不同体型成人胸部CT检查体型特异性剂量估算的研究

苟杰，胡小艳

随着医学检查技术的进步及医疗诊治的需要，CT检查在疾病的诊断、鉴别诊断及随访中的应用越来越多。医疗照射已成为最大人工电离辐射源，其占人类本底照射的比例在不断增加[1-3]，CT是迄今为止诊断放射学中最重要的辐射照射源，对医疗照射剂量贡献最大；因CT辐射导致辐射确定性效应和随机性效应的辐射损伤已有报道[4]。因此，伴随受益而来的辐射剂量问题受到越来越多的关注，也成为临床研究的热点。目前，CT容积剂量指数(volume computed tomography dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)是描述CT检查辐射暴露最常用的两个参数[5-9]。CTDIvol提供了一种标准化的方法来比较不同CT扫描仪之间的辐射输出水平，DLP的计算方法是将CTDIvol与扫描的长度相乘。CTDIvol和DLP对管电压、管电流、机架旋转时间、螺距等参数敏感，且仅计算体模定义体积内的辐射输出，因此在计算实际辐射暴露时均受到限制。然而，患者的辐射暴露不仅与扫描仪的辐射输出有关，还和患者的体型大小有关；因此，用CTDIvol解释患者剂量可能会导致患者剂量的高估或低估，从而导致对辐射风险的不准确估计[10]。由于CTDIvol(用作患者剂量照射的参数)的局限性，考虑到患者体型的剂量估计方法引起了医生和物理学家们的重视。2011年和2014年[11-12]，美国医学物理学家协会(AAPM)204和220报告中提出了体型特异性剂量估算(size-specific dose estimate，SSDE)的概念，SSDE是一种与CTDIvol密切相关的替代剂量度量参数，同时考虑了扫描参数和患者体型大小对辐射剂量的影响。本研究的目的是基于SSDE对不同体型成人胸部CT检查的辐射剂量进行研究，比较CTDIvol、SSDE评价成人胸部CT检查辐射剂量的差异。

材料与方法

1.临床资料

回顾性分析2020年1月-2020年6月到本院行CT检查患者的相关资料。纳入标准：①因疾病或健康体检行胸部CT检查的患者；②年龄大于18岁。排除标准：①体表有金属异物、胸廓或体内有金属内固定器等会干扰剂量估算的患者；②安有心脏起搏器的患者；③不能配合的患者；④因FOV太小，SSDE和水当量直径(water-equivalent diameter，Dw)计算失败的数据。

2.CT检查方法

采用第二代Siemens双源CT(Somatom Definition Flash)进行CT检查，所有检查均开启自动管电压(CarekV)和自动管电流调控(Care dose 4D)技术。管电压80～120 kVp，参考mAs为100 mAs，探测器准直128 mm×0.6 mm，采集矩阵512×512，参考FOV 314 mm×314 mm，层厚1 mm，层间距1 mm。所有患者均取仰卧位，头先进，扫描范围从肺尖到膈顶。

3.体型特异性剂量估算和数据收集

扫描完成后，患者的图像和人口学资料(包括性别、年龄等)自动传输到图像存档与通信系统(picture archiving and communications system，PACS)；CTDIvol参考32 cm体模标准由CT扫描仪控制台自动输出,并传输到PACS系统；将患者的图像和剂量数据导入先前验证过的软件工具“Teamplay Dose”(Siemens Healthineers)。SSDE和Dw由软件参照AAPM 204和220报告中的相关公式自动计算：

(1)

(2)

(3)

4.统计学分析

采用SPSS 22统计软件进行数据分析。对所有数据均进行正态性检验和方差齐性分析，P<0.05为差异具有统计学意义。满足正态分布的计量资料采用均数±标准差表示；不满足正态分布的计量资料用中位数(四分位数间距)表示。采用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较组间CTDIvol和SSDE的差异；采用独立样本t检验比较组内CTDIvol和SSDE的差异。

结 果

1.一般资料

根据纳入和排除标准，本研究共纳入9666例胸部检查的受试者，平均年龄(46.64±17.51)岁，其中男4302例，女5364例。最小Dw为17.42 cm，最大Dw为32.29 cm，水当量直径中位数为23.74 cm。根据Dw将患者分为4组，Group1：260人，Group2：6303，Group3：3081人，Group4：22人。各组间患者基本信息见表1。

表1 各组间患者的基本信息

2.各组间辐射剂量分析

纳入的9666例CT检查中，CTDIvol平均值为(3.01±0.11) mGy，SSDE平均值为(4.6±0.23) mGy。组间辐射剂量分析显示，CTDIvol和SSDE都随着Dw的增加而增加，差异具有统计学意义(F=4899.43、1982.02，P均<0.001)。CTDIvol和SSDE组内比较，各组CTDIvol均小于SSDE(表2)。各组CTDIvol和SSDE的变异系数比较发现，CTDIvol的变异系数大于SSDE的变异系数(图1)。

图1 各组CTDIvol和SSDE的变异系数比较。

讨 论

CTDIvol由扫描参数如球管的电压、球管的电流、旋转时间、螺距等多种因素决定，它是基于固定大小(16 cm或32 cm)的聚甲基丙烯酸甲酯模型测量而得到的，只能提供标准化条件下扫描仪输出的信息[13]。然而，CT检查的辐射暴露剂量不仅与扫描仪输出有关，还与患者的几何尺寸和组织对X射线衰减有关[12]。X射线衰减是影响X射线吸收的基本物理参数，因此在确定患者吸收的辐射剂量方面比患者的几何尺寸更有意义。AAPM 204和220[11-12]报告了可以用前后径(AP)、左右径(LAT)、有效直径(ED)和Dw来计算SSDE。然而AAPM 220报告也证实了胸部的有效直径比水当量大4.3%～21.5%，因为有效直径只考虑几何形状，没有考虑到组织对射线衰减因素的影响，这将导致高估患者的体型，而低估SSDE。例如，胸部和腹部的区域可能具有相同的外部物理尺寸，然而，由于肺部的密度较低，且与腹部组织的组成不同，胸部对X射线光子的衰减要比腹部少，对于相同的扫描仪输出(CTDIvol)，胸部区域将经历更高的辐射影响，因此，比具有相同几何尺寸的腹部区域有更高的吸收剂量[12]。水当量直径同时考虑了患者的几何尺寸和组织对X射线的衰减，用水当量直径计算SSDE，不仅考虑了扫描仪输出对辐射剂量的影响，还考虑到患者的体型以及组织对X射线的衰减等因素，可以更真实地估计受检者在进行CT检查时的辐射暴露剂量。Wang等[14]利用蒙特卡罗分析方法也证明了用Dw估计物体的剂量确实可以得到准确的吸收剂量值；李刚等[15]研究结果也显示，基于Dw计算SSDE，能更加准确的反应胸部CT检查使受检者受接受的辐射剂量。本研究中使用的Teamplay dose软件是根据扫描图像的Dw来计算SSDE，与常规CTDIvol相比，SSDE不太可能低估较小体型受检者的辐射剂量。同时，笔者还发现各组间CTDIvol的变异系数高于SSDE，说明SSDE在评估患者CT辐射剂量个体之间的变异较小，在评估辐射剂量时，较CTDIvol更稳定。

本研究中成人胸部CT检查的辐射剂量CTDIvol和SSDE随患者体型的增大而增大。这是可以理解的，因为在本研究中，所有受试者在胸部CT检查时都使用了自动曝光控制技术(Care kV和Care dose 4D)。图像质量和辐射剂量都取决于患者的体型以及扫描参数[16]，为了达到满足诊断条件的图像质量，体型大的患者需要更高的辐射剂量；这与之前的研究是相符的[17-20]。Izabella等[19]的研究结果显示SSDE随着患者体型的增大呈指数增加；王军娜等[20]的研究结果也显示CTDIvol和SSDE随着患者BMI的增大而增大。Care Dose 4D是一种自动管电流调节技术，可以根据患者的不同体型、不同解剖部位和不同的射线入射角度自动调节管电流，在尽可能低的剂量水平前提下，为诊断医生提供噪声一致、且能够满足诊断要求的图像。Care kV根据受检者Z轴方向不同的衰减值，并结合预先设定的图像质量要求，计算出不同管电压所对应的电流值和分布曲线，结合不同的检查类型，选择球管允许的最低电压进行CT检查，以达到降低辐射剂量的目的。

本研究纳入了9666例胸部CT检查，Dw因患者而异。Dw在21～25 cm之间的受检者有6303(65.2%)名，Dw在26～30 cm之间的受检者有3081(31.9%)名；体型较小的受检者所占比例较少，约有260(2.7%)人Dw在15～20 cm之间；本研究未纳入体型特别大的受检者。笔者统计并分析了所有亚组胸部检查的平均辐射剂量，发现所有亚组CTDIvol值均低于SSDE，这与之前的研究一致[21-23]。Valeri等[23]认为，CTDIvol倾向于低估体型较小受检者所接受的辐射剂量。在Klosterkemper等[17]研究中，他们发现当患者胸腹CT扫描水当量直径在37～43 cm范围时，CTDIvol大于SSDE；对于体型较大的患者，CTDIvol倾向于高估辐射剂量。但是在本研究中，没有纳入肥胖的受检者，这也是本研究的不足之处。但亚洲人的体形一般偏瘦，肥胖的人群所占比例较小，纳入研究的受检者的体型特点与亚洲人体型的人群分布特点是一致的。

本研究的不足之处：第一，本研究中纳入的检查部位单一，仅纳入了胸部CT检查，其结果是否适用于其它部位尚需进一步研究。第二，本研究中的数据只来源于一种CT机型，未来需要纳入不同机型的数据，分析不同的CT扫描仪CTDIvol和SSDE的差异。

综上所述，成人胸部CT检查时，所受的辐射剂量随着受检者水当量直径的增大而增大。在评估标准体型和体型瘦小者胸部CT检查的辐射剂量时，CTDIvol倾向于低估受检者实际接受的辐射剂量；SSDE同时考虑了扫描仪输出、患者体型和组织对X射线衰减等因素对辐射剂量的影响，能够更准确地评估受检者在进行胸部CT检查时实际所接受的辐射剂量。