Radimetrics在放射劑量管理中的研究與進展

張新平， 胡瓊潔， 萬維佳， 張進華， 夏黎明

【關健詞】 體層攝影術，X線計算機； 輻射劑量； Radimetrics； 劑量管理

近幾年來，隨著CT檢查技術的不斷進步，世界各國醫(yī)療輻射劑量也在持續(xù)增加。醫(yī)療輻射的大幅增加意味著它將取代自然輻射來源，成為人體接觸輻射的最主要途徑。美國輻射防護委員會發(fā)布的報告中指出，1993年～2006年CT檢查例數(shù)每年增加幅度超過10%，而美國人口每年增加不到1%[1]。美國3億人口中，每年大約有7500萬人進行CT檢查[2]，其中兒童CT檢查超過400萬次[3]。中國1990年之前使用CT機不足500臺，到1999年已經(jīng)達到3712臺，躍居世界第三位[4]，到2009年增至10101臺，2016年底已突破2萬臺，相比2015年的19592臺，保有量增長了10%[5-6]。隨著CT檢查數(shù)的增加，相關的輻射劑量在逐漸增加，兒童癌癥風險系數(shù)也在增加。盡管平均到個人的風險并不大，但人口中日益增加的輻射照射可能會成為未來的公共衛(wèi)生問題[3]。

隨著人們對CT檢查輻射劑量的廣泛關注，美國食品和藥物管理局(food and drug administration,FDA)已經(jīng)倡議全美放射科記錄每位患者檢查過程中所接受的輻射劑量值[7-10]。歐洲很多國家也已強制實施法案進行，來對輻射劑量作合理管控,如意大利的第187/2000號法令規(guī)定了劑量控制的最優(yōu)化[11]、瑞士實施的國家劑量診斷參考水平[12]及美國加州頒布嚴格控制CT輻射劑量的新法案。中國目前尚沒有相關的行規(guī)和法規(guī)對輻射劑量進行管控。從全球來看，輻射劑量調(diào)控備受關注，CT輻射成為醫(yī)療輻射中的重大來源。Radimetrics(Bayer HealthCare，Whippany，NJ)放射劑量管理軟件能夠?qū)T輻射劑量管理作出很好的質(zhì)控及實現(xiàn)更優(yōu)的成像質(zhì)量。

Radimetrics介紹

蒙特·卡羅方法(Monte Carlo method)[13]，也稱統(tǒng)計模擬方法，是二十世紀四十年代中期由于科學技術的發(fā)展和電子計算機的發(fā)明，而被提出的一種以概率統(tǒng)計理論為指導的一類非常重要的數(shù)值計算方法。將所求解的問題同一定的概率模型相聯(lián)系，用電子計算機實現(xiàn)統(tǒng)計模擬或抽樣，以獲得問題的近似解?；贛onte Carlo 模型，Radimetrics可以計算出器官劑量(organ dose)、有效劑量(effective dose)。以及計算基于水等效直徑(water-equivalient diameter，WED或diameter water，Dw)或有效直徑的體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimates，SSDE)[14,15]。Radimetrics支持CT、CR、DR、MRI、RF、XA、US等成像設備。在CT、CR、DR設備上，Radimetrics可以從輻射劑量結(jié)構(gòu)化報告(radiation-dose-structured repoter，RDSR)和醫(yī)學數(shù)字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)劑量圖像獲取劑量信息。在RF、XA設備上，Radimetrics可以從RDSR和設備操作過程步驟(modality performing procedure step，MPPS)提取劑量。Radimetrics能夠收集和傳輸超聲結(jié)構(gòu)化報告數(shù)據(jù)。近幾年，Radimetrics首先在歐美國家使用，用于監(jiān)測管理劑量，亞洲國家也已開始在醫(yī)療機構(gòu)上運用。Radimetrics通過連接PACS/RIS及其他系統(tǒng)來追蹤放射信息的軟件系統(tǒng)，將PACS/RIS/HIS中保存的相關臨床圖像和患者信息整合在一起，獲取、整理和分析成像過程中放射劑量、操作、檢查數(shù)據(jù)，跟蹤和報告基于設備或患者的累積劑量記錄。Radimetrics還能用于搜集、管理和分析手動輸入或來自Certegra Workstation的對比劑相關數(shù)據(jù)。Radimetrics為患者提供劑量監(jiān)測，提高檢查過程的安全性，有利于醫(yī)生做出循證決定，提高設備利用率及生成更好的管理方案。

Radimetrics在放射劑量管理中的功能與作用

Radimetrics輻射劑量管理系統(tǒng)，在放射科的日常工作中最重要的是對劑量數(shù)據(jù)的采集，如不同掃描方案、不同機器設備、不同醫(yī)院、不同影像中心劑量分布。Radimetrics可以通過CT劑量容積指數(shù)(computed tomography dose index volume，CTDIvol)、劑量長度乘積(dose length product，DLP)、SSDE、器官吸收劑量、器官有效劑量等不同的劑量評估指標對劑量數(shù)據(jù)進行科學地分析，比如對腹部過去一年的所有掃描方案或者不同年齡段的檢查者進行劑量分析，觀察四分間區(qū)(interquartile range,IQR)的劑量分布。Radimetrics可以有效幫助科室的管理，通過后臺可以方便快捷的獲得每臺設備在不同時間點放射技術人員的使用設備情況，從而使科室的設備運行效率提高，方便統(tǒng)籌。如今，放射科的日常工作中，CT的掃描方案往往缺乏標準化的管理，通過Radimetrics可以全方位地觀察每個掃描方案，對掃描方案進行科學管理，對不標準的掃描方案進行校正。對于大家關注的每個檢查者的劑量閾值，Radimetrics能夠設置超閾值報警，一旦檢查者的閾值超過，系統(tǒng)能夠及時地提醒我們進行方案的調(diào)整。另外，Radimetrics還可以進行交互式劑量測定，對檢查者進行方案調(diào)整模擬，如上述提到的超過閾值的情況下，調(diào)整掃描范圍或方案，從而保證患者所接受的輻射劑量安全。綜上，Radimetrics在放射劑量管理中可以進行大數(shù)據(jù)處理、優(yōu)化流程、標準化掃描方案，使得患者的劑量安全得到保證。

Radimetrics在放射劑量管理中的研究目標與研究分類

Radimetrics輻射劑量管理系統(tǒng)的功能與作用是非常強大的，如何利用該系統(tǒng)使其更好地為人們服務，可以設立以下的研究目標。①利用Radimetrics調(diào)研不同地區(qū)、不同影像中心、不同設備的輻射劑量基線水平，通過對輻射劑量基線水平的研究，提供劑量參考水平。②建立日常工作的標準化掃描方案，如常見部位、常見臨床疾病、患者體型和體質(zhì)、不同年齡階段(特別是兒童)的標準化方案，在滿足診斷圖像質(zhì)量的前提下，不斷優(yōu)化掃描方案，減少輻射劑量，達到盡可能低的輻射劑量為臨床提供最佳的影像診斷信息。③在降低輻射劑量方面，可以通過Radimetrics探索新型設備、新技術的應用價值，為科研提供平臺?？傊?，Radimetrics在輻射劑量管理中，一切以患者利益為中心的研究目標，優(yōu)化掃描方案，減低劑量，達到最優(yōu)診斷。

Radimetrics輻射劑量管理研究分位單中心和多中心研究。單中心下，研究同一設備的不同掃描方案或技術的輻射劑量比較，研究不同設備在同一方案的輻射劑量比較，研究臨床疾病或特殊年齡階段的輻射劑量的采集與分析，對復診患者的輻射劑量進行分析。多中心研究指不同地區(qū)、不同影像中心的輻射劑量基線的比較，不同國家或者地區(qū)標準方案的構(gòu)建。

Radimetrics的應用現(xiàn)狀

2013年美國加利福尼亞大學5所分校醫(yī)學影像中心進行了199656次的CT掃描[16]，數(shù)據(jù)被傳輸至Radimetrics中。Radimetrics系統(tǒng)可以計算SSDE、器官劑量，并自動分析出CTDIvol、DLP的IQR。通過Radimetrics分析得出了器官劑量的分布區(qū)間、CT一期或者多期掃描的DLP四分分布劑量區(qū)間、有效劑量的四分分布區(qū)間?；谶@些劑量數(shù)據(jù)的分析，Rebecca Smith-Bindman等研究認為該數(shù)據(jù)可作為各地區(qū)的劑量參考水平[16]。Bostani等使用了Radimetrics輻射劑量管理系統(tǒng)，進行了72073次CT檢查，評估了患者CT檢查的累積有效劑量，并對累積有效劑量為100 mSv及以上的患者進行分類。 這個閾值是根據(jù)暴露于輻射人群的流行病學研究選擇的，統(tǒng)計學上高于100 mSv的輻射劑量檢查者得癌癥的風險可能會增加[17]。Supanich等[18]利用Radimetrics輻射劑量管理系統(tǒng)對0～2歲，2～13歲和成人的頭部，胸部和腹部CT檢查的CTDIvol和DLP輻射劑量值設置了超過閾值的提醒，該劑量低于AAPM[19]推薦的值。他的研究表明在正確配置參數(shù)閾值的情況下，甚至低于AAPM推薦值，使用AEC/或迭代重建的掃描會產(chǎn)生更少的劑量。使用SSDE而不是CTDI的閾值提醒，可以提供更多的臨床相關數(shù)據(jù)。

美國兒童的CT掃描輻射劑量數(shù)據(jù)是相當缺乏的[20,21]。Marilyn J.Goske等[22]搜集美國6家不同地區(qū)的兒童醫(yī)院(QuIRCC注冊研究)954次腹部CT的掃描數(shù)據(jù)，利用Radimetrics分析了不同體寬BW兒童的CTDIvol、DLP、SSDE、有效劑量的四分間距，建立了基于兒童體寬(BW)值腹部CT劑量的DRR(劑量參考水平)。DRR能夠很好地解決患者風險(輻射劑量)和獲益(診斷圖像質(zhì)量)之間的矛盾，并指導調(diào)整兒童的CT掃描方案。另外，Meike Weis,MD,MSc等還前瞻性地利用Radimetrics軟件對70 kVp和100 kVp不同電壓下帶有錫過濾器的光譜X線束(100 kVp Sn)[23]非增強兒童胸部CT的輻射劑量值和圖像質(zhì)量進行了評估，研究表明與70 kVp的低峰值千伏成像相比，100 kVp Sn光譜X線顯著降低輻射劑量，且能改善圖像質(zhì)量。因此應該優(yōu)選在非造影增強兒童胸部CT檢查上[24]。

對于疑似急性闌尾炎患者，腹盆CT檢查是首選的影像檢查方法[25]。目前，CT已經(jīng)越來越多地用于疑似闌尾炎的患者[26]。但是闌尾炎患者多較年輕，而CT主要局限性在于讓被檢查者暴露于輻射，這是臨床工作中特別受關注的一個問題。目前有較多研究對CT診斷闌尾炎通過減少有效管電流來降低劑量[27-29]。Michael T.Corwin等[30]進行了腹部CT急性闌尾炎劑量分析的研究。他們利用Radimetrics分析了在縮小腹盆掃描范圍的基礎上，減少了23%的輻射劑量，所獲取的圖像質(zhì)量同時能達到診斷水平。對疑肝癌患者，肝臟三期CT對比增強檢查是標準方案，其中最佳的動脈晚期掃描是關鍵，但是標準三期CT往往不是最佳的，特別是對于富血供的HCC。Gawlitza等[31]比較了肝癌患者中，肝臟優(yōu)化的灌注CT方案與肝臟的三期標準CT方案之間的器官特異性輻射劑量水平。通過Radimetrics分析兩者掃描方案的器官輻射劑量，研究表明70或80 kVp下執(zhí)行的dVPCT對比130 kVp標準三期CT方案，不僅有效器官劑量(特別是敏感器官劑量)更少，而且獲取的圖像更優(yōu)化,還能為新靶向治療的HCC患者提供重要的信息[32]。

乳腺劑量是大家一直所關注對焦點，從ICRP103報告中知乳腺權重因子為0.12，在所有器官中權重因子是較大的[33]。國內(nèi)有文獻報道在全野數(shù)子乳腺X線攝影下，以自動條件作為參照標準，管電壓和管電流可以得到有效降低，減少輻射劑量且不影響診斷[34]。Baek等[35]研究了Radimetrics輻射劑量管理系統(tǒng)在全景數(shù)字乳房X射線攝影(FFDM)中的臨床應用性。該研究進行了3076次亞洲女性的乳腺X線攝影，發(fā)現(xiàn)具有高于診斷參考水平(≥75%)放射劑量的患者具有致密性乳腺的特征。因此對具有致密性乳腺的亞洲女性，檢查過程中應嚴格管理輻射劑量。Radimetrics等輻射劑量管理系統(tǒng)可幫助放射科醫(yī)師優(yōu)化方案并減少輻射劑量。

結(jié)語與展望

Radimetrics作為一個比較新的輻射劑量管理系統(tǒng)，以患者為中心，對輻射劑量全面監(jiān)控與分析，提高了工作效率和質(zhì)量，改善了工作流程，促進了質(zhì)量管理的規(guī)范性和標準化。在未來的放射劑量管理中，Radimetrics能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，科室領導及其醫(yī)師、技師能夠更好的為廣大患者服務。盡管Radimetrics軟件系統(tǒng)的功能很強大，但目前Radimetrics的應用還不普遍，這需要醫(yī)技工作者與工程師的配合。使用者可能對Radimetrics的平臺如何使用和管理掌握尚不夠熟練。同時，Radimetrics平臺也需要不斷的完善，盡量使得操作簡單化。Radimetrics工程師可以加大力度對放射醫(yī)護人員在該平臺的培訓。希望該平臺可以探索新設備、新技術，為科研提供利器，以達到臨床需求。相信在Radimetrics平臺幫助下，未來的輻射劑量管理工作可以更好的開展，達到臨床和科研雙贏?？傊?，Radimetrics為解決輻射劑量調(diào)控與優(yōu)化提供了新的途徑和方法。