醫(yī)用X射線CT輻射劑量影響因素研究

1、醫(yī)用X射線CT輻射劑量影響因素研究        【摘要】     目的分析不同管電壓、管電流、模體直徑、模體內(nèi)深度、螺距、準直寬度、照射野、算法及管電流調(diào)制技術等因素對多層CT輻射劑量的影響。方法用CT筆形電離室、頭部和體部劑量模體及國人仿真人體模型，在CT機上測量在不同管電壓、管電流、模體直徑、模體內(nèi)深度、螺距、準直寬度、照射野、算法及管電流調(diào)制技術條件下的CT劑量學表征量。結果當其它參數(shù)一定時，管電壓與CT劑量成正比；管電流與CT劑量成線性正相關；模體直徑與C

2、T劑量成反比；CT劑量隨模體內(nèi)徑向深度的增加而減少；螺距與劑量成反比，螺距的增加使超成像范圍的劑量增加；準直寬度與劑量成反比；照射野和算法對CT劑量沒有影響；采用管電流調(diào)制技術可降低CT劑量。結論降低管電壓、降低管電流、增加螺距、限制分段掃描、增加準直寬度、降低體形瘦小受檢者的掃描條件及采用管電流調(diào)制技術可使CT劑量降低。     【關鍵詞】  多層CT；CT劑量指數(shù)；螺距；準直寬度    An evaluation on influence factors of radiation dose for t

3、he medical X-ray computed tomography LU He-qing，ZHU Guo-ying，ZHUO Wei-hai，GUO Chang-yi，GAO Lin-feng，LIU Hai-kuanInstitute of Radiation Medicine，F(xiàn)udan University，Shanghai 200032，China；Shanghai Municipal Center for Disease Control and Prevention，Shanghai 200336，China 【】  Objective 

4、 To evaluate those factors which affect on to the radiation dose of multi-slice CT, such as voltage and current of tube, diameter of  phantom, depth of inside phantom, pitch, collimation, field of view, algorithm and tube current modulation technology and so on.  Methods  A pencil-lik

5、e ion chamber, head and body dose phantom, and Chinese anthropomorphic phantom were used to measure the characteristic quantum of CT dosimetry when different voltage and current of tube, diameter of phantom, depth of inside phantom,  pitch, collimation, field of view, algorithm and tube current

6、 modulation technology were adopted.  Results  When all  other parameters kept unchanged, the tube voltage was direct proportional to CTDI(CT dose index), the tube current was positive linear correlation to CTDI, the diameter of phantom was inverse proportional to CTDI, radiation dose

7、 of CT was decreasing while measuring depth increased of inside phantom, pitch was inverse proportional to accumulated dose, overexposure from spiral scanning out of topogram range led to the increasing of radiation dose, collimation was inverse proportional to CTDI, CTDI was not affected by field o

8、f view and algorithm, and radiation dose of CT was decreased by using tube current modulation technology. Conclusion  Radiation dose of CT can be decreased by  reducing voltage and current of tube, increasing pitch，limiting the block number of helical scanning during a single CT examinatio

9、n，increasing width of collimation, decreasing scan parameters of slim patients rationally and adopting tube current modulation technology.【 】 Multi-slice CT(MSCT)； CT dose index； Pitch； Collimation眾多受檢者、患者所受的醫(yī)療照射已經(jīng)成為全民所受各種電離輻射照射中最大的又是不斷增加的人工電離輻射照射來源1。近年來，CT在放射診斷中應用越來越廣泛，在設備數(shù)量和接受CT檢查人數(shù)上均逐年增加。在過去20年間，

10、全世界CT檢查頻率增長超過8倍2,由此而來的受檢者接受的輻射劑量也相應增加。據(jù)報道，在英國，CT檢查人次占所有放射檢查的4，但輻射劑量卻占到受檢者總輻射劑量的403。另外單次CT檢查給予受檢者的輻射劑量高于常規(guī)X射線檢查。我國CT設備發(fā)展非常迅速，CT絕對數(shù)已居世界第三位4，軸掃CT和單層螺旋CT正逐步被雙層和多層螺旋CT代替，多層CT應用日益普及，多層CT具有掃描速度快，重建圖像質(zhì)量好，可進行大范圍容積掃描和三維圖像重建，提高了診斷準確率和單位時間檢查效率。與單層CT比較，多層CT由于采用更薄的層厚，在較短的時間內(nèi)覆蓋較大的范圍，可能會產(chǎn)生更大的X射線輻射5。CT檢查引起的照射可能會增加致癌

11、的風險，特別是對輻射敏感的兒童6。因此，CT醫(yī)療照射有可能成為各類醫(yī)療照射所致集體劑量的最大來源，CT醫(yī)療照射防護已成為涉及廣大公眾的重要公共衛(wèi)生問題，在國內(nèi)外已成為輻射防護領域的重點和熱點問題。CT醫(yī)療照射防護不僅僅是放射防護人員的職責，也是臨床醫(yī)生與放射醫(yī)師應共同承擔的責任7。為做好CT檢查的放射防護和X射線CT醫(yī)療照射防護最優(yōu)化工作，優(yōu)化CT掃描條件，使其符合正當化和最優(yōu)化原則8,9，盡量減少受檢者接受的輻射劑量，需要研究影響多層CT劑量的主要因素。本文在不同掃描條件下，根據(jù)劑量實測結果，總結出不同影響因素所致CT劑量變化的規(guī)律。管電流調(diào)制技術是一個自動曝光控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能包括可以根

12、據(jù)受檢者身材和臟器的解剖形態(tài)自動調(diào)整球管電流，以及對于每一次球管旋轉(zhuǎn)的在線可控式球管電流調(diào)制。這樣就在較低的射線劑量水平上提供穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。本文采用管電流調(diào)制與管電流恒定兩種方法，分別對胸部進行掃描，評價管電流調(diào)制技術對胸部掃描劑量的影響程度。材料與方法一、實驗器材美國GE公司LightSpeed 16型CT機，德國Siemens公司Somatom Emotion 6型CT機，荷蘭Philips公司Brilliance 16型CT機，德國Siemens公司Somatom Sensation 16型CT機，德國Siemens公司Somatom Emotion 16型CT機，瑞典RTI公司Bar

13、racuda型醫(yī)用診斷X射線機質(zhì)量檢測系統(tǒng)和DCT 10 RS Lemo型CT筆形電離室（長100mm），美國Victoreen公司76-414型頭部劑量模體（16cm）和76-415型體部劑量模體（32cm），國人仿真人體模型（成人）。二、實驗方法1管電壓影響研究：將LightSpeed 16型CT機的管電壓分別設置為80、100、120、140 kV時，采用260 mAs，準直10 mm，F(xiàn)OV250 mm和重建算法std，對放置在空氣中并位于掃描機架中心的CT筆形電離室進行單圈軸位掃描，相同掃描條件掃描3次，取其平均值并計算nCTDIair（即CTDIair每100mAs）。再采用以上4

14、種不同kV的掃描條件，對放置在頭部劑量模體和體部劑量模體的中心孔和四周孔中的CT筆形電離室進行單圈軸位掃描，根據(jù)測量值計算不同kV的頭部和體部模體中心和表面位置的nCTDI100并計算nCTDIw。2管電流時間影響研究：將Somatom Emotion 6型CT機的管電流時間分別設置為100、120、150、200、250、300、330 mAs，對放置在空氣中并位于掃描機架中心的CT筆形電離室進行單圈軸位掃描，相同掃描條件掃描3次，取其平均值并計算CTDIair。3模體直徑與模體內(nèi)深度的影響研究：在Somatom Emotion 6型CT機上設置掃描條件為130 kV、300 mAs、FOV

15、 25 cm、層厚10 mm，分別對放置在直徑8 cm、16 cm、32 cm劑量模體的中心孔和四周孔中的CT筆形電離室進行單圈軸位掃描，根據(jù)測量值計算不同直徑模體中心和表面位置的nCTDI100并計算nCTDIw。4螺距影響研究：用CT筆形電離室和頭部劑量模體在Brilliance 16型CT機上，按頭部CTA螺旋掃描條件，120 kV、117 mA、0.75 s、準直16×1.5 mm、層厚2 mm、FOV250 mm、Filter EB、掃描長度201 mm（覆蓋CT筆形電離室），分別選取不同螺距值：0.438、0.688、0.938、1.313進行掃描，其它參數(shù)固定，測量頭部

16、劑量模體中心CT筆形電離室的劑量積分值，并歸一到掃描長度201 mm時的劑量積分值；在Somatom Sensation 16型CT機上選擇腹部常規(guī)螺旋掃描模式，準直16×0.75 mm，層厚10 mm，120 kV，200 mAs，在定位圖像中設置成像范圍200 mm，分別設置螺距為0.5、0.75、1.0、1.25、1.5進行掃描，觀察超出成像范圍的床位移長度，并計算實際曝光長度（床位移長度準直寬度）與超出成像范圍的曝光長度。5準直寬度影響研究：將Brilliance 16型CT機的掃描條件設置為120 kV，200 mAs，F(xiàn)OV 250 mm，頭部標準算法，分別采用準直寬度4

17、×0.75 mm、4×1.5 mm、16×0.75 mm、4×4.5 mm、16×1.5 mm對放置在掃描機架中心空氣中的CT筆形電離室進行單圈軸位掃描，相同掃描條件掃描3次，取其平均值并計算nCTDIair。6照射野大小與算法影響研究：設置LightSpeed 16型CT機的掃描參數(shù)為120 kV，100 mAs，準直10 mm，F(xiàn)OV分別采用20、30、40、50 cm，對每個FOV再采用smooth、standard、bone 3種算法，對插有CT電離室并位于機架中心的頭部劑量模體進行掃描，每種掃描條件分別測量CTDIc和CTDIp并計算

18、CTDIw。7管電流調(diào)制技術對CT劑量的影響研究：將國人仿真人體模型放置在Somatom Emotion 16型CT機的診斷床上，模型沿Z軸方向?qū)ΨQ分布并位于掃描機架中心，掃描范圍從胸廓入口到肺底，分別采用管電流調(diào)制與管電流恒定兩種方法，分別對胸部進行掃描。管電流調(diào)制方法選用掃描程序中的“care dose”項，管電流恒定方法不選該項，其它掃描參數(shù)相同。掃描模式為成人胸部常規(guī)掃描，掃描范圍300 mm，掃描參數(shù)：130 kV，有效mAs 70，準直16×1.2 mm，層厚8 mm，旋轉(zhuǎn)時間0.6 s，螺距1.0，質(zhì)量參考mAs 70，卷積核B41s，窗位縱隔，F(xiàn)OV300 mm，重建

19、增量8 mm。掃描結束后，分別從受檢者資料欄記錄有效mAs、掃描長度、CTDIvol、DLP。再將CT筆形電離室放置在體部劑量模體的中心孔和四周孔中測量CTDIc和CTDIp，根據(jù)測量值、掃描參數(shù)計算CTDIw及有效mAs為70的CTDIvol、DLP。三、統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)采用STATA 7.0統(tǒng)計軟件分析。檢驗水準0.05。結果一、管電壓對CT劑量的影響見圖1。CTDI值隨著管電壓的增加而增加，并與管電壓的23次冪成正比，即管電壓變化較小幅度可引起CTDI值較大變化。與140 kV相比，選用80 kV可使頭部CTDIw值與體部CTDIw值分別減少78與81。當頭部CTDIw值與體部CTDIw

20、值相同時，體部劑量模體所需設置的管電壓要大于頭部劑量模體的管電壓。二、mAs與CT劑量的關系見圖2。mAs與CTDI值成正比，并成線性關系。三、模體直徑與模體內(nèi)深度對CT劑量的影響見圖3。nCTDI值隨劑量模體直徑的增大而減小，并且8 cm、16 cm直徑模體的中心CTDI值與表面CTDI值很接近，32 cm直徑模體的表面CTDI值明顯大于中心CTDI值，即隨著模體內(nèi)深度的增加，劑量衰減較快。四、螺距對CT劑量的影響見表1和表2。當掃描長度一定時，掃描范圍內(nèi)的劑量積分值隨螺距的增加而減少，即受照劑量與螺距成反比。當設置成像范圍相同時，不同螺距會產(chǎn)生不同的超成像范圍床位移長度和超成像范圍曝光長度

21、。螺距越大，超成像范圍床位移長度和超成像范圍曝光長度越長。五、準直寬度對CT劑量的影響見圖4。當其它掃描參數(shù)相同時，不同的準直寬度的nCTDIair值不同。隨著準直寬度的增加，nCTDIair值逐漸變小，但相互之間的差異逐漸減小。準直4×0.75 mm的CTDI明顯高于其它準直寬度。六、照射野大小與算法對CTDI的影響見表3。不同F(xiàn)OV和算法下的CTDIc、CTDIp、CTDIw值基本接近（P>0.05），因此只要照射野大于模體直徑，且模體位于機架中心，則照射野大小與算法對CTDI值沒有影響。七、管電流調(diào)制技術對CT劑量的影響見表4。在同一機型、掃描參數(shù)相同、掃描長度大致相等的

22、條件下，采用管電流調(diào)制技術比管電流恒定可使胸部CT劑量降低約16，管電流調(diào)制的有效mAs比管電流恒定降低16。討論當其它參數(shù)一定時，管電壓與CT劑量成正比；管電流與CT劑量線性正相關；模體直徑與CT劑量成反比；CT劑量隨模體內(nèi)徑向深度的增加而減少；螺距與受照劑量成反比，同時螺距的增加使超成像范圍的額外劑量增加；準直寬度與劑量成反比；照射野和算法對CT劑量沒有影響；采用管電流調(diào)制技術可在保證影像質(zhì)量的前提下減少CT劑量。一、CT掃描時，降低管電壓可使受檢者劑量有較大幅度的減少，劑量與管電壓的冪指數(shù)成正比，而冪指數(shù)會隨CT球管的濾過類型和形狀改變。在要求相同影像質(zhì)量的情況下，肥胖受檢者需要使用較高

23、的管電壓，而瘦小受檢者或兒童可使用較低管電壓進行掃描。目前，很多醫(yī)院對各種體形和不同體重或年齡的受檢者進行CT掃描時均采用單一管電壓（如120 kV），使得在影像質(zhì)量已滿足臨床診斷要求的情況下，增加了較小體形受檢者的劑量，特別對于兒童受檢者將大大增加其受照劑量。因此，對兒童或射線衰減量較小的部位進行CT掃描時，可以在滿足臨床診斷的前提下，適當降低管電壓。二、由于mAs與CT劑量成正比線性相關，因此CT掃描時，對于體形較小受檢者或高對比度內(nèi)部結構（如空氣含量較多）的臟器可合理減小mAs值，以降低受檢者劑量。三、劑量模體直徑較小時的CTDI值較大，表明在相同掃描條件下，體形瘦小者或兒童受檢者受到的

24、輻射劑量高于體形肥胖者或成年人，且體形瘦小者或兒童CT圖像的噪聲往往低于診斷所需的噪聲值，因此在保證影響質(zhì)量的前提下，對于體形瘦小者或兒童應合理降低掃描條件以減少CT劑量。對于肥胖受檢者，因中心劑量較低，為保證影像質(zhì)量可能需要適當增加掃描條件。四、在螺旋CT中，當掃描長度一定時，劑量隨螺距的增加而減少，即螺距與劑量成反比，這是由于掃描Z軸上某一點的受照時間縮短所致。因此，在不影響診斷信息的前提下，應盡量采用較大螺距掃描，以減少受檢者的受照劑量。在螺旋掃描模式中，由于內(nèi)插算法的需要，實際曝光范圍會超過成像范圍。當成像范圍相同時，螺距變大會造成超過成像范圍的曝光長度變長，使受檢者受到超出成像范圍的

25、額外照射劑量變大，但使在成像范圍內(nèi)的受照劑量變小。因此在CT掃描時，對設定的掃描范圍不要分段進行掃描，減少掃描起止位置的額外照射劑量。同時，當螺距增加時，受照劑量的降低幅度遠大于由于超成像范圍額外劑量增加引起的受照劑量增加幅度。五、準直寬度較小時的CTDI較大是由于有用線束兩側(cè)的非成像束（半影）照射劑量占有用射線束劑量的比例較大，使劑量效率降低，較寬準直的CTDI較小，但可能會限制較薄層面圖像的重建。六、CT掃描時，當照射野大于掃描部位直徑，且掃描部位位于機架中心時，改變照射野大小與算法對CT劑量的影響可以不做考慮，而只需考慮影像質(zhì)量的需要。七、采用管電流調(diào)制技術可明顯降低CT掃描劑量，用戶可

26、以根據(jù)診斷要求設置質(zhì)量參考mAs，一旦設置完成，圖像質(zhì)量（圖像噪聲）就已確定，管電流調(diào)制技術將根據(jù)受檢解剖結構的衰減特性調(diào)整輸出管電流，并保證所有圖像滿足設定的圖像質(zhì)量，因此，管電流調(diào)制技術在降低劑量的同時不會降低圖像質(zhì)量。X射線在胸部正、側(cè)面方向上的衰減特性有較大的差別。胸部前后位的組織較薄，X射線衰減較少；側(cè)面較厚，X射線衰減較大。管電流調(diào)制技術在受檢組織對X射線衰減多的側(cè)面方向增加管電流的輸出，在受檢組織對X射線衰減少的前后方向降低管電流的輸出。在CT機型號和掃描參數(shù)相同時，對體型瘦小者或兒童采用該技術會使CT劑量降低較多，而肥胖者的劑量會降低較少。因此，管電流調(diào)制技術最適合用于降低體型

27、瘦小者和兒童的CT劑量。因此，采用降低管電壓、降低管電流、增加螺距、限制一個螺旋掃描序列分段掃描、增加準直寬度、降低體形瘦小受檢者掃描條件及采用管電流調(diào)制技術等措施均可使多層CT所致受檢者劑量水平降低。    【參考文獻】  1 鄭鈞正.放射防護與放射學的發(fā)展J.中華放射學雜志，2003，37（紀念特刊）：100-105.2 Frush DP, Soden B, Frush KS, et al. Improved pediatric multidetector body CT using a size-based color-coded formatJ. Am J Roentgenol，2002，1