中华放射医学与防护杂志  2015, Vol. 35 Issue (2): 149-152   PDF    
铋屏蔽对头颈部多层螺旋CT中眼晶状体辐射剂量的降低作用
牛延涛1 , 宋尧尧2, 张永县1, 郭森林1, 张宗锐1, 康天良1, 刘云福1    
1. 首都医科大学附属北京同仁医院, 北京 100730;
2. 中国康复研究中心北京博爱医院
[摘要]    目的 探讨扫描平面内铋屏蔽在头颈部多层螺旋CT(MSCT)扫描中对影像质量的影响和眼晶状体辐射剂量的降低作用.方法 分别使用颅脑、颞骨和鼻窦临床扫描条件,在无屏蔽、1层、2层和3层铋屏蔽覆盖眼部区域时,对标准水模和离体头颅标本进行扫描,用热释光剂量片测量头颅标本每次扫描时的眼晶状体器官剂量.在屏蔽材料和被扫描体间放置5、10、15和20 mm厚的海绵时,使用鼻窦扫描条件采集影像,并测量眼晶状体的剂量.测量水模影像中与屏蔽物为2、4、6和8 cm距离处的CT值,主观评价头颅标本影像中伪影对解剖结构的影响.结果 颅脑、颞骨和鼻窦CT临床扫描中眼晶状体的器官剂量分别为24.31、27.60和20.01 mGy.使用铋屏蔽时,均使得眼晶状体剂量有显著下降,但下降幅度随着铋屏蔽物的增加而降低.在各种厚度的屏蔽物时,屏蔽物间隙越大,眼晶状体剂量的降低程度越小,测量兴趣区CT值的增加程度也显著降低.颅脑和颞骨CT扫描分别使用2层和3层铋屏蔽,在不影响诊断的前提下,可有效降低眼晶状体剂量分别为47.1%和59.1%;鼻窦CT扫描时,1层屏蔽无间隙、2层屏蔽1.5 cm间隙不影响诊断,可降低眼晶状体剂量分别为31.5%和34.5%.结论 扫描平面内铋屏蔽材料的合理应用,可有效降低头颈部CT扫描中眼晶状体的辐射剂量.
[关键词]     头颈部CT     眼晶状体     辐射剂量     扫描平面内铋屏蔽    
Radiation dose reduction to the lens of eye with bismuth shielding in head and neck MSCT
Niu Yantao , Song Yaoyao, Zhang Yongxian, Guo Senlin, Zhang Zongrui, Kang Tianliang, Liu Yunfu    
Beijing Tongren Hospital, Capital Medical University, Beijing 100730, China
[Abstract]    Objective To explore the effects on image quality and dose reduction to the lens when using bismuth shielding in head and neck MSCT.Methods The standard phantom and the cadaveric head with none, 1, 2 and 3 layers of bismuth shielding were scanned with protocols of brain, temporal bone and paranasal sinuses using a 16-MDCT scanner. The organ dose to the lens in each scanning was measured with thermoluminescence dosimeters(TLD). The above scanning with sinus protocol was repeated with a sponge with thickness of 5, 10, 15 and 20 mm placed between the shielding and phantom/head. The CT attenuation of phantom with the distance of 2, 4, 6 and 8 cm to shielding were measured. The image quality was subjectively evaluated by 2 physicians.Results The organ doses of the lens with protocols of brain, temporal bone and sinuses were 24.31, 27.60 and 20.01 mGy, respectively. The doses were decreased significantly when using bismuth shielding. With the increase of the shield gap, the degree of dose reduction was reduced, but the increasing degree of CT attenuation significantly reduced. Using 2-layer and 3-layer bismuth shield in brain and temporal bone CT scan, the radiation doses were reduced by 47.1% and 59.1%, respectively while maintaining the diagnostic image quality. Using 1-layer shield without gap and 2-layer shield with 1.5 cm gap in sinus CT, the radiation doses were reduced by 31.5% and 34.5%, respectively.Conclusions Reasonable usage of bismuth shielding can effectively reduce the radiation dose to the lens of eye in head and neck MSCT.
[Key words]     Head and neck CT     Lens     Radiation dose     Bismuth shielding in plane    

随着多排CT的迅速普及,探测器宽度加大、层厚变薄,与传统CT相比,影响辐射剂量的因素发生了变化。在头颈部CT扫描中,作为头部对射线最敏感的器官,眼晶状体会接受辐射[1]。尤其是在鼻窦、颞骨和颅脑的扫描中,眼晶状体会直接接受额外的辐射,而没有任何的诊断需要。铋屏蔽材料作为一种新型的降低体表敏感器官的材料,可有效降低体表腺体组织的辐射剂量[2]。本研究观察不同解剖部位扫描条件、不同铋屏蔽材料厚度、屏蔽材料与皮肤组织不同间隙时眼晶状体的辐射剂量降低程度,以及对相邻组织的影像质量影响程度,探讨临床工作中铋屏蔽材料在头颈部CT扫描中降低辐射剂量的可行性。

材料与方法

1.设备与材料:采用16螺旋CT(美国 Philips Brilliance 16),分别选择临床常规扫描参数对离体头颅标本进行扫描。颅脑:逐层扫描,120 kV、300 mAs/层,准直16×1.5 mm,采集和重建矩阵512×512,层厚6 mm,"标准"重建核,边缘增强因子0;颞骨:螺旋扫描,140 kV、220 mAs/层,准直16×0.75 mm,螺距0.438,采集和重建矩阵512×512,层厚/间隔0.8 mm/0.4 mm,重建核Bone(D),边缘增强因子1.0;鼻窦:螺旋扫描,120 kV、20 mAs/层,准直16×0.75 mm,螺距0.438,采集和重建矩阵512×512,层厚/间隔0.8 mm/0.6 mm,重建核Bone(D),边缘增强因子0.5。

离体头颅标本1具;标准CT校正水模1件;厚度为1 mm的眼晶状体铋屏蔽材料(眼罩)3片;热释光剂量计TLD,LiF(Mg,Cu,P)60片,厚度为5 mm的海绵4片。

2.水模处理:1将水模水平置于扫描床上,使用颅脑CT扫描条件进行扫描;2分别在模体表面放置1、2和3层铋屏蔽材料,重复第1步的扫描;3在铋屏蔽材料和模体间放置10 mm厚的海绵,重复第2步中3种不同屏蔽厚度时的扫描;4分别选择颞骨、鼻窦CT临床扫描条件,重复以上步骤;5分别使用5、15和20 mm厚的海绵,使用鼻窦CT扫描条件,重复第2步的扫描。

3. 头颅标本:1将头颅标本按临床扫描体位放置,听眦线垂直于床面。将TLD分别用塑料薄膜包裹后置于眼睑处,每侧放置一片,对最后所得剂量测量值取均值;2选择临床颅脑常规扫描条件和扫描范围,对标本进行扫描。扫描完毕后取下TLD,并进行编号,再更换新的TLD;3分别在头颅标本眼眶区域表面覆盖1、2和3层铋屏蔽材料,重复第2步的扫描;4分别选择颞骨、鼻窦CT临床扫描条件,重复以上步骤;5分别使用5、10、15和20 mm厚的海绵,使用鼻窦CT扫描条件,重复第3步的扫描。

4.数据处理:将获得的所有模体影像分别在距离表面2、4、6和8 cm处测量CT值。 将曝光后的TLD进行淬火处理(淬火设备定期刻度,并有完善的质量控制),读取吸收剂量值,并对同一次曝光的两片TLD读取值取均值。

5. 主观评价:对所有头颅标本影像由2位诊断医师进行主观评价。对伪影以及颅脑影像中的脑组织和颅骨、颞骨影像中的听小骨和耳蜗、鼻窦影像中的筛窦窦壁进行评价。Ⅰ级图像为质量很好,满足诊断需求;Ⅱ级图像为质量一般,但能用于临床诊断;Ⅲ级图像为质量很低,临床实践中不能接受。其中,Ⅰ级和Ⅱ级为符合诊断要求的图像。

结 果

1. 不同扫描方案时屏蔽厚度与眼晶状体剂量的关系: 分别采用颞骨、鼻窦和颅脑的临床扫描方案对头颅标本进行扫描,分别考察使用无屏蔽、1、2和3层铋屏蔽时眼晶状体的辐射剂量(图 1)。3种扫描方案中,眼晶状体剂量由大到小排列依次为颞骨、颅脑、鼻窦;使用铋屏蔽时,均使得眼晶状体剂量有显著下降,但下降幅度随着铋屏蔽物厚度的增加而减小。在各种厚度的屏蔽物时,屏蔽物间隙越大,眼晶状体剂量的降低量越小(图 2)。

图 1 不同扫描方案时屏蔽厚度与眼晶状体剂量的关系

图 2 不同屏蔽间隙时屏蔽厚度与眼晶状体剂量的关系

2. 不同扫描方案时屏蔽厚度对CT值的影响:分别采用颞骨、鼻窦和颅脑的临床扫描方案对水模进行扫描,以及使用1、2和3层铋屏蔽时,与铋屏蔽物不同距离时CT值的变化规律如图 3所示。3种扫描方案中,距离铋屏蔽物2 cm时,CT值显著增加;屏蔽物越厚,CT值增加量越大;距离屏蔽物≥4 cm时,1层屏蔽对CT值的影响很小;≥6 cm时,2层以下屏蔽物对CT值的影响较小。使用1层屏蔽物时,距离大于6 cm处鼻窦和颅脑的CT值≤10。

图 3 不同扫描方案时屏蔽厚度对CT值的影响

3. 不同扫描方案相同屏蔽间隙时屏蔽厚度对CT值的影响:分别采用颞骨、鼻窦和颅脑的临床扫描方案对水模进行扫描,以及1 cm间隙时使用1、2和3层铋屏蔽,与铋屏蔽物不同距离时CT值的变化规律如图 4所示。3种扫描方案中,距离铋屏蔽物2 cm时CT值显著增加;屏蔽物越厚,CT值增加量越大;距离≥4 cm时,CT值的增加程度显著降低;1层屏蔽物时,距离>4 cm处鼻窦和颅脑的CT值<10,颞骨扫描方案时距离为8 cm处的CT值为10(图 4)。

图 4 不同扫描方案相同屏蔽间隙时屏蔽厚度对CT值的影响

4. 鼻窦扫描条件下不同屏蔽厚度和屏蔽间隙对CT值的影响:采用鼻窦临床扫描方案对水模进行扫描,分别使用0.5、1.0、1.5和2.0 cm间隙,以及1、2和3层铋屏蔽时,与铋屏蔽物不同距离时CT值的变化规律如图 5所示。距离铋屏蔽物2 cm时CT值均有一定程度增加,屏蔽物越厚、间隙越小,CT值增加程度越大;使用1层屏蔽物、1.5或2.0 cm间隙时,各处的CT值均位于10左右或以下;当距离≥4 cm时,1层屏蔽物的各种间隙时CT值均≤10;1层屏蔽物和1.5或2 cm间隙时,各种距离处CT值的变化均较小;≥4 cm时,各种间隙的CT值均≤10;2层屏蔽物和1.5或2 cm间隙时,距离≥6 cm处CT值的变化较小;≥8 cm时,各种间隙的CT值趋于相同;3层屏蔽物和1.5或2 cm间隙时,距离≥6 cm处CT值的变化较小。

图 5 鼻窦扫描条件下不同屏蔽厚度和屏蔽间隙对CT值的影响

5. 主观评价:结果显示,当使用2层或以下铋屏蔽时产生的伪影对脑组织的影响很小,不影响诊断,但对眉弓区域的颅骨影响较大。3层或以下铋屏蔽时对颞骨影像的影响较小。1层铋屏蔽或2层铋屏蔽1.5 cm间隙时,铋材料产生的伪影对鼻窦影像的解剖结构影响很小,不会影响诊断(图 6)。

图 6 不同临床扫描方案时适宜的铋屏蔽厚度和间隙
A.2层铋屏蔽、无间隙时的颅脑影像;B. 3层铋屏蔽、无间隙时的颞骨影像;C. 1层铋屏蔽、无间隙时的鼻窦影像;D. 2层铋屏蔽、间隙为1.5 cm时的鼻窦影像
讨 论

眼晶状体作为一种对射线敏感的特殊器官,除了眼眶扫描时必须接受辐射外,在颅脑、鼻窦和颞骨CT扫描中也会接受不必要的辐射剂量。有很多临床研究都集中在降低眼晶状体辐射剂量上,其方法大概有3种:其一是改变传统的扫描基线,使眼晶状体尽可能避开扫描野[3, 4];其二是通过降低管电流的方式,降低整个扫描范围和眼晶状体的辐射剂量[5, 6, 7];其三是使用特殊的屏蔽材料直接遮盖眼部来降低晶状体辐射剂量。

Hein等[8]评估了副鼻窦CT扫描中眼晶状体防护方法对影像质量和眼晶状体辐射剂量的影响。127名排除鼻窦炎的患者,在轴位影像上眼球内沿屏蔽物的垂线分别位于皮肤下2、5和9 mm处选择3个兴趣区。使用胶片剂量测量技术对含铋橡胶屏蔽物的剂量降低进行测量,CT密度的相对增量分别为180.6、103.3和53.6 HU。在轴位和冠状位影像上,没有诊断信息的丢失,在骨窗设定时影像中伪影几乎看不到。有的研究使用标准头部衰减模体,探测器置于眼前,先不使用屏蔽物,然后使用1、2、3层铋屏蔽物[9]。眼部屏蔽对辐射剂量降低的程度在3种厚度下显著不同,眼晶状体辐射剂量分别降低39.6%、43.5%和52.8%。30名受试患者使用不同厚度的屏蔽物时都没有明显的伪影。

本研究使用标准水模和离体头颅标本分别进行扫描、测量和评价,并同时模拟临床实践中颅脑、颞骨和鼻窦CT的扫描。颅脑CT扫描中眼部铋屏蔽物简单易行,可有效降低眼晶状体辐射剂量,但眼眶区域伪影明显。因此,对于感兴趣区不是集中在眼晶状体周围区域,如颞骨、鼻窦的CT扫描,可以利用铋屏蔽材料降低眼晶状体辐射剂量,对于眼眶区如泪腺、球内病变,由于使用标准算法进行影像重建,铋产生的金属伪影显著,增加了诊断的难度。同时,对于颅脑外伤患者,铋屏蔽产生的伪影可能会对额骨的微细裂缝影响较大,在临床实践中应谨慎使用铋屏蔽。美国医学物理师协会(AAPM)在2012年发布的有关CT扫描中铋屏蔽使用的声明中提及,主要有3个方面的不利影响。一是使用自动管电流调制(AEC)可能会产生不可预知的辐射剂量和影像质量;二是会降低影像质量和精确度;三是会浪费一定的辐射剂量。本研究使用固定mAs技术,避免了AEC产生的辐射剂量的不确定性。同时利用主观评价和客观测量的方法,评估了铋屏蔽物所产生伪影和射线衰减对影像质量的影响程度,以不影响感兴趣部位解剖结构的显示为衡量标准。

结合客观测量和主观评价的结果显示,颅脑和颞骨CT扫描分别使用2和3层铋屏蔽,在不影响诊断的前提下,可有效降低辐射剂量分别为47.1%和59.1%;鼻窦CT扫描时,1层屏蔽无间隙、2层屏蔽1.5 cm间隙不影响诊断,可分别降低辐射剂量31.5%和34.5%。因此,在临床实践中,除了使用铅屏蔽物进行扫描野外敏感区域的屏蔽防护,还可使用屏蔽材料(例如铋材料)进行扫描平面内防护,有效降低人体表面辐射敏感器官的辐射剂量。

参考文献
[1] 牛延涛, 尉可道, 王振常, 等. 鼻窦、眼眶和颞骨CT扫描的低辐射剂量研究现状[J].中华放射医学与防护杂志,2011,31(3): 376-378.
[2] 牛延涛,鲜军舫,王振常. 头颈部多层螺旋CT扫描辐射剂量系统性优化的研究现状与展望[J]. 中华放射学杂志,2013,47(11):1051-1053.
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[9] Hopper KD, Neuman JD, King SH, et al. Radioprotection to the eye during CT scanning[J]. Am J Neuroradiol, 2001,22(6):1194-1198.