头颈部血管造影中采集野及附加滤过对受检者辐射剂量影响的体模研究

孙士龙，庞思文，孟繁杨，周桂娟，李传东，王玉丽，刘瑞宏*

(1.中日友好医院放射科，北京 100029；2.吉林大学第一医院放射科，吉林 长春 130021；3.北京中医药大学东直门医院放射科，北京 100010)

头颈部血管造影中采集野及附加滤过对受检者辐射剂量影响的体模研究

孙士龙1，庞思文2，孟繁杨2，周桂娟3，李传东1，王玉丽1，刘瑞宏1*

(1.中日友好医院放射科，北京 100029；2.吉林大学第一医院放射科，吉林 长春 130021；3.北京中医药大学东直门医院放射科，北京 100010)

目的 探讨头颈部血管造影过程中采集野及附加滤过对受检者辐射剂量的影响。方法 采用扫描仿真体模、热释光剂量计实测剂量，比较Philps Allura Xper FD20血管造影机的不同采集野(22、31、42、48 cm)及附加滤过 (0.1 mmCu+1 mmAl、0.4 mmCu+1 mmAl、0.9 mmCu+1 mmAl)组合下，2D-DSA及3D-DSA数据采集时的管电压、管电流、累积剂量面积乘积(DAP)、空气比释动能(AK)及各采集点的剂量值；并在单次曝光模式下，调整不同的采集野及附加滤过组合，分别对矩形波测试卡摄影，采集单幅图像，通过矩形波测试卡图像，探讨采集野及附加滤过与空间分辨率的相关性。结果 3D-DSA数据采集时采集野22 cm，附加滤过0.1 mmCu+1 mmAl时，AK为103.90 mGy，垂体的吸收剂量为(13.48±0.12)mGy，枕骨入射皮肤剂量为(134.76±0.55)mGy，均为最大值；采集野48 cm，附加滤过0.9 mmCu+1 mmAl时，AK为15.00 mGy，垂体的吸收剂量为(4.66±0.06)mGy，枕骨入射皮肤剂量为(21.30±0.26)mGy，均为最小值。3D-DSA数据采集时采集野为48 cm，附加滤过为0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl时，矩形波测试卡显示值最低，为1.2 Lp/mm；采集野为22 cm，附加滤过为0.4 mmCu+1 mmAl时，矩形波测试卡显示值最高，为 3.1 Lp/mm。结论 采用适中的采集野、适当增加附加滤过厚度，在保证图像空间分辨率的同时，可降低受检者辐射剂量。

血管造影术，数字减影；采集野；附加滤过；辐射剂量

图1 仿真体模的头颈部段正面观 图2 仿真体模的头颈部横断面观

DSA具有较高空间分辨率，不仅可清晰显示头颈部动脉狭窄或动脉瘤的部位，还可动态反映供血动脉血流动力学变化以及侧支循环的代偿情况，是目前公认的诊断颅内及颈部血管疾病的“金标准”[1]。但高辐射剂量是DSA的最大缺点。为了进一步降低临床工作中受检者所受辐射剂量，本研究调整了常规DSA的采集野及附加滤过，观察体模所受辐射剂量的变化，并将其与三维DSA (3D-DSA )所受的辐射剂量进行对比，现报道如下。

1 材料与方法

1.1体模 采用美国仿真体模男性ART(Alderson Radiation Therapy phantom)模型的头颈部段，该段分为0～10层，层厚2.5 cm，每层留有数量不同、安放LiF片的阵列圆孔(图1、2)。

1.2仪器 采用Philips Allura Xper FD20血管造影机，自动曝光控制，固有滤过2.5 mmAl，30 cm×40 cm可90°旋转非晶硅平板探测器，配有IEC标准的透过电离室型剂量测量系统(area exposure product， AEP)，可记录透视条件、摄影条件、采集帧数、累积剂量面积乘积(dose area product， DAP)和入射参考点的空气比释动能(air kerma， AK)。

1.3剂量测量材料 热释光剂量计的探测元件选用圆片状LiF(MgCuP)片，该材料的能量响应好、灵敏度高、剂量线性范围宽，探测灵敏度分散性<3%。

1.4方法 试验开始前，先邀请Philips工程师，对设备进行管电压、管电流、球管X线输出量的校准、入射剂量率限值的校正及采集野范围内密度均匀性测试。

1.4.1安装LiF片 在左、右眼晶体中心位和脑垂体中心位预留孔中放入5片LiF片，用以测量器官吸收剂量。为测量入射皮肤剂量，正侧位采集时在第4层上缘枕骨隆起中心位置体表处贴上装有5片LiF片的聚乙烯自封袋，使LiF片尽可能准确到位且不互相重叠。剂量测量时取其5片平均值，确保测量值的精确。

1.4.2采集野、附加滤过与辐射剂量相关性试验 将放入LiF片的体模置于检查床上，调整不同的采集野及附加滤过组合，行常规正侧位DSA(2D-DSA)及3D-DSA数据采集。2D-DSA单次采集曝光时间为11 s，摄影距离为90 cm；3D-DSA采用Neuro 3D Prop Scan旋转模式，曝光时间为4.1 s，摄影距离为120 cm。采集过程中,记录相应的管电压、管电流、DAP及AK值。按顺序取出LiF片，每组采集结束后，送至专业检测机构测量。

1.4.3采集野、附加滤过与空间分辨率的相关性试验 将矩形波测试卡水平旋转45°置于18 cm厚的树脂板上，置于检查床照射野中心，采用单次曝光(Single shot Exposure)模式，调整采集野及附加滤过不同组合,对矩形波测试卡摄影。2名经验丰富的放射科主任医师、1名副主任技师及1名高级工程师共同分析获得的图像，评价采集野和附加滤过对空间分辨率的影响。

1.5统计学分析 采用SAS 9.13统计分析软件，对测得的辐射剂量进行分析，并对所有变量条件下的2D及3D器官辐射剂量进行比较。采用Pearson相关分析评价DAP、AK参数与各点器官剂量的相关性。视方差是否齐性，采用t/t'检验比较2D-DSA、3D-DSA采集时不同部位器官辐射剂量的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1采集野、附加滤过与辐射剂量相关性 当采集野大小不变时，2D-DSA和3D-DSA采集的DAP、AK及各组织器官辐射剂量随附加滤过厚度增加而相应降低；当附加滤过不变时，AK随采集野减小而增加，DAP不随采集野发生线性改变(表1、2)。

表1 2D-DSA采集时不同采集野及附加滤过组合的辐射剂量

采集野(cm)附加滤过(mmCu+1mmAl)管电压(kV)管电流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶体(n=5，mGy)右晶体(n=5，mGy)垂体(n=5，mGy)220．183～97153～263310330．710．83±0．080．87±0．063．79±0．060．486～108182～282202020．340．76±0．070．87±0．063．76±0．060．992～121213～251142814．640．69±0．030．69±0．072．98±0．05310．183～95153～269545627．451．75±0．042．20±0．044．38±0．050．486～103182～255354818．331．73±0．032．17±0．033．83±0．050．992～113221～245247012．731．16±0．081．16±0．093．25±0．05420．182～91120～222742224．642．64±0．084．18±0．073．50±0．070．485172466413．772．51±0．042．97±0．072．60±0．070．989～100202～26336328．511．84±0．082．33±0．072．42±0．05480．179～91141～142811018．923．36±0．083．91±0．093．95±0．050．484～93163～252495811．762．19±0．082．58±0．062．87±0．050．980～97124～26832597．641．90±0．082．30±0．062．54±0．04

表2 3D-DSA采集时不同采集野及附加滤过组合的辐射剂量

采集野(cm)附加滤过(mmCu+1mmAl)管电压(kV)管电流(mAs)DAP(mGy·cm2)AK(mGy)左晶体(n=5，mGy)右晶体(n=5，mGy)垂体(n=5，mGy)枕骨(n=5，mGy)220．18018～10518733103．903．29±0．024．96±0．0613．48±0．12134．76±0．550．48331～1351228268．892．23±0．063．56±0．0512．30±0．04100．66±0．590．980～8966～126763441．801．98±0．042．46±0．0610．40±0．0453．57±0．30310．18015～611995369．402．79±0．024．95±0．089．94±0．0888．22±0．840．48023～971292644．862．50±0．053．89±0．039．15±0．0467．07±0．840．982136961332．121．98±0．062．98±0．088．43±0．0444．79±0．84420．18012～401920448．143．74±0．1213．80±0．078．34±0．0562．51±0．700．48020～711419735．343．61±0．0810．30±0．087．91±0．0452．04±0．730．9801311095129．542．79±0．087．08±0．077．78±0．0339．38±0．71480．1809～251566532．943．71±0．0910．30±0．085．96±0．0639．96±0．770．48013～441130523．302．62±0．086．79±0．055．54±0．0535．54±0．550．98080720115．001．97±0．0633．67±0．084．66±0．0621．30±0．26

2.2不同采集野及附加滤过组合下空间分辨率的评估结果 采集野为48 cm，附加滤过为0.9 mmCu+1 mmAl和0.1 mmCu+1 mmAl时，矩形波测试卡显示值最低，为1.2 Lp/mm；采集野为22 cm，附加滤过为0.4 mmCu+1 mmAl时，矩形波测试卡显示值最高，为3.1 Lp/mm(表3)。

表3 不同采集野及附加滤过组合下空间分辨率的评估结果

附加滤过采集野组合(cm)矩形波测试卡显示值(Lp/mm)矩形波测试卡中间线是否清晰显示且连续0．9mmCu+1mmAl481．2是421．6是312．0是222．8是0．4mmCu+1mmAl481．4是421．8是312．2是223．1是0．1mmCu+1mmAl481．2是421．4是312．0是222．8是

2.3DAP、AK与各器官接受辐射剂量的相关性 DAP与垂体(r=0.766,P<0.01)、左侧晶状体(r=0.684,P<0.01)、右侧晶状体(r=0.727,P<0.01)及枕骨入射皮肤 (r=0.609,P=0.036) 所接受的辐射剂量呈正相关;AK与垂体(r=0.894,P<0.01)及枕骨入射皮肤 (r=0.991,P<0.01) 所接受的辐射剂量呈正相关，而与左侧晶状体(r=0.253,P=0.234)和右侧晶状体(r=0.249,P=0.242)所接受的辐射剂量无相关性。

2.42D-DSA与3D-DSA采集时器官接受辐射剂量的比较 垂体、左侧晶状体和右侧晶状体在2D-DSA采集时辐射剂量均大于3D-DSA采集时的辐射剂量(P均<0.01，表4)。

表4 2D-DSA和3D-DSA采集时各部位的器官辐射剂量(mGy,±s,n=12)

方法脑垂体左晶状体右晶状体2D⁃DSA8．65±2．612．77±0．686．23±3．553D⁃DSA3．32±0．641．78±0．822．19±1．15t/t′值6．853．203．76P值<0．01<0．01<0．01

3 讨论

最高皮肤剂量(peak skin dose， PSD)是介入放射学操作中患者所有部位的皮肤剂量最大值，是评价确定性效应较好的指标，但因测量复杂，目前尚无实时测量PSD的方法。患者入射参考点的空气比释动能(air kerma， AK)可用于PSD的估算。DAP是X射线束横截面积与该横截面上的平均AK乘积，单位为Gy·cm2，可作为射线束给予患者总能量的替代测量，作为评估随机性效应危险的一个良好指标，可结合使用有效剂量转换系数推导有效剂量[2-5]。

3.1采集野对受检者辐射剂量的影响 选择采集野是血管造影中常用的操作，常规造影、局部放大造影及血管全程显示应选择不同的采集野。本研究显示随着采集野变大，AK明显降低，垂体吸收剂量降低，枕骨皮肤入射剂量降低。采集野越大，覆盖头颅的范围就越大，到达探测器的辐射强度越大，此时电离室电流增大，曝光时间缩短，管电流减低，受检者辐射剂量减低。垂体位于颅脑中心位置，造影采集时处于各采集野内，因此垂体的吸收剂量变化幅度较小。正位采集时，晶状体在各采集野内，侧位及3D-DSA采集时，可能会处于小采集野外，因此晶状体的吸收剂量在大采集野时增大。侧位采集时，右侧晶状体离球管更近，右侧晶状体的吸收剂量明显大于左侧晶状体。但3D-DSA采集时，球管绕头颅旋转，双侧晶状体吸收剂量相差不大。正位采集时，枕骨均在采集野范围内；侧位采集时，枕骨不在小采集野范围内，因此枕骨入射皮肤剂量也在大采集野时更大。

3.2附加滤过对辐射剂量的影响 附加滤过板改变了X线谱的形状，选择性地吸收了X射线束中的低能光子，进入人体的光子能量增加，发生光电效应的概率降低，X射线透过的比率增加，组织吸收剂量降低。本研究显示，随着附加滤过增加， DAP、AK、垂体、晶状体的吸收剂量明显降低。枕骨及第4颈椎在采集野范围内时，随着附加滤过增加，枕骨及第4颈椎处的皮肤入射剂量也明显减低。本结果与研究[6]报道一致。

3.3采集野和附加滤过对空间分辨率的影响 数字成像空间分辨率的主要影响因素是矩阵和像素。本研究显示，附加滤过相同时，采集野越大，空间分辨率越低。在矩阵不变的前提下，采集野越大，像素越大，空间分辨率越低；采集野相同时，适当的附加滤过会增加空间分辨率。在DSA成像过程中，噪声限制了空间分辨率[7-8]。DSA图像的噪声主要包括X射线的量子噪声、视频摄像机的噪声、模拟存储器件的噪声及散射线引起的噪声[9]。附加滤过可有效滤除低能射线，减少散射线，从而降低散射线噪声，提高空间分辨率。但过大的附加滤过同时吸收了一部分用于成像的原发射线，导致成像板获得的X线光子数目相对减少，产生量子噪声，使得空间分辨率下降。本研究结果表明，在采集野为22 cm，附加滤过为0.4 mmCu+1 mmAl时，图像的空间分辨率最高。

3.42D-DSA与3D-DSA的摄影参数及辐射剂量比较 本研究显示3D-DSA采集时的DAP仅为常规采集的32%，AK为常规采集的39%。3D-DSA采集需2次旋转曝光，单次曝光时间为4.1 s，总曝光时间小于正侧位单次采集，因此3D-DSA采集的辐射剂量更低。李海波等[10]认为单次旋转DSA的吸收剂量是常规DSA的25%左右，与本研究结果相近。

本研究结果显示采集野越大，采集野范围内的组织吸收剂量越小，但辐射到的组织器官越多，受检者整体所受的辐射损害越大，同时图像的空间分辨率也越低；附加滤过越大，采集野范围内的组织器官辐射剂量越小，但过大和过小的附加滤过均会降低图像空间分辨率。体模试验无法采集血管影像，下一步将进行临床试验，优化采集野及附加滤过组合，在满足临床诊断及治疗需求的前提下，进一步降低受检者的辐射剂量。

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Impact on examinees dose with collection field and additional filtration in angiography of head and neck: Phantom study

SUNShilong1，PANGSiwen2，MENGFanyang2，ZHOUGuijuan3，LIChuandong1，WANGYuli1,LIURuihong1*

(1.DepartmentofRadiologhy,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China; 2.DepartmentofRadiologhy,JilinUniversityFirstHospital,Changchun130021,China; 3.DepartmentofRadiologhy,DongzhimenHospital,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100010,China)

Objective To investigate the impact on examinees dose with additional filtration and collection field in head and neck angiography. Methods Values of tube voltage, tube current, dose area product (DAP), air kerma (AK) and radiation dose in each collection point with normal and three dimensional DSA model were collected and compared. All the data were measured in different combination of collection field (22, 31, 42, 48 cm)and additional filtration (0.1 mmCu+1 mmAl, 0.4 mmCu+1 mmAl, 0.9 mmCu+1 mmAl) with scanning simulation model of Philps Allura Xper FD20 angiography machine. In a single exposure mode, the different gathering wild and additional filtration combination were adjusted respectively to the line to the photography, single image was collected, through the rectangular wave test card image, and the correlation of gathering wild and additional filtration with spatial resolution were discussed. Results In 3D-DSA scanning with 22 cm collecting wild and 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 103.90 mGy and (13.48±0.12)mGy respectively, the entrance surface dose was (134.76±0.55)mGy, both were maximum value; 48 cm collecting wild and 0.9 mmCu+1 mmAl additional filtration, the corresponding AK value and pituitary absorbed dose were 15.00 mGy and (4.66±0.06)mGy respectively, the entrance surface dose was (21.30±0.26) mGy, both were minimum value. In 3D-DSA scanning with 48 cm collecting wild, 0.9 mmCu+1 mmAl or 0.1 mmCu+1 mmAl additional filtration, rectangular wave test card display value showed the lowest value 1.2 Lp/mm, with 22 cm collecting wild, 0.4 mmCu+1 mmAl, rectangular wave test card display value showed the highest value 3.1 Lp/mm. Conclusion This experiment showed that the moderate gathering wild and proper thickness of additional filtration would reduce the radiation dose while the space resolution of images was guaranteed.

Angiography, digital subtraction； Collection field； Additional filtration； Radiation dosage

中日友好医院2013年院级科研基金(2013-MS-38)。

孙士龙(1985—)，男，山东费县人，本科，主管技师。研究方向：放射防护以及医学影像新技术临床应用。E-mail： dalongsun@126.com

刘瑞宏，中日友好医院放射科，100029。E-mail： liu_ruihong@163.com

2016-05-10

2016-09-09

R814.4; R144.1

A

1672-8475(2016)12-0767-05

10.13929/j.1672-8475.2016.12.013