CT检查过程中的辐射暴露问题是放射医学领域的关注热点，特别是对电离辐射敏感的儿童群体尤其受到关注。在部分医疗机构，儿童CT扫描流程已经优化以减少辐射暴露，其主要是通过将单能CT (single-energy CT，SECT)的管电压降低(从120 kVp降低到100或80 kVp)来实现，这导致了CT扫描图像质量欠佳，从而影响放射科医生的准确诊断。因此，对于儿童，CT扫描流程不仅要注意放射防护，而且要保证图像质量^[1]。随着双能量技术的发展，CT扫描可以在没有额外的X射线管或重复采集的情况下获得更多有价值的图像信息^[2]。然而，双能量CT扫描技术需要根据不同材料的特定X射线能量的吸收来实现高能量(120 kVp)光谱的分解，而这可能会增加扫描的辐射剂量^[3]。

近年，同源双能CT(split-filter dual-energy CT, SF-DECT) 在平衡辐射剂量和图像质量方面体现出潜在价值^[4]。目前，关于SF-DECT在儿童腹部检查中的应用研究较少。因此，SF-DECT的优势能否应用于儿童CT扫描流程，从而为图像质量和辐射剂量的优化提供有用的信息值得进一步研究。本研究旨在评估与SECT相比，SF-DECT是否可以于低剂量条件下提高儿童腹部CT图像质量。

1. 体模研究：使用一个高110 cm，体重20 kg的儿童体模(PBU-70, General Boom，深圳为尔康科技有限公司，图 1) 来比较不同辐射剂量SECT和SF-DECT扫描的图像质量。体模的横径和前后径分别为190 mm × 150 mm。在128层CT扫描仪(SOMATOM Definition Edge，德国Siemens Healthcare公司)上首先使用常规SECT连续扫描儿童体模，然后采用SF-DECT协议扫描体模。扫描范围为横膈肌嵴至双侧前髂上棘线。所有扫描协议均采用Care kV(100 kV作为参考电压)和自动管电流调制(CareDose4D，德国Siemens Healthcare公司)，设置容积CT剂量指数(CTDI_vol)值为1、2、3和4 mGy。

注：图C、D中，上、中、下3部分红圈分别位于肝脏、皮下脂肪、肾脏；SECT. 单能CT；SF-DECT. 同源双能CT A. 儿童体模；B. 体模扫描定位相；C、D. 从体模的肝脏、肾脏和皮下脂肪中勾画感兴趣区示意图 图 1 使用常规SECT和SF-DECT分别扫描儿童体模 A. Child phantom; B. Phantom scanning positioning; C, D. Schematics of regions of interest of the liver, kidney, and subcutaneous fat of a phantom Figure 1 Child phantoms scanned using conventional SECT and SF-DECT

采用单能量和双能组合数据集(C AuSn120)进行图像客观评价，以3 mm层厚和3 mm层间距重建图像，获得全部轴位图像。采用Sinogram迭代重构算法(SAFIRE, 德国Siemens Healthineers公司) 对所有图像数据集进行重建；参考Brindhaban^[5]的研究，迭代重建强度均选择SAFIRE 4级。SECT和SF-DECT的具体扫描参数见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 SECT和SF-DECT扫描参数 Table 1 Parameters for SECT and SF-DECT CT参数 SECT SF-DECT 探测器准直(mm) 64 × 0.6 64 × 0.6 旋转时间(s) 0.5 0.33 螺距 0.8 0.45 管电压(kV) Care kV AuSn 120 管电流(mAs) Care Dose 4D Care Dose 4D   1 mGy 145 210   2 mGy 286 405   3 mGy 411 604   4 mGy 611 815 注：SECT.单能CT；SF-DECT.同源双能CT；Care kV.自动管能量选择技术；AuSn 120. 双能量管电压；Care Dose 4D.自动管电流时间调制技术

表 1 SECT和SF-DECT扫描参数 Table 1 Parameters for SECT and SF-DECT

2. 患者研究：前瞻性纳入了2020年6月至12月在天津市第一中心医院就诊的20名儿童患者的数据集作为体模研究的验证数据，其中SF-DECT和SECT扫描组各有10名。患者纳入标准：年龄4~6岁；CT检查时配合；没有严重腹部疾病。符合标准的患者采用简单随机化分组均分到两个扫描组。分别使用SECT或SF-DECT对两组患者进行扫描，扫描和重建方法与体模研究一致。在扫描过程中，受检儿童没有使用镇静剂，保持平稳呼吸。通过调整管电流，以保持每次扫描的CTDI_vol值为3 mGy。本研究中的所有原始数据处理前完全匿名导出。本研究经机构伦理审查委员会审核并同意(2021N118KY)。

3. 图像分析：由两名经验丰富的放射科医生(腹部CT诊断经验6年和8年)对体模和患者图像进行分析。通过在轴位图像上放置圆形感兴趣区域(region of interest，ROI)分别获得肝脏、肾脏和皮下脂肪(体模中没有脾脏、门静脉和主动脉结构)的客观定量参数值(图 1)。以肝脏、皮下脂肪和双侧肾脏的最大层面为中心，向上下分别选取两个层面并勾画ROI。因此，每个组织器官各选取3个层面，每层勾画2个ROI^[6]，计算并获得各组织器官平均CT值。每个ROI的面积为100 mm²。图像噪声(noise, N) 定义为皮下脂肪CT值的标准差。肝脏和肾脏的对比噪声比(contrast to noise ratio，CNR_肝和CNR_肾)计算公式如下^[7]：

由两名经验丰富的放射科医生独立进行主观图像评分。两个数据集(SECT、SF-DECT)的图像以随机顺序呈现给每个阅片者，并且他们无法得知患者的临床信息。评估的平面包括肝最大层面水平、肝顶和肝底水平、左肾和右肾的最大层面水平，计算主观图像的平均分。为了保证阅片者内部评价的可靠性，1周后1名医生分别进行了重复评分。根据5分评分标准^[8]对每个选定的轴向图像质量进行评分：5分，解剖结构细节清晰，分辨率高，清晰度高；4分，解剖结构细节清晰，分辨率和锐度降低；3分，大部分解剖结构清晰，细节不清楚，分辨率低但可以接受；2分，解剖细节难以发现，分辨率低；1分，解剖结构难以分辨，锐度差。

4. 统计学处理：采用SPSS 22.0软件进行统计分析。体模研究和患者研究均通过Kolmogorov-Smirnov检验数据是否为正态分布；通过计算组内相关系数(intraclass correlation efficient, ICC) 来评估各组数值的观察者间一致性；使用Mann-Whitney U检验比较SF-DECT和SECT之间特征参数的差异；Kruskal-Wallis检验用于分析SF-DECT中不同剂量组的差异；使用Wilcoxon检验比较各组图像质量主观评分的差异。P < 0.05为差异有统计学意义。

1. 体模研究：数据测量的观察者间一致性较好(SECT的ICC=0.801，SF-DECT 0.814)。在所有剂量组中，SF-DECT肾脏和皮下脂肪CT衰减均高于SECT(Z=5.17~5.93，P < 0.001，表 2)，但肝脏差异无统计学意义(P>0.05)。

表 2(Table 2)

表 2 不同参数SECT和SF-DECT体模研究的客观图像质量评估结果(x±s) Table 2 Objective evaluation results of the quality of images scanned using SECT and SF-DECT for phantoms under different parameters(x±s) 参数 剂量(mGy) SECT SF-DECT Z值 P值 CT值(HU)   肾 1 15.8±0.7 27.1±0.7 5.42 ＜0.001 2 16.7±0.8 26.5±0.5 5.17 ＜0.001 3 16.5±0.7 28.0±0.5 5.41 ＜0.001 4 15.8±0.9 26.5±0.5 5.93 ＜0.001   脂肪 1 -11.2±3.0 0.8±1.5 5.41 ＜0.001 2 -10.6±3.3 -3.3±1.9 5.63 ＜0.001 3 -9.9±2.4 1.3±1.6 5.41 ＜0.001 4 -11.7±2.4 0.2±2.1 5.41 ＜0.001 N值(HU) 1 5.3±1.4 5.2±0.9 2.56 0.925 2 4.5±0.9 4.4±0.4 2.64 0.547 3 3.7±0.5 3.0±0.3 4.82 ＜0.001 4 3.8±0.7 2.8±0.3 3.72 ＜0.001 CNR值   肝 1 15.5±0.6 13.2±0.3 5.39 ＜0.001 2 18.4±0.7 16.5±0.4 3.52 ＜0.001 3 22.0±0.7 23.2±0.6 3.68 ＜0.001 4 21.9±0.6 24.7±0.8 3.00 ＜0.001   肾 1 5.1±0.6 5.1±0.3 2.44 0.862 2 6.1±0.8 6.8±0.4 4.19 ＜0.001 3 7.1±0.6 8.9±0.6 5.03 ＜0.001 4 7.2±0.7 9.5±0.8 5.17 ＜0.001 注：SECT.单能CT；SF-DECT.同源双能CT；N. 噪声；CNR.对比噪声比；样本量均为6

表 2 不同参数SECT和SF-DECT体模研究的客观图像质量评估结果(x±s) Table 2 Objective evaluation results of the quality of images scanned using SECT and SF-DECT for phantoms under different parameters(x±s)

1和2 mGy时，SF-DECT与SECT的噪声差异无统计学意义(P>0.05)；3和4 mGy时，SF-DECT的噪声低于SECT(Z= 4.82、3.72，P < 0.001)，分别降低了18.9%和26.3%。

1 mGy时，SECT与SF-DECT肾CNR差异无统计学意义(P>0.05)。而1和2 mGy时的CNR，SF-DECT明显低于SECT(Z= 3.52、5.39，P < 0.001)。3和4 mGy时，与SECT的肝、肾CNR相比，SF-DECT增加(Z= 3.00~5.17，P < 0.001)。随着剂量的增加，SF-DECT图像的噪声降低，CNR升高，3和4 mGy组间差异无统计学意义(P>0.05)。SF-DECT获得的图像与SECT相比噪声更小，图像颗粒感更少，尤其是在低剂量扫描条件下(图 2)。在各剂量组，SF-DECT的主观评分也基本高于SECT(Z=1.96~2.12，P < 0.05，表 3)。

注：SECT.单能CT；SF-DECT.同源双能CT 图 2 体模及儿童腹部SF-DECT及SECT扫描的比较 Figure 2 Comparison of abdominal images scanned using SF-DECT and SECT for phantoms and child abdomens

表 3(Table 3)

表 3 SECT和SF-DECT体模研究的图像质量主观评估结果(x±s) Table 3 Subjective evaluation results of the quality of images scanned using SECT and SF-DECT for phantoms(x±s) 扫描方式 样本数 1 mGy 2 mGy 3 mGy 4 mGy SECT 18 2.1±0.3 3.1±0.3 3.9±0.2 4.1±0.4 SF-DECT 18 2.5±0.5 3.4±0.5 4.2±0.4 4.3±0.5 Z值 1.96 2.12 2.00 1.27 P值 0.048 0.034 0.045 0.203 注：SECT.单能CT；SF-DECT.同源双能CT

表 3 SECT和SF-DECT体模研究的图像质量主观评估结果(x±s) Table 3 Subjective evaluation results of the quality of images scanned using SECT and SF-DECT for phantoms(x±s)

2. 患者研究：在SF-DECT组中，男性6例，女性4例，年龄(5.3±0.7)岁；在SECT组中，男性5例，女性5例，年龄(5.0±0.9)岁。表 4显示，在3 mGy条件下，SF-DECT的N值比SECT低29.9%(Z= 4.64，P＜0.001)，而肝、肾、脂肪CT值差异无统计学意义(P＞0.05)。与SECT扫描的肝和肾脏CNR相比，SF-DECT分别增加了47.0%和28.2%(Z= 3.78、3.39，P＜0.001)。主观评分也高于SECT(Z= 3.80，P＜0.001)。图 2显示，1名5岁儿童因腹痛接受常规SF-DECT检查和SECT复查，扫描剂量为3 mGy。在SF-DECT扫描中，肝脏最大层面显示实质器官“颗粒状”外观明显改善，门静脉等血管边缘显示较前清晰。与SECT相比，SF-DECT方案的图像质量更容易被接受。

表 4(Table 4)

表 4 3 mGy时SECT和SF-DECT儿童研究的客观和主观评估结果 Table 4 Objective and subjective evaluation results of SECT and SF-DECT at a dose of 3 mGy for children 扫描方式 例数 噪声 对比噪声比 主观评分 肝脏 肾脏 SECT 10 15.7 ± 0.2 8.3 ± 0.4 7.1 ± 1.1 3.8 ± 0.2 SF-DECT 10 11.0 ± 0.3 12.2 ± 0.6 9.1 ± 0.9 4.3 ± 0.1 Z值 4.64 3.78 3.39 3.80 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 注：SECT.单能CT；SF-DECT.同源双能CT

表 4 3 mGy时SECT和SF-DECT儿童研究的客观和主观评估结果 Table 4 Objective and subjective evaluation results of SECT and SF-DECT at a dose of 3 mGy for children

本研究发现，与SECT相比，SF-DECT在应用于儿童腹部检查时，其权衡图像质量和扫描剂量方面更为突出。在体模研究中，与SECT相比，3和4 mGy SF-DECT图像噪声分别降低了18.9%和26.3%；SF-DECT的肝、肾CNR分别最多增加了12.8%和31.9%。该研究结果表明，与SECT相比，SF-DECT在相同剂量下可以获得相似或更好的图像质量。SF-DECT图像质量的优化归功于其配备的金和锡金属两种滤波器，可以将120 kV的X射线转换为低能和高能光谱。锡滤波器通过吸收低能量光子，将X射线光谱转移到更高的能量^{[7, 9]}。因此，在管电压不降低的前提下，高效利用X射线能量，从而降低额外的辐射剂量和图像噪声，最终实现图像质量和辐射剂量的平衡。该研究结果与Haubenreisser等^[10]的研究类似。

目前，SF-DECT在成人CT检查中展现了广泛的应用价值。Eichler等^[11]指出，SF-DECT可以在低剂量条件下提高肝脏肿瘤的检出率。May等^[12]发现SF-DECT在头颈部成像优化的应用中表现良好。然而，基于SF-DECT在儿童CT扫描时辐射剂量并未标准化，因此，SF-DECT在儿童CT扫描中应用较少。近年多项研究致力于探索儿童腹部CT检查的扫描剂量参考值。Goske等^[13]认为，对于体宽范围为15~19 cm的儿童(4~6岁)，合适的CTDI_vol约为4.7 mGy。Célier等^[14]发现，对于5~10岁的儿童，腹部CT检查的合适CTDI_vol约为2.3 mGy。在本研究SF-DECT扫描中，3和4 mGy时的图像噪声和CNR差异无统计学意义，且均获得了满意的图像质量。因此，遵循权衡扫描剂量和图像质量的原则，3 mGy是体模研究中SF-DECT扫描的推荐剂量，但这一观察结果需要在独立的患者队列中进行验证。因此，在患儿研究中，将CTDI_vol设定为3 mGy，结果与体模研究一致，即与SECT相比SF-DECT的图像质量是更加优化的。

本研究有一些局限性。首先，在体模和患儿研究中没有建立疾病模型。这主要是由于研究使用的体模为无病灶体模，而纳入的患儿虽然有临床症状，但是基本上没有显著病灶。然而，之前的研究表明SF-DECT可以提高病灶的检出率^[15-16]。其次，临床验证病例数相对较少，之后的研究将收集更全面的临床数据。

总之，本研究表明，在相同的较低剂量条件下，SF-DECT图像质量比SECT高。SF-DECT的使用可能会促进双能CT扫描技术在儿童腹部检查中的扩展和应用，但需要进行深入的临床研究来验证结果。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  张坤负责论文选题、实验设计、数据统计分析、论文撰写；石祥负责图像采集与数据测量，图像质量主观评价；谢双双、林丽滢负责图像质量主观评价；窦亚娜负责图像采集与数据测量；沈文负责论文审阅、实验设计和研究指导

临床试验注册：中国临床试验注册中心，ChiCTR1800019231

Clinical trial registration: Chinese Clinical Trial Registry, ChiCTR1800019231