多排螺旋CT劑量效率的體模研究

莊靜文，白玫，侯藝威

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處北京 100053

多排螺旋CT劑量效率的體模研究

莊靜文，白玫，侯藝威

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程處北京 100053

目的 研究CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確性。方法 使用長(zhǎng)桿電離室測(cè)量不同準(zhǔn)值寬度、螺距以及管電壓下體模內(nèi)劑量分布曲線并計(jì)算CT劑量效率。結(jié)果 CT劑量效率范圍為79%～94%，其中，中心位置的CT劑量效率范圍為79%～87%，邊緣4個(gè)位置的CT劑量效率范圍為79%～94%，加權(quán)CT劑量效率范圍為82%～90%。準(zhǔn)直寬度與螺距越大，CT劑量效率越低；CT劑量效率受管電壓影響不明顯。結(jié)論CTDI100與CTDI∞之間存在一定差異，CTDI100、CTDIw表征CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確度隨準(zhǔn)直寬度和螺距的增大而降低。

CTDI100；多排螺旋CT；準(zhǔn)直寬度；CT劑量效率

近十余年來(lái)，多排螺旋CT（Multiple Detector Spiral CT，MDCT）的排數(shù)迅速增加，自1998年起，4、8、16、32層CT相繼出現(xiàn)[1]。2003年，64層螺旋CT開(kāi)始投入臨床應(yīng)用并得到迅速推廣。2005年，具有兩套成像系統(tǒng)的雙源64層螺旋CT誕生。2007年，320排錐形束CT出現(xiàn)。隨著MDCT探測(cè)器排數(shù)的不斷增加，其射線寬度也隨之增大，采用傳統(tǒng)的100 cm電離室測(cè)量MDCT輻射劑量的方法存在一定的局限性[2-4]。因此有必要對(duì)現(xiàn)有的CT劑量表征方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行研究。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了多種掃描條件下CT劑量體模中的劑量分布曲線并計(jì)算了其CT劑量效率，研究CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確性及其影響因素。

1 CT劑量指數(shù)

為了估算CT檢查所致輻射劑量，Shope[5]等于1981年提出了CT劑量指數(shù)（Computed Tomography Dose Index，CTDI）的概念，此時(shí)這一概念為沿z軸從-∞到+∞長(zhǎng)度上的劑量積分，即CTDI∞。其表達(dá)式為：

其中，D(z)為平行于旋轉(zhuǎn)軸(Z)的劑量分布，N為掃描斷層數(shù)，T為層厚。CTDI∞是CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確值。一般可以沿整個(gè)分布曲線積分得到CTDI∞。

為了便于測(cè)量，國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）將積分范圍標(biāo)準(zhǔn)化為沿z軸-50 mm到+50 mm，即CTDI100。CTDI100是CT檢查輻射劑量最常用的表征量[6]，其定義為：將平行于旋轉(zhuǎn)軸(Z)的劑量分布沿z軸方向從-50 mm到+50 mm進(jìn)行積分，然后除以掃描斷層數(shù)N與層厚T的乘積，其表達(dá)式為：

目前人們可以較為方便地使用100 mm筆形電離室對(duì)CTDI100進(jìn)行測(cè)量，因此CTDI100被人們廣泛應(yīng)用。

CTDIw也是目前所公認(rèn)并被使用的CT輻射劑量表征量。CTDIw是通過(guò)測(cè)量CT劑量體模中5個(gè)位置的CTDI100，然后加權(quán)獲得的[6]，其表達(dá)式為：

其中，CTDIc為體模中心位置的CT劑量指數(shù)，CTDIp為體模邊緣的CT劑量指數(shù)。

但是，隨著CT排數(shù)的不斷增加，射線寬度會(huì)越變?cè)綄?。理論上?duì)于射線寬度較寬的CT來(lái)說(shuō)，其射線寬度會(huì)超過(guò)CTDI100，這一概念中對(duì)于劑量分布100 mm的積分長(zhǎng)度，CTDI100的測(cè)量與計(jì)算范圍只能涵蓋部分散射線，因此隨著CT掃描中射線寬度的增加，CTDI100會(huì)變得不夠準(zhǔn)確，也就是說(shuō)只涵蓋了部分散射線的CTDI100與涵蓋了所有散射線的CTDI∞之間會(huì)產(chǎn)生一定的差異[7]。有學(xué)者使用CTDI100與CTDI∞的比值即CT劑量效率來(lái)表征CTDI100的準(zhǔn)確性[8]。

2 實(shí)驗(yàn)方法

使用西門(mén)子公司Definition Flash CT掃描直徑為16 cm的體模，使用CT-SD 16長(zhǎng)桿電離室測(cè)器依次測(cè)量體模的中心位置以及12點(diǎn)鐘、3點(diǎn)鐘、6點(diǎn)鐘、9點(diǎn)鐘方向的邊緣位置劑量分布曲線（下文中分別簡(jiǎn)稱(chēng)A、B、C、D、E位置），通過(guò)劑量分布曲線得到CTDI100、CTDI∞的值，按式(3)計(jì)算出CTDIw與加權(quán)CTDI∞的值，并計(jì)算CT劑量效率和加權(quán)CT劑量效率。

使用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：使用Kruscal-Wallis檢驗(yàn)分析不同掃描條件下劑量效率在0.05水平上是否有顯著差異，計(jì)算Spearman秩相關(guān)系數(shù)以確定準(zhǔn)直寬度、螺距、管電壓這3個(gè)掃描參數(shù)與劑量效率在0.05水平上是否有顯著的相關(guān)性。掃描參數(shù)為160 mAs，球管旋轉(zhuǎn)時(shí)間1.0 s，層厚5.0 mm；分別設(shè)置管電壓為100 kV、120 kV、140 kV；螺距為0.5、1.0、1.5；準(zhǔn)直寬度為16×0.3 mm、16×0.6 mm、20×0.6 mm、40×0.6 mm、32×1.2 mm和128×0.6 mm。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CTDI100與CTDI∞之間存在一定差異，見(jiàn)表1～2。CT劑量效率基本都在79%～94%之間。其中位于中心A位置的CT劑量效率在79%～87%之間，邊緣4個(gè)位置CT劑量效率在79%～94%之間。加權(quán)劑量效率在82%～90%之間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，CT劑量效率隨準(zhǔn)直寬度以及螺距增大有下降趨勢(shì)，而受管電壓的影響并不明顯。

對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，使用不同的準(zhǔn)直寬度掃描時(shí)劑量效率有顯著差異（χ2=13.761，P=0.003<0.05），準(zhǔn)直寬度與劑量效率的相關(guān)系數(shù)為-0.893（P=0.000<0.05），有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；使用不同的螺距掃描時(shí)劑量效率有顯著差異（χ2=11.058，P=0.004<0.05），螺距與劑量效率的相關(guān)系數(shù)為-0.774（P=0.000<0.05），有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；使用不同管電壓掃描時(shí)劑量效率無(wú)明顯差異（χ2=2.391，P=0.302>0.05），管電壓與劑量效率的相關(guān)系數(shù)為-0.328（P=0.184>0.05），管電壓與劑量效率無(wú)明顯關(guān)系。

4 討論

由準(zhǔn)直寬度與劑量效率相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值大于螺距與劑量效率相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值可知，準(zhǔn)直寬度與劑量效率的相關(guān)關(guān)系更為顯著，對(duì)劑量效率的影響更加明顯。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，CT劑量效率與準(zhǔn)直寬度有顯著的相關(guān)性，CT劑量效率隨準(zhǔn)直寬度的增大而降低。這是由于準(zhǔn)直寬度越大，即射線束寬度越寬，CTDI100所能涵蓋的射線量與實(shí)際總射線量的比值越小，從而使CT劑量效率降低。因此，隨射線束寬度的增加，CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確性也隨之下降。

5 結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，CT劑量效率隨準(zhǔn)直寬度增大而降低，而CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準(zhǔn)確性也會(huì)降低。因此對(duì)于射線束寬度較大的MDCT，如果仍采用現(xiàn)有的CTDI100、CTDIw會(huì)產(chǎn)生明顯的測(cè)量誤差，從而嚴(yán)重低估MDCT所致輻射劑量水平，并會(huì)導(dǎo)致MDCT掃描檢查所致受檢者實(shí)際接受的醫(yī)療照射劑量估算過(guò)低，從而增加CT檢查給受檢者帶來(lái)的輻射安全隱患[9]。

[1] 徐桓,趙慶軍.固體切片探測(cè)器CT-SD16在CT劑量測(cè)量中的應(yīng)用與研究[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2010,7(2):17-20.

[2] McCollough CH.It is time to retire the computed tomography dose index (CTDI) for CT quality assurance and dose optimization[J].Med Phys,2006,33(5):1190-1191.

[3] Perisinakis K,Damilakis J,Tzedakis A,et al.Determination of the weighted CT dose index in modern multi-detector CT scanners[J]. Phys Med Biol,2007,52(21):6485-6495.

[4] Boone JM.The trouble with CTD100[J].Med Phys,2007,34(4):1364-1371.

[5] Shope TB,Gagne RM,Johnson GC.A method for describing the doses delivered by transmission x-ray computed tomography[J]. Med Phys,1981,8(4):488-495.

[6] 白玫,鄭均正.多排（層）螺旋CT的輻射劑量表達(dá)及其影響因素探討[J].輻射防護(hù),2008,28(1):1-12.

[7] Ruan C,Yukihara EG,Clouse WJ,et al.Determination of multislice computed tomography dose index (CTDI) using optically stimulated luminescence technology[J].Med Phys,2010,37(7):3560-3568.

[8] Li X,Zhang D,Liu B.Calculations of two new dose metrics proposed by AAPM Task Group 111 using the measurements with standard CT dosimetry phantoms[J].Med Phys,2013,40(8):081914.

[9] 張冠石.醫(yī)護(hù)人員的放射防護(hù)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2013,28(5): 15-16.

Phantom Study of Dose Eff i ciency of MDCT

ZHUANG Jing-wen, BAI Mei, HOU Yi-wei
Department of Medical Engineering, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

Objective To explore the accuracy ofCTDI100in evaluating radiation dose of CT examination. Methods Dose distribution curves of the phantom under the conditions of different collimation widths, pitches and tube voltages were measured with long-pole ionization chamber and thenCTDI100andCTDI∞were calculated to evaluate the dose efficiency of CT examination. Results The range of CT radiation dose efficiency was 79%～94%. The range of CT radiation dose efficiency located at the center was 79%～87% and that of CT radiation dose efficiency located at margins was 79%～94% while that of weighted CT radiation dose efficiency was 82%～90%. The longer the collimation widths and pitches, the lower the CT radiation dose efficiency. The inf l uence of tube voltages on CT radiation dose efficiency was unconspicuous. Conclusion There were certain differences betweenCTDI100andCTDI∞in evaluating radiation dose of CT examination. The accuracy ofCTDI100andCTDIwin evaluating radiation dose of CT examination would be decreased as the increasement of collimation widths and pitches.

CTDI100; MDCT; collimation widths; CT radiation dose efficiency

R197.39；TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.011

1674-1633(2014)11-0041-02

2014-06-16

2014-08-19

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（81372923）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2011BAI02B02）。

作者郵箱：jswei65@163.com