常见儿科计算机断层扫描（CT）检查的辐射剂量及儿科胸部CT图像质量的评估

《Applied Radiation and Isotopes》：Radiation Dose for Common Pediatric Computed Tomography Examinations and Evaluation of Clinical Image Quality in Pediatric Chest CT Scans

儿科头/胸/腹部CT辐射剂量及迭代重建算法图像质量评估研究，在安卡拉三所大学医院使用四款CT设备进行回顾性分析。测得头CT CTDIvol 31.6mGy/DLP 541.3mGy·cm，胸/腹CT CTDIvol分别为2.1/2.2mGy，SSDE为4.6/4.7mGy。图像噪声随迭代强度增加降低，SNR/CNR提高，但临床图像质量评估（VGA）未显示显著改善，观察者间一致性iDose4（0.29）、ADMIRE（0.72）、ASiR（0.84）差异显著。

　　

I. Findikli|A. Yalcin|O. Kasapgil|B. Yildirim|S. Fitoz|M.R. Onur|O.L. Boyunaga|G.K. Atac|T. Sancak|T. Olgar

安卡拉大学核科学研究所，06830，安卡拉，土耳其

摘要

随着计算机断层扫描（CT）在儿科患者中的使用日益增多，研究人员开始关注与儿科CT扫描相关的辐射剂量问题。每年都有更多研究致力于优化图像质量并尽量减少辐射剂量。本研究旨在确定儿童在头部、胸部和腹部进行CT扫描时所接受的辐射剂量，并使用不同的迭代重建（IR）算法评估儿科胸部CT图像的质量。研究在安卡拉三家主要大学的CT系统上进行。辐射剂量以体积CT剂量指数（CTDI_vol）、尺寸特定剂量估计（SSDE）和剂量长度乘积（DLP）进行测量，并为每次检查确定了局部诊断参考水平（DRL）。根据不同的IR算法（iDose4、高级建模迭代重建（ADMIRE）和自适应统计迭代重建（ASiR）客观和临床地评估了4-6岁儿童的胸部CT图像质量。儿科头部/胸部/腹部的CTDI_vol/DLP中位数值分别为31.6 mGy/541.3 mGy.cm、2.1 mGy/30.1 mGy.cm和2.2 mGy/39.8 mGy.cm。根据美国医学物理学家协会（AAPM）220报告计算的儿科胸部和腹部CT扫描的SSDE中位数值分别为4.7 mGy和4.6 mGy。随着迭代次数的增加，每种IR算法的噪声均有所降低，而信噪比（SNR）和对比度噪声比（CNR）有所提高。绝对视觉评分分析（VGA_abs）显示，除了一个CT系统外，随着IR水平的提高，临床图像质量并未改善甚至有所下降。观察者间一致性分别为：iDose4创建的图像为较差（ICC=0.29，p=0.30），ADMIRE创建的图像为中等（ICC=0.72，p=0.04），ASiR创建的图像为良好（ICC=0.84，p=0.02）。虽然每种IR算法的迭代次数增加都会提高客观图像质量，但临床诊断质量没有显著变化。

引言

多探测器CT技术的发展以及由于机架旋转速度加快导致的扫描时间缩短，增加了CT在成人和儿科患者中的临床应用（Muhammad等人，2019年）。计算机断层扫描（CT）与其他成像方式相比具有明显优势，因为它能提供高对比度的三维人体解剖图像，并能准确诊断多种疾病，如脑损伤和骨骼细节。CT是胸部成像不可或缺的技术，尤其是在气管支气管病变和肺实质疾病（如支气管扩张、间质性肺病和肺转移）的诊断中（White K.S.，1996年；Brenner和Hall，2007年；Muhammad等人，2021年）。尽管CT扫描具有这些优势，但它给患者带来的辐射剂量远高于其他放射学检查方法。尽管CT扫描仅占所有放射学检查的4-11%，但其对总有效剂量的贡献可高达40-67%（Mettler等人，2000年；Ravenel等人，2001年；Mettler等人，2009年；Kanal等人，2017年）。儿科CT扫描的使用不断增加，这引起了医学和健康界的关注，因为儿童的组织比成人更敏感，且由于细胞分裂速度快，他们患癌症的风险更高（Almohiy，2014年；Nagayama等人，2018年；Chaparian和Kiani，2023年）。

由于不同放射科之间同一类型CT检查的剂量差异较大，且没有适用于此类暴露的剂量限制，因此引入了诊断参考水平（DRL）作为跟踪剂量差异和优化医学暴露的实际工具（EC，2015年；ICRP，2017年）。然而，由于儿科检查数量较少、儿童体型多样以及获取典型剂量值所需的数据收集时间较长，为儿科检查确定DRL较为困难（Muhammad N. A.，2020年；Almén等人，2022年）。在为儿科CT研究建立DRL时，使用了体积CT剂量指数（CTDI_vol）和剂量长度乘积（DLP）等标准剂量学量。有效剂量通过DLP计算得出，以评估辐射暴露的潜在癌症风险。CTDI使用标准尺寸的CTDI模体进行测量，可以显示不同扫描协议和不同扫描仪之间的剂量差异。CTDI_vol不能反映个别患者接受的辐射剂量。AAPM第220工作组报告建议使用水等效直径（D_w）代替有效直径，以更准确地估计SSDE（McCollough等人，2014年）。然而，使用有效直径代替D_w可能会导致对胸部CT扫描中患者衰减的过高估计和SSDE的低估。

近年来，许多技术进步提供了减少CT剂量的方法，包括实施自动管电流调节（ATCM）和自动管电压选择（ATVS）、使用双能量CT、应用低剂量和超低剂量CT协议以及利用迭代重建（IR）算法（Willemink等人，2013年；Papadakis和Damilakis，2019年；Bar?a等人，2021年）。迭代重建技术可以在保持图像质量的同时显著降低剂量（Jensen等人，2014年；Klink等人，2014年；Liu等人，2014年；Lee等人，2018年；Franck等人，2021年）。

辐射剂量的增加可以提高CT图像质量。任何减少患者剂量的尝试都应确保图像质量足够好，以便进行可靠的诊断（Greffier等人，2016年；Kayun等人，2021年）。用于评估CT系统性能和优化扫描协议的图像质量指标可以分为物理、心理物理和临床图像质量三个方面（Yalcin等人，2020年）。噪声、对比度噪声比（CNR）和信噪比（SNR）是常用的物理图像质量指标（Verdun等人，2015年）。噪声是指像素值围绕平均值的统计波动。CT相对于平面X射线成像方法的主要优势在于其更好的低对比度分辨率，能够成像低对比度的病变。逆图像质量指数（IQFinv）是一种心理物理量，用于评估CT系统的低对比度细节检测能力（De Crop等人，2015年；Davidson等人，2016年；Findikli等人，2024年）。无论是物理还是心理物理图像质量评估都无法提供关于临床图像质量的真实信息。临床图像质量通过视觉评分分析（VGA）进行评估，该分析基于图像中解剖结构的可见性（De Crop等人，2015年；Zarb等人，2015年；Precht等人，2016年；Precht等人，2019年）。文献中有许多研究关注基于不同IR算法在单一中心对特定结构可见性的主观图像质量评估（Miéville等人，2013年；Chen等人，2014年；Sun等人，2014年；Sun等人，2015年；Kim等人，2016年；Padole等人，2019年；Sun等人，2021年）。

据我们所知，尚无研究基于VGA评估不同医疗中心儿科患者的临床图像质量。本研究的目的是测量儿科头部、胸部和腹部CT扫描的辐射剂量，并根据4-6岁儿童胸部CT图像评估图像质量，包括噪声、SNR和CNR等客观指标以及基于VGA的临床图像质量。

材料与方法

这项回顾性研究得到了我们医院伦理委员会的批准（伦理参考编号：2021000382-1(2021/382)）。数据来自安卡拉三家大学安装的四种CT系统。表1、表2和表3提供了每家医院使用的CT系统以及儿科头部、胸部和腹部扫描协议的信息（Findikli等人，2024年）。安卡拉大学医学院儿科部门安装的Philips Ingenuity CT系统

结果与讨论

强调应进行优化研究，以防止不必要的患者剂量并确保涉及电离辐射的介入程序的安全。建议为儿科和成人患者确定DRL值，但需要注意的是，DRL值不能作为患者的剂量限制。CTDI_vol、DLP和SSDE等量在各种指南和文献研究中被用作CT检查的DRL（ICRP，2017年；

结论

本研究确定了4-6岁儿童头部、胸部和腹部CT扫描的CTDI_vol和DLP中位数值。研究范围内的剂量评估结果低于或与文献中的数值相当。此外，还对胸部CT图像的客观和临床质量进行了评估。观察到随着迭代强度的增加，降主动脉和背部肌肉区域的客观噪声有所降低

作者贡献声明

Tanzer Sancak：可视化、验证、方法学、调查、数据分析、概念化。Turan Olgar：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、软件、资源管理、项目管理、方法学、调查、资金获取、数据分析、概念化。Asena Yalcin：撰写——初稿、可视化、验证、软件、资源管理、项目管理、方法学、调查

未引用的参考文献

美国放射学会，2014年；Barca等人，2021年；欧洲共同体委员会，1999年；欧洲放射学会，2015年；Kiani和Chaparian，2023年；Koo和Li，2016年；Lee和Goo，2018年；Mettler Jr等人，2009年；Muhammad等人，2020年。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了TUBITAK项目“使用不同方法测量儿科CT检查中的图像质量，确定方法之间的相关性及其与辐射剂量的关系”的支持。本文中的统计分析是在TUBITAK ULAKBIM高性能和网格计算中心（TRUBA资源）进行的。