劉小煥，岳軍艷，谷世立，竇文廣

CT技術(shù)的快速發(fā)展使其臨床應(yīng)用越來越廣泛，患者由此受到的電離輻射和致癌風(fēng)險(xiǎn)受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[1]。患者所受輻射劑量不僅與設(shè)備輸出劑量有關(guān)，還與自身體型大小和組織結(jié)構(gòu)衰減特性有關(guān)[2]。目前CT設(shè)備自帶的劑量報(bào)告常用容積劑量指數(shù)(volume CT dose index,CTDIvol)與劑量長度乘積dose length product,DLP)表示。CTDIvol是基于直徑為16 cm或32 cm的圓柱形聚甲基丙烯酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)體模測量得到的[3-4]，反映的是CT設(shè)備對標(biāo)準(zhǔn)體模的輻射輸出水平[5]。DLP是由CTDIvol與掃描長度的乘積得到的，表示的是標(biāo)準(zhǔn)體模接受的總輻射劑量[6]。兩個(gè)指標(biāo)都未涉及患者任何因素，因此僅用它們來表示患者所受輻射劑量是不準(zhǔn)確的[7-9]。美國醫(yī)學(xué)物理學(xué)會(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)2011年提出用反映患者體型的有效直徑(effective diameter,ED)對應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)乘以CTDIvol獲得體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimate,SSDEED)[7]；2014年提出用反映患者X射線衰減和患者體型的水當(dāng)量直徑(water-equivalent diameter,WD)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)換系數(shù)乘以CTDIvol獲得體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimate,SSDEWD)[8]。SSDEWD不僅考慮了患者體型，更考慮了患者組織結(jié)構(gòu)衰減特性對患者所受輻射劑量的影響，能更好地評估患者所受的輻射劑量[10-11]。但關(guān)于體型特異性劑量估算的研究大多集中在體部，關(guān)于頭部的研究相對較少，而頭部CT檢查又比較普遍，對其研究有現(xiàn)實(shí)意義。本研究旨在比較基于水當(dāng)量直徑和有效直徑的體型特異性劑量評估在估算成人頭部CT掃描輻射劑量的差異。

材料與方法

1.一般資料

回顧性連續(xù)分析本院2019年4-5月在同一臺CT 機(jī)上行頭部CT平掃的成人患者，排除圖像不能滿足診斷需求、有運(yùn)動偽影或外傷不能配合，以及由于金屬偽影可能造成輻射劑量估計(jì)不準(zhǔn)的病例。入組108例，其中男52例，女56例；年齡18～85歲，平均年齡53.4±1.4歲。

2.掃描方法

采用東芝公司64排Aquilion CT機(jī)行頭部CT螺旋掃描?；颊呷⊙雠P位，頭先進(jìn)，僅掃描頭部側(cè)位定位像。掃描前去除頭部金屬異物,避免產(chǎn)生偽影，以聽眉線為基線，掃描范圍自顱底至顱頂25～28層。掃描前向患者解釋掃描過程，囑咐患者不能動，選用本院頭顱規(guī)范化掃描方案，螺旋掃描模式，管電壓120 kVp，管電流150 mA，轉(zhuǎn)速1000 ms，探測器準(zhǔn)直0.5 mm×64，螺距53，層厚5 mm，層間隔5 mm，采集矩陣512×512。

3.數(shù)據(jù)采集與測量

掃描完成后將掃描圖像及劑量報(bào)告?zhèn)魉椭翀D像存儲與傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems,PACS)和圖像后處理工作站中，在圖像后處理工作站上記錄每位患者的容積CT劑量指數(shù)CTDIvol，對頭顱掃描所有層面正中間的CT橫斷面圖像調(diào)整窗寬窗位，清晰顯示頭皮輪廓，進(jìn)行數(shù)據(jù)測量。

測量左右和前后方向的最大徑線(lateral diameter,Lat)和(anteroposterior diameter,AP)，并參考AAPM204號文件[7]，頭部參照16 cm標(biāo)準(zhǔn)體模，據(jù)下列公式計(jì)算有效直徑ED及基于有效直徑的轉(zhuǎn)換系數(shù)fED，基于有效直徑的體型特異性劑量指數(shù)SSDEED(圖1)。

(1)

fED=1.874799×e-0.03871313×ED

(2)

SSDEED=fED×CTDIvol

(3)

貼邊勾畫的近橢圓形ROI包含該橫斷面所有解剖結(jié)構(gòu)，記錄自動顯示的ROI面積(AROI，cm2)和該面積內(nèi)的平均CT值(CTROI，HU)并參考AAPM220號報(bào)告[8]，參照16cm標(biāo)準(zhǔn)體模，據(jù)下列公式計(jì)算水當(dāng)量直徑WD，基于水當(dāng)量直徑的轉(zhuǎn)換系數(shù)fWD及體型特異性劑量SSDEWD(圖2)。

(4)

fED=1.874799×e-0.03871313×WD

(5)

SSDEWD=fWD×CTDIvol

(6)

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.頭部掃描兩種SSDE算法比較

平均體徑EDfWD，平均體型特異性劑量評估SSDEED>SSDEWD且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001，表1)。由于WD比ED增加7.59%，平均轉(zhuǎn)換系數(shù)fWD比fED降低4.89%，而且由于采用固定掃描條件，CTDIvol為固定值38.80mGy，導(dǎo)致SSDEWD比SSDEED降低4.89%。SSDEED比 CTDIvol低3.22%，SSDEWD比 CTDIvol低7.95% 。

表1 兩種體型特異性劑量評估方法下各參數(shù)的結(jié)果比較

2.不同性別間參數(shù)比較

平均有效直徑ED和平均水當(dāng)量直徑WD男組均高于女組；這導(dǎo)致男組的平均轉(zhuǎn)換系數(shù)fED和fWD均低于女組，且男女兩組的所有轉(zhuǎn)換系數(shù)都<1；而由固定值CTDIvol乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)得到的平均輻射劑量估算值SSDEED和SSDEWD，均

表2 不同性別間ED、WD、fED、fWD、SSDEED、SSDEWD比較

討 論

為了準(zhǔn)確獲取患者所接受的輻射劑量，AAPM建議測量所有層面的有效直徑和水當(dāng)量直徑以計(jì)算SSDE[7,8]，但在沒有程序幫助的情況下手工測量過于繁瑣，工作量大。研究[12]發(fā)現(xiàn)頭部CT掃描時(shí)掃描范圍中心層面估算輻射劑量比所有層面掃描容積輻射劑量的平均值僅低0.47 mGy，可以忽略不計(jì)。因此可用掃描范圍中心層面的輻射劑量替代掃描容積輻射劑量的平均值，表示患者接受的輻射劑量。本研究直接采用測量掃描范圍中心層面的有效直徑和水當(dāng)量直徑來估算患者所受的輻射劑量，相對簡便。采用貼邊勾畫ROI的方式測量橫截面面積，排除了空氣對水當(dāng)量直徑和體型特異性劑量的影響，相對覆蓋橫斷面所有解剖結(jié)構(gòu)且不包含床板的最小橢圓勾畫ROI更加準(zhǔn)確。

本研究采用固定管電流模式，CTDIvol為固定值38.80 mGy，有效直徑和水當(dāng)量直徑都是體型特異性劑量的唯一影響因素。所有的fWD都在1.0以下,所以SSDEWD均低于CTDIvol，這與Anam等[13]研究結(jié)果一致。除了個(gè)別患者fED稍>1.0外，其余的轉(zhuǎn)換系數(shù)fED均<1.0，整體、男組及女組的平均轉(zhuǎn)換系數(shù)fED也都在1.0以下，且平均SSDEED均低于CTDIvol?？梢娍紤]了患者體型的SSDEED與考慮了患者體型和組織結(jié)構(gòu)衰減的SSDEWD都比僅代表設(shè)備輸出的CTDIvol更能準(zhǔn)確反映患者接受的輻射劑量[10,11,14]，且SSDEED和SSDEWD與CTDIvol相比，變化趨勢一致，均低于CTDIvol。本研究雖采用固定毫安，但是輻射劑量SSDEWD卻低于徐建等研究[12]自動管電流調(diào)節(jié)方式的輻射劑量將近18 mGy。這可能是由于該掃描條件主要用于觀察腦組織病變，采用的固定電流低于徐建自動毫安調(diào)節(jié)方式的參考電流。外傷類病變或需要三維重建的頭部掃描則需要適當(dāng)提高毫安或球管轉(zhuǎn)速以便更好地觀察骨骼及細(xì)節(jié)，這更符合個(gè)性化掃描的要求。

由于頭部以腦組織和顱骨為主，并且平均密度高于水，故頭部的整體衰減要高于水模模擬的衰減。因此，WD要高于ED,從而導(dǎo)致SSDEED較SSDEWD高估了5.14%，這與徐健等[12]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)男組的有效直徑ED及水當(dāng)量直徑WD平均值均高于女組，這是由于男性體型普遍比女性大，頭顱的前后徑和左右徑整體高于女性，而有效直徑和水當(dāng)量直徑與患者的體型參數(shù)呈正相關(guān)。相應(yīng)的男性轉(zhuǎn)換系數(shù)fED和fWD平均值低于女組，SSDEED和SSDEWD平均值也低于女組。這與李剛等[15]使用自動管電流對胸部的研究結(jié)果不同，SSDEED和SSDEWD并沒有隨著體型增大而變大。這是因?yàn)镾SDEED和SSDEWD由CTDIvol乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)fED和fWD得到，自動管電流下，體型增大、CTDIvol會相應(yīng)增大，盡管fED和fWD變小，SSDEED和SSDEWD也可能因CTDIvol增大得多而增大；而固定管電流下，無論體型如何變化，CTDIvol都為固定值，SSDEED和SSDEWD僅隨轉(zhuǎn)換系數(shù)fED和fWD減小而減小。

本研究也存在一定的局限性：納入的對象均為成年患者，可能研究結(jié)果并不適合兒童[16],后期會對兒童進(jìn)行研究；其次，因是回顧性研究，未對大家關(guān)心的體重指標(biāo)進(jìn)行研究，也未對頭部軸掃模式和使用日益廣泛的自動管電流條件進(jìn)行研究；第三所有測量結(jié)果均為手工測量，不夠簡便。

綜上所述，本研究對108名患者頭部CT樣本行基于掃描范圍中心層面有效直徑(ED)與水當(dāng)量直徑(WD)計(jì)算的體型特異性劑量估算(SSDE)比較，發(fā)現(xiàn)CTDIvol和SSDEED都高估了患者的輻射劑量，且相同固定管電流下男比女實(shí)際受到的輻射劑量SSDEWD更低。建議使用基于水當(dāng)量直徑的SSDEWD評估患者頭部CT掃描時(shí)的輻射劑量。