CT是儿科临床常用检查手段，儿童处于生长发育期，代谢旺盛，对电离辐射更加敏感^[1-2]，因此辐射剂量不容忽视^[3]。双源CT能谱纯化技术因其辐射剂量低^[4-6]、图像质量高的独特优势^[7-9]，在临床诊断中占据了重要地位。使用能谱纯化技术优化胸部超低剂量CT，利用其锡滤线板过滤掉低能X射线，降低图像噪声水平，在显著降低辐射剂量的同时，图像质量较传统胸部低剂量CT更优^[10]。但使用能谱纯化技术时的屏蔽防护效果研究较少，目前鲜有研究系统评估能谱纯化技术联合不同屏蔽方式(覆盖式与包裹式)对儿童CT扫描野外剂量的影响，尤其是针对双源CT两种扫描模式(单源Sn150 kV与双源低高管电压组合)的对比。能谱纯化技术使射线能量发生改变，对儿童体内和体表的穿透能力发生改变，直接影响了屏蔽防护用品的使用。本研究通过设置不同管电压模式(包括单源和双源能谱纯化模式)对儿童模体进行扫描，分析儿童模体中心和表面位置在使用屏蔽防护用品后，对扫描野外不同位置的防护效果。旨在为临床中儿童CT检查提供更为安全、有效的屏蔽防护策略，从而优化辐射防护效果，减少儿童患者的辐射风险。

1.实验材料：Siemens双源Force CT机(德国西门子公司)。圆柱有机玻璃模体2个，材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，直径100 mm，长度150 mm。椭圆柱有机玻璃模体2个，长/短直径为195 mm/130 mm，长度150 mm，模体有效直径约为160 mm。头侧两个模体模拟儿童颈胸部，足侧两个模体作为辐射衰减体(图 1 A)。0.5 mm铅围裙2个，分别为1 000 mm × 400 mm和600 mm × 400 mm。热释光探测器(TLD)共计116个(测量用96个，跟随20个测量本底辐射)，剂量测量下限0.004 mGy。本底平均读数为18.7，标准偏差为1.3，测量读数扣除的为所有读数平均值。检测仪器RE 2000热释光仪。TLD刻度在北京市疾病预防控制中心实验室进行，刻度在诊断X射线机80、100、120 kV，刻度的量为空气比释动能，取3个管电压刻度因子的平均值，校准因子0.91 Gy/读数。

注：红色方框为铅围裙屏蔽区域 图 1 模体、铅围裙和TLD放置位置示意图  A.模体正视图；B.屏蔽下模体正视图；C.TLD放置位置 A. Front view of unshielded phantom; B. Front view of a shielded phantom; C. TLD locations Figure 1 Schematic diagrams showing the locations of a phantom, a lead apron, and TLDs

2.模体摆位：将模体置于检查床正中，依次连接4个模体，保证所有模体的中心位于同一水平线上，水平与竖直中心线对准模体中心，模体各个孔径处于填充状态。绿色条纹为200 mm扫描区域，红色方框为铅围裙屏蔽区域，黄点为TLD放置位置，3个位置间隔5 cm(图 1)。

3.扫描方案：正位定位像，120 kV，20 mA。正式扫描，4种管电压：Sn150 kV、80 kV/Sn150 kV、90 kV/Sn 150kV、100 kV/Sn150 kV。采用自动管电流调制(care dose 4D)技术，参考管电流时间积150 mAs，螺距0.6，准直192 mm × 0.6 mm，扫描长度200 mm，旋转时间0.5 s，层厚1.0 mm。扫描方向：头侧向足侧。统计不同管电压下实际输出管电流时间积、剂量报告中显示的容积CT剂量指数(CTDI_vol)以及剂量长度乘积(DLP)，并计算超范围扫描长度。超范围扫描长度=容积CT剂量指数/剂量长度乘积-扫描长度。

4.剂量测量位置：TLD分别放置于头侧向足侧第3个模体起始、向足侧5和10 cm共3个位置，每个位置的模体上表面和中心分别放置。分别对应预设扫描野外5、10及15 cm处，并与模体正中矢状线重合。无屏蔽组每组扫描条件下共6个，屏蔽组在铅围裙外表面对应位置分别放置3个TLD，每组扫描条件下共9个。TLD ϕ4.5 mm × 0.8 mm。模体中心直径10 mm的圆柱体上设3个直径5 mm，深度1 mm的圆孔布放TLD。

每种管电压重复扫描5次，TLD为5次扫描累积值，读数后取5次平均值进行剂量统计。根据下式分别计算剂量变化率和屏蔽外内剂量比。“<探测下限”值不进行计算。剂量变化率=(剂量_屏蔽-剂量_无屏蔽)/剂量_无屏蔽×100%；屏蔽外内剂量比=剂量_屏蔽外/剂量_屏蔽内×100%。

5.屏蔽方式：① 无屏蔽。②覆盖式屏蔽：铅围裙上缘放置于头侧向足侧第3个模体表面起始处，且与模体上缘平齐(即预设扫描野下界外5 cm处)，下缘完全覆盖模体正面下端，两侧自然垂于床面，确保贴合模体表面无缝隙。③包裹式屏蔽：在覆盖式基础上，在模体床面侧放置另一铅围裙，其位置与上表面铅围裙相同，床面侧铅围裙与上表面铅围裙的上下缘对齐精度≤1 mm。所有屏蔽起始位置均通过定位激光对准模体刻度线，误差控制在±1 mm内。

6.统计学处理：使用SPSS 26.0软件进行统计学分析。采用Shapiro-Wilk检验对剂量数据进行正态性检验。采用随机区组设计方差分析(randomized block ANOVA)进行组间比较：以测量距离(5、10、15 cm)作为区组因素，分别检验同一管电压下不同屏蔽方式(无屏蔽、覆盖式、包裹式)的剂量差异，以及同一屏蔽条件下不同管电压(Sn150 kV、80 kV/Sn150 kV、90 kV/Sn150 kV、100 kV/Sn150 kV)的剂量差异。若差异有统计学意义，采用LSD法进行两两比较。P < 0.05为差异有统计学意义。

1.不同管电压下，实际输出管电流时间积、CTDI_vol和超范围扫描长度：单源Sn150 kV的管电流时间积为55 mAs，CTDI_vol为1.61 mGy，超范围扫描长度22 mm。双源扫描中，80 kV/Sn150 kV、90 kV/Sn150 kV、100 kV/Sn150 kV组合的双球管mAs分别为24/18、24/22、26/18，CTDI_vol依次为1.00、1.36、1.61 mGy，超范围扫描长度均为24 mm。

2.不同管电压时，屏蔽方式对模体中心位置的防护效果：施加屏蔽后，不同管电压模式下，模体中心辐射剂量均降低，屏蔽方式有统计学意义。其中Sn150 kV(F=26.82，P=0.005)、80 kV/Sn150 kV(F=48.28，P=0.002)、90 kV/Sn150 kV(F=7.43，P=0.045)、100 kV/Sn150 kV(F=7.76，P=0.042，表 1)。除90 kV/Sn150 kV扫描野外5 cm和100 kV/Sn150 kV扫描野外15 cm时，其余管电压模体中心包裹式屏蔽剂量变化率均大于同位置覆盖式屏蔽。扫描野外5 cm处中心剂量变化率最大值为16.60%，10 cm处为21.01%，15 cm处为21.80%(表 2)。

表 1(Table 1)

表 1 不同扫描参数和屏蔽方式下模体中心剂量值(mGy) Table 1 Radiation doses to phantom centers under varying scanning parameters and shielding approaches (mGy) 管电压(kV) 屏蔽方式 扫描野外5 cm 扫描野外10 cm 扫描野外15 cm F值 P值 Sn150 无屏蔽 0.577 0.210 0.087 26.82 0.005 覆盖 0.498 0.171 0.080 包裹 0.481 0.166 0.076 80/Sn150 无屏蔽 0.374 0.144 0.052 48.28 0.002 覆盖 0.356 0.135 0.048 包裹 0.329 0.121 0.042 90/Sn150 无屏蔽 0.620 0.208 0.080 7.43 0.045 覆盖 0.525 0.202 0.071 包裹 0.536 0.188 0.062 100/Sn150 无屏蔽 0.760 0.261 0.093 7.76 0.042 覆盖 0.685 0.242 0.074 包裹 0.667 0.207 0.078 注：为5次扫描后平均值。

表 1 不同扫描参数和屏蔽方式下模体中心剂量值(mGy) Table 1 Radiation doses to phantom centers under varying scanning parameters and shielding approaches (mGy)

表 2(Table 2)

表 2 不同扫描参数和屏蔽方式下模体中心剂量变化率(%) Table 2 Dose change rates of phantom centers under varying scanning parameters and shielding approaches (%) 管电压(kV) 屏蔽方式 扫描野外5 cm 扫描野外10 cm 扫描野外15 cm Sn150 覆盖 -13.69 -18.73 -6.54 包裹 -16.60 -21.01 -10.75 80/Sn150 覆盖 -5.02 -6.66 -8.02 包裹 -12.07 -15.95 -20.23 90/Sn150 覆盖 -15.30 -2.88 -11.28 包裹 -13.49 -9.98 -21.80 100/Sn150 覆盖 -9.86 -7.21 -20.99 包裹 -12.28 -20.78 -16.27 注：为5次扫描后积累值计算百分比

表 2 不同扫描参数和屏蔽方式下模体中心剂量变化率(%) Table 2 Dose change rates of phantom centers under varying scanning parameters and shielding approaches (%)

3.不同管电压时，屏蔽方式对模体表面位置的防护效果：施加屏蔽后，不同管电压模式下，模体表面辐射剂量均降低，其中Sn150 kV(F=11.43，P=0.022)和80 kV/Sn150 kV(F=7.16，P=0.048)的屏蔽方式有统计学意义，80 kV/Sn150 kV的LSD检验显示包裹式屏蔽显著优于覆盖式(P′<0.05，表 3)。Sn150 kV扫描野外5 cm处覆盖和包裹剂量变化率为-12.99%和-13.76%，扫描野外10 cm为-17.83%和-26.16%，扫描野外15 cm为-25.93%和-36.57%。距离扫描野下界距离越远，剂量变化率越高。除90 kV/Sn150 kV距离扫描野外10和15 cm时，其余管电压模体表面包裹式屏蔽剂量变化率均大于同位置覆盖式屏蔽。扫描野外5 cm处表面剂量变化率最大值为13.76%，10 cm处为26.16%，15 cm处为37.23%(表 4)。所有管电压下，模体表面的屏蔽外内百分比均<100%(表 5)。

表 3(Table 3)

表 3 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面剂量值(mGy) Table 3 Radiation doses to phantom surfaces under varying scanning parameters and shielding approaches (mGy) 管电压(kV) 屏蔽方式 扫描野外模体表面 扫描野外铅围裙外 F值 P值 P′值 5 cm 10 cm 15 cm 5 cm 10 cm 15 cm Sn150 无屏蔽 0.234 0.103 0.043 — — — 11.43 0.022 0.173 覆盖 0.204 0.085 0.032 0.101 0.020 0.012 包裹 0.202 0.076 0.027 0.085 0.021 0.011 80/Sn150 无屏蔽 0.170 0.069 0.027 — — — 7.16 0.048 0.029 覆盖 0.161 0.054 0.018 0.059 0.012 0.007 包裹 0.150 0.052 0.017 0.052 0.013 0.009 90/Sn150 无屏蔽 0.248 0.099 0.039 — — — 4.62 0.091 a 覆盖 0.244 0.078 0.026 0.093 0.017 0.011 包裹 0.228 0.081 0.027 0.069 0.017 0.011 100/Sn150 无屏蔽 0.307 0.117 0.048 — — — 6.74 0.052 a 覆盖 0.286 0.098 0.032 0.087 0.019 0.013 包裹 0.269 0.093 0.031 0.127 0.019 0.012 注：“—”为无数据；P′为覆盖与包裹组两两比较LSD结果P值，其中a为P>0.05，不列出LSD结果P值；剂量值为5次扫描后平均值

表 3 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面剂量值(mGy) Table 3 Radiation doses to phantom surfaces under varying scanning parameters and shielding approaches (mGy)

表 4(Table 4)

表 4 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面剂量变化率(%) Table 4 Dose change rates of phantom surfaces under varying scanning parameters and shielding approaches (%) 管电压(kV) 屏蔽方式 扫描野外5 cm 扫描野外10 cm 扫描野外15 cm Sn150 覆盖 -12.99 -17.83 -25.93 包裹 -13.76 -26.16 -36.57 80/Sn150 覆盖 -5.52 -22.48 -32.85 包裹 -11.99 -24.78 -37.23 90/Sn150 覆盖 -1.61 -21.32 -33.51 包裹 -8.06 -18.11 -29.38 100/Sn150 覆盖 -7.03 -15.75 -33.47 包裹 -12.43 -20.72 -35.15 注：为5次扫描后积累值计算百分比

表 4 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面剂量变化率(%) Table 4 Dose change rates of phantom surfaces under varying scanning parameters and shielding approaches (%)

4.相同管电压时，屏蔽方式对模体扫描野外的防护效果：相同管电压时，模体中心辐射剂量均大于模体表面同位置(表 1，3)。扫描野外5 cm处，模体中心剂量变化率高于模体表面。扫描野外10和15 cm位置，呈现相反趋势(表 2，4)。

表 5(Table 5)

表 5 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面屏蔽外内剂量比(%) Table 5 Ratios of doses to phantom parts outside and inside shielding under varying scanning parameters and shielding approaches (%) 管电压(kV) 屏蔽方式 扫描野外5 cm 扫描野外10 cm 扫描野外15 cm Sn150 覆盖 45.49 23.35 38.13 包裹 42.02 27.03 40.88 80/Sn150 覆盖 36.69 21.93 39.13 包裹 34.45 24.52 50.00 90/Sn150 覆盖 38.08 21.23 41.86 包裹 30.59 20.39 40.15 100/Sn150 覆盖 30.39 19.51 40.25 包裹 47.06 20.95 38.06

表 5 不同扫描参数和屏蔽方式下模体表面屏蔽外内剂量比(%) Table 5 Ratios of doses to phantom parts outside and inside shielding under varying scanning parameters and shielding approaches (%)

本研究系统探讨双源CT不同能谱纯化模式与屏蔽方式对儿童模体扫描野外辐射剂量的影响，通过量化扫描野外不同距离的剂量及屏蔽干预效果，重点分析了模体中心与表面在不同扫描参数下的剂量变化规律，并对其进行综合讨论。

双源CT能谱纯化技术的单源Sn150 kV模式与双源模式(80 kV/Sn150 kV、90 kV/Sn150 kV、100 kV/Sn150 kV)在辐射剂量分布、超范围扫描长度及屏蔽效果上存在差异。单源Sn150 kV模式超范围扫描长度为22 mm，短于所有双源模式的24 mm。超范围扫描长度增加导致扫描野外剂量升高，在CTDI_vol同为1.61 mGy的条件下，Sn150 kV模体表面扫描野外的辐射剂量均低于100 kV/Sn150 kV相同位置，屏蔽效果更优。这一结果源于双源模式中A、B球管相差95度，不同能量的射线源自不同位置，对扫描野外同一位置的剂量贡献存在差异；同时，来自不同角度的射线在模体表面和中心形成的剂量场相互叠加^[11]，进一步增加了辐射剂量分布的复杂性。

同时，本研究发现，双源模式中低管电压组合80 kV/Sn150 kV的屏蔽效果未呈现优于高管电压组合100 kV/Sn150 kV的规律，这与König等^[12]在采用70~130 kV管电压条件对不同厚度的无铅和传统铅衣防护性能研究时，屏蔽效果随管电压的增加而减小的结果不一致。采用双源能谱纯化技术后，管电压对屏蔽效果的影响被弱化。

传统理论认为，屏蔽效能会随射线穿透力增强而减小。这种多维度的散射分布显著削弱了单一管电压变动对屏蔽效能的影响权重。这一发现提示临床，在应用能谱纯化技术进行儿童CT检查时，防护决策不应简单地依赖于调低管电压，而应更加侧重于通过优化物理屏蔽方式(如采用包裹式屏蔽)来阻断复杂的散射路径，实现最优的辐射防护。

随着扫描野外距离的增加，不同管电压组模体表面剂量均呈递减趋势，且剂量变化率随距离增加而升高，这一趋势与张玉珩等^[13]的研究结论相符。但不支持其关于“从近扫描区域到远扫描区域，屏蔽效果总体上呈上升趋势”的观点。行儿童CT检查时，患者体型小，所接受辐射剂量较低。扫描野外15 cm处模体表面无屏蔽下剂量值很低，最高仅为0.048 mGy，微小的剂量波动即可引发显著的变化率差异，并非屏蔽效果提升的体现。尽管该位置包裹式屏蔽的剂量变化率高于覆盖式，但二者实际剂量差值极小，最大差值在Sn150 kV模体表面扫描野外15 cm处，仅0.005 mGy，较远距离时两种屏蔽方式的防护效果已无显著差异。这一结果与Yu等^[14]在儿童胸部CT检查中施加屏蔽后剂量降幅有限的结果一致。此外，在所有管电压下，模体表面的屏蔽外/内剂量百分比均<100%，即屏蔽内剂量均高于屏蔽外剂量。这与傅强等^[15]的研究结果一致，该结果证明，扫描野外的辐射剂量主要来源于体内散射，CT原发射线穿过扫描野内模体组织后产生的散射线，从模体内部向表面穿透，成为扫描野外模体表面剂量的主要贡献者，而铅围裙的屏蔽作用主要阻隔外部散射线，对模体内散射的阻隔作用有限。

模体中心剂量随扫描野外距离增加同样呈递减趋势。模体中心的辐射剂量均显著高于同位置表面剂量。屏蔽干预后，扫描野外5 cm处模体中心剂量变化率整体高于表面，表明屏蔽方式对中心剂量的影响更显著。其原因可能是，经能谱纯化的高能外散射线穿透模体到达中心，其散射路径较长，屏蔽对其衰减作用更明显。表面受外部散射的直接影响弱于中心位置，衰减路径较短，且来自内部的散射线，受到屏蔽物影响，可能会产生反散射，导致屏蔽对其剂量变化的干预效果受限。在扫描野外10和15 cm处则呈现相反趋势，表明在此位置屏蔽方式对表面剂量的影响更为显著。扫描野外10和15 cm处，内部散射成为测得剂量值的主要来源^[16]。模体表面剂量值已经降至极低水平，对施加屏蔽所导致的剂量变化较为敏感。儿童体型小巧，距扫描区域15 cm可能已涉及多个器官。因此，无论是体表还是体内的区域，均应优先考虑使用包裹式屏蔽。针对扫描野外边缘区域，需重点强化中心部位防护，较远区域则应聚焦表面部位的屏蔽保护。

本研究中螺距设为0.6，低于临床儿童胸部CT常用的大螺距。小螺距具有高重叠扫描特性，可降低超范围扫描的剂量贡献^[17]，避免大螺距时剂量波动，有利于稳定测量扫描野外剂量分布。本研究旨在精确测量剂量，故选择小螺距以控制变量。关于屏蔽方式优劣的比较仍具参考价值。采用自动管电流调制技术时，铅围裙进入到扫描区域时会显著增加辐射剂量，同时也会导致图像出现伪影，影响图像质量^[18]。本实验将铅围裙放置于预设扫描野外5 cm处未导致CTDI_vol增加和伪影产生。

本研究存在以下局限性：未能涵盖不同年龄段儿童的器官分布及密度特征，未来可结合不同体型的体模和临床数据进一步验证。同时，本研究未探讨图像质量变化，后续可在优化辐射剂量的同时平衡图像诊断价值，真正实现“低剂量高质量”扫描目标。

综合来看，儿童CT检查应用能谱纯化技术时，屏蔽方式的科学选择是降低辐射风险的关键。无论是针对体表还是体内中心位置，包裹式屏蔽的防护效果均优于覆盖式屏蔽，应作为临床首选方案。在扫描模式选择上，单源Sn150 kV能谱纯化模式较双源具有剂量优势与防护稳定性。将屏蔽起始位置置于扫描野外5 cm处，可实现安全有效的辐射防护。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

作者贡献声明  赵彤负责实验设计，收集数据，论文撰写；马梓轩负责模体扫描；刘丹丹负责分析数据；冯泽臣负责处理数据；张永县负责统计分析；牛延涛指导论文修改