利用Radimetrics平台实现放射科CT检查辐射剂量的综合管理

张金戈，刘科伶，夏春潮，李真林

四川大学华西医院 放射科，四川 成都 610041

引言

随着近年来多层螺旋CT技术与设备的快速发展，CT成像在临床诊疗过程中的作用和价值有了显著提升。特别是血管成像、灌注成像、宝石能谱成像等新技术的应用，使得CT能够为临床诊断提供的信息也越来越丰富[1-2]，各级医院的CT检查量也逐渐增多[3]。然而，CT成像的诊断优势与不可避免的辐射暴露有关。CT扫描时产生的电离辐射，即使剂量相对较低也会增加患癌症的风险，尤其是对妇女和儿童等特殊人群而言。随着公众辐射防护意识的不断普及和加强，放射科的辐射剂量管理已成为CT领域的研究热点[4]。虽然CT设备在使用时会自动为每一位患者生成一份单次扫描辐射剂量报告，但单次剂量报告仅反映一次特定检查的剂量水平。包含大样本CT检查剂量数据的诊断参考水平（Diagnostic Reference Levels，DRLs）可以更好地反映医院或地区的平均剂量水平，并指导放射机构进行质量改进，优化CT扫描参数和工作流程。目前，欧美国家和日本、韩国已有较多关于DRLs的研究或报道[5-7]，而在国内虽然中国国家健康委员会发布了《X射线计算机断层摄影成年人诊断参考水平》[8]，但基于大数据的DRLs研究仍然较少[9]。而且我国幅员辽阔，不同地区人口的民族组成、平均体格等方面可能存在较大差异，因此有必要在国内开展更多关于DRLs的研究。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究回顾性地分析了2019年7月至2021年7月于四川大学华西医院内10台CT设备行CT检查的所有成年患者的辐射剂量数据，并按照头部、颈部、胸部、腹部、胸腹联扫的检查部位，以及平扫、增强扫描的检查类型进行分类。选取3台探测器排数不同的CT设备（西门子双源SOMATOM flash，GE revolution，联影uCT 960+）单独进行胸部平扫的辐射剂量比较。

1.2 辐射剂量的统计与分析

每位患者CT扫描的图像和辐射剂量报告在扫描完成后被自动传输至图片存档及通信系统（Picture Archiving and Communication System，PACS）内的一个独立服务器中，由Radimetrics软件（Radimetrics Platform，美国拜耳医疗）进行读取和分析。该软件能够追踪识别不同厂家CT设备生成的剂量报告，获取容积CT剂量指数（Volumetric CT Dose Index，CTDIvol）和剂量-长度乘积（Dose-Length Product，DLP）等曝光参数。此外，Radimetrics可以通过CT图像获取患者扫描部位平均直径，从而计算体型特异性剂量估计值（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）[10]。Radimetrics还可以利用辐射曝光参数和体模数据库自动计算有效剂量（Effective Dose，ED）。在该软件计算ED时，程序将根据年龄、身高、体重、性别匹配适当的体模，使用Monte Carlo概率法模拟计算各组织器官的辐射剂量，再根据不同受检部位的组织加权因子相加计算得到[11]。各项辐射剂量指标均按照普通扫描（平扫）和多期增强扫描检查的辐射剂量进行分类统计，对于多期增强扫描CTDIvol和SSDE为各期相的平均值，DLP和ED为各期相的总和。

1.3 统计学方法

使用Radimetrics软件的大数据分析功能，自动得到CTDIvol、DLP、ED、SSDE的中位数和四分位数范围（Interquartile Range，IQR），并与其他类似研究的结果进行了比较。不同探测器排数CT设备辐射剂量的对比选取胸部平扫的中位数进行比较。由于本研究是一个大样本数据的收集和总结，故没有使用统计检验的方法。

2 结果

2.1 患者与CT检查数量

本研究共纳入123753例成年患者（男62817 人，女60936 人）的173731次CT检查辐射剂量数据，其中头部扫描29475人次（占总检查数的17.0%），颈部扫描8572人次（4.9%），胸部扫描79226人次（45.6%），腹部扫描34671人次（20.0%），胸腹联扫21787人次（12.5%），纳入的患者平均年龄为（45.3±10.7）岁。

2.2 辐射剂量数据

辐射剂量参数的统计情况如表1所示，其中包含了各项数值的中位数及四分位间距，通常选择75百分位数作为DRL。

表1 不同检查部位的辐射剂量中位数

2.3 与其他DRL的比较

将本研究中CTDIvol和DLP的DRL水平与之前发表的其他研究或指南进行比较，包含美国[5]、英国[7]、日本[12]、中国国家标准[8]、中国江苏省[13]、中国吉林省[14]的数据，结果如图1～2所示。由于Zhou等[13]的研究没有提供CTDIvol的DRL，故图1中不包含江苏省的数据。同时，由于中国江苏省、英国、日本的DRL研究或报告中没有提供颈部CT检查的辐射剂量数据，故这几项数值为空。值得注意的是，本研究和中国国家标准对CT普通扫描（平扫）和CT多期相扫描（增强扫描或血管成像）进行了分类统计，而其他研究未进行分类或只统计了平扫的数据，因此仅选取本研究中平扫的数据加入比较。

图1 不同研究中成年人CT扫描CTDIvol的DRL比较

图2 不同研究中成年人CT扫描DLP的DRL比较

2.4 不同CT设备之间的比较

对3台CT设备的胸部平扫辐射剂量进行了单独的比较，其厂家型号、探测器排数和辐射剂量指标的中位数如表2所示。

表2 不同CT设备胸部平扫辐射剂量中位数的比较

3 讨论

DRL是国际放射防护委员会（International Commission on Radiological Protection，ICRP）于1996年提出的一个概念[15]，旨在建立一种方法和指标，用来判断某种放射检查所致受检者辐射剂量是否过高或是过低。根据ICRP对DRL的定义和解读，通常将大样本CT检查辐射剂量指标的75百分位数作为诊断参考水平，不同医院或者不同CT设备可以以DRL为参照，将其辐射剂量与之比较，以评估本单位或本设备扫描方案的合理性，并对扫描方案进行改进。25百分位数为异常低剂量的提示水平，如果患者剂量普遍低于25百分位数，则需核查CT扫描是否能提供有用的诊断信息和给患者带来预期的医疗收益。50百分位数即中位数，为可能达到水平，成像设备技术和重建算法先进、放射技师业务水平较高的单位可以参照50百分位数采取进一步降低辐射剂量的措施，实现患者放射防护最优化。目前，国外发达国家已开展较多关于CT辐射剂量DRL的研究，如欧盟、英国、日本、美国等都有通过多中心研究发布的基于大样本CT扫描数据的DRL，且已形成成熟机制，定期更新。中国国家健康委员会于2018年发布了《X射线计算机断层摄影成年人诊断参考水平》，针对非体检的成年人常规CT扫描辐射剂量提供了参考。Zhou等[13]和Zhou等[14]基于大样本CT扫描辐射剂量数据分别对中国江苏省和吉林省的DRL进行了研究，但国内仍缺乏此类研究，且目前大多数DRL的研究没有对CT扫描平扫和增强进行分类统计。实际上因为增强扫描或血管扫描需要进行多期成像，辐射剂量通常要高于平扫，且参数设置会有差别，因此有必要在今后的DRL研究中将扫描部位和种类分得更加详细。另外，由于我国幅员辽阔，不同地区人口的民族组成、平均体格等都有较大差异，这些因素可能会影响不同地区CT扫描参数的合理设置，从而造成参考剂量的不同。故有必要在国内更多地区开展基于大样本CT扫描辐射剂量数据的DRL研究，并形成国家和省级层面的稳定机制，通过多中心研究定期、实时地更新当地DRL。

对CT辐射剂量进行统计分析就需要从CT设备生成的DICOM格式剂量报告中抓取CTDIvol、DLP等扫描曝光参数的原始数据。近年来随着软件技术和网络技术的快速发展，Radimetrics、Dose Wise Portal等软件的出现使得大样本剂量数据的自动统计成为可能。Radimetrics作为一个辐射剂量综合管理平台，不仅能自动追踪抓取各个厂家不同型号CT的剂量报告信息，自动分析得到均值、中位数、四分位数间距等统计信息，还能够通过患者信息、定位像图像和体模库计算得到ED和SSDE，从而更全面地反映辐射剂量水平。其中SSDE这个概念是由美国医学物理学家协会提出[16]，计算时将根据患者身体截面直径和换算系数由CTDIvol换算而来，是根据患者体型大小校正后的CTDIvol，更具有临床意义。在后续的研究中，我们也希望通过其他直接测量或手动计算的方式，来验证Radimetrics自动计算出的ED和SSDE是否准确。

在本研究的数据对比结果中，华西医院整体的辐射剂量水平低于中国国家标准和国内外其他研究，说明华西医院放射科在辐射剂量优化和辐射防护工作上取得了一定成效，这可能与以下几方面因素有关：① 大量使用了实时自动控制曝光技术进行扫描，包括西门子的Care Dose 4D、Care kV等技术；② 使用了较为先进的迭代重建算法，尽可能在低剂量下获取优质图像，例如西门子的IRIS和GE的ASIR-V等技术；③ 强化CT影像技师的培训和学习，在检查前准备、扫描参数设置、扫描画线等方面构建更加规范的工作流程，优化辐射剂量并避免因操作失误而重新扫描；④ 建立完备的辐射剂量和图像质量控制体系，定期举办质控会议审查和分析辐射剂量超标情况。但需要注意的是，辐射剂量并不是越低越好，研究和设立DRL也并非为了一味追求更低的辐射剂量。在放射诊断活动中，任何时候都应以获得可接受的图像质量或足够诊断信息为前提和主要目的，即放射影像应以满足诊断需求为前提，在此基础上采用DRL来辅助管理患者的辐射剂量，使辐射剂量与临床诊断目的相匹配，降低非正当过高或过低剂量的发生频率才是提出DRL的初衷。不同地区的不同医院，因为设备配置、工作流程、受检人群平均体格、受检人群疾病谱等因素存在着巨大差异，应根据这些因素合理地设置适当的DRL。此外，本研究中发现三款不同探测器排数CT设备的辐射剂量与探测器排数并无直接关系，但本研究并未将不同设备的扫描参数设置一致（例如kV、mAs、螺距、准直等），尚不清楚不同厂家之间的技术差异和探测器排数对辐射剂量有何影响，有待后续进一步细化研究。

本研究尚存在一些不足之处：① 由于各设备上扫描序列命名缺乏统一规范，导致回顾分析时大量患者的数据未能纳入；② 因扫描时序列选择不统一，且不同年龄段儿童剂量差异较大，未纳入儿童患者的数据进行分析。Radimetrics软件是通过设备上序列名称来进行识别、映射和分类的，在后续开展多中心研究时应特别注意规范命名、整理不同厂家设备上的序列，并且针对儿童按照年龄段或体重设置对应序列，扫描时确保选择正确的对应序列，才能确保数据的准确性。

综上，本研究汇总分析了医院级别的辐射剂量数据，建立的医院级别DRL将为本地区DRL提供参考，并且有助于评估CT扫描方案是否需要优化。