不同体型特异性剂量估算在成人头部CT扫描中差异比较

刘小焕，岳军艳，谷世立，窦文广

CT技术的快速发展使其临床应用越来越广泛，患者由此受到的电离辐射和致癌风险受到学术界的广泛关注[1]。患者所受辐射剂量不仅与设备输出剂量有关，还与自身体型大小和组织结构衰减特性有关[2]。目前CT设备自带的剂量报告常用容积剂量指数(volume CT dose index,CTDIvol)与剂量长度乘积dose length product,DLP)表示。CTDIvol是基于直径为16 cm或32 cm的圆柱形聚甲基丙烯酸甲酯标准体模测量得到的[3-4]，反映的是CT设备对标准体模的辐射输出水平[5]。DLP是由CTDIvol与扫描长度的乘积得到的，表示的是标准体模接受的总辐射剂量[6]。两个指标都未涉及患者任何因素，因此仅用它们来表示患者所受辐射剂量是不准确的[7-9]。美国医学物理学会(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)2011年提出用反映患者体型的有效直径(effective diameter,ED)对应的转换系数乘以CTDIvol获得体型特异性剂量估算值(size-specific dose estimate,SSDEED)[7]；2014年提出用反映患者X射线衰减和患者体型的水当量直径(water-equivalent diameter,WD)所对应的转换系数乘以CTDIvol获得体型特异性剂量估算值(size-specific dose estimate,SSDEWD)[8]。SSDEWD不仅考虑了患者体型，更考虑了患者组织结构衰减特性对患者所受辐射剂量的影响，能更好地评估患者所受的辐射剂量[10-11]。但关于体型特异性剂量估算的研究大多集中在体部，关于头部的研究相对较少，而头部CT检查又比较普遍，对其研究有现实意义。本研究旨在比较基于水当量直径和有效直径的体型特异性剂量评估在估算成人头部CT扫描辐射剂量的差异。

材料与方法

1.一般资料

回顾性连续分析本院2019年4-5月在同一台CT 机上行头部CT平扫的成人患者，排除图像不能满足诊断需求、有运动伪影或外伤不能配合，以及由于金属伪影可能造成辐射剂量估计不准的病例。入组108例，其中男52例，女56例；年龄18～85岁，平均年龄53.4±1.4岁。

2.扫描方法

采用东芝公司64排Aquilion CT机行头部CT螺旋扫描。患者取仰卧位，头先进，仅扫描头部侧位定位像。扫描前去除头部金属异物,避免产生伪影，以听眉线为基线，扫描范围自颅底至颅顶25～28层。扫描前向患者解释扫描过程，嘱咐患者不能动，选用本院头颅规范化扫描方案，螺旋扫描模式，管电压120 kVp，管电流150 mA，转速1000 ms，探测器准直0.5 mm×64，螺距53，层厚5 mm，层间隔5 mm，采集矩阵512×512。

3.数据采集与测量

扫描完成后将扫描图像及剂量报告传送至图像存储与传输系统(picture archiving and communication systems,PACS)和图像后处理工作站中，在图像后处理工作站上记录每位患者的容积CT剂量指数CTDIvol，对头颅扫描所有层面正中间的CT横断面图像调整窗宽窗位，清晰显示头皮轮廓，进行数据测量。

测量左右和前后方向的最大径线(lateral diameter,Lat)和(anteroposterior diameter,AP)，并参考AAPM204号文件[7]，头部参照16 cm标准体模，据下列公式计算有效直径ED及基于有效直径的转换系数fED，基于有效直径的体型特异性剂量指数SSDEED(图1)。

(1)

fED=1.874799×e-0.03871313×ED

(2)

SSDEED=fED×CTDIvol

(3)

贴边勾画的近椭圆形ROI包含该横断面所有解剖结构，记录自动显示的ROI面积(AROI，cm2)和该面积内的平均CT值(CTROI，HU)并参考AAPM220号报告[8]，参照16cm标准体模，据下列公式计算水当量直径WD，基于水当量直径的转换系数fWD及体型特异性剂量SSDEWD(图2)。

(4)

fED=1.874799×e-0.03871313×WD

(5)

SSDEWD=fWD×CTDIvol

(6)

4.统计学分析

结 果

1.头部扫描两种SSDE算法比较

平均体径EDfWD，平均体型特异性剂量评估SSDEED>SSDEWD且差异均有统计学意义(P<0.001，表1)。由于WD比ED增加7.59%，平均转换系数fWD比fED降低4.89%，而且由于采用固定扫描条件，CTDIvol为固定值38.80mGy，导致SSDEWD比SSDEED降低4.89%。SSDEED比 CTDIvol低3.22%，SSDEWD比 CTDIvol低7.95% 。

表1 两种体型特异性剂量评估方法下各参数的结果比较

2.不同性别间参数比较

平均有效直径ED和平均水当量直径WD男组均高于女组；这导致男组的平均转换系数fED和fWD均低于女组，且男女两组的所有转换系数都<1；而由固定值CTDIvol乘以转换系数得到的平均辐射剂量估算值SSDEED和SSDEWD，均

表2 不同性别间ED、WD、fED、fWD、SSDEED、SSDEWD比较

讨 论

为了准确获取患者所接受的辐射剂量，AAPM建议测量所有层面的有效直径和水当量直径以计算SSDE[7,8]，但在没有程序帮助的情况下手工测量过于繁琐，工作量大。研究[12]发现头部CT扫描时扫描范围中心层面估算辐射剂量比所有层面扫描容积辐射剂量的平均值仅低0.47 mGy，可以忽略不计。因此可用扫描范围中心层面的辐射剂量替代扫描容积辐射剂量的平均值，表示患者接受的辐射剂量。本研究直接采用测量扫描范围中心层面的有效直径和水当量直径来估算患者所受的辐射剂量，相对简便。采用贴边勾画ROI的方式测量横截面面积，排除了空气对水当量直径和体型特异性剂量的影响，相对覆盖横断面所有解剖结构且不包含床板的最小椭圆勾画ROI更加准确。

本研究采用固定管电流模式，CTDIvol为固定值38.80 mGy，有效直径和水当量直径都是体型特异性剂量的唯一影响因素。所有的fWD都在1.0以下,所以SSDEWD均低于CTDIvol，这与Anam等[13]研究结果一致。除了个别患者fED稍>1.0外，其余的转换系数fED均<1.0，整体、男组及女组的平均转换系数fED也都在1.0以下，且平均SSDEED均低于CTDIvol。可见考虑了患者体型的SSDEED与考虑了患者体型和组织结构衰减的SSDEWD都比仅代表设备输出的CTDIvol更能准确反映患者接受的辐射剂量[10,11,14]，且SSDEED和SSDEWD与CTDIvol相比，变化趋势一致，均低于CTDIvol。本研究虽采用固定毫安，但是辐射剂量SSDEWD却低于徐建等研究[12]自动管电流调节方式的辐射剂量将近18 mGy。这可能是由于该扫描条件主要用于观察脑组织病变，采用的固定电流低于徐建自动毫安调节方式的参考电流。外伤类病变或需要三维重建的头部扫描则需要适当提高毫安或球管转速以便更好地观察骨骼及细节，这更符合个性化扫描的要求。

由于头部以脑组织和颅骨为主，并且平均密度高于水，故头部的整体衰减要高于水模模拟的衰减。因此，WD要高于ED,从而导致SSDEED较SSDEWD高估了5.14%，这与徐健等[12]的研究结果一致。本研究发现男组的有效直径ED及水当量直径WD平均值均高于女组，这是由于男性体型普遍比女性大，头颅的前后径和左右径整体高于女性，而有效直径和水当量直径与患者的体型参数呈正相关。相应的男性转换系数fED和fWD平均值低于女组，SSDEED和SSDEWD平均值也低于女组。这与李刚等[15]使用自动管电流对胸部的研究结果不同，SSDEED和SSDEWD并没有随着体型增大而变大。这是因为SSDEED和SSDEWD由CTDIvol乘以转换系数fED和fWD得到，自动管电流下，体型增大、CTDIvol会相应增大，尽管fED和fWD变小，SSDEED和SSDEWD也可能因CTDIvol增大得多而增大；而固定管电流下，无论体型如何变化，CTDIvol都为固定值，SSDEED和SSDEWD仅随转换系数fED和fWD减小而减小。

本研究也存在一定的局限性：纳入的对象均为成年患者，可能研究结果并不适合儿童[16],后期会对儿童进行研究；其次，因是回顾性研究，未对大家关心的体重指标进行研究，也未对头部轴扫模式和使用日益广泛的自动管电流条件进行研究；第三所有测量结果均为手工测量，不够简便。

综上所述，本研究对108名患者头部CT样本行基于扫描范围中心层面有效直径(ED)与水当量直径(WD)计算的体型特异性剂量估算(SSDE)比较，发现CTDIvol和SSDEED都高估了患者的辐射剂量，且相同固定管电流下男比女实际受到的辐射剂量SSDEWD更低。建议使用基于水当量直径的SSDEWD评估患者头部CT扫描时的辐射剂量。