眼晶状体作为辐射敏感器官在头颅CT扫描中易受辐射损伤，造成眼晶状体浑浊及白内障等疾病^[1]。而婴幼儿CT相比成人受到更大的辐射剂量, 其所致的眼晶状体辐射危害更应该受到重视^[2]。传统的降低眼晶状体辐射剂量的方法包括改变扫描基线^[3]、采用铋屏蔽^[4-5]或者降低管电流^[6]，但其对应的也存在着设备受限^[7]、伪影和CT值不准确^{[5, 8]}及剂量改变不确定^[6]等缺点。

器官剂量调制技术(organ-based tuber current modulation, OBTCM)作为一种特殊的管电流调制技术，已经应用于降低眼晶状体的辐射剂量，但大部分的研究仅应用于成人头颈部^{[5-7, 9-10]}，而针对婴幼儿却鲜见报道。能谱纯化(selected photon shield, SPS)是通过锡板滤过低能射线来降低辐射剂量^[11]，已经广泛地应用于胸部^[11]、腹盆^[12-13]及头颈部^[14-16]等，但该技术传统上适用于双源CT，基于单X射线管设备的SPS技术在婴幼儿头部CT扫描中的应用也未见报道。因此本研究拟通过体模实验来探讨OBTCM、SPS以及两者的联合对婴幼儿头部CT扫描中器官剂量及图像质量的影响。

1.仿真体模：本研究应用的体模为美国CIRS公司的1岁年龄组(ATOM 704-D)及5岁年龄组(ATOM 705-D)头部仿真体模；其内部具有放置热释光剂量计(TLD)的孔道。本研究将在1岁和5岁头部体模内分别放置11和12个TLD。考虑到OBTCM技术会对扫描目标前后侧剂量产生不同的影响，因此本研究将整个剂量学评价分为3个区域，包括双侧眼晶状体，脑部前侧以及脑部后侧，其中1岁及5岁体模在对应区域TLD放置个数分别为(2、3、6)以及(2、4、6)。

2.成像设备及扫描序列：本研究采用的设备为德国西门子64排Go. Top CT, 该设备同时具有SPS及OBTCM技术(xCare)。本研究中每个体模均在标准扫描模式(Reference)，标准扫描联合器官剂量调制(Reference + OBTCM)，能谱纯化(SPS)，能谱纯化联合器官剂量调制(SPS + OBTCM)4种不同的成像模式下进行扫描。其中Reference模式管电压为100 kV(1岁)或110 kV(5岁)；Reference + OBTCM模式仅仅是在Reference模式的基础上开放了OBTCM技术；SPS模式为与Reference相对应的管电压Sn 100及Sn110 kV；SPS + OBTCM是在SPS模式上应用了OBTCM技术；其他扫描参数均保持一致，主要包括：采用螺旋扫描并应用CARE DOSE 4D技术, 参考管电流为220 mAs，旋转时间为1 s，螺距为0.55，重建层厚及间隔均为3 mm，迭代重建权重为SAFAIR=3。

3.辐射剂量测量及评价：本研究采用的是北京光润意通辐射监测设备有限公司生产的GR-200 A型(4.5 mm×0.8 mm)TLD。具体测量流程为对体模曝光后，取下内置TLD进行编号，再换新的TLD进行下一次曝光。对完成标号的TLD采用美国Thermo Scientific Harshaw 3500热释光剂量仪进行数据读取并计算吸收剂量，其中本研究中应用到的刻度因子为1.211 mSv/读数。将左右两侧眼晶状体得到的剂量的平均值定义为眼晶状体的辐射剂量，将脑部前侧和后侧多点得到剂量的平均值分别定义为脑部前侧剂量及脑部后侧剂量。剂量学评价将主要分析在不同辐射剂量减低策略下的眼晶状体、脑部前侧及后侧的辐射剂量水平，以及相较于Reference模式下的剂量改变情况。

4.图像质量评价：考虑到眼晶状体及脑部剂量变化可能会导致图像质量的改变，因此本研究将对眼眶及脑实质区进行图像质量评价。具体为选取近眼球层面，在眼眶区域及脑实质内勾画8个感兴趣区(ROI)(其中两侧眼眶各1个，脑实质6个)，并测量对应的CT值，勾画面积约为30 mm²，同时在所有ROI上沿着z轴方向上的图像中连续测量5次求平均。将各ROI CT值的SD值作为该ROI的噪声水平。将眼眶区域及脑实质内多个ROI的噪声值的平均值作为对应区域的噪声水平。另在左侧颞肌区域内勾画大小为30 mm²的ROI，重复测量5次求SD的平均值作为该层面的噪声水平；再得到对应区域的对比噪声比CNR_眼眶=(CT_眼眶-CT_颞肌)/SD_颞肌，CNR_脑实质=(CT_脑实质-CT_颞肌)/SD_颞肌。

5.统计学处理：采用SPSS 22.0统计软件进行数据分析。符合正态分布的数据用x±s表述，不同扫描模式下的噪声水平及CNR的比较经方差齐性检验采用单因素方差分析，组间比较采用Tukey法。P < 0.05表示差异具有统计学意义。

1.剂量学结果：如表 1所示，在眼晶状体及脑部前侧的剂量评价中，与Reference模式相比，1岁与5岁体模在Reference + OBTCM模式下剂量降低率分别高达(21.89 ± 0.01)%及(28.33 ± 0.34)%；而SPS和SPS + OBTCM模式在1岁与5岁体模下展现出更高的剂量降低率，分别高达(71.38 ± 1.30)%及(55.71 ± 1.90)%。脑部后侧剂量改变与前侧及眼晶状体略有不同，相比于Reference模式，Reference + OBTCM模式脑部前侧剂量稍有增加，1岁与5岁体模增加率分别为(6.49 ± 6.44)%及(0.75 ± 2.14)%；而SPS和SPS + OBTCM模式在1岁与5岁体模下的剂量降低率也分别高达(63.60 ± 3.65)%及(41.71 ± 4.92)%。

表 1(Table 1)

表 1 不同体模不同扫描模式不同部位辐射剂量变化(Gy, x±s) Table 1 Comparison of radiation doses to different parts of different phantoms under various scanning modes(Gy, x±s) 体模 部位 点数 Reference Reference + OBTCM SPS SPS + OBTCM 剂量 变化率(%) 剂量 变化率(%) 剂量 变化率(%) 1岁 眼晶状体 2 46.54 ± 0.66 36.35 ± 0.51 21.89 ± 0.01 13.32 ± 0.42 71.38 ± 1.30 13.43 ± 1.37 71.12 ± 2.54 脑部前侧 3 38.71 ± 2.63 36.06 ± 1.01 6.69 ± 4.15 12.72 ± 0.63 67.09 ± 1.33 12.23 ± 2.00 68.53 ± 3.15 脑部后侧 6 34.28 ± 1.94 36.55 ± 3.64 6.49 ± 6.44 12.43 ± 0.78 63.60 ± 3.65 13.07 ± 1.04 61.80 ± 3.31 5岁 眼晶状体 2 48.28 ± 3.54 34.60 ± 2.37 28.33 ± 0.34 22.30 ± 0.47 53.72 ± 2.42 21.35 ± 0.65 55.71 ± 1.90 脑部前侧 4 37.37 ± 3.03 30.19 ± 6.14 19.69 ± 10.67 21.57 ± 0.85 42.12 ± 3.02 19.90 ± 1.49 46.73 ± 1.04 脑部后侧 6 33.30 ± 4.47 33.58 ± 4.86 0.75 ± 2.14 18.77 ± 1.26 41.56 ± 5.87 19.26 ± 1.43 41.71 ± 4.92 注：Reference. 标准扫描模式；Reference + OBTCM. 标准扫描联合器官剂量调制技术；SPS. 能谱纯化技术；SPS + OBTCM. 能谱纯化联合器官剂量调制技术

表 1 不同体模不同扫描模式不同部位辐射剂量变化(Gy, x±s) Table 1 Comparison of radiation doses to different parts of different phantoms under various scanning modes(Gy, x±s)

2.图像质量评价：如表 2所示，不同体模不同扫描模式眼眶及脑实质的噪声水平差异有统计学意义(F=5.67~85.47, P < 0.05)。总体而言，与Reference模式相比，不同体模不同扫描模式都导致眼眶及脑实质的噪声水平的增高，但绝对噪声水平增加不超过2.58 HU。具体而言，相比Reference模式，在眼眶区域，Reference + OBTCM模式下的噪声水平在5岁体模下增加约1.45 HU(P < 0.001)；SPS及SPS + OBTCM模式噪声水平相比Reference模式在不同体模增加约1.77~2.58 HU (P < 0.001)。在脑实质内，相比Reference模式，Reference + OBTCM模式的噪声水平在不同体模增加约0.89~0.94 HU(P < 0.001)；SPS及SPS + OBTCM模式噪声水平相比Reference模式在不同体模增加约1.33~2.35 HU(P < 0.001)。1岁体模不同扫描模式眼眶及脑实质的CNR分别为2.21~2.66和7.13~8.67，各部位差异均无统计学意义(P>0.05)；5岁体模不同扫描模式眼眶及脑实质的CNR分别为1.65~2.02和6.68~7.69，各部位差异也均无统计学意义(P>0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 不同体模不同扫描模式不同部位的噪声水平比较(HU, x±s) Table 2 Comparison of noise level in different parts of different phantoms under various scanning modes(HU, x±s) 体模 部位 点数 Reference Reference + OBTCM SPS SPS + OBTCM F值 P值 1岁体模 眼眶 10 3.28 ± 0.11 3.82 ± 0.20 5.07 ± 0.07ab 5.05 ± 0.07ab 21.37 < 0.01 脑实质 30 3.65 ± 0.10 4.59 ± 0.37a 5.57 ± 0.22ab 6.00 ± 0.35ab 85.47 < 0.01 5岁体模 眼眶 10 3.12 ± 0.54 4.57 ± 0.01a 5.7 ± 0.51ab 5.58 ± 0.48ab 5.67 < 0.01 脑实质 30 3.75 ± 0.14 4.65 ± 0.21a 5.08 ±0.25ab 5.10 ± 0.23ab 39.06 < 0.01 注：Reference. 标准扫描模式；Reference + OBTCM. 标准扫描联合器官剂量调制技术；SPS. 能谱纯化技术；SPS + OBTCM. 能谱纯化联合器官剂量调制技术。a与Reference模式比较，P < 0.05；b与Reference + OBTCM模式比较，P < 0.05

表 2 不同体模不同扫描模式不同部位的噪声水平比较(HU, x±s) Table 2 Comparison of noise level in different parts of different phantoms under various scanning modes(HU, x±s)

在临床中传统的降低辐射剂量的策略主要包含迭代重建、自动管电流调制技术及自动管电压调制技术等。但这些方法在一定程度上并不能很好地解决CT扫描过程中危及器官辐射剂量过高的问题，有些技术还可能会增加危及器官的辐射剂量^[6]。尽管其他方法如放射屏蔽可以有效降低眼晶状体、甲状腺和乳腺等放射敏感器官的辐射剂量，但也会导致图像伪影增加，甚至改变局部CT值的大小^{[5, 8]}。SPS及OBTCM作为两种特殊的降低辐射剂量的方法已经广泛应用于临床，但是基于两种技术的联合在婴幼儿头部CT中的应用少见报道，因此本研究初次探讨了SPS技术、OBTCM技术以及两者的结合对婴幼儿头部CT扫描器官剂量及图像质量的影响。研究结果表明，Reference + OBTCM模式可降低婴幼儿眼晶状体剂量高达28.3%，并产生轻微的噪声增加(< 1.45 HU)；SPS和SPS + OBTCM模式均可降低整个图像平面的辐射剂量，婴幼儿眼晶状体剂量降低可高达71.38%，但产生较小的噪声增加(< 2.58 HU)。

针对婴幼儿CT检查中眼晶状体的辐射剂量，很少有研究报道OBTCM技术在降低该人群眼晶状体辐射剂量的效果，仅Yamauchi-Kawaura等^[17]证明应用OBTCM技术可使儿童眼晶状体的剂量减少20%~28%，这与本研究的结果基本一致；而Papadakis和Damilakis^[18]使用另一种商用OBTCM技术(ODM，GE Medical Systems)在婴幼儿(新生儿、1岁、5岁和10岁仿真体模)中仅见最高达14%的眼晶状体剂量降低，分析原因可能是由于ODM技术在头部区域所产生的管电流降低率较少，已有研究表明使用ODM技术可观察到管电流降低率仅约33%，而在本研究中使用OBTCM(xCare技术)可见约75%的管电流降低率^[19]，因此可以产生更高的眼晶状体剂量降低。

已有研究报道了SPS在降低胸部^[11]和腹盆部^[12-13]CT扫描的辐射剂量方面的巨大临床价值，但在头颈部中的应用比较少见。仅有Rajendran等^[14]通过体模、尸体和患者研究证明，与临床常规方案(120 kV)相比，使用光子计数探测器CT采用Sn100 kV可使鼻窦和颞骨成像的剂量减少67%和85%，且无图像对比度损失；而Bernhard等^[20]采用迭代重建及Sn100 kV针对副鼻窦可实现超低剂量成像(单次约为0.012 mSv)，并且可以完全排除疑似的急性炎性鼻窦疾病；Hackenbroch等^[16]也发现，与标准低剂量检查(54.7~505.9 mSv)相比，Sn100 kV(20.7~84.0 mSv)可以显著减少牙科CT检查中的剂量，同时保持良好的图像质量。以上SPS技术在头颈部中的应用均未对眼晶状体等放射敏感器官的剂量进行评价，而本研究，相比于Reference模式，眼晶状体在SPS模式中可见高达71.38%的剂量降低；SPS + OBTCM模式可进一步降低5岁体模眼晶状体的辐射剂量。再者，SPS和SPS + OBTCM模式降低了整个图像平面的辐射剂量(眼晶状体，脑部前侧及后侧均降低)；本研究还证实，应用SPS和SPS + OBTCM模式相比于其他方法(如OBTCM和铋屏蔽)，可更多地降低眼晶状体剂量。

在评估不同的低剂量模式的效果时，必须考虑其对图像质量的影响。本研究中SPS和SPS + OBTCM模式产生了统计上显著但数量上小的噪声水平增加。当然，噪声的绝对差异变化很大，特别是在SPS模式下5岁体模中(2.58 HU)，这可能是由于通过头部的光子数量随着SPS模式的应用而减少，而光子数量减少在眼眶和颅底区域将产生更多的伪影，这可能是导致局部图像噪声增加的原因，但是增加的噪声可以通过其他技术如增加迭代重建的权重来进行补偿；另外，不同扫描模式下图像的CNR与Reference模式相比差异并无统计学意义。以上均表明SPS和SPS + OBTCM模式可在降低辐射剂量的情况下维持一定的图像质量。

当然本研究还存在一些局限性。首先，本研究仅涉及少数有限年龄的头部体模，但不同的扫描模式可能对不同年龄组的头部产生不同的影响，从而影响眼晶状体的辐射剂量，因此有必要进行进一步的临床论证；再者，本研究中仅对眼晶状体及脑组织的器官剂量进行了评价，其他非扫描区域内的辐射敏感器官如甲状腺等并未进行评价，也有待进一步研究。

综上所述，SPS和SPS+OBTCM模式可以在维持图像质量的同时，显著降低婴幼儿头部CT扫描中眼晶状体及整个图像平面的辐射剂量, 可用于临床婴幼儿头部CT低剂量成像。

利益冲突  所有研究者未接受任何不正当的职务或财务利益, 对研究的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明  袁子龙负责论文选题、设计及撰写; 陈迢负责统计学分析; 刘涛和李翠玲负责数据测量；张彪及李翠玲负责模体实验; 吴磊及张照喜负责论文审阅和研究指导