多排螺旋CT劑量效率的體模研究

莊靜文，白玫，侯藝威

首都醫科大學宣武醫院 醫學工程處北京 100053

多排螺旋CT劑量效率的體模研究

莊靜文，白玫，侯藝威

首都醫科大學宣武醫院 醫學工程處北京 100053

目的 研究CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準確性。方法 使用長桿電離室測量不同準值寬度、螺距以及管電壓下體模內劑量分布曲線并計算CT劑量效率。結果 CT劑量效率范圍為79%～94%，其中，中心位置的CT劑量效率范圍為79%～87%，邊緣4個位置的CT劑量效率范圍為79%～94%，加權CT劑量效率范圍為82%～90%。準直寬度與螺距越大，CT劑量效率越低；CT劑量效率受管電壓影響不明顯。結論CTDI100與CTDI∞之間存在一定差異，CTDI100、CTDIw表征CT檢查所致輻射劑量的準確度隨準直寬度和螺距的增大而降低。

CTDI100；多排螺旋CT；準直寬度；CT劑量效率

近十余年來，多排螺旋CT（Multiple Detector Spiral CT，MDCT）的排數迅速增加，自1998年起，4、8、16、32層CT相繼出現[1]。2003年，64層螺旋CT開始投入臨床應用并得到迅速推廣。2005年，具有兩套成像系統的雙源64層螺旋CT誕生。2007年，320排錐形束CT出現。隨著MDCT探測器排數的不斷增加，其射線寬度也隨之增大，采用傳統的100 cm電離室測量MDCT輻射劑量的方法存在一定的局限性[2-4]。因此有必要對現有的CT劑量表征方法的準確性進行研究。本文通過實驗測量了多種掃描條件下CT劑量體模中的劑量分布曲線并計算了其CT劑量效率，研究CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準確性及其影響因素。

1 CT劑量指數

為了估算CT檢查所致輻射劑量，Shope[5]等于1981年提出了CT劑量指數（Computed Tomography Dose Index，CTDI）的概念，此時這一概念為沿z軸從-∞到+∞長度上的劑量積分，即CTDI∞。其表達式為：

其中，D(z)為平行于旋轉軸(Z)的劑量分布，N為掃描斷層數，T為層厚。CTDI∞是CT檢查所致輻射劑量的準確值。一般可以沿整個分布曲線積分得到CTDI∞。

為了便于測量，國際電工委員會（IEC）將積分范圍標準化為沿z軸-50 mm到+50 mm，即CTDI100。CTDI100是CT檢查輻射劑量最常用的表征量[6]，其定義為：將平行于旋轉軸(Z)的劑量分布沿z軸方向從-50 mm到+50 mm進行積分，然后除以掃描斷層數N與層厚T的乘積，其表達式為：

目前人們可以較為方便地使用100 mm筆形電離室對CTDI100進行測量，因此CTDI100被人們廣泛應用。

CTDIw也是目前所公認并被使用的CT輻射劑量表征量。CTDIw是通過測量CT劑量體模中5個位置的CTDI100，然后加權獲得的[6]，其表達式為：

其中，CTDIc為體模中心位置的CT劑量指數，CTDIp為體模邊緣的CT劑量指數。

但是，隨著CT排數的不斷增加，射線寬度會越變越寬。理論上對于射線寬度較寬的CT來說，其射線寬度會超過CTDI100，這一概念中對于劑量分布100 mm的積分長度，CTDI100的測量與計算范圍只能涵蓋部分散射線，因此隨著CT掃描中射線寬度的增加，CTDI100會變得不夠準確，也就是說只涵蓋了部分散射線的CTDI100與涵蓋了所有散射線的CTDI∞之間會產生一定的差異[7]。有學者使用CTDI100與CTDI∞的比值即CT劑量效率來表征CTDI100的準確性[8]。

2 實驗方法

使用西門子公司Definition Flash CT掃描直徑為16 cm的體模，使用CT-SD 16長桿電離室測器依次測量體模的中心位置以及12點鐘、3點鐘、6點鐘、9點鐘方向的邊緣位置劑量分布曲線（下文中分別簡稱A、B、C、D、E位置），通過劑量分布曲線得到CTDI100、CTDI∞的值，按式(3)計算出CTDIw與加權CTDI∞的值，并計算CT劑量效率和加權CT劑量效率。

使用SPSS軟件對數據進行統計學分析：使用Kruscal-Wallis檢驗分析不同掃描條件下劑量效率在0.05水平上是否有顯著差異，計算Spearman秩相關系數以確定準直寬度、螺距、管電壓這3個掃描參數與劑量效率在0.05水平上是否有顯著的相關性。掃描參數為160 mAs，球管旋轉時間1.0 s，層厚5.0 mm；分別設置管電壓為100 kV、120 kV、140 kV；螺距為0.5、1.0、1.5；準直寬度為16×0.3 mm、16×0.6 mm、20×0.6 mm、40×0.6 mm、32×1.2 mm和128×0.6 mm。

3 實驗結果

實驗結果表明，CTDI100與CTDI∞之間存在一定差異，見表1～2。CT劑量效率基本都在79%～94%之間。其中位于中心A位置的CT劑量效率在79%～87%之間，邊緣4個位置CT劑量效率在79%～94%之間。加權劑量效率在82%～90%之間。實驗結果還表明，CT劑量效率隨準直寬度以及螺距增大有下降趨勢，而受管電壓的影響并不明顯。

對實驗結果進行統計分析可知，使用不同的準直寬度掃描時劑量效率有顯著差異（χ2=13.761，P=0.003<0.05），準直寬度與劑量效率的相關系數為-0.893（P=0.000<0.05），有顯著的負相關關系；使用不同的螺距掃描時劑量效率有顯著差異（χ2=11.058，P=0.004<0.05），螺距與劑量效率的相關系數為-0.774（P=0.000<0.05），有顯著的負相關關系；使用不同管電壓掃描時劑量效率無明顯差異（χ2=2.391，P=0.302>0.05），管電壓與劑量效率的相關系數為-0.328（P=0.184>0.05），管電壓與劑量效率無明顯關系。

4 討論

由準直寬度與劑量效率相關系數的絕對值大于螺距與劑量效率相關系數的絕對值可知，準直寬度與劑量效率的相關關系更為顯著，對劑量效率的影響更加明顯。

根據統計分析結果可知，CT劑量效率與準直寬度有顯著的相關性，CT劑量效率隨準直寬度的增大而降低。這是由于準直寬度越大，即射線束寬度越寬，CTDI100所能涵蓋的射線量與實際總射線量的比值越小，從而使CT劑量效率降低。因此，隨射線束寬度的增加，CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準確性也隨之下降。

5 結論

由實驗結果可知，CT劑量效率隨準直寬度增大而降低，而CTDI100表征CT檢查所致輻射劑量的準確性也會降低。因此對于射線束寬度較大的MDCT，如果仍采用現有的CTDI100、CTDIw會產生明顯的測量誤差，從而嚴重低估MDCT所致輻射劑量水平，并會導致MDCT掃描檢查所致受檢者實際接受的醫療照射劑量估算過低，從而增加CT檢查給受檢者帶來的輻射安全隱患[9]。

[1] 徐桓,趙慶軍.固體切片探測器CT-SD16在CT劑量測量中的應用與研究[J].中國醫學裝備,2010,7(2):17-20.

[2] McCollough CH.It is time to retire the computed tomography dose index (CTDI) for CT quality assurance and dose optimization[J].Med Phys,2006,33(5):1190-1191.

[3] Perisinakis K,Damilakis J,Tzedakis A,et al.Determination of the weighted CT dose index in modern multi-detector CT scanners[J]. Phys Med Biol,2007,52(21):6485-6495.

[4] Boone JM.The trouble with CTD100[J].Med Phys,2007,34(4):1364-1371.

[5] Shope TB,Gagne RM,Johnson GC.A method for describing the doses delivered by transmission x-ray computed tomography[J]. Med Phys,1981,8(4):488-495.

[6] 白玫,鄭均正.多排（層）螺旋CT的輻射劑量表達及其影響因素探討[J].輻射防護,2008,28(1):1-12.

[7] Ruan C,Yukihara EG,Clouse WJ,et al.Determination of multislice computed tomography dose index (CTDI) using optically stimulated luminescence technology[J].Med Phys,2010,37(7):3560-3568.

[8] Li X,Zhang D,Liu B.Calculations of two new dose metrics proposed by AAPM Task Group 111 using the measurements with standard CT dosimetry phantoms[J].Med Phys,2013,40(8):081914.

[9] 張冠石.醫護人員的放射防護[J].中國醫療設備,2013,28(5): 15-16.

Phantom Study of Dose Eff i ciency of MDCT

ZHUANG Jing-wen, BAI Mei, HOU Yi-wei
Department of Medical Engineering, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

Objective To explore the accuracy ofCTDI100in evaluating radiation dose of CT examination. Methods Dose distribution curves of the phantom under the conditions of different collimation widths, pitches and tube voltages were measured with long-pole ionization chamber and thenCTDI100andCTDI∞were calculated to evaluate the dose efficiency of CT examination. Results The range of CT radiation dose efficiency was 79%～94%. The range of CT radiation dose efficiency located at the center was 79%～87% and that of CT radiation dose efficiency located at margins was 79%～94% while that of weighted CT radiation dose efficiency was 82%～90%. The longer the collimation widths and pitches, the lower the CT radiation dose efficiency. The inf l uence of tube voltages on CT radiation dose efficiency was unconspicuous. Conclusion There were certain differences betweenCTDI100andCTDI∞in evaluating radiation dose of CT examination. The accuracy ofCTDI100andCTDIwin evaluating radiation dose of CT examination would be decreased as the increasement of collimation widths and pitches.

CTDI100; MDCT; collimation widths; CT radiation dose efficiency

R197.39；TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.011

1674-1633(2014)11-0041-02

2014-06-16

2014-08-19

國家自然科學基金項目資助（81372923）；國家科技支撐計劃課題（2011BAI02B02）。

作者郵箱：jswei65@163.com