2. 中国康复研究中心北京博爱医院
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。
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。
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)。
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。
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)。
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。
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)。
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。
[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. |
[3] | Torizuka T, Hayakawa K, Satoh Y, et al. High-resolution CT of the temporal bone: a modified baseline[J]. Radiology, 1992,184(1):109-111. |
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[8] | Hein E, Rogalla P, Klingebiel R, et al. Low-dose CT of the paranasal sinuse with eye lens protection: effect on image quality and radiation dose[J]. Eur Radiol, 2002,12(7):1693-1696. |
[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. |