SFOV对成人胸部CT水当量直径的体型特异性剂量估算的影响研究

胡勤勤，张琴，刘曦，张德川，杨荟平，孔丽娜，张昊，李修建

重庆市中医院 放射科，重庆 400021

引言

随着医学影像技术的快速发展，CT检查频次的不断增加，辐射剂量已成为公众关注的热点问题[1-2]。CT扫描主机上可以直接显示辐射剂量数值的有容积剂量指数（Volume CT Dose Index，CTDIvol）和剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP），两者均不能个性化、真实的反应受检者的辐射剂量。水当量直径的体型特异性剂量估算（Water Equivalent Diameter Of Size-Specific Dose Estimates，SSDEWED）是由美国医学物理师协会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）工作组第204号文件提出[3]，它既考虑了不同组织的密度，又考虑了受检者体型。目前SSDEWED未能直接显示于辐射剂量报告中，因此，未能普遍用来评估患者辐射剂量。以往研究大多数都是比较不同体型特异性剂量算法在人体各部位辐射剂量的差异[4-6]，较少有人探讨影响SSDEWED相关因素。因此，本研究将成人受检者的性别、年龄，胸部CT原始数据中间层面的 CT感兴趣区（Region of Interest，ROI）、AROI和扫描野（Scanning Field of View，SFOV）以及辐射剂量报告中的CTDIvol和DLP纳入自变量，探索上述变量与SSDEWED的相关性，以期发现降低辐射剂量的规律，从而为临床指导扫描计划、降低受检者辐射剂量探索理论基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2020年7至8月我院行胸部CT扫描的162例受检者，男性80例，女性82例，年龄27～87岁，平均（58.49±14.03）岁。纳入标准：年龄≥18岁，单部位胸部受检者，检查时双上肢可上举的受检者；排除标准：不能配合或无法完成检查的受检者，多部位受检者，双上肢无法上举的受检者，患者体内有金属异物或体表金属类异物无法去除的受检者。

1.2 检查方法

采用GE Optima CT660扫描仪，受检者取仰卧位，头先进，深吸气后憋气，扫描范围为肺尖至肺底界，扫描条件：管电压120 kV，采用智能mA技术，150～450 mA，螺距0.984：1.375，转速0.5 s/r，准直器宽度0.625×64 mm，矩阵512×512，层厚5 mm，层间隔5 mm，重建层厚0.625 mm，层距0.625 mm。

1.3 数据采集与测量

选取原始扫描序列中间层面横断位图像[5,7]，在横断位图像中勾画包含整个横段面（不包含床板）的ROI，记录ROI的平均CT值（CTROI，HU）及面积（AROI，cm2），并计算每例受检者的水等效直径（Water Equivalent Diameter，WED，cm）及转换因子（fsize·WED），参考AAPM 220号报告[3]计算SSDEWED，如公式(1)～(3)所示，式中a、b值分别为a=3.7，b=0.037。

1.4 统计学分析

采用SPSS 25.0软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示。用Spearman分析性别、年龄、CTROI、AROI、CTDIvol、DLP 和 SFOV与SSDEWED的相关性，然后将与SSDEWED有显著相关的自变量纳入多元回归分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 自变量资料

本研究共纳入受检者162例，男性80例，女性82例，平均年龄（58.49±14.03）岁，临床资料包含性别、年龄，测量和采集数值包含CTROI、AROI、CTDIvol、DLP和SFOV，见表1。

表1 102例受检者自变量资料

2.2 数据采集

选取原始扫描序列中间层面图像，在横断位图像中勾画包含整个横段面（不包含床板）的ROI，记录ROI的平均CT值（CTROI，HU）及面积（AROI，cm2），见图1。

图1 患者，女，61岁影像资料

2.3 因变量SSDEWED与自变量的样本散点图

作散点图可以观察因变量SSDEWED与各自变量间是否有比较好的线性关系。从图2中可以看出SSDEWED与AROI、CTDIvol、DLP和SFOV存在具有比较好的线性关系，与年龄和CTROI存在近似线性关系。

图2 各自变量与SSDEWED的散点图

2.4 各变量与SSDEWED的相关性

用Spearman分析SSDEWED与各变量的相关性。表2给出他们的相关系数r和显著性P值，CTROI与SSDEWED相关性不显著（P>0.05），AROI、CTDIvol、DLP和SFOV与SSDEWED的相关性非常显著（P<0.05）。

表2 SSDEWED与各变量的相关性

2.5 多元回归分析

将与SSDEWED有显著相关的自变量纳入多元回归分析。由于DLP和CTDIvol有高度相关性，容易造成共线性问题，因此DLP和CTDIvol不作为自变量加入多元回归分析。性别、年龄、CTROI、AROI和SFOV对SSDEWED的影响，结果见表3。将表3中P≤0.20的变量纳入多因素逐步回归分析中，SSDEWED与SFOV呈0.06倍正相关，即SFOV增加1 mm，SSDEWED将增加0.06倍，见表4。

表3 多元回归分析

表4 多元逐步回归系数

3 讨论

目前，可以直接从CT扫描主机上获取的个体辐射剂量报告数值的有CTDIvol和DLP。CTDIvol是描述多层螺旋CT在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量，考虑了X线在Z轴方向上层面边缘产生的“尾部区域”，CTDIvol的标准是参考16 cm或32 cm聚甲基丙烯酸甲酯体模的辐射剂量，是设备的输出值，而非受检者实际接受的辐射剂量，其值大小与受检者体型无关[8-9]，并且在临床扫描中，不同的受检者其扫描直径、衰减系数也不同，因此，就某特定个体而言，CTDIvol无法评估其所接受的CT辐射剂量进行评估[10]。DLP是CTDIvol与扫描范围的乘积，反映了在扫描范围内的辐射剂量，CTDIvol相同的受检者因扫描范围不同，而致DLP不同。SSDEWED是AAPM于2011年提出来的[3]，利用有效直径（Effective Diameter，ED）联合CTDIvol来估算基于CT受检者体型特异性的剂量评估，以此来弥补体型对CTDIvol及DLP等的影响。由于胸部绝大部分被空气填充，受检者的ED不包含X线衰减特点，CTDIvol及DLP无法对胸部进行准确剂量评价，且将会低估胸部的吸收剂量[9]。2014年该学会又提出了WED[11]，SSDEWED既考虑了不同组织的密度，又考虑了受检者体型，比SSDE更精确，尤其适用于胸部CT[12]，能够更准确地反映受检者胸部所接受的辐射剂量[7]。因此，本研究采用SSDEWED作为胸部辐射剂量的估算方法。

本研究中，虽然散点图发现了SSDEWED与AROI、CTDIvol、DLP和SFOV的线性关系，但Spearman相关性表明 SSDEWED与 AROI、CTDIvol、DLP和 SFOV 有显著差异（P<0.05），与CTROI无显著相关性（P>0.05），其原因在于，CTROI测量的是原始数据中间层面的ROI平均CT值，该层面虽然包含了高密度的骨骼和中等密度的心脏、主动脉、肺等组织，但是整个胸腔被量的气体充盈，在测量的162例被检者中，其CT值范围在-333.8～-250，其平均CT值为-289.7，在WED的计算式中（公式①），该CT值被减少1000倍，导致了CT值的差异不足以影响WED；在SSDEWED的计算式中（公式③），CTDIvol与SSDEWED是呈正线性关系的，而DLP是扫描长度与CTDIvol的乘积，反映了在整个容积长度内的辐射剂量，他们有密切的相关性，也导致了DLP与SSDEWED有显著相关；本研究中的AROI表示的是横截位中勾画的ROI面积，当受检者的胸部横截面的体积增大时，为了使扫描目标包括完整的整个胸廓，在制定扫描计划时就会相应的增加SFOV，在临床实践中，也有研究表明双定位像比单定位像更可以精准调节SFOV中心和大小，利用双定位像调节SFOV，可以明显降低胸部CT辐射剂量像[13-14]，以往研究也发现缩小SFOV会降低患者辐射剂量，本研究不但发现了SFOV会影响胸部CT辐射剂量，还进一步发现了SFOV与SSDEWED有高度相关性，且成0.06倍正相关。因此精准调节SFOV可以降低成人受检者胸部CT辐射剂量。

在放射生物剂量学中，个体对电离辐射反应的差异是影响估算生物剂量是否准确的关键性因素[15]，研究表明，基因表达的个体差异性的主要因素是年龄、性别、是否吸烟、生活方式和炎症反应等[16]。有研究表明[17]，在离体照射时，男性外周血中大多数基因的mRNA相对表达水平要低于女性，表明男性对辐射的敏感性要低于女性；影响年龄最大的基因表达是FDXR基因，Kajimura等[18]通过对229名日本原爆人群的相关基因mRNA和双着丝粒细胞数表达水平的聚类分析时发现，上述二者均表现为随着年龄增加而减少的趋势，研究提示受照者的年龄可能影响辐射诱导的基因表达水平变化。本研究也从宏观层面上证明了SSDEWED与受检者的年龄有近似的线性关系，同时，相关性分析表明SSDEWED与性别和年龄有非常显著的相关性（P<0.05）。

本研究的不足之处：① 样本量较少，只有162例；② 只计算了中间层面的fsize·WED，没有计算每一层面的fsize·WED，取其平均fsize·WED值 ；③ 受检者的其他个体变量没有纳入自变量，如身高、体重等，上述局限将是下一步研究重点。

综上所述，SFOV对成人胸部CT的SSDEWED影响较大，且成0.06倍正线性关系，在临床扫描中，根据此结论，临床扫描时精准调节SFOV可以降低成人受检者胸部CT辐射剂量。