目的:基于低剂量KARL迭代重建技术,探讨儿童胸部CT扫描的最佳剂量。本研究分为三部分1.第一部分:基于低剂量KARL迭代重建技术,探讨不同等级KARL迭代重建技术对儿童胸部扫描CT图像噪声和质量的影响,并筛选出最佳迭代等级。2.第二部分:在迭代优势的前提下,利用第一部分筛选出的最佳迭代等级进行图像重建。探讨在不同剂量等级扫描条件下,得到的图像质量是否满足诊断需求,筛选出儿童胸部CT扫描的最佳剂量等级。3.第三部分:利用“数字肺”分析平台,检测并定量测量儿童肺密度、肺体积、支气管体积、肺血管体积,比较剂量等级3(标准剂量)和等级1(低剂量)扫描条件下的定量参数差异及KARL迭代重建对参数的影响,探讨儿童低剂量胸部CT定量分析的可行性。第一部分1.资料与方法:分析132例儿童胸部低剂量CT图像,分别为0~12个月组,1~2岁组,3~6岁组。所有儿童行100kV,uDose智能动态管电流的胸部CT扫描,将原始数据进行肺窗和纵隔窗的KARL迭代重建(1~9级)和滤波反投影法(FBP)重建,共得到20组图像。由两位副主任医师采用“双盲”法对图像质量进行主观评分,≥3分为满足诊断需求的图像。分别测量各组图像支气管分叉层面升主动脉、竖脊肌处感兴趣区(ROI)的CT值及噪声(SD)值,计算SNR、CNR。对各年龄组不同KARL迭代等级图像的升主动脉CT值、SD、SNR、CNR及图像质量主观评分差异采用单因素方差分析,均数间差别多重比较采用LSD检验,P<0.05为差异有统计学意义。2.结果:最终共收集132例。男66例,女66例,年龄5周~6岁(中位年龄3.2岁)。(1)各年龄组1~9级KARL迭代与FBP法重建图像的主观评分差异有统计学意义(P<0.05)。纵隔窗图像评分高于肺窗,高年龄组图像评分高于低年龄组。0~12个月组肺窗图像KARL迭代等级为5时评分最高,纵隔窗为4;1~2岁组和3~6岁组的肺窗图像KARL迭代等级为6时评分最高、纵隔窗为5。高于最佳迭代等级的重建图像主观评分下降,各组图像评分最低均为KARL9级。同一年龄组内两相邻迭代等级的图像评分、FBP组与KARL9组的图像主观评分差异均无统计学意义(P>0.05)。(2)各年龄组1~9级KARL迭代与FBP法重建肺窗、纵隔窗图像SD、SNR、CNR的差异有统计学意义(P<0.05),CT值差异无统计学意义(P=1)。KARL迭代组图像SD均低于FBP法组,SNR、CNR均高于FBP法组。随着KARL迭代等级的升高,SD减低,SNR、CNR逐渐升高。迭代等级为5、6和9时,肺窗图像噪声较FBP组分别下降了23.2%、30.8%和43.4%,纵隔窗图像分别下降了20.5%、25.3%和36.8%;肺窗图像SNR较FBP组分别上升了37.5%、42.5%和73.0%,纵隔窗图像SNR较FBP组分别上升了33.1%、36.4%和70.1%。(3)KARL迭代技术应用于儿童胸部CT扫描,0~12个月组、1~2岁组和3~6岁组的ED较标准剂量分别减少了77.22%、61.86%和50.89%。3.小结:0~12个月组、1~2岁组和3~6岁组儿童胸部低剂量CT扫描的ED较标准剂量分别减少了77.22%、61.86%和50.89%。KARL迭代重建算法可显著提升SNR、CNR,降低SD,有利于图像的主观观察。重建时0~12个月组肺窗选择KARL5,纵隔窗为4;1~2岁组和3~6岁组的肺窗选择KARL6、纵隔窗为5,即可获得满足诊断需求条件下SD最低、SNR最高的图像。第二部分1.资料与方法:初步收集我院2018年12月至2019年11月行胸部CT扫描的儿童376例。男186例,女190例,年龄5周~6岁(中位年龄3.2岁)。所有儿童随机选取5个剂量等级中的一个等级进行扫描(100kV,各剂量等级对应管电流范围内的uDose智能动态管电流)。图像重建:0~12个月组肺窗选用KARL5级,纵隔窗为4;1~2岁组和3~6岁组的肺窗选用KARL6级,纵隔窗为5。主观评价:由两位放射科医师采用双盲法进行评分,≥3分的图像可满足诊断需求。客观分析:选取纵隔窗图像支气管动脉分叉层面,在升主动脉选取ROI,测量CT值、SD值。记录辐射剂量CTDIVol、DLP,计算ED。不同剂量等级下各年龄组男女比例的比较采用卡方检验,年龄、BMI的比较采用单因素方差分析。主动脉CT值、SD、肺窗、纵隔窗图像质量评分比较采用单因素方差分析,均数间差别两两比较采用LSD法。以P<0.05为差异有统计学意义。2.结果:在剂量等级4条件下扫描时,0~12个月组、1~2岁组,3~6岁组的平均管电流值分别为185.52±1.75 mAs、186.77±1.46 mAs、186.60±2.20 mAs,差异无统计学意义(P>0.05),接近于该剂量等级管电流范围185~244 mAs的下限值185 mAs,且图像质量满足诊断需求。因此,剂量等级4即可满足诊断,未进行剂量等级5的扫描。(1)各年龄组别儿童胸部CT剂量等级4的主观评分差异无统计学意义(P>0.05)。各观察指标项均于剂量等级4评分最高,细节显示最为满意。0~12个月组和1~2岁组等级1时除主支气管外其余各指标评主观分均<3,等级3时各项指标主观评分均>3,评分从高到低依次为主支气管>肺透光度>纵隔>肺纹理>小气道。3~6岁组等级1时各指标除肺纹理和小气道外其余各指标主观评分均>3,等级2时各项指标各指标项主观评分均>3,评分从高到低依次为主支气管>肺透光度>纵隔>肺纹理>小气道。(2)各年龄组别儿童胸部CT不同剂量等级扫描条件下主动脉CT值差异无统计学意义(P>0.05);主动脉SD差异有统计学意义(P<0.05)。随着剂量等级的上升,SD逐渐减低,0~12个月组、1~2岁组、3~6岁组分别减低了56.12%、55.96%、55.84%。提高剂量等级对图像的降噪能力由高到低依次为0~12个月组>1~2岁组>3~6岁组。(3)同一年龄组别内不同剂量等级扫描条件下,各级所对应的平均管电流、CTDIvol、DLP、ED差异均有统计学意义(P<0.05),随着剂量等级的升高,平均管电流、CTDIvol、DLP、ED逐渐升高。相较于剂量等级1,剂量等级4时0~12个月组、1~2岁组、3~6岁组的ED分别上升了980.60%、759.68%、563.16%。(4)剂量等级1~3级扫描条件下,各年龄组的平均管电流、CTDIvol、DLP、ED差异均有统计学意义(P<0.05),随着年龄的增加,平均管电流、CTDIvol、DLP逐渐上升,ED逐渐减小。剂量等级4时,各年龄组平均管电流、CTDIvol差异无统计学意义(P>0.05),DLP、ED差异有统计学意义(P<0.05),DLP随年龄的增加逐渐上升,ED逐渐下降。3.小结:推荐剂量:0~12个月、1~2岁、3~6岁的最佳剂量等级分别为剂量等级3、剂量等级2、剂量等级2;管电压均为100 kV,平均管电流为157.33 mAs、113.58 mAs、115.30 mAs,CTDIvol分别为7.35 mGy、6.24 mGy、7.03 mGy,DLP分别为139.11 mGy*cm、103.64 mGy*cm、129.53 mGy*cm;ED分别为5.43 mSv、2.69 mSv、2.33mSv。第三部分1.资料与方法:初步收集我院2018年12月至2019年11月行胸部CT剂量扫描的儿童60例。男31例,女29例,年龄5周~6岁(中位年龄3.2岁)。管电压100kV,剂量等级1的管电流范围为3~64mAs,所有图像选用FBP重建及KARL1、3、5、7、9迭代重建;剂量等级3管电流范围125~184mAs,所有图像采用FBP重建。所有儿童胸部CT扫描原始数据以Dicom格式导入“数字肺测试平台”,自动检测及分析定量指标:肺密度、肺体积、支气管体积、肺血管体积。两剂量等级儿童男女比例的比较采用卡方检验;年龄、BMI、辐射剂量的差异采用独立样本t检验;剂量等级1联合不同等级KARL迭代重建定量参数比较采用单因素方差分析;剂量等级3联合FBP、剂量等级1联合FBP、剂量等级1联合KARL5级迭代的定量参数两两比较采用独立样本t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。2.结果:(1)KARL1、3、5、7、9级重建下的肺密度及肺体积差异均有统计学意义(P<0.05),支气管体积及肺血管体积差异无统计学意义(P>0.05)。随着KARL迭代等级的升高,肺密度逐渐升高,肺体积逐渐减低,支气管体积及肺血管体积未见明显变化。(2)两剂量等级FBP重建肺密度差异有统计学意义,剂量等级1的肺密度值低于剂量等级3,KARL迭代提高了肺密度值,但仍低于剂量等级3的肺密度值(P<0.05)。两剂量等级FBP重建肺体积差异有统计学意义,剂量等级1的肺体积值高于剂量等级3,KARL迭代降低了肺体积值,但仍高于剂量等级3的肺体积值(P<0.05)。支气管体积及肺血管体积:两剂量等级FBP重建及剂量等级1联合KARL5级迭代重建两两比较差异均无统计学意义(P>0.05)。(3)剂量等级1的ED较剂量等级3降低了85.94%(P<0.05)。3.小结:低剂量CT可用于儿童胸部CT定量分析。降低剂量不改变支气管体积及肺血管体积,高估肺体积且低估肺密度,联合KARL迭代重建,使肺密度升高、肺体积减低,趋于标准剂量的定量值,提高定量分析的准确性。全文结论(1)KARL迭代重建算法可显著提升SNR、CNR,降低SD。重建时0~12个月组肺窗图像选择KARL5,纵隔窗为4;1~2岁组和3~6岁组的肺窗图像选择KARL6,纵隔窗为KARL5。(2)0~12个月儿童胸部CT最佳剂量等级分别为剂量等级3,1~2岁和3~6岁为剂量等级2。(3)低剂量CT用于定量分析时不改变支气管体积及肺血管体积,高估肺体积且低估肺密度,联合KARL迭代重建,使肺密度升高、肺体积减低,趋于标准剂量的定量值,提高定量分析的准确性。