宽体探测器轴扫描联合器官剂量调制技术在学龄前儿童胸部CT扫描中的应用

翟艳慧，杨晨晓，牛丹丹，张敏，周涛，李莹，王君鑫，贾守强

济南市人民医院（山东第一医科大学附属人民医院）影像科，山东 济南 271100；*通信作者 贾守强 jshqlw@163.com

为避免产生呼吸运动伪影，需要在患者处于屏气状态下完成胸部CT检查。在探测器宽度为4 cm的常规CT设备上，由于轴扫描单位时间内的扫描速度慢，多数患者在一次屏气时间内不能完成检查，使图像容易出现呼吸运动伪影，并且轴扫描所获得的数据不能满足后期重建的需求[1-2]，胸部CT检查通常采用螺旋扫描。目前，GE Revolution CT具有16 cm高清探测器，转速为0.28 s/转，学龄前儿童胸部CT检查可以采用容积轴扫，并且不需要患者配合屏气。对学龄前儿童进行CT扫描需要重点关注辐射剂量，扫描要在辐射剂量系统性优化的基础上，进一步对敏感器官进行屏蔽防护。胸腺及乳腺是对射线特别敏感的器官，器官剂量调制技术可以降低敏感部位的辐射剂量。与相同设备的螺旋扫描相比，宽体探测器轴扫描的辐射剂量和图像质量相关研究较少。本研究采用宽体探测器轴扫描联合器官剂量调制（organ dose modulation，ODM）技术对学龄前儿童胸部成像，对不同扫描模式的图像质量和辐射剂量进行比较，寻求更适合学龄前儿童胸部CT检查的扫描方式。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集2018年8月—2020年12月济南市人民医院儿科因发热、咳嗽、咳痰就诊，并行胸部CT检查的学龄前患儿150例，其中男77例，女73例，年龄3～6岁，按照随机数字表法分为A、B、C组，每组各50例。所有患儿在CT检查前均取得家长知情同意，本研究经济南市人民医院伦理委员会批准（2020kylx-43）。

1.2 仪器与方法 所有患儿均应用GE Revolution CT进行胸部扫描，取仰卧位，双手臂上举，在平静呼吸下完成，对于不合作的患儿，在熟睡状态下进行扫描。扫描范围自胸廓入口至膈肌水平。扫描模式：A组螺旋扫描；B组轴扫描；C组轴扫描并打开ODM技术，ODM区域设为与胸部扫描范围一致。扫描参数：螺旋扫描采用4 cm探测器，螺距0.984∶1；轴扫描采用16 cm探测器，两种扫描模式均采用管电压100 kVp，自动管电流设置范围10～600 mA，转速0.28 s，噪声指数（noise index，NI）为12，扫描层厚5 mm。

1.3 图像质量分析

1.3.1 客观评价 在层厚为5 mm CT轴位纵隔窗图像的主动脉弓区及气管隆突下层面的升主动脉、降主动脉区分别放置面积均为30 mm2的圆形感兴趣区，记录噪声（SD）值，取其平均值作为每例患儿图像的SD值。

1.3.2 主观评价 采用GE AW4.6后处理工作站，将图像中患儿的基本信息和扫描参数隐藏并打乱先后顺序。由2名影像科诊断经验丰富的高年资主治医师采用双盲法分别对各组的肺窗（窗宽1 500 Hu，窗位−500 Hu）和纵隔窗（窗宽400 Hu，窗位40 Hu）图像质量进行评价。主观评价的基础肺窗主要为肺纹理清晰度、气管及肺裂的显示，纵隔窗主要为纵隔大血管、气管、食管及胸壁结构锐利度、对比度及噪声程度。两者均采用5分制进行评分，1分为图像质量极差（组织结构细节显示模糊，噪声极大），完全不能满足临床诊断要求；2分为图像质量差（组织结构细节显示欠清，噪声大），不能完全满足临床诊断要求；3分为图像质量中等（组织结构细节显示尚清，噪声较小），基本可以满足临床诊断要求；4分为图像质量良好（组织结构细节显示较清楚，噪声小），可以满足临床诊断要求；5分为图像质量优（组织结构细节显示清晰，噪声极小），完全满足临床诊断要求；评分≥3分为符合诊断标准，图像可用于临床诊断[3]。

1.4 辐射剂量 记录每例患儿检查的剂量长度乘积（dose length product，DLP），DLP能反映1次扫描的总剂量，可以更好地评价辐射危害程度[4]。

1.5 统计学方法 应用SPSS 20.0软件，计量资料以±s表示，3组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；计数资料以例数表示，3组间比较采用χ2检验；图像质量主观评分采用非参数检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料分析 3组患儿性别、年龄、BMI比较，差异均无统计学意义（P均>0.05），见表l。

表1 3组患儿一般资料比较

2.2 辐射剂量和客观图像质量比较 A、B、C组DLP差异有统计学意义（F=47.836，P<0.001）；A组与B组、B组与C组比较，差异均有统计学意义（t=−6.793、2.231，P均<0.05）；3组SD值差异无统计学意义（F=0.262，P=0.770），见表2。

表2 3组患儿DLP、SD值比较（±s）

表2 3组患儿DLP、SD值比较（±s）

注：DLP为剂量长度乘积，SD为噪声；a与B组比较，P<0.05

组别例数DLP（mGy·cm）SD A组 50 27.26±5.50a 11.06±1.71 10.78±1.25 C组 50 15.22±4.19a 10.90±1.33 B组50 17.94±5.12 F值47.836 0.262 P值 <0.001 0.770

2.3 主观图像质量比较 A、B、C组肺窗和纵隔窗图像主观评分见表3，3组图像主观评分差异均无统计学意义（χ2=0.569，P=0.752；χ2=0.832，P=0.660）。3组肺窗及纵隔窗的影像图见图1～3。

图1 女，5岁，咳嗽、发热，支气管炎，采用螺旋扫描。A.肺窗图像示肺纹理增粗，显示较清晰；B.纵隔窗图像示纵隔及胸壁组织结构显示噪声小，分界较清楚

表3 3组患儿肺窗和纵隔窗主观评分比较（例）

图2 女，5岁，咳嗽、发热，左肺炎症。治疗前采用轴扫描（A～D）：A.主动脉弓层面的肺窗图像示肺纹理显示较清晰；B.心室层面的肺窗图像示肺纹理显示较清晰，左肺病灶显示清楚；C.主动脉弓层面的纵隔窗图像示纵隔及胸壁组织结构显示噪声较小；D.心室层面的纵隔窗图像示纵隔及胸壁组织结构显示噪声较小，左肺病灶显示清楚，能满足临床诊断要求。治疗后采用轴扫描+ODM技术（E～H）：E.主动脉弓层面的肺窗图像示肺纹理较清晰、分支远端略模糊；F.心室层面的肺窗图像示肺纹理显示较清晰、分支远端略模糊，左肺病灶显示尚清；G.主动脉弓层面的纵隔窗图像示纵隔及胸壁组织结构显示噪声较轴扫描略增加；H.心室层面的纵隔窗图像示纵隔及胸壁组织结构显示噪声较轴扫描略增加，病灶显示尚清，能满足临床诊断要求，病灶较治疗前吸收好转

3 讨论

与X线平片检查相比，CT的优势是影像重叠少，敏感度及准确度较高，密度分辨率高，缺点是辐射剂量相对较高。较高的辐射剂量会对人体产生不利影响，尤其会导致人体患癌几率增加。学龄前儿童处于生长发育期，细胞分裂速度较快，对辐射剂量更加敏感，患癌几率远高于成年人[5-7]。因此，学龄前儿童做CT检查时，需要特别关注辐射剂量，严格遵守辐射防护最优化原则，在确保图像质量的前提下，降低辐射剂量，优化扫描方案[8-10]。鉴于辐射剂量的重要性，近年来，国内外学者对儿童胸部低剂量扫描进行大量研究，大多是通过降低管电压或管电流及增大扫描螺距进行低剂量螺旋扫描[11-13]。

图3 男，4岁，咳嗽1周，支气管炎。A.螺旋扫描重组图，就诊时采用螺旋扫描，重建得冠状位重组图，肺纹理增粗、模糊；B.轴扫描重组图，治疗后复查，采用轴扫描，重建得冠状位重组图，肺纹理较清晰；两者对支气管及肺野的显示均能满足临床诊断需求

3.1 宽体探测器轴扫描与螺旋扫描的比较分析 本研究采用GE Revolution 256排512层超高端CT，该设备的突出优点是拥有16 cm高清探测器，转速为0.28 s。该设备针对患儿的推荐扫描模式为轴扫描，然而该CT设备的轴扫描与螺旋扫描模式在学龄前儿童胸部成像的图像质量和辐射剂量的差异如何鲜有报道。因此，本研究针对这2种扫描模式的图像质量和辐射剂量进行比较。既往由于探测器宽度的覆盖范围最多为4 cm，轴扫描时球管旋转一圈获得数据后移床再进入下一个扫描周期，所以轴扫描需要的时间长，并且无法获得满意的容积数据用于后期重建。本研究采用的Revolution CT具有16 cm的z轴覆盖范围，通过一次旋转即可完成对学龄前儿童胸部成像，由于其转速为0.28 s，扫描速度得到明显提升，并能够获得满意的图像质量，容积数据可以进行后期重建。

本研究螺旋扫描和宽体探测器轴扫描均采用自动管电流技术，根据既往实践经验把胸部扫描NI值设定为12。研究结果显示，NI值相同时，轴扫描的辐射剂量比螺旋扫描降低了34.2%，两组图像的SD值及肺窗与纵隔窗的主观评分均无差异，两组图像质量均可以满足临床诊断需要，表明宽体探测器轴扫描不仅能降低学龄前儿童胸部CT扫描的辐射剂量，也能获得和螺旋扫描质量一致的图像。宽体探测器轴扫描降低辐射剂量的原因：首先，宽体探测器的射线利用率高于传统探测器，从而降低辐射剂量[14]。其次，螺旋扫描与轴扫描的数据采集方式不同，螺旋扫描的扫描层面叠加导致辐射剂量叠加，而轴扫描不会出现重叠扫描，因此辐射剂量不会额外增加[15]；轴扫描与螺旋扫描图像质量一致的原因是两组均采用固定管电压100 kVp、固定NI值及自动管电流技术，自动管电流技术的原理是固定NI后，扫描时根据体型特点球管输出的电流值在一定范围内变化，其优点是：在固定管电压后，NI值决定图像质量，与探测器宽度、球管旋转时间、螺距等参数不相关，只要固定管电压和NI值，就能保证得到相同质量的图像[16-17]。

3.2 ODM技术对辐射剂量和图像质量的影响 不同组织对X射线的敏感性不尽相同，胸腺、乳腺、性腺、晶状体、甲状腺等对X射线尤为敏感。在行胸部CT扫描时，胸腺和乳腺会不可避免地受到X线照射。目前，对于敏感器官扫描防护除传统的遮挡和物理屏蔽外，在技术方面有了较大突破，设计研发了系统曝光自动控制技术。ODM技术建立于自动管电流功能基础上，根据X射线管角度调整患者前方X射线管电流降低敏感器官的剂量[18]。ODM技术的主要特点为通过建立在大量临床数据和影像学研究上的精细微调技术实现了表面剂量明显下降。通过对ODM参数的调整与校准，像素噪声标准差的降低实现了最小化，从而保持成像性能与非ODM区域的一致，ODM不仅减少了敏感器官的受照剂量，而且优化了总剂量，同时保持了选择的NI值，即同时保持其他区域的整体诊断图像质量[18-20]。

因此，本研究进一步将轴扫描联合ODM技术应用于学龄前儿童胸部CT检查，对其辐射剂量和图像质量进行分析。鉴于学龄前儿童胸部的上下径比较小，ODM覆盖范围选择整个胸部，而不只局限于胸腺及乳腺区。结果表明，轴扫的基础上打开ODM技术，图像噪声略有增加，但无显著差异；两组图像肺窗和纵隔窗主观评分无显著差异，均能够满足临床诊断需要；患儿的DLP值减低了15.2%，有显著差异，与既往研究结果一致[21-22]。

3.3 本研究的局限性 在比较应用ODM技术后，患儿胸腺、乳腺区域的辐射剂量变化采用扫描结束后总的辐射剂量DLP，如果采用器官表面接受辐射剂量则能更准确地反映ODM技术的优势，但需专用的检测设备进行获取，现有的条件尚无法满足，有待今后进一步测量研究。

综上所述，在学龄前儿童的胸部CT成像中应用宽体探测器轴扫描并打开ODM技术，能明显降低辐射剂量，同时对敏感器官胸腺和乳腺起到更好的保护作用，并且图像质量亦能达到临床诊断要求的标准，建议临床常规使用。