孫士龍，龐思文，孟繁楊，周桂娟，李傳東，王玉麗，劉瑞宏*

(1.中日友好醫(yī)院放射科，北京 100029；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，吉林 長(zhǎng)春 130021；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院放射科，北京 100010)

頭頸部血管造影中采集野及附加濾過(guò)對(duì)受檢者輻射劑量影響的體模研究

孫士龍1，龐思文2，孟繁楊2，周桂娟3，李傳東1，王玉麗1，劉瑞宏1*

(1.中日友好醫(yī)院放射科，北京 100029；2.吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，吉林 長(zhǎng)春 130021；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院放射科，北京 100010)

目的 探討頭頸部血管造影過(guò)程中采集野及附加濾過(guò)對(duì)受檢者輻射劑量的影響。方法 采用掃描仿真體模、熱釋光劑量計(jì)實(shí)測(cè)劑量，比較Philps Allura Xper FD20血管造影機(jī)的不同采集野(22、31、42、48 cm)及附加濾過(guò) (0.1 mmCu+1 mmAl、0.4 mmCu+1 mmAl、0.9 mmCu+1 mmAl)組合下，2D-DSA及3D-DSA數(shù)據(jù)采集時(shí)的管電壓、管電流、累積劑量面積乘積(DAP)、空氣比釋動(dòng)能(AK)及各采集點(diǎn)的劑量值；并在單次曝光模式下，調(diào)整不同的采集野及附加濾過(guò)組合，分別對(duì)矩形波測(cè)試卡攝影，采集單幅圖像，通過(guò)矩形波測(cè)試卡圖像，探討采集野及附加濾過(guò)與空間分辨率的相關(guān)性。結(jié)果 3D-DSA數(shù)據(jù)采集時(shí)采集野22 cm，附加濾過(guò)0.1 mmCu+1 mmAl時(shí)，AK為103.90 mGy，垂體的吸收劑量為(13.48±0.12)mGy，枕骨入射皮膚劑量為(134.76±0.55)mGy，均為最大值；采集野48 cm，附加濾過(guò)0.9 mmCu+1 mmAl時(shí)，AK為15.00 mGy，垂體的吸收劑量為(4.66±0.06)mGy，枕骨入射皮膚劑量為(21.30±0.26)mGy，均為最小值。3D-DSA數(shù)據(jù)采集時(shí)采集野為48 cm，附加濾過(guò)為0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl時(shí)，矩形波測(cè)試卡顯示值最低，為1.2 Lp/mm；采集野為22 cm，附加濾過(guò)為0.4 mmCu+1 mmAl時(shí)，矩形波測(cè)試卡顯示值最高，為 3.1 Lp/mm。結(jié)論 采用適中的采集野、適當(dāng)增加附加濾過(guò)厚度，在保證圖像空間分辨率的同時(shí)，可降低受檢者輻射劑量。

血管造影術(shù)，數(shù)字減影；采集野；附加濾過(guò)；輻射劑量

圖1 仿真體模的頭頸部段正面觀(guān) 圖2 仿真體模的頭頸部橫斷面觀(guān)

DSA具有較高空間分辨率，不僅可清晰顯示頭頸部動(dòng)脈狹窄或動(dòng)脈瘤的部位，還可動(dòng)態(tài)反映供血?jiǎng)用}血流動(dòng)力學(xué)變化以及側(cè)支循環(huán)的代償情況，是目前公認(rèn)的診斷顱內(nèi)及頸部血管疾病的“金標(biāo)準(zhǔn)”[1]。但高輻射劑量是DSA的最大缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步降低臨床工作中受檢者所受輻射劑量，本研究調(diào)整了常規(guī)DSA的采集野及附加濾過(guò)，觀(guān)察體模所受輻射劑量的變化，并將其與三維DSA (3D-DSA )所受的輻射劑量進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1體模 采用美國(guó)仿真體模男性ART(Alderson Radiation Therapy phantom)模型的頭頸部段，該段分為0～10層，層厚2.5 cm，每層留有數(shù)量不同、安放LiF片的陣列圓孔(圖1、2)。

1.2儀器 采用Philips Allura Xper FD20血管造影機(jī)，自動(dòng)曝光控制，固有濾過(guò)2.5 mmAl，30 cm×40 cm可90°旋轉(zhuǎn)非晶硅平板探測(cè)器，配有IEC標(biāo)準(zhǔn)的透過(guò)電離室型劑量測(cè)量系統(tǒng)(area exposure product， AEP)，可記錄透視條件、攝影條件、采集幀數(shù)、累積劑量面積乘積(dose area product， DAP)和入射參考點(diǎn)的空氣比釋動(dòng)能(air kerma， AK)。

1.3劑量測(cè)量材料 熱釋光劑量計(jì)的探測(cè)元件選用圓片狀LiF(MgCuP)片，該材料的能量響應(yīng)好、靈敏度高、劑量線(xiàn)性范圍寬，探測(cè)靈敏度分散性<3%。

1.4方法 試驗(yàn)開(kāi)始前，先邀請(qǐng)Philips工程師，對(duì)設(shè)備進(jìn)行管電壓、管電流、球管X線(xiàn)輸出量的校準(zhǔn)、入射劑量率限值的校正及采集野范圍內(nèi)密度均勻性測(cè)試。

1.4.1安裝LiF片 在左、右眼晶體中心位和腦垂體中心位預(yù)留孔中放入5片LiF片，用以測(cè)量器官吸收劑量。為測(cè)量入射皮膚劑量，正側(cè)位采集時(shí)在第4層上緣枕骨隆起中心位置體表處貼上裝有5片LiF片的聚乙烯自封袋，使LiF片盡可能準(zhǔn)確到位且不互相重疊。劑量測(cè)量時(shí)取其5片平均值，確保測(cè)量值的精確。

1.4.2采集野、附加濾過(guò)與輻射劑量相關(guān)性試驗(yàn) 將放入LiF片的體模置于檢查床上，調(diào)整不同的采集野及附加濾過(guò)組合，行常規(guī)正側(cè)位DSA(2D-DSA)及3D-DSA數(shù)據(jù)采集。2D-DSA單次采集曝光時(shí)間為11 s，攝影距離為90 cm；3D-DSA采用Neuro 3D Prop Scan旋轉(zhuǎn)模式，曝光時(shí)間為4.1 s，攝影距離為120 cm。采集過(guò)程中,記錄相應(yīng)的管電壓、管電流、DAP及AK值。按順序取出LiF片，每組采集結(jié)束后，送至專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)測(cè)量。

1.4.3采集野、附加濾過(guò)與空間分辨率的相關(guān)性試驗(yàn) 將矩形波測(cè)試卡水平旋轉(zhuǎn)45°置于18 cm厚的樹(shù)脂板上，置于檢查床照射野中心，采用單次曝光(Single shot Exposure)模式，調(diào)整采集野及附加濾過(guò)不同組合,對(duì)矩形波測(cè)試卡攝影。2名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科主任醫(yī)師、1名副主任技師及1名高級(jí)工程師共同分析獲得的圖像，評(píng)價(jià)采集野和附加濾過(guò)對(duì)空間分辨率的影響。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SAS 9.13統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)測(cè)得的輻射劑量進(jìn)行分析，并對(duì)所有變量條件下的2D及3D器官輻射劑量進(jìn)行比較。采用Pearson相關(guān)分析評(píng)價(jià)DAP、AK參數(shù)與各點(diǎn)器官劑量的相關(guān)性。視方差是否齊性，采用t/t'檢驗(yàn)比較2D-DSA、3D-DSA采集時(shí)不同部位器官輻射劑量的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1采集野、附加濾過(guò)與輻射劑量相關(guān)性 當(dāng)采集野大小不變時(shí)，2D-DSA和3D-DSA采集的DAP、AK及各組織器官輻射劑量隨附加濾過(guò)厚度增加而相應(yīng)降低；當(dāng)附加濾過(guò)不變時(shí)，AK隨采集野減小而增加，DAP不隨采集野發(fā)生線(xiàn)性改變(表1、2)。

表1 2D-DSA采集時(shí)不同采集野及附加濾過(guò)組合的輻射劑量

采集野(cm)附加濾過(guò)(mmCu+1mmAl)管電壓(kV)管電流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶體(n=5，mGy)右晶體(n=5，mGy)垂體(n=5，mGy)220．183～97153～263310330．710．83±0．080．87±0．063．79±0．060．486～108182～282202020．340．76±0．070．87±0．063．76±0．060．992～121213～251142814．640．69±0．030．69±0．072．98±0．05310．183～95153～269545627．451．75±0．042．20±0．044．38±0．050．486～103182～255354818．331．73±0．032．17±0．033．83±0．050．992～113221～245247012．731．16±0．081．16±0．093．25±0．05420．182～91120～222742224．642．64±0．084．18±0．073．50±0．070．485172466413．772．51±0．042．97±0．072．60±0．070．989～100202～26336328．511．84±0．082．33±0．072．42±0．05480．179～91141～142811018．923．36±0．083．91±0．093．95±0．050．484～93163～252495811．762．19±0．082．58±0．062．87±0．050．980～97124～26832597．641．90±0．082．30±0．062．54±0．04

表2 3D-DSA采集時(shí)不同采集野及附加濾過(guò)組合的輻射劑量

采集野(cm)附加濾過(guò)(mmCu+1mmAl)管電壓(kV)管電流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶體(n=5，mGy)右晶體(n=5，mGy)垂體(n=5，mGy)枕骨(n=5，mGy)220．18018～10518733103．903．29±0．024．96±0．0613．48±0．12134．76±0．550．48331～1351228268．892．23±0．063．56±0．0512．30±0．04100．66±0．590．980～8966～126763441．801．98±0．042．46±0．0610．40±0．0453．57±0．30310．18015～611995369．402．79±0．024．95±0．089．94±0．0888．22±0．840．48023～971292644．862．50±0．053．89±0．039．15±0．0467．07±0．840．982136961332．121．98±0．062．98±0．088．43±0．0444．79±0．84420．18012～401920448．143．74±0．1213．80±0．078．34±0．0562．51±0．700．48020～711419735．343．61±0．0810．30±0．087．91±0．0452．04±0．730．9801311095129．542．79±0．087．08±0．077．78±0．0339．38±0．71480．1809～251566532．943．71±0．0910．30±0．085．96±0．0639．96±0．770．48013～441130523．302．62±0．086．79±0．055．54±0．0535．54±0．550．98080720115．001．97±0．0633．67±0．084．66±0．0621．30±0．26

2.2不同采集野及附加濾過(guò)組合下空間分辨率的評(píng)估結(jié)果 采集野為48 cm，附加濾過(guò)為0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl時(shí)，矩形波測(cè)試卡顯示值最低，為1.2 Lp/mm；采集野為22 cm，附加濾過(guò)為0.4 mmCu+1 mmAl時(shí)，矩形波測(cè)試卡顯示值最高，為3.1 Lp/mm(表3)。

表3 不同采集野及附加濾過(guò)組合下空間分辨率的評(píng)估結(jié)果

附加濾過(guò)采集野組合(cm)矩形波測(cè)試卡顯示值(Lp/mm)矩形波測(cè)試卡中間線(xiàn)是否清晰顯示且連續(xù)0．9mmCu+1mmAl481．2是421．6是312．0是222．8是0．4mmCu+1mmAl481．4是421．8是312．2是223．1是0．1mmCu+1mmAl481．2是421．4是312．0是222．8是

2.3DAP、AK與各器官接受輻射劑量的相關(guān)性 DAP與垂體(r=0.766,P<0.01)、左側(cè)晶狀體(r=0.684,P<0.01)、右側(cè)晶狀體(r=0.727,P<0.01)及枕骨入射皮膚 (r=0.609,P=0.036) 所接受的輻射劑量呈正相關(guān);AK與垂體(r=0.894,P<0.01)及枕骨入射皮膚 (r=0.991,P<0.01) 所接受的輻射劑量呈正相關(guān)，而與左側(cè)晶狀體(r=0.253,P=0.234)和右側(cè)晶狀體(r=0.249,P=0.242)所接受的輻射劑量無(wú)相關(guān)性。

2.42D-DSA與3D-DSA采集時(shí)器官接受輻射劑量的比較 垂體、左側(cè)晶狀體和右側(cè)晶狀體在2D-DSA采集時(shí)輻射劑量均大于3D-DSA采集時(shí)的輻射劑量(P均<0.01，表4)。

表4 2D-DSA和3D-DSA采集時(shí)各部位的器官輻射劑量(mGy,±s,n=12)

方法腦垂體左晶狀體右晶狀體2D?DSA8．65±2．612．77±0．686．23±3．553D?DSA3．32±0．641．78±0．822．19±1．15t/t′值6．853．203．76P值<0．01<0．01<0．01

3 討論

最高皮膚劑量(peak skin dose， PSD)是介入放射學(xué)操作中患者所有部位的皮膚劑量最大值，是評(píng)價(jià)確定性效應(yīng)較好的指標(biāo)，但因測(cè)量復(fù)雜，目前尚無(wú)實(shí)時(shí)測(cè)量PSD的方法。患者入射參考點(diǎn)的空氣比釋動(dòng)能(air kerma， AK)可用于PSD的估算。DAP是X射線(xiàn)束橫截面積與該橫截面上的平均AK乘積，單位為Gy·cm2，可作為射線(xiàn)束給予患者總能量的替代測(cè)量，作為評(píng)估隨機(jī)性效應(yīng)危險(xiǎn)的一個(gè)良好指標(biāo)，可結(jié)合使用有效劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)推導(dǎo)有效劑量[2-5]。

3.1采集野對(duì)受檢者輻射劑量的影響 選擇采集野是血管造影中常用的操作，常規(guī)造影、局部放大造影及血管全程顯示應(yīng)選擇不同的采集野。本研究顯示隨著采集野變大，AK明顯降低，垂體吸收劑量降低，枕骨皮膚入射劑量降低。采集野越大，覆蓋頭顱的范圍就越大，到達(dá)探測(cè)器的輻射強(qiáng)度越大，此時(shí)電離室電流增大，曝光時(shí)間縮短，管電流減低，受檢者輻射劑量減低。垂體位于顱腦中心位置，造影采集時(shí)處于各采集野內(nèi)，因此垂體的吸收劑量變化幅度較小。正位采集時(shí)，晶狀體在各采集野內(nèi)，側(cè)位及3D-DSA采集時(shí)，可能會(huì)處于小采集野外，因此晶狀體的吸收劑量在大采集野時(shí)增大。側(cè)位采集時(shí)，右側(cè)晶狀體離球管更近，右側(cè)晶狀體的吸收劑量明顯大于左側(cè)晶狀體。但3D-DSA采集時(shí)，球管繞頭顱旋轉(zhuǎn)，雙側(cè)晶狀體吸收劑量相差不大。正位采集時(shí)，枕骨均在采集野范圍內(nèi)；側(cè)位采集時(shí)，枕骨不在小采集野范圍內(nèi)，因此枕骨入射皮膚劑量也在大采集野時(shí)更大。

3.2附加濾過(guò)對(duì)輻射劑量的影響 附加濾過(guò)板改變了X線(xiàn)譜的形狀，選擇性地吸收了X射線(xiàn)束中的低能光子，進(jìn)入人體的光子能量增加，發(fā)生光電效應(yīng)的概率降低，X射線(xiàn)透過(guò)的比率增加，組織吸收劑量降低。本研究顯示，隨著附加濾過(guò)增加， DAP、AK、垂體、晶狀體的吸收劑量明顯降低。枕骨及第4頸椎在采集野范圍內(nèi)時(shí)，隨著附加濾過(guò)增加，枕骨及第4頸椎處的皮膚入射劑量也明顯減低。本結(jié)果與研究[6]報(bào)道一致。

3.3采集野和附加濾過(guò)對(duì)空間分辨率的影響 數(shù)字成像空間分辨率的主要影響因素是矩陣和像素。本研究顯示，附加濾過(guò)相同時(shí)，采集野越大，空間分辨率越低。在矩陣不變的前提下，采集野越大，像素越大，空間分辨率越低；采集野相同時(shí)，適當(dāng)?shù)母郊訛V過(guò)會(huì)增加空間分辨率。在DSA成像過(guò)程中，噪聲限制了空間分辨率[7-8]。DSA圖像的噪聲主要包括X射線(xiàn)的量子噪聲、視頻攝像機(jī)的噪聲、模擬存儲(chǔ)器件的噪聲及散射線(xiàn)引起的噪聲[9]。附加濾過(guò)可有效濾除低能射線(xiàn)，減少散射線(xiàn)，從而降低散射線(xiàn)噪聲，提高空間分辨率。但過(guò)大的附加濾過(guò)同時(shí)吸收了一部分用于成像的原發(fā)射線(xiàn)，導(dǎo)致成像板獲得的X線(xiàn)光子數(shù)目相對(duì)減少，產(chǎn)生量子噪聲，使得空間分辨率下降。本研究結(jié)果表明，在采集野為22 cm，附加濾過(guò)為0.4 mmCu+1 mmAl時(shí)，圖像的空間分辨率最高。

3.42D-DSA與3D-DSA的攝影參數(shù)及輻射劑量比較 本研究顯示3D-DSA采集時(shí)的DAP僅為常規(guī)采集的32%，AK為常規(guī)采集的39%。3D-DSA采集需2次旋轉(zhuǎn)曝光，單次曝光時(shí)間為4.1 s，總曝光時(shí)間小于正側(cè)位單次采集，因此3D-DSA采集的輻射劑量更低。李海波等[10]認(rèn)為單次旋轉(zhuǎn)DSA的吸收劑量是常規(guī)DSA的25%左右，與本研究結(jié)果相近。

本研究結(jié)果顯示采集野越大，采集野范圍內(nèi)的組織吸收劑量越小，但輻射到的組織器官越多，受檢者整體所受的輻射損害越大，同時(shí)圖像的空間分辨率也越低；附加濾過(guò)越大，采集野范圍內(nèi)的組織器官輻射劑量越小，但過(guò)大和過(guò)小的附加濾過(guò)均會(huì)降低圖像空間分辨率。體模試驗(yàn)無(wú)法采集血管影像，下一步將進(jìn)行臨床試驗(yàn)，優(yōu)化采集野及附加濾過(guò)組合，在滿(mǎn)足臨床診斷及治療需求的前提下，進(jìn)一步降低受檢者的輻射劑量。

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Impact on examinees dose with collection field and additional filtration in angiography of head and neck: Phantom study

SUNShilong1，PANGSiwen2，MENGFanyang2，ZHOUGuijuan3，LIChuandong1，WANGYuli1,LIURuihong1*

(1.DepartmentofRadiologhy,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China; 2.DepartmentofRadiologhy,JilinUniversityFirstHospital,Changchun130021,China; 3.DepartmentofRadiologhy,DongzhimenHospital,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100010,China)

Objective To investigate the impact on examinees dose with additional filtration and collection field in head and neck angiography. Methods Values of tube voltage, tube current, dose area product (DAP), air kerma (AK) and radiation dose in each collection point with normal and three dimensional DSA model were collected and compared. All the data were measured in different combination of collection field (22, 31, 42, 48 cm)and additional filtration (0.1 mmCu+1 mmAl, 0.4 mmCu+1 mmAl, 0.9 mmCu+1 mmAl) with scanning simulation model of Philps Allura Xper FD20 angiography machine. In a single exposure mode, the different gathering wild and additional filtration combination were adjusted respectively to the line to the photography, single image was collected, through the rectangular wave test card image, and the correlation of gathering wild and additional filtration with spatial resolution were discussed. Results In 3D-DSA scanning with 22 cm collecting wild and 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 103.90 mGy and (13.48±0.12)mGy respectively, the entrance surface dose was (134.76±0.55)mGy, both were maximum value; 48 cm collecting wild and 0.9 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 15.00 mGy and (4.66±0.06)mGy respectively, the entrance surface dose was (21.30±0.26) mGy, both were minimum value. In 3D-DSA scanning with 48 cm collecting wild, 0.9 mmCu+1 mmAl or 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, rectangular wave test card display value showed the lowest value 1.2 Lp/mm, with 22 cm collecting wild, 0.4 mmCu+1 mmAl, rectangular wave test card display value showed the highest value 3.1 Lp/mm. Conclusion This experiment showed that the moderate gathering wild and proper thickness of additional filtration would reduce the radiation dose while the space resolution of images was guaranteed.

Angiography, digital subtraction； Collection field； Additional filtration； Radiation dosage

中日友好醫(yī)院2013年院級(jí)科研基金(2013-MS-38)。

孫士龍(1985—)，男，山東費(fèi)縣人，本科，主管技師。研究方向：放射防護(hù)以及醫(yī)學(xué)影像新技術(shù)臨床應(yīng)用。E-mail： dalongsun@126.com

劉瑞宏，中日友好醫(yī)院放射科，100029。E-mail： liu_ruihong@163.com

2016-05-10

2016-09-09

R814.4; R144.1

A

1672-8475(2016)12-0767-05

10.13929/j.1672-8475.2016.12.013