电离室中心-X射线线束偏移距离对多排CTDI100辐射剂量测定的影响

郑海亮，冯树理，王仁贵，段永利，杨磊，傅岩，赵君

首都医科大学附属北京世纪坛医院a.医学工程研究室；b.放射中心，

北京 100038

电离室中心-X射线线束偏移距离对多排CTDI100辐射剂量测定的影响

郑海亮a，冯树理a，王仁贵b，段永利b，杨磊b，傅岩b，赵君b

首都医科大学附属北京世纪坛医院a.医学工程研究室；b.放射中心，

北京 100038

目的 探索多排CT的X射线束平面与电离室中心刻度偏移距离（offset distance，Do）对辐射剂量指数（CTDI100）测量结果的影响规律。方法 采用满足IEC标准的头部体模（T6M164）和长杆电离室，测量Philips Brilliance iCT 256在轴扫条件下不同偏移距离时的CTDI100值。结果 当偏移距离在1cm时，误差在0%～5%范围内；当偏移距离为3 cm，误差在5%～15%范围内；当偏移距离在5 cm时，误差在25%～75%范围内。结论 CTDI100测量结果对Do值敏感度较高，测量者在测量时应保证线束应与电离室中心刻度无偏离；在半影区内辐射剂量不容忽视，散射线束使得周围4点位的测量值较中心点发散，床对测量结果影响表现为中心点外的4个点位的CTDI100空间对称性降低。

多排CT；CT辐射剂量计；CT剂量指数；半影区；测量误差

1 研究背景

近年来，医用X线计算机断层摄影（CT）在医学临床上应用越来越广泛，全国各地医疗系统使用的医用CT装置已经超过8000台，北京地区（不包括军队系统）就有100台以上[1]。正是由于CT机的大量使用，CT所产生的辐射剂量问题是放射科医生和患者所共同关注的问题。此外，图像质量的优劣与CT扫描时使用剂量大小直接相关[2-4]，而准确测得CT真实辐射剂量水平是辐射剂量控制的关键环节之一。

目前，16排以上的多排CT已成为医院的主流CT诊断设备。多排CT与单排CT相比，性能已经大幅提升，表现为：在扫描速度和图像质量上获得了大幅提高，如某些高端的CT在时间分辨率上已经达到了44 ms，旋转1周时间降低到0.27 s，图像的层厚也降低到1mm以下[5-6]。此外，多排CT具有新的辐射剂量特性，如多排CT的准直器不再是用于调节层厚，而是一种剂量控制的手段，因此有必要就其辐射特性开展研究。

CT剂量指数（Computered Tomography Dose Index，CTDI）是用于表征CT吸收剂量的参数，就其原理而言，CTDI是在球管旋转过程中对床移动量进行的体积平均算法。CTDI测量技术发展到了今天，除了使用历史较悠久的热释光辐射剂量片和电离室，还出现了可替换探测器，包括视觉刺激的发光探测器和固体的实时放射探测器。长杆电离室具有使用方便、应用范围广（可测定CTDI100、CTDIc和CTDIp）等优点，现在还在医院日常CT质量控制和仪器维护乃至科研方面还在大量使用[7]。我国相关部门仍然认可长杆电离室测定多排CT的辐射剂量的方法[8-9]。

美国食品及药物管理局（FDA）给出CTDI100目前最常用的计算模式，见式(1)。

式中：D(z)为辐射剂量沿Z轴的分布函数，N为图像数，T为图层厚度。

由式(1)知，CTDI100是以中心为对称点±50 mm范围内的辐射剂量值的积分值。由长杆电离室测得的值已经是对D(z)在100 mm范围内的辐射剂量分布函数的积分值，但由于电离室测量值可受温度、气压等因素影响，并需要完成测量辐照量到体模吸收剂量的转换，即：

式中:Dw-模体中的吸收剂量，mGy；

M—剂量仪，经温度、气压修正的示值，2.58×10-4C/kg(R)；

NX—照射量刻度因子，cm；

F1—由测量的照射量转换成空气中吸收剂量的转换系数，33.97×103mGy·kg/C；

F2—由空气中吸收剂量转换成模体中的吸收剂量的转换因子，0.88；

d—层厚(N·T)，cm。

在实际测试中，由于定位激光灯位置发生偏移或床的位置不水平，或者人为的操作不当，可能造成CT机X射线线束与电离室中心偏移的问题。由此问题引起的对测量结果的影响目前很少见文献报道。本研究基于Philips Brilliance 256 iCT针对光束中心与辐射剂量计中心的偏移距离Do（offset distance，Do）对试验结果的影响程度和机理进行了探讨。

2 试验介绍

CT机为荷兰Philips公司的Brilliance iCT 256，辐射剂量计为瑞典RTI Electronics公司生产的Solidose 400型CT辐射剂量计（带100 mm长杆电离室），测试范围为10 mGy～200 Gy，误差为±5%。体模为中国计量科学研究院提供的T6M164型剂量体模，由1个直径（Φ）16 mm、长（L）150 mm有机玻璃柱和4根Φ为13 mm，L为150 mm有机玻璃棒组成。有机玻璃柱上有5个Φ13 mm的通孔，其中，轴心位置上1个、孔中心线距表面10 mm处4个。测量时不用的通孔用实心有机玻璃棒填平。

本研究设定的扫描参数为：射野（FOV）为250 mm × 120 mm，准直器为16×0.625 mm，层厚5 mm。扫描电压为80～120 kV，mAs值为25～200 mAs。扫描方式为轴扫手动，每按按钮1次，诊断床先移动2个图层长度后机架旋转1周，用时0.4 s，得到2层图像。

测试时，首先用水平仪验证床是否水平，然后将剂量体模放置于移动床上利用激光灯定位，通过升降和平移床使体模中心处于机架中心，要求模体轴线与扫描面垂直。待位置摆放好以后再用水平仪进行验证。采用的扫描方式为进床扫描，手动方式。机器完成120 mm扫描范围需移床12次，每次移动1cm，得到2幅图像。将电离室探头分别插入头模周边的4个孔中，然后执行扫描并记录Solidose 400的读数。每个点位重复3次，记录试验值并根据公式(2)计算出最终的测量结果。

3 结果与分析

3.1 同一毫安秒下试验结果

在150 mAs条件下，80 kV、100 kV、120 kV和140 kV的试验结果利用式(1)进行计算，并计算标准方差，根据RTI公司提供的技术资料表明，10 cm长的电离室可以测定CT扫描层厚为1cm以下的CTDI100值，并且让X光束对准电离室的中心。在本文中，为了便于讨论，非中心位置的计算值也认为是CTDI100值，结果，见图1～4。图中的（b）、（c）、（d）、（e）、（f）分别为中心点位、3点位、6点位、9点位、12点位CTDI100随测试体模进床位移的变化关系，在图中标出了标准差。

由图1～4可见，每个点位在4个kV值的曲线形状基本相似，而各个点位的曲线不具有对称性，左边（有诊断床一侧，对应移床距离为1～6 cm）数据点的值高于右边（无诊断床一侧）。其中，（c）、（d）、（e）、（f）图，在外围4个点位中，所有kV值下3点位曲线都较其余3个外围点位平坦，且随kV值增大，4个外围点位的CTDI100曲线逐渐变得平坦；（a）图的CTDI100值由高到低的大致顺序为12点位>3点位（9点位）>6点>中心点位，在这5个点位中，出现剂量值最大点为（6±1）cm位移处，也就是辐射剂量计中心位置；（b）图的中心点位的测量值均方差远远小于

4 分析与讨论

由图1～8可见，当Do=1cm时，测量值较在线束投影位置测量值相差无几，而当Do=3 cm时，相差在15%以下。将图8的各个点位在电离室中心偏移光束不同位置的CTDI100计算值与中心在光束内的CTDI100值进行比较，其结果，见表1。由该表可以看出，当Do=1 cm时，误差基本上在0%～5%，而当Do=3 cm，误差<（5%～15%），当Do=5 cm时，误差落在25%～75%范围内。

表1 120 kV下200 mAs时不同Do值对试验结果的影响

分别将同一点位在同一扫描位置处的CTDI100分别按照固定mAs和kV条件作图，结果发现同一点位的同一Do处CTDI100值随mAs和kV值大致上都呈线性增加。限于篇幅，本文仅给出Do为0～5cm时CTDI100与mAs和kV变化的关系图，见图9，其中，（a）图，当Do=0时的线性最好，而Do=5 cm的线性最差；（b）图，同样，当Do=0时的线性最好，而Do=5 cm的线性最差。可见随着Do值增大，CTDI100测量值的发散性增大，这也影响了CTDI100随电压和电流的变化关系。

对于上述试验结果我们做以下的解释：CT的光束为扇束，由于球管的焦点有一定的几何尺寸，因此，CT束形成的光斑中既有本影区域也有半影区域，而在本影区域内辐射剂量大，但在半影区域内也有辐射剂量，见图10。中心点处于体模的正中心，处于本影区域，而且由于四周为有机玻璃所包裹，过滤了大部分散射射线，使测量值的重复性较高且曲线光滑。四周4点在扫描的过程中会部分出于半影区域，而且受到散射射线的影响较大，因此测量值的均方差值显著大于中心点。以图8为例，当电离室中心偏移CT线束中心4 cm时，CTDI100的值降低不到25%，可见，在半影区域的辐射剂量也很可观。

长杆电离室的内芯为石墨管，中心为空腔，当电子束穿过石墨管使得内部空气产生电离并向电极加速运动产生电流，从而获得检测结果。由式(1)知，当光束照射到电离室的中心位置，在其以中心为对称的±5 cm范围的区域内都接受X射线线束的辐射，所以仪器显示的值也就是在10 cm距离上进行积分的结果。在本研究中，体模具有空间对称性，且体模放置在扫描区域的中心，因此曲线的前半段（1～6 cm）和后半段（7～12 cm）应该具有较好的对称性。而本试验却表明：在不同kV值和mAs值下，各个点位在不同线束-电离室中心距测得的CTDI100值的对称性较差，我们推测由CT发出的线束的两个半影区域的线束量分布情况略有差异。

由图1～8可知，6点位的各条曲线的CTDI100值略低于其他3个外围点，12点位的CTDI100值最大。若CT体模是悬在空中不与床接触，外围4个点位点接受X射线辐射的机会应该相等，我们认为这是受到了床体的影响，见图11。由图11可知，6点收到床的遮蔽影响最大，3点、9点次之，而12点最小。由于床的存在使得CTDI100在4个点位上的空间分布对称性被打破。

此外，机架的旋转角度对CTDI100测量也可能存在一定的影响，这将留在后续研究中做进一步的工作。

5 结论

通过上述研究可以看出：

（1）当偏移距离在1 cm时，误差在0%～5%范围内，而当偏移距离为3 cm，误差在5%～15%范围内，当偏移距离在5 cm时，误差在25%～75%范围内。CTDI100测量结果对Do值敏感度较高，因此测量者在测量时应保证线束应与电离室中心刻度无偏离

（2）半影区的辐射剂量也很显著，应采取适当的措施抑制半影区域辐射剂量。

（3）散射线束使得周围四点的测量值较中心点发散。

（4）由于体模放置在床上，因此周围4个点位的空间对称性被打破。

致谢

感谢中国计量科学研究院医学电离所的李兴东老师在试验操作的指导和测试仪器予以的帮助；感谢首都医科大学附属北京世纪坛医院放射科的同仁们在CT使用上予以的帮助，也感谢北京交通大学生物工程系本科生李辉和成志霞两位同学在试验数据测定付出的艰辛工作。

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Effect of Offset Distance between X-Ray Beam and Ionization Chamber Center to CTDI100Radiation Dosage Measurement of Multi-Slice CT

ZHENG Hai-lianga, FENG Shu-lia, WANG Ren-guib, DUAN Yong-lib, YANG Leib, FU Yanb, ZHAO Junb
a. Medical Engineering Laboratory; b. Radiation Center, Beijing Shijitan Hospital Affiliated to Capital Medical University, Beijing 100038, China

Objective To explore the inf uence law of offset distance (Do) between ionization chamber center scale and X-ray beam plane of multi-slices CT to the CTDI100measurement result. Methods Head body mold(T6M164) and long pole ionization chamber, which meet IEC standards, are used to measure the CTDI100value of Philips Brilliance iCT 256 on axial scanning condition of different offset distance. Results When Do is 1cm, relevant deviation(Dr) is 0%～5%, when Do is 3cm, Dr is 5%～15%, and when Do is 5cm, Dr is 25%～75%. Conclusion The measurement result of CTDI100has greater sensitivity for Do, which means the operator should make sure no deviation exist between X-ray beam and ionization chamber center, besides, more attention should be paid to radiation dose in penumbra area. Scattering beam causes the measurement of CTDI100at 4 points around more discrete, effect of bed to measurement result shows that symmetry of CTDI100at 4 points outside the center reduces.

multi-slices CT; CT radiation dosage meter; CT dose index; penumbra area; relevant deviation

TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.006

1674-1633(2012)09-0033-05

2012-05-03

2012-05-21

国家自然基金项目（11005119）；首都医科大学附属北京世纪坛医院院级课题（2011C-34）资助。

冯树理，北京世纪坛医院医学工程室主任，硕士生导师。

通讯作者邮箱：shulifeng1@msn.com