減值/SD來獲得，見圖1。當降主動脈的面積小于1 cm2時，ROI的尺寸適當減小。我們對數據進行兩次測量，并計算平均圖像噪聲和SNR進行評估。在標準縱膈窗設置（寬度：400 HU，中心：40 HU）和肺窗設置（寬度：1 600 HU，中心：－600 HU）下評估肺和縱膈圖像的總體主觀質量。使用5分制來對圖像質量進行分級，其定義為：極好（1級），清晰地描繪解剖結構，無噪音及偽影；良好（2級），解剖結構清晰，有輕微的噪音或偽影；令人滿意的（3級），足夠的圖像質量，中度到中等的噪聲或偽影；不良（4級），嚴重噪聲或偽影，會部分影響診斷準確性；無法診斷（5級），嚴重噪聲和偽影，會嚴重影響診斷準確性。對圖像呼吸運動偽影進行分級，定義為：無呼吸運動偽影（1級）；輕度呼吸運動偽影（≥1層且＜3層）（2級）；中度呼吸運動偽影（≥3層且≤5層）（3級）；嚴重的呼吸運動偽影（＞5層）（4級）。兩位具有5 年經驗的放射科醫生在對掃描方案的情況下對圖像質量進行主觀評分。如果在主觀圖像分析中得分不一致，則由擁有10 年經驗的另一位高年資醫師對相應的圖像進行重新分析并作為最終評分。

圖1 感興趣區域（ROI）放置在右肺動脈水平降主動脈中，平均衰減值（CT值）和標準偏差（SD）為76和20.9，信噪比（SNR）為3.63。

1.5 統計分析 兩組的一般資料數據、輻射劑量和客觀圖像質量方面通過使用獨立樣本t檢驗進行評估。使用非參數方法（Mann-Whitney U檢驗）來分析主觀評價的圖像得分。觀察者之間關于圖像質量等級的一致性通過Kappa統計評估（Kappa＞0.81，極好；Kappa＝0.61～0.80，好；Kappa＝0.41～0.60，中度；Kappa＝0.21～0.40；一般；Kappa＜0.20，略有一致性）。使用統計軟件SPSS 19.0用于統計分析。計量資料表示為平均值±標準差。P＜0.05被認為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 研究人群 A組患者包括男19 例和女11 例，年齡(9.9±2.6)歲，體重(28.4±10.5)kg；B組患者包括男18 例和女12 例，年齡(9.3±2.8)歲，體重(28.7±14.3)kg。兩組年齡和體重之間差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 輻射劑量 A組的平均CTDIvol，DLP和ED16cm為0.52 mGy，12.23 mGy·cm和0.63 mSv，而B組分別為0.86 mGy，16.6 mGy·cm和0.92 mSv。與傳統掃描方案相比，新掃描方案的平均CTDIvol降低了39.5%，DLP降低了26.3%，ED16cm降低了31.5%（P＜0.001），如表2所示。

表2 兩種掃描方案的胸部CT輻射劑量（±s）

表2 兩種掃描方案的胸部CT輻射劑量（±s）

參數 A組（n＝30） B組（n＝30） P CTDIvol（mGy） 0.52±0.003 0.86±0.005 ＜0.001 DLP（mGy·cm） 12.23±1.35 16.60±2.02 ＜0.001 ED16cm（mSv） 0.63±0.11 0.92±0.13 ＜0.001

2.3 客觀圖像質量 與B組相比，A組的平均圖像噪聲明顯更高（23.79 HU vs 18.95 HU；P＝0.002），并且增加了20.3%。A組的平均SNR比B組降低了14.8%（2.35 vs 2.76，P＝0.193）。

2.4 總體主觀圖像質量和呼吸運動偽影 圖2、圖3顯示了2 例患者不同掃描方案中的圖像質量。本研究中，兩組研究者均沒有被評定為5級。兩組的總體主觀圖像質量等級之間差異無統計學意義（Z＝－0.150，P＝0.115）。對于呼吸運動偽影等級，A組的等級明顯低于B組（Z＝－5.282，P＜0.001）。 A組中沒有患者圖像被評估為3級和4級，B組有3 例患者圖像被認為是4級，筆者分析是由于患兒嚴重的緊張引起的呼吸頻率高，導致呼吸偽影顯著增加，圖像質量下降?？陀^及主觀的圖像質量評估見表3。兩位觀察者在主觀圖像評分上的一致性非常好（Kappa＝0.88），在呼吸運動偽影評分上也有很好的一致性（Kappa＝0.76）

表3 兩組掃描方案的客觀評價及主觀評分（±s）

表3 兩組掃描方案的客觀評價及主觀評分（±s）

注：a：運用獨立樣本t檢驗；b：非參數數據運用Wilcoxon signed-rank test。

參數 A組（n＝30）B組（n＝30） P噪聲（HU）a 23.79±5.97 18.95±5.42 0.003 SNRa 2.35±1.12 2.76±1.29 0.211總體主觀評分b 2.00±0.58 2.30±0.74 0.106呼吸運動偽影評分b 1.20±0.40 2.26±0.82 ＜0.001

圖2 70 kVp和大螺距技術掃描的3 歲男孩胸部圖像。圖像顯示兩肺下葉斑塊狀滲出性病變。軸位CT圖像：縱膈（A）和肺窗（B）被評為良好圖像質量。冠狀重建圖像（C）顯示無呼吸運動偽影，肋骨邊緣清晰。

圖3 用80 kVp和常規螺旋掃描成像的3 歲女孩胸部圖像。圖像顯示雙側肺下葉的斑塊狀滲出病變。軸位CT圖像：縱膈（A）和肺窗（B）的圖像質量均令人滿意。冠狀重建圖像（C）顯示中等呼吸運動偽影，肋骨邊緣模糊，兩下肺病變顯示模糊。

3 討論

由于兒童的體型較小，通?？梢栽诒ＷC診斷胸部CT圖像質量的情況下降低管電壓，顯著降低輻射劑量。在大多數兒童中，80～100 kVp的管電壓就能獲得較高質量的圖像，尤其是體重＜45 kg的兒童。近年來，一些研究報告了使用80 kVp[10-11]甚至70 kVp[12]協議掃描兒童。Niemann等[12]的研究顯示，70 kVp管電壓提供的圖像質量與80 kVp可獲得的圖像質量相似。同時，Niemann等的研究中，體重＞15 kg的患者的圖像質量得分明顯低于體重＜15 kg的患者。我們的研究中，隨著兒童體重的增加，圖像的噪音會增加，但并沒有發現由于噪點的增加而影響肺部疾病的診斷。

增大螺距可以縮短掃描時間，降低輻射劑量，提高時間分辨率，減少了兒童因呼吸頻率較快、不能配合屏氣所產呼吸運動偽影。但螺距增大的同時也降低了Z軸分辨率，圖像分辨率降低，這些缺陷可通過減小準直、重疊重建得到一定的克服。Lell等[13]的研究顯示，與傳統的螺距掃描方案相比，大螺距可以以非常低的輻射劑量在兒童CT獲得出色的圖像質量。

我們的結果表明，超低管電壓（70 kVp）結合大螺距掃描技術的輻射劑量與傳統掃描方案相比顯著降低，這符合以往的研究結果。

圖像噪聲是決定圖像質量以進行準確診斷的最重要因素之一[14]。我們的研究表明，盡管A組的平均圖像噪聲比B組增加了20.3%，但兩組之間的SNR差異無統計學意義。盡管兒童患者的體型很小，但我們認為管電壓的降低仍然會導致量子斑點或背景噪聲的增加。

眾所周知，關于圖像的主觀印象在CT診斷工作中至關重要。對于總體主觀評分，新掃描方案可以提供與常規掃描方案相同的可接受圖像質量。對于呼吸運動偽影等級，A組的等級明顯較低，沒有患者被分為3級和4級。值得注意的是，采用新掃描方案組的客觀質量不如標準組，因為較低的管電壓會導致噪聲稍微增加，但這差異很小，無法通過評價者的主觀判斷加以區分。具有高時間分辨率的大螺距螺旋掃描將呼吸運動偽影降低到最低程度。本研究中的胸部掃描指征是后天性呼吸系統疾病，觀察病變主要在肺窗上進行，因此，在我們的研究中，總體主觀質量得分受呼吸運動偽影的影響大于受圖像噪聲和SNR對圖像的影響。

我們的研究有一些不足之處。首先，受到倫理等因素，本研究比較了不同掃描方案的兩組患者的輻射劑量及圖像質量，而不是對同一患者進行兩次前后掃描的。其次，在這項研究中，兩種掃描方案同時改變了管電壓和螺距，因此，如需研究管電壓及螺距兩個因素分別對于輻射劑量和圖像質量的影響，需要更復雜和嚴格的研究設計。最后，在我們的研究中，所有圖像都是基于標準濾波反投影算法獲得的。用70 kVp的迭代重建和大螺距掃描相結合是否可以在較低的輻射劑量下減少圖像的噪音而獲得較好的圖像質量？這值得將來研究。

總之，超低管電壓（70 kVp）結合大螺距掃描技術可以獲得臨床可接受的胸部CT圖像噪聲和較少的呼吸運動偽影，并且顯著降低了輻射劑量，可作為臨床兒童胸部CT掃描的常規技術選擇。