不同體型特異性劑量估算在成人頭部CT掃描中差異比較

劉小煥，岳軍艷，谷世立，竇文廣

CT技術的快速發展使其臨床應用越來越廣泛，患者由此受到的電離輻射和致癌風險受到學術界的廣泛關注[1]。患者所受輻射劑量不僅與設備輸出劑量有關，還與自身體型大小和組織結構衰減特性有關[2]。目前CT設備自帶的劑量報告常用容積劑量指數(volume CT dose index,CTDIvol)與劑量長度乘積dose length product,DLP)表示。CTDIvol是基于直徑為16 cm或32 cm的圓柱形聚甲基丙烯酸甲酯標準體模測量得到的[3-4]，反映的是CT設備對標準體模的輻射輸出水平[5]。DLP是由CTDIvol與掃描長度的乘積得到的，表示的是標準體模接受的總輻射劑量[6]。兩個指標都未涉及患者任何因素，因此僅用它們來表示患者所受輻射劑量是不準確的[7-9]。美國醫學物理學會(American Association of Physicists in Medicine,AAPM)2011年提出用反映患者體型的有效直徑(effective diameter,ED)對應的轉換系數乘以CTDIvol獲得體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimate,SSDEED)[7]；2014年提出用反映患者X射線衰減和患者體型的水當量直徑(water-equivalent diameter,WD)所對應的轉換系數乘以CTDIvol獲得體型特異性劑量估算值(size-specific dose estimate,SSDEWD)[8]。SSDEWD不僅考慮了患者體型，更考慮了患者組織結構衰減特性對患者所受輻射劑量的影響，能更好地評估患者所受的輻射劑量[10-11]。但關于體型特異性劑量估算的研究大多集中在體部，關于頭部的研究相對較少，而頭部CT檢查又比較普遍，對其研究有現實意義。本研究旨在比較基于水當量直徑和有效直徑的體型特異性劑量評估在估算成人頭部CT掃描輻射劑量的差異。

材料與方法

1.一般資料

回顧性連續分析本院2019年4-5月在同一臺CT 機上行頭部CT平掃的成人患者，排除圖像不能滿足診斷需求、有運動偽影或外傷不能配合，以及由于金屬偽影可能造成輻射劑量估計不準的病例。入組108例，其中男52例，女56例；年齡18～85歲，平均年齡53.4±1.4歲。

2.掃描方法

采用東芝公司64排Aquilion CT機行頭部CT螺旋掃描。患者取仰臥位，頭先進，僅掃描頭部側位定位像。掃描前去除頭部金屬異物,避免產生偽影，以聽眉線為基線，掃描范圍自顱底至顱頂25～28層。掃描前向患者解釋掃描過程，囑咐患者不能動，選用本院頭顱規范化掃描方案，螺旋掃描模式，管電壓120 kVp，管電流150 mA，轉速1000 ms，探測器準直0.5 mm×64，螺距53，層厚5 mm，層間隔5 mm，采集矩陣512×512。

3.數據采集與測量

掃描完成后將掃描圖像及劑量報告傳送至圖像存儲與傳輸系統(picture archiving and communication systems,PACS)和圖像后處理工作站中，在圖像后處理工作站上記錄每位患者的容積CT劑量指數CTDIvol，對頭顱掃描所有層面正中間的CT橫斷面圖像調整窗寬窗位，清晰顯示頭皮輪廓，進行數據測量。

測量左右和前后方向的最大徑線(lateral diameter,Lat)和(anteroposterior diameter,AP)，并參考AAPM204號文件[7]，頭部參照16 cm標準體模，據下列公式計算有效直徑ED及基于有效直徑的轉換系數fED，基于有效直徑的體型特異性劑量指數SSDEED(圖1)。

(1)

fED=1.874799×e-0.03871313×ED

(2)

SSDEED=fED×CTDIvol

(3)

貼邊勾畫的近橢圓形ROI包含該橫斷面所有解剖結構，記錄自動顯示的ROI面積(AROI，cm2)和該面積內的平均CT值(CTROI，HU)并參考AAPM220號報告[8]，參照16cm標準體模，據下列公式計算水當量直徑WD，基于水當量直徑的轉換系數fWD及體型特異性劑量SSDEWD(圖2)。

(4)

fED=1.874799×e-0.03871313×WD

(5)

SSDEWD=fWD×CTDIvol

(6)

4.統計學分析

結 果

1.頭部掃描兩種SSDE算法比較

平均體徑EDfWD，平均體型特異性劑量評估SSDEED>SSDEWD且差異均有統計學意義(P<0.001，表1)。由于WD比ED增加7.59%，平均轉換系數fWD比fED降低4.89%，而且由于采用固定掃描條件，CTDIvol為固定值38.80mGy，導致SSDEWD比SSDEED降低4.89%。SSDEED比 CTDIvol低3.22%，SSDEWD比 CTDIvol低7.95% 。

表1 兩種體型特異性劑量評估方法下各參數的結果比較

2.不同性別間參數比較

平均有效直徑ED和平均水當量直徑WD男組均高于女組；這導致男組的平均轉換系數fED和fWD均低于女組，且男女兩組的所有轉換系數都<1；而由固定值CTDIvol乘以轉換系數得到的平均輻射劑量估算值SSDEED和SSDEWD，均

表2 不同性別間ED、WD、fED、fWD、SSDEED、SSDEWD比較

討 論

為了準確獲取患者所接受的輻射劑量，AAPM建議測量所有層面的有效直徑和水當量直徑以計算SSDE[7,8]，但在沒有程序幫助的情況下手工測量過于繁瑣，工作量大。研究[12]發現頭部CT掃描時掃描范圍中心層面估算輻射劑量比所有層面掃描容積輻射劑量的平均值僅低0.47 mGy，可以忽略不計。因此可用掃描范圍中心層面的輻射劑量替代掃描容積輻射劑量的平均值，表示患者接受的輻射劑量。本研究直接采用測量掃描范圍中心層面的有效直徑和水當量直徑來估算患者所受的輻射劑量，相對簡便。采用貼邊勾畫ROI的方式測量橫截面面積，排除了空氣對水當量直徑和體型特異性劑量的影響，相對覆蓋橫斷面所有解剖結構且不包含床板的最小橢圓勾畫ROI更加準確。

本研究采用固定管電流模式，CTDIvol為固定值38.80 mGy，有效直徑和水當量直徑都是體型特異性劑量的唯一影響因素。所有的fWD都在1.0以下,所以SSDEWD均低于CTDIvol，這與Anam等[13]研究結果一致。除了個別患者fED稍>1.0外，其余的轉換系數fED均<1.0，整體、男組及女組的平均轉換系數fED也都在1.0以下，且平均SSDEED均低于CTDIvol。可見考慮了患者體型的SSDEED與考慮了患者體型和組織結構衰減的SSDEWD都比僅代表設備輸出的CTDIvol更能準確反映患者接受的輻射劑量[10,11,14]，且SSDEED和SSDEWD與CTDIvol相比，變化趨勢一致，均低于CTDIvol。本研究雖采用固定毫安，但是輻射劑量SSDEWD卻低于徐建等研究[12]自動管電流調節方式的輻射劑量將近18 mGy。這可能是由于該掃描條件主要用于觀察腦組織病變，采用的固定電流低于徐建自動毫安調節方式的參考電流。外傷類病變或需要三維重建的頭部掃描則需要適當提高毫安或球管轉速以便更好地觀察骨骼及細節，這更符合個性化掃描的要求。

由于頭部以腦組織和顱骨為主，并且平均密度高于水，故頭部的整體衰減要高于水模模擬的衰減。因此，WD要高于ED,從而導致SSDEED較SSDEWD高估了5.14%，這與徐健等[12]的研究結果一致。本研究發現男組的有效直徑ED及水當量直徑WD平均值均高于女組，這是由于男性體型普遍比女性大，頭顱的前后徑和左右徑整體高于女性，而有效直徑和水當量直徑與患者的體型參數呈正相關。相應的男性轉換系數fED和fWD平均值低于女組，SSDEED和SSDEWD平均值也低于女組。這與李剛等[15]使用自動管電流對胸部的研究結果不同，SSDEED和SSDEWD并沒有隨著體型增大而變大。這是因為SSDEED和SSDEWD由CTDIvol乘以轉換系數fED和fWD得到，自動管電流下，體型增大、CTDIvol會相應增大，盡管fED和fWD變小，SSDEED和SSDEWD也可能因CTDIvol增大得多而增大；而固定管電流下，無論體型如何變化，CTDIvol都為固定值，SSDEED和SSDEWD僅隨轉換系數fED和fWD減小而減小。

本研究也存在一定的局限性：納入的對象均為成年患者，可能研究結果并不適合兒童[16],后期會對兒童進行研究；其次，因是回顧性研究，未對大家關心的體重指標進行研究，也未對頭部軸掃模式和使用日益廣泛的自動管電流條件進行研究；第三所有測量結果均為手工測量，不夠簡便。

綜上所述，本研究對108名患者頭部CT樣本行基于掃描范圍中心層面有效直徑(ED)與水當量直徑(WD)計算的體型特異性劑量估算(SSDE)比較，發現CTDIvol和SSDEED都高估了患者的輻射劑量，且相同固定管電流下男比女實際受到的輻射劑量SSDEWD更低。建議使用基于水當量直徑的SSDEWD評估患者頭部CT掃描時的輻射劑量。