利用Radimetrics平臺實現放射科CT檢查輻射劑量的綜合管理

張金戈，劉科伶，夏春潮，李真林

四川大學華西醫院 放射科，四川 成都 610041

引言

隨著近年來多層螺旋CT技術與設備的快速發展，CT成像在臨床診療過程中的作用和價值有了顯著提升。特別是血管成像、灌注成像、寶石能譜成像等新技術的應用，使得CT能夠為臨床診斷提供的信息也越來越豐富[1-2]，各級醫院的CT檢查量也逐漸增多[3]。然而，CT成像的診斷優勢與不可避免的輻射暴露有關。CT掃描時產生的電離輻射，即使劑量相對較低也會增加患癌癥的風險，尤其是對婦女和兒童等特殊人群而言。隨著公眾輻射防護意識的不斷普及和加強，放射科的輻射劑量管理已成為CT領域的研究熱點[4]。雖然CT設備在使用時會自動為每一位患者生成一份單次掃描輻射劑量報告，但單次劑量報告僅反映一次特定檢查的劑量水平。包含大樣本CT檢查劑量數據的診斷參考水平（Diagnostic Reference Levels，DRLs）可以更好地反映醫院或地區的平均劑量水平，并指導放射機構進行質量改進，優化CT掃描參數和工作流程。目前，歐美國家和日本、韓國已有較多關于DRLs的研究或報道[5-7]，而在國內雖然中國國家健康委員會發布了《X射線計算機斷層攝影成年人診斷參考水平》[8]，但基于大數據的DRLs研究仍然較少[9]。而且我國幅員遼闊，不同地區人口的民族組成、平均體格等方面可能存在較大差異，因此有必要在國內開展更多關于DRLs的研究。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究回顧性地分析了2019年7月至2021年7月于四川大學華西醫院內10臺CT設備行CT檢查的所有成年患者的輻射劑量數據，并按照頭部、頸部、胸部、腹部、胸腹聯掃的檢查部位，以及平掃、增強掃描的檢查類型進行分類。選取3臺探測器排數不同的CT設備（西門子雙源SOMATOM flash，GE revolution，聯影uCT 960+）單獨進行胸部平掃的輻射劑量比較。

1.2 輻射劑量的統計與分析

每位患者CT掃描的圖像和輻射劑量報告在掃描完成后被自動傳輸至圖片存檔及通信系統（Picture Archiving and Communication System，PACS）內的一個獨立服務器中，由Radimetrics軟件（Radimetrics Platform，美國拜耳醫療）進行讀取和分析。該軟件能夠追蹤識別不同廠家CT設備生成的劑量報告，獲取容積CT劑量指數（Volumetric CT Dose Index，CTDIvol）和劑量-長度乘積（Dose-Length Product，DLP）等曝光參數。此外，Radimetrics可以通過CT圖像獲取患者掃描部位平均直徑，從而計算體型特異性劑量估計值（Size-Specific Dose Estimate，SSDE）[10]。Radimetrics還可以利用輻射曝光參數和體模數據庫自動計算有效劑量（Effective Dose，ED）。在該軟件計算ED時，程序將根據年齡、身高、體重、性別匹配適當的體模，使用Monte Carlo概率法模擬計算各組織器官的輻射劑量，再根據不同受檢部位的組織加權因子相加計算得到[11]。各項輻射劑量指標均按照普通掃描（平掃）和多期增強掃描檢查的輻射劑量進行分類統計，對于多期增強掃描CTDIvol和SSDE為各期相的平均值，DLP和ED為各期相的總和。

1.3 統計學方法

使用Radimetrics軟件的大數據分析功能，自動得到CTDIvol、DLP、ED、SSDE的中位數和四分位數范圍（Interquartile Range，IQR），并與其他類似研究的結果進行了比較。不同探測器排數CT設備輻射劑量的對比選取胸部平掃的中位數進行比較。由于本研究是一個大樣本數據的收集和總結，故沒有使用統計檢驗的方法。

2 結果

2.1 患者與CT檢查數量

本研究共納入123753例成年患者（男62817 人，女60936 人）的173731次CT檢查輻射劑量數據，其中頭部掃描29475人次（占總檢查數的17.0%），頸部掃描8572人次（4.9%），胸部掃描79226人次（45.6%），腹部掃描34671人次（20.0%），胸腹聯掃21787人次（12.5%），納入的患者平均年齡為（45.3±10.7）歲。

2.2 輻射劑量數據

輻射劑量參數的統計情況如表1所示，其中包含了各項數值的中位數及四分位間距，通常選擇75百分位數作為DRL。

表1 不同檢查部位的輻射劑量中位數

2.3 與其他DRL的比較

將本研究中CTDIvol和DLP的DRL水平與之前發表的其他研究或指南進行比較，包含美國[5]、英國[7]、日本[12]、中國國家標準[8]、中國江蘇省[13]、中國吉林省[14]的數據，結果如圖1～2所示。由于Zhou等[13]的研究沒有提供CTDIvol的DRL，故圖1中不包含江蘇省的數據。同時，由于中國江蘇省、英國、日本的DRL研究或報告中沒有提供頸部CT檢查的輻射劑量數據，故這幾項數值為空。值得注意的是，本研究和中國國家標準對CT普通掃描（平掃）和CT多期相掃描（增強掃描或血管成像）進行了分類統計，而其他研究未進行分類或只統計了平掃的數據，因此僅選取本研究中平掃的數據加入比較。

圖1 不同研究中成年人CT掃描CTDIvol的DRL比較

圖2 不同研究中成年人CT掃描DLP的DRL比較

2.4 不同CT設備之間的比較

對3臺CT設備的胸部平掃輻射劑量進行了單獨的比較，其廠家型號、探測器排數和輻射劑量指標的中位數如表2所示。

表2 不同CT設備胸部平掃輻射劑量中位數的比較

3 討論

DRL是國際放射防護委員會（International Commission on Radiological Protection，ICRP）于1996年提出的一個概念[15]，旨在建立一種方法和指標，用來判斷某種放射檢查所致受檢者輻射劑量是否過高或是過低。根據ICRP對DRL的定義和解讀，通常將大樣本CT檢查輻射劑量指標的75百分位數作為診斷參考水平，不同醫院或者不同CT設備可以以DRL為參照，將其輻射劑量與之比較，以評估本單位或本設備掃描方案的合理性，并對掃描方案進行改進。25百分位數為異常低劑量的提示水平，如果患者劑量普遍低于25百分位數，則需核查CT掃描是否能提供有用的診斷信息和給患者帶來預期的醫療收益。50百分位數即中位數，為可能達到水平，成像設備技術和重建算法先進、放射技師業務水平較高的單位可以參照50百分位數采取進一步降低輻射劑量的措施，實現患者放射防護最優化。目前，國外發達國家已開展較多關于CT輻射劑量DRL的研究，如歐盟、英國、日本、美國等都有通過多中心研究發布的基于大樣本CT掃描數據的DRL，且已形成成熟機制，定期更新。中國國家健康委員會于2018年發布了《X射線計算機斷層攝影成年人診斷參考水平》，針對非體檢的成年人常規CT掃描輻射劑量提供了參考。Zhou等[13]和Zhou等[14]基于大樣本CT掃描輻射劑量數據分別對中國江蘇省和吉林省的DRL進行了研究，但國內仍缺乏此類研究，且目前大多數DRL的研究沒有對CT掃描平掃和增強進行分類統計。實際上因為增強掃描或血管掃描需要進行多期成像，輻射劑量通常要高于平掃，且參數設置會有差別，因此有必要在今后的DRL研究中將掃描部位和種類分得更加詳細。另外，由于我國幅員遼闊，不同地區人口的民族組成、平均體格等都有較大差異，這些因素可能會影響不同地區CT掃描參數的合理設置，從而造成參考劑量的不同。故有必要在國內更多地區開展基于大樣本CT掃描輻射劑量數據的DRL研究，并形成國家和省級層面的穩定機制，通過多中心研究定期、實時地更新當地DRL。

對CT輻射劑量進行統計分析就需要從CT設備生成的DICOM格式劑量報告中抓取CTDIvol、DLP等掃描曝光參數的原始數據。近年來隨著軟件技術和網絡技術的快速發展，Radimetrics、Dose Wise Portal等軟件的出現使得大樣本劑量數據的自動統計成為可能。Radimetrics作為一個輻射劑量綜合管理平臺，不僅能自動追蹤抓取各個廠家不同型號CT的劑量報告信息，自動分析得到均值、中位數、四分位數間距等統計信息，還能夠通過患者信息、定位像圖像和體模庫計算得到ED和SSDE，從而更全面地反映輻射劑量水平。其中SSDE這個概念是由美國醫學物理學家協會提出[16]，計算時將根據患者身體截面直徑和換算系數由CTDIvol換算而來，是根據患者體型大小校正后的CTDIvol，更具有臨床意義。在后續的研究中，我們也希望通過其他直接測量或手動計算的方式，來驗證Radimetrics自動計算出的ED和SSDE是否準確。

在本研究的數據對比結果中，華西醫院整體的輻射劑量水平低于中國國家標準和國內外其他研究，說明華西醫院放射科在輻射劑量優化和輻射防護工作上取得了一定成效，這可能與以下幾方面因素有關：① 大量使用了實時自動控制曝光技術進行掃描，包括西門子的Care Dose 4D、Care kV等技術；② 使用了較為先進的迭代重建算法，盡可能在低劑量下獲取優質圖像，例如西門子的IRIS和GE的ASIR-V等技術；③ 強化CT影像技師的培訓和學習，在檢查前準備、掃描參數設置、掃描畫線等方面構建更加規范的工作流程，優化輻射劑量并避免因操作失誤而重新掃描；④ 建立完備的輻射劑量和圖像質量控制體系，定期舉辦質控會議審查和分析輻射劑量超標情況。但需要注意的是，輻射劑量并不是越低越好，研究和設立DRL也并非為了一味追求更低的輻射劑量。在放射診斷活動中，任何時候都應以獲得可接受的圖像質量或足夠診斷信息為前提和主要目的，即放射影像應以滿足診斷需求為前提，在此基礎上采用DRL來輔助管理患者的輻射劑量，使輻射劑量與臨床診斷目的相匹配，降低非正當過高或過低劑量的發生頻率才是提出DRL的初衷。不同地區的不同醫院，因為設備配置、工作流程、受檢人群平均體格、受檢人群疾病譜等因素存在著巨大差異，應根據這些因素合理地設置適當的DRL。此外，本研究中發現三款不同探測器排數CT設備的輻射劑量與探測器排數并無直接關系，但本研究并未將不同設備的掃描參數設置一致（例如kV、mAs、螺距、準直等），尚不清楚不同廠家之間的技術差異和探測器排數對輻射劑量有何影響，有待后續進一步細化研究。

本研究尚存在一些不足之處：① 由于各設備上掃描序列命名缺乏統一規范，導致回顧分析時大量患者的數據未能納入；② 因掃描時序列選擇不統一，且不同年齡段兒童劑量差異較大，未納入兒童患者的數據進行分析。Radimetrics軟件是通過設備上序列名稱來進行識別、映射和分類的，在后續開展多中心研究時應特別注意規范命名、整理不同廠家設備上的序列，并且針對兒童按照年齡段或體重設置對應序列，掃描時確保選擇正確的對應序列，才能確保數據的準確性。

綜上，本研究匯總分析了醫院級別的輻射劑量數據，建立的醫院級別DRL將為本地區DRL提供參考，并且有助于評估CT掃描方案是否需要優化。