在儿童胸部增强CT检查中，降低辐射剂量是当前的研究热点。为了达到这一目标，通常采用降低管电压、管电流或应用自动管电压、管电流调制技术，以及引入迭代重建等方法^[1-2]，这些策略的单独使用或者联合运用有效减少了患者的辐射剂量。随着光谱CT技术的进步，双层探测器光谱CT（dual-layer spectral detector CT，DLCT）的虚拟平扫（virtual non-contrast，VNC）技术提供了一种新的选择，通过利用增强图像的光谱基数据（spectral base images，SBI），采用投影空间光谱重建方法获取VNC图像，而无需进行常规平扫（true non-contrast，TNC）^[3]，这种方法使得常规3期扫描减少为两期，显著降低了患者的辐射剂量。有研究表明，在DLCT上利用静脉期光谱基SBI数据重建的VNC图像优于动脉期的VNC图像质量^[4]。

本研究拟通过回顾性分析，利用在我院飞利浦iQon Spectral光谱CT上获取的儿童胸部增强检查中的每一例静脉期SBI数据进行光谱VNC图像的重建。同时，将这些重建的VNC图像与同一患者的常规TNC图像进行对比，评估图像质量及辐射剂量的差异。通过这两方面的比较，探讨利用虚拟平扫VNC替代常规平扫TNC在儿童胸部增强扫描中降低辐射剂量的可行性。

1.   资料和方法

1.1   临床资料

回顾性分析我院2020年7月至2024年5月期间的51例在飞利浦iQon Spectral光谱CT扫描的儿童胸部增强扫描图像数据及临床资料，其中包含30例男性和21例女性，年龄范围为0～15岁，平均年龄（10.5±3.5）岁，身体质量指数（body mass index，BMI）平均为（17.5±2.2）kg/m²。

病例中12例正常，19例肺部感染，7例肺部结节，5例胸腔积液，3例支气管炎，2例术后改变，2例肺部纤维灶，1例肺隔离征。

1.2   检查方法

采用飞利浦iQon Spectral双层探测器光谱CT，患者取足先进、仰卧位，进行多层探测器能谱模式扫描，扫描范围自胸廓入口至膈底水平。扫描参数设置：120 kVp，使用自动管电流调制技术，DRI指数（dose right index，DRI）设为21；探测器宽度40 mm（64×0.625 mm），螺距1.383，转速0.27 s/r，矩阵512×512。所有患者采用3期扫描模式（真实平扫TNC期、动脉期、静脉期）进行扫描。

对比剂使用方法：使用Ulrich高压注射器注射优维显300 mgI/mL的对比剂。先行常规平扫，随后再行两期增强扫描：对比剂1.0 mL/kg,生理盐水20 mL，流速1.0～1.5 mL/s，采用团注示踪法，监测ROI置于支气管分叉水平升主动脉层面，触发阈值150 HU，触发后延迟5 s扫描动脉期，延迟30 s扫描静脉期^[5]。所有患者优先选择语音呼吸指令模式，对于不能配合语音指令的患者则采取自由呼吸下扫描。两期增强扫描范围同平扫范围保持一致，扫描后自动生成剂量报告并进行记录。

对照组（常规平扫TNC组）定义：常规3期扫描模式，即先进行常规平扫期（TNC）扫描，随后再行两期相同范围的增强扫描，所有扫描均采用光谱扫描、重建模式，层厚及层间距5 mm。

实验组（虚拟平扫VNC组）定义：两期扫描模式，即除去常规3期扫描中真实平扫TNC期外的两期同范围的动脉期和静脉期的增强两期扫描。利用对照组获取的静脉期光谱基SBI数据进行投影空间光谱重建（Spectral，level 4）获得虚拟平扫VNC纵隔窗、肺窗图像用以替代常规平扫TNC期图像。

1.3   图像后处理

将每位患者的薄层和SBI数据导入Philips Spectral Diagnost Suite 10.0图像处理工作站进行处理和分析，所有患者数据均采用下列处理方法。

常规平扫TNC组：平扫期、动脉期和静脉期均采用混合迭代重建模式（iDose⁴，level 4）进行纵隔窗、肺窗重建，重建层厚1.5 mm，重建间隔1.0 mm。虚拟平扫VNC组：动脉期、静脉期均采用混合迭代重建模式（iDose⁴，level 4）进行纵隔窗重建，平扫期利用静脉期光谱基SBI数据进行投影空间光谱重建（Spectral，level 4）获得虚拟平扫VNC纵隔窗、肺窗图像代替常规平扫TNC期图像（图1）。两组各期图像重建层厚1.5 mm，重建间隔1.0 mm，纵隔窗窗宽400 HU，窗位50 HU,肺窗窗宽1 600 HU，窗位- 600 HU。

图  1  TNC、VNC、VNC肺窗图像

注：（a）～（c）图分别为右侧胸腔肿瘤儿童增强扫描的TNC、VNC、VNC肺窗影像；（d）～（f）图分别为正常儿童增强扫描的TNC、VNC、VNC肺窗影像。

Figure  1.  TNC, VNC, and VNC lung window images

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1.4   图像质量评价

（1）客观评价。一名具有10年诊断资质的医师在动脉期增强图上勾画感兴趣区（region of interest，ROI），选择肺动脉干、主动脉干、肺组织、竖脊肌及胸壁皮下脂肪组织和空白处的相同横截面及上下相邻3个层面图像，ROI尽量接近组织区域的最大横截面，并尽量避开明显血管、钙化、囊变和坏死的区域。在TNC和VNC组相同层面的图像中，保持每个ROI的大小高度一致，并根据需要手动调整和校正增强期和TNC平扫期图像之间的呼吸运动差异。测量每个ROI上的平均CT值和标准差（standard deviation，SD），将相邻3个层面的测量结果取平均值作为每个ROI的最终测量结果，计算每个ROI的SNR和CNR。其中SNR定义为CT值_（组织）除以SD值_（组织），CNR定义为CT值_（组织） - CT值_{（竖脊肌）}的绝对值除以SD值_{（胸壁皮下脂肪）}。

（2）主观评价。由两名具有10年诊断经验的医师使用双盲法对常规平扫TNC组和虚拟平扫VNC组的图像进行评估，并按5级评分标准^[6]打分。如果两位医师的评分存在分歧，则通过讨论达成一致。评分标准：1分：图像质量极差，噪声大，解剖结构和病灶显示不清，无法诊断；2分：图像质量较差，噪声较多，解剖结构和病灶部分模糊，不满足诊断要求；3分：图像质量一般，噪声中等，解剖结构和病灶可区分，尚能诊断；4分：图像质量良好，噪声较少，解剖结构和病灶细节显示较好；5分：图像质量极好，无噪声，解剖结构和病灶显示清晰。评分达到3分及以上即认为满足诊断要求。

1.5   辐射剂量计算

胸部增强常规剂量。扫描完成后自动生成各期CT容积剂量指数（volume CT dose index，CTDIvol）和总剂量长度乘积（dose length product，DLP），虚拟平扫VNC组DLP _VNC=DLP_总-DLP_平扫期。计算有效剂量（effective dose，ED），常规平扫TNC组ED_TNC=DLP_总×K，虚拟平扫VNC组有效剂量ED=虚拟平扫VNC组DLP_VNC×K，K为转换因子，参照国标关于X射线诊断中受检者器官剂量的估算方法，在儿童胸部CT扫描时K=0.026（1岁）、K=0.018（5岁）、K=0.013（10岁）^[7-8]。

1.6   统计学方法

采用SPSS 24.0软件进行数据处理和分析。计量数据以均数±标准差$ \left(\overline{x}\pm s\right) $表示，使用S-W检验计量数据是否服从正态分布，通过一致性kappa检验分析两位医生对常规平扫TNC组和虚拟平扫VNC组图像主观评分结果的一致性；计数资料以率（％）表示，采用$\chi^2 $检验；使用Mann-Whitney U检验比较两种图像的主观评分，并通过配对样本t检验对组间图像质量客观评价和辐射剂量进行统计分析。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2.   结果

2.1   图像质量评价

2.1.1   客观评价

TNC及VNC影像上各兴趣区的CT值比较：两组影像除空白处ROI外，VNC影像上肺动脉干、胸主动脉、肺组织、竖脊肌及胸壁皮下脂肪的CT值均略高于TNC影像，除胸部皮下脂肪CT值外，其余ROI两者间差异均无统计学意义；TNC及VNC影像上各兴趣区的背景噪声SD比较：两组影像除空白处ROI外，VNC影像上肺动脉干、胸主动脉干、肺组织、竖脊肌的背景噪声SD值均高于TNC图像，除肺动脉干以外，其余各兴趣区两组图像间差异无统计学意义；TNC及VNC影像上各兴趣区SNR和CNR值的比较：两种影像中肺动脉干、胸主动脉、肺组织、竖脊肌、胸部皮下脂肪的SNR、CNR值差异均无统计学意义（表1）。

表  1  TNC和VNC两组图像的客观测量指标比较（n=51, $\bar x\pm s $）

Table  1.  Comparison of Objective Measurement Metrics between TNC and VNC Image Groups (n=51, $\bar x\pm s $)

观测指标	区域	组别			统计检验
		TNC	VNC		t	p
CT值	竖脊肌	50.31 ± 6.82	51.47 ± 6.84		-1.052	0.298
	肺动脉干	38.98 ± 21.89	40.24 ± 11.58		-0.364	0.717
	主动脉干	40.07 ± 20.86	44.63 ± 13.09		-1.453	0.152
	胸部皮下脂肪	-103.81 ± 20.88	-95.26 ± 24.15		-3.846	0.000
	空白处	-995.24 ± 14.21	-995.38 ± 15.37		0.152	0.880
	肺组织	-803.13 ± 80.74	-796.22 ± 80.22		-0.676	0.502
SD值	竖脊肌	13.58 ± 4.78	13.66 ± 7.11		-0.082	0.935
	肺动脉干	9.91 ± 3.13	11.31 ± 3.63		-4.091	0.000
	主动脉干	11.67 ± 3.88	12.17 ± 4.082		-1.153	0.254
	胸部皮下脂肪	14.38 ± 8.04	17.62 ± 24.54		-0.949	0.347
	空白处	15.91 ± 21.27	15.83 ± 15.69		0.050	0.960
	肺组织	47.03 ± 41.05	50.09 ± 40.91		-0.389	0.699
SNR	竖脊肌	4.16±1.50	4.44±1.84		-1.088	0.282
	肺动脉干	4.28±2.29	3.92±1.74		1.034	0.306
	主动脉干	3.68±1.71	3.99±1.68		-1.043	0.302
	胸部皮下脂肪	-9.22±4.69	-8.41±5.45		-1.448	0.154
	空白处	-106.43±54.42	-89.25±35.07		-2.922	0.005
	肺组织	-31.03±21.68	-28.74±21.29		-0.682	0.499
CNR	竖脊肌	-	-		-	-
	肺动脉干	0.98±1.34	1.03±1.62		0.234	0.816
	主动脉干	0.92±1.43	0.72±1.65		-0.712	0.479
	胸部皮下脂肪	13.43±6.15	12.82±8.03		-0.725	0.472
	空白处	-	-		-	-
	肺组织	72.48±29.82	72.10±39.17		0.088	0.930
注：TNC 为真实平扫图像；VNC 为虚拟平扫图像；SD 为背景噪声；SNR 为信噪比；CNR 为对比度噪声比。

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2.1.2   主观评价

51例患者数据经双盲法5分制评分法得到评分统计数据，利用kappa检验两名医师对两组图像评分的一致性，常规平扫TNC组和虚拟平扫VNC组图像质量评分中位数为均为4，结果显示两名医师对两组图像评分具有高度一致性（kappa=0.859和0.829）（表2）。

表  2  主观评价一致性kappa分析表

Table  2.  Kappa analysis for subjective evaluation consistency

组别	评分标准	评分			统计检验
		医师A	医师B		k	P
TNC组	3	1	1
	4	37	36		0.859	0.00
	5	13	14
VNC组	3	1	1
	4	35	33		0.829	0.00
	5	15	17

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经S-W检验以及直方图结果显示，评分数据不服从正态分布，因此对两组评分数据采用Mann-Whitney U检验。由表3可知，统计量Z=-0.460，P=0.645>0.05，说明两位医师对图像的评分差异没有统计学意义，即在双侧α=0.05的检验水准下，TNC组和VNC组两组图像质量评分一致性较高，常规平扫TNC组和虚拟平扫VNC组两组图像质量评分差异没有统计学意义。

表  3  两组图像评分差异

Table  3.  Differences in image scores between the two groups

	TNC组（n=51）	VNC组（n=51）	Z	P
图像质量评分	4（4，5）	4（4，5）	-0.460	0.645

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2.2   虚拟平扫VNC组与常规平扫TNC组两组间的剂量比较

两组剂量数据服从正态分布，使用配对样本t检验，虚拟平扫VNC组DLP（298.14±119.40）mGy·cm和ED（4.27±1.34）mSv均显著低于常规TNC平扫组的DLP（437.31±178.28）mGy·cm和ED（6.26±2.00）mSv，虚拟平扫VNC组较常规平扫TNC组DLP降低31.82％、ED降低 31.79％；两组剂量参数间的差异均有统计学意义（表4）。

表  4  虚拟平扫组和常规平扫组剂量的差异（n=51，$\bar x\pm s $）

Table  4.  Differences in dose between the two groups (n=51, $\bar x\pm s $)

项目	组别			统计检验
	TNC组	VNC组		t	p
DLP/（mGy·cm）	437.31±178.28	298.14±119.40		15.95	0.00
ED/mSv	6.26±2.00	4.27±1.34		19.85	0.00

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3.   讨论和结论

基于儿童所受辐射剂量的考虑，在儿童胸部增强中临床总是在不断探索新的方式和方法以实现剂量的大幅度降低。本研究的开展得益于双层探测器光谱CT虚拟平扫VNC技术，此技术与其他能谱CT不同之处在于：它使用一个X线球管和两层探测器进行影像采集。上、下两层探测器分别采集高、低两种能量的数据，同时确保时间和空间上的完美契合，避免不同能量射线之间的相互干扰，保证了数据的精度^[9]，真正意义上实现了“同时、同源、同向、同步”成像^[10]。VNC虚拟平扫是DLCT的后处理算法之一，它基于增强图像算法，通过选择性地从软组织中抑制碘对比剂并进行能量重建，模拟出平扫影像^[11-12]。在DLCT中，VNC技术对碘对比剂有良好的抑制作用，并能与TNC影像保持高度一致，从而可以替代TNC影像进行定性诊断^[13-14]。

儿童进行CT检查时，需要高度配合。对于年龄太小的儿童，通常使用水合氯醛麻醉等方式进行催眠检查。对于轻微躁动的儿童，如果常规平扫因运动伪影导致采集失败，可以通过VNC虚拟平扫技术直接从增强期SBI数据重建出VNC虚拟平扫图像用于诊断。这种方法避免了由于儿童躁动导致的检查失败和重复扫描，减少了再次催眠的麻醉负担以及减少了重复CT扫描时的辐射剂量和造影剂用量。

动脉期病灶及上腔内和主动脉内高浓度团注的造影剂形成的放射状伪影，在VNC图像上可能因为碘抑制不足从而行成放射状低密度伪影，从而影响影像诊断。这种影响很大程度上与迭代重建算法有关，有研究表明这种算法在物质分解过程中，其过程准确性可能受到其他物质的干扰^[15-16]。为了尽量避免这种影响，本研究均采用静脉期SBI数据进行VNC重建以得到VNC的图像作为实验组数据。本次研究中，两位资深影像医师对图像进行了主观评分，经kappa检验结果显示两名医师图像评分具有高度一致性，经Mann-Whitney U统计检验发现，VNC组和TNC组图像评分无计学差异，说明VNC组图像质量符合临床诊断要求，不影响影像诊断。

为了客观判断两组图像是否存在差异，需要在两组图像相同的ROI区域测量CT值和标准差（SD值）并进行客观评价分析。本研究发现， VNC组和TNC组图像的CT值除胸部皮下脂肪ROI外的其他区域均无显著差异。VNC组和TNC组图像的背景噪声SD值除肺动脉干选区外的其他区域也无显著差异，两组图像的CT值和SD值在统计学分析中表现出较高的一致性。肺动脉干SD值的差异可能是由于不同患者间循环的差异，导致静脉期扫描时肺动脉干内造影剂残留量不同。在VNC重建的碘抑制过程中，部分病例的肺动脉干内出现了伪影，这类似于动脉期扫描时上腔静脉内高浓度造影剂聚集产生的伪影。

SNR和CNR是客观评价影像质量的重要参数，其数值高低直接反映图像质量的优劣。本研究发现， VNC组与TNC组图像中各组织的SNR和CNR值无显著差异，这与既往研究^[17-18]的结果基本一致。另有较早研究^[19]发现，在双源能谱CT中，VNC图像的主观和客观影像质量均低于TNC图像，可能原因在于不同CT设备及VNC技术的差异。具体来说，不同的重建算法、双能量射线的交叉等因素可能导致物质分离和碘抑制过度或不足，以及数据丢失或未被利用，导致部分碘仍存在于VNC图像中且无法完全抑制或被过度抑制。

常规胸部增强扫描通常包括平扫、动脉期和静脉期3期扫描，扫描范围内涉及甲状腺、胸腺等对辐射较敏感的器官。有研究表明，大剂量CT扫描可能增加甲状腺、大脑及血液系统癌变的风险^[20-21]。赵永霞等^[22]研究表明，能谱扫描模式相比普通模式扫描，不仅提高了图像质量，还显著降低了辐射剂量。在本研究中，采用虚拟平扫VNC代替常规TNC平扫，从而将常规3期胸部增强扫描减少为两期扫描，辐射剂量降低了31.82％。这种差异具有统计学意义，结合前述图像主观评价及客观评分的数据分析，说明在降低患者辐射剂量的同时，VNC组图像质量仍能满足临床诊断需求，与现有研究结果一致。

本研究也存在一些不足之处。首先，本研究属于单中心回顾性研究，纳入的样本量较少，后续会有待大样本量、多中心数据验证。其次，虚拟平扫VNC图像在质感和细节方面稍逊于常规TNC图像，常规TNC图像展示了良好的肺纹理、纵隔、支气管内结构和病变显示，而虚拟平扫VNC图像则通过数学算法直接去除图像中的碘，这一过程在抑制碘的同时稍微降低了整体图像的对比度。特别是在选取动脉期数据进行VNC图像重建时，由于上腔静脉内高浓度的造影剂，导致去碘后的VNC图像出现围绕上腔的低密度放射状伪影。为避免对诊断的影响，本研究选择了静脉期增强SBI数据进行虚拟平扫VNC图像的重建。虽然这一方法在一定程度上解决了问题，但由于患者循环情况不同，控制肺动脉干内造影剂残留量仍需进一步优化，以减少和优化伪影的出现概率。最后，本次研究受限于飞利浦iQon Spectral双层探测器CT技术指标的影响，此机型的能谱模式扫描必须在120 kV的管电压下才能进行能谱分离，这个不足直接导致在此机型中扫描体型较小患者时不能个性化降低管电压以进一步降低辐射剂量。经查阅相关资料，飞利浦皓克Spectral 256排光谱CT机型可以在100 kV下的能谱模式扫描，为进一步减少单次扫描的辐射剂量提供可能，结合本院实际条件，后续研究将在飞利浦皓克Spectral 256光谱CT机型中进行。

综上所述，双层探测器光谱CT VNC代替TNC用于儿童胸部增强扫描是可行的。这种方法能够显著降低约32％ 的辐射剂量，对VNC图像与TNC图像质量的评估没有显著差异。将VNC图像代替TNC图像不仅能够保证诊断准确性，还能将常规3期胸部增强扫描减少为两期，从而大幅度减少辐射剂量。因此，这可作为儿童低剂量胸部增强扫描的优选方案。