近年来，X射线CT技术不断发展，在多排螺旋CT的基础上，发展出双源CT、宝石能谱CT、锥形束CT等，并实现与放射治疗设备、核医学设备、介入放射学设备等有机整合^{[1, 2]}，很大程度上提高了疾病诊疗效果。与传统X射线摄影检查比较，X射线CT具有分辨率高、可以三维重建成像等优势^[3]。与此同时，X射线CT检查所致受检者剂量通常要比传统X射线摄影检查高许多^[4]。以美国为例，从20世纪80年代到2006年，患者(受检者)医疗照射集体剂量中，X射线CT的贡献由3%增加到49%^[5]。因此，伴随着X射线CT技术的进步，对其产生的射线剂量的防护受到越来越多的重视。

当前，多排螺旋CT的剂量测量主要基于CT剂量指数[包括CTDI₁₀₀、加权CT剂量指数(weighted CT dose index，CTDI_w)、容积CT剂量指数(volume-weighted CT dose index，CTDI_vol)和剂量长度乘积(dose-length product，DLP)]^[6]。除老旧设备外，多数X射线CT系统会提供以CTDI_vol和DLP为参数的剂量报告，以便临床放射学医生参考使用。但完整的剂量报告不会保存到图像信息中，也不会直接上传到

医学影像存储与通讯系统(PACS)、医院信息系统(HIS)等系统。受计算机工作站物理容量限制，医院会定期清除X射线CT主机和工作站内数据，造成相关剂量信息丢失。

在医学影像信息学的发展过程中，由于医疗设备生产厂商的不同，造成与各种设备有关的医学图像存储格式、传输方式千差万别，使得医学影像及其相关信息在不同系统、不同应用之间的交换受到严重阻碍。为此，美国放射学会(American College of Radiology，ACR)和美国电气制造商协会(National Electrical Manufactures Association，NEMA)在参考了其他相关国际标准的基础上，联合推出了医学数字图像存储与通信标准，即DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)标准，该标准已发展成为医学影像信息学领域的国际通用标准^[7]。X射线CT图像也是以DICOM标准形式存储和传输。

本研究开发DICOM文件头读取软件，实现从每幅X射线CT图像批量读取剂量相关信息。在此基础上，通过适当方法计算得到整个检查导致的CTDI_vol和DLP。将计算结果与X射线CT的显示结果进行比较，以验证方法的准确性。

1. 主要材料

(1)多排螺旋CT：NeuViz 16(沈阳东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司)；Sensation 40(德国西门子股份有限公司)；LightSpeed 16(美国通用电气公司)；Ingenuity CT 64(荷兰皇家飞利浦电子公司)；iCT 256(荷兰皇家飞利浦电子公司)。每台设备均具备常规扫描模式和自动曝光模式供选择。以NeuViz 16为例，其自动曝光模式又分为ACS和DOM两种扫描模式。ACS即自动电流选择，可为每例患者(受检者)自动调节mAs值，以获得稳定的图像噪声水平。DOM是一种使用特殊开发的软硬件算法，根据患者身体的对称变化在每圈旋转中调节球管电流，在不削弱图像质量的前提下，保持z轴方向层厚的一致性，减少图像条形伪影，并减少射线剂量。

(2)仿真人体模：美国CRIS公司生产的701D型，由组织等效环氧树脂制成，内置19个主要脏器。

(3)DIOM图像读取软件：采用java语言进行开发，具有面向对象、与平台无关性、方便的网络移植性等优点。用Eclipse工具来实现DICOM接口，来完成对多排螺旋CT图像文件的解析，并批量读取相关信息。

2. 实验方法

(1)归一化加权CT剂量指数(_nCTDI_w)的确定：以120 kV、100 mAs为基本条件，不摆放体模，在不同的准直条件下进行轴扫描。多排螺旋CT显示的CTDI_w为_nCTDI_w。

(2)归一化容积CT剂量指数(_nCTDI_vol)、归一化图像剂量长度乘积(_nDLP_img)和_nDLP₍₀₎的确定：分别在胸部和腹部常用条件下，不摆放体模，关闭自动曝光功能，以不同长度(从最小到40 cm)进行扫描。以扫描长度为横坐标，以显示DLP为纵坐标作图，并拟合线性方程，与纵坐标交汇处的值表示为DLP₍₀₎，代表螺旋扫描时，重叠扫描的贡献。将CTDI_vol、DLP和DLP₍₀₎归一化到100 mAs，并按照公式(1)计算得到归一化容积CT剂量指数(_nCTDI_vol)，按照公式(2)计算得到每幅图像归一化剂量长度乘积(_nDLP_img)^[8]。

式中，_nCTDI_vol为归一化容积CT剂量指数，mGy；n代表归一化，无单位；_nCTDI_w为归一化加权CT剂量指数，mGy；_nDLP_img为每幅图像归一化剂量长度乘积，mGy·cm。

(3)图像获取和信息读取：在检查床上放置仿真体模，分别以常规、仅DOM、ACS+DOM0.3、ACS+DOM0.7、ACS+DOM1.0、ACS+DOM1.3和ACS+DOM1.7等7种扫描模式进行胸部和腹部螺旋扫描。记录扫描参数和多排螺旋CT的剂量报告。将原始扫描图像刻录成光盘备用。在办公用电脑上，用DICOM图像读取软件批量读取剂量相关信息，并直接将数据导入EXCEL表格中。

(4)计算各扫描程序的DLP(表示为DLP_c)和平均CTDI_vol(表示为_avCTDI_vol)：按照公式(3)计算得到DLP_c，按照公式(4)计算得到_avCTDI_vol。

式中，DLP_c为计算得到的剂量长度乘积，mGy·cm；i为层序号；k为扫描层数；_avCTDI_vol为平均剂量指数，mGy。

3. 统计学处理：采用SPSS 16.0软件进行分析。对CTDI_vol、DLP的计算值与显示值采用配对t检验进行比较。P＜0.05为差异有统计学意义。

1. _nCTDI_w的计算结果：NeuViz 16型多排螺旋CT有8种准直条件供用户选择。以120 kV，100 mAs为基本参数，在不同准直条件下进行轴扫描所得到的_nCTDI_w如表 1所示。由表 1可见，随着准直宽度的增加，_nCTDI_w总体上呈逐渐降低趋势。在准直条件为4×0.75时的_nCTDI_w是准直条件为16×1.50时的1.8倍。医院在日常工作中，一般以16×1.50为准直条件。

表 1(Table 1)

表 1 不同准直条件下的nCTDIwTable 1 Results of nCTDIw in different collimation conditions 准直条件(mm) nCTDIw(mGy)  4×0.75 14.4  8×0.75 10.8 10×0.75 10.1 12×0.75  8.6 16×0.75  9.6 10×1.50  9.0 12×1.50  8.3 16×1.50  8.0

表 1 不同准直条件下的nCTDIw Table 1 Results of nCTDIw in different collimation conditions

2.DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎的计算结果：在准直为16×1.50条件下，以不同的螺距进行胸部、腹部的螺旋扫描，以扫描长度为横坐标、以显示DLP为纵坐标作图，拟合线性方程。图 1为以常用的螺距0.863 1为例的作图结果。不同螺距条件下胸部、腹部螺旋扫描的DLP₍₀₎、_nDLP₍₀₎列于表 2。由表 2可知，随着螺距的增加，DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎均呈逐渐增加趋势。在相同螺距下，胸部、腹部的_nDLP₍₀₎基本相同，差别在3%以内。

图 1(Figure 1)

图 1 胸部、腹部螺旋扫描的扫描长度与DLP关系(螺距=0.863 1) Figure 1 Relationship between chest and abdomen scanning length and DLP (pitch=0.863 1)

表 2(Table 2)

表 2 不同螺距条件下胸部、腹部螺旋扫描的 DLP(0)、nDLP(0)Table 2 Results of DLP(0) and nDLP(0) for chest and abdomen helical scanning at different pitches (mGy·cm) (mGy·cm) 螺距 胸部 腹部 DLP(0) nDLP(0) DLP(0) nDLP(0) 0.503 5 55.36 27.69 69.41 27.73 0.604 2 59.57 29.80 74.74 29.86 0.671 3 61.72 30.88 77.39 30.92 0.755 2 62.48 31.26 78.19 31.24 0.863 1 65.63 32.83 82.18 32.83 1.006 9 70.96 35.50 88.96 35.54 1.208 3 78.33 39.18 95.15 38.01

表 2 不同螺距条件下胸部、腹部螺旋扫描的 DLP(0)、nDLP(0) Table 2 Results of DLP(0) and nDLP(0) for chest and abdomen helical scanning at different pitches

在螺距为0.863 1条件下，以不同准直进行胸部、腹部螺旋扫描的DLP₍₀₎、_nDLP₍₀₎列于表 3。由表 3可知，随着准直宽度的增加，DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎均呈逐渐增加趋势。在相同准直条件下，胸部、腹部的_nDLP₍₀₎基本相同，差别在0.03%以内。

表 3(Table 3)

表 3 不同准直条件下胸部、腹部螺旋扫描的DLP(0)、nDLP(0)Table 3 Results of DLP(0) and nDLP(0) for chest and abdomen helical scanning in different collimation conditions (mGy·cm) (mGy·cm) 准直条件(mm) 胸部 腹部 DLP(0) nDLP(0) DLP(0) nDLP(0)  4×0.75 18.42  9.21 23.07  9.22  8×0.75 21.63 10.82 27.08 10.82 10×0.75 22.97 11.49 28.76 11.49 12×0.75 26.46 13.24 33.14 13.24 16×0.75 31.18 15.60 39.04 15.60 10×1.50 47.69 23.86 59.72 23.86 12×1.50 53.34 26.68 66.79 26.68 16×1.50 68.18 34.10 85.38 34.11

表 3 不同准直条件下胸部、腹部螺旋扫描的DLP(0)、nDLP(0) Table 3 Results of DLP(0) and nDLP(0) for chest and abdomen helical scanning in different collimation conditions

3. 基于DICOM文件信息估算X射线CT剂量的准确性：为便于比较，使不同扫描模式的基本扫描参数保持一致，包括：使用同一仿真人模体，设置管电压 120 kV，准直16×1.5，层厚6 mm，层间隔6 mm，螺距0.863 1。CT系统根据定位像和选定的扫描协议，自动给定预设mAs值：对于胸部螺旋扫描，在常规、仅DOM、ACS+DOM 0.3、ACS+DOM 0.7、ACS+DOM 1.0、ACS+DOM 1.3和ACS+DOM 1.7等7种扫描模式下分别为199、61、49、73、106、133和172 mAs；对于腹部螺旋扫描，则分别为250、244、52、107、153、199和262 mAs。

表 4中列出了基于DICOM文件信息计算得到的不同扫描模式下胸部、腹部螺旋扫描的_avCTDI_vol和DLP_c，以及X射线CT的显示CTDI_vol和DLP。由表 4可知，对于胸部螺旋扫描，计算得到的CTDI_vol与显示值误差在0～8%，DLP与显示值误差在2%～5%；对于腹部螺旋扫描，CTDI_vol计算值与显示值误差为0～2%，DLP与显示值误差为1%～3%。将不同扫描部位、不同扫描模式下的计算值与显示值分别进行配对t检验，结果显示，在胸部、腹部的各扫描模式下，CTDI_vol、DLP的计算值与显示值之间的差异无统计学意义(P>0.05)，可见计算值与显示值有较好的一致性。

表 4(Table 4)

表 4 不同扫描模式下胸部、腹部螺旋扫描CTDIvol、DLP计算值与显示值的比较Table 4 Comparison of calculated and displayed values of CTDIvol and DLP for chest and abdomen helical scanning by different scanning models (±s) (±s) 扫描部位 扫描模式 受检者例数 显示值 计算值 avCTDIvol/CTDIvol DLPc/DLP CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) avCTDIvol(mGy) DLPc(mGy·cm) 胸部 常规 10 15.86±2.37 551.81±60.08 15.93±2.35 564.80±60.12 1.00 1.02 仅DOM 10  4.92±0.77 156.02±21.11   4.94±0.77 160.02±21.17 1.00 1.03 ACS+DOM 0.3 10  3.88±0.52 125.39±10.46   3.93±0.53 129.99±10.50 1.01 1.04 ACS+DOM 0.7 10  5.82±0.83 188.08±30.34   5.90±0.83 194.89±30.38 1.01 1.04 ACS+DOM 1.0 10  8.45±1.23 293.44±35.48   8.64±1.23 305.54±35.53 1.02 1.04 ACS+DOM 1.3 10 10.06±1.28 342.57±50.55 10.82±1.28 356.94±51.07 1.08 1.04 ACS+DOM 1.7 10 13.71±1.55 443.33±49.12 14.07±1.55 463.63±50.25 1.03 1.05 腹部 常规 10 19.88±2.09 441.20±38.88 19.95±2.10 447.42±38.89 1.00 1.01 仅DOM 10 19.39±2.27 429.14±35.03 19.69±2.29 433.90±35.15 1.02 1.01 ACS+DOM 0.3 10  4.12±0.26  90.10±15.69   4.20±0.28  92.58±15.69 1.02 1.03 ACS+DOM 0.7 10  8.55±1.06 187.12±24.43   8.67±1.06 190.94±24.52 1.01 1.02 ACS+DOM 1.0 10 12.19±1.88 266.82±24.10 12.35±1.88 272.17±25.89 1.01 1.02 ACS+DOM 1.3 10 15.91±1.97 348.26±46.77 16.10±1.97 354.60±47.16 1.01 1.02 ACS+DOM 1.7 10 20.82±2.46 455.68±51.39 21.06±2.69 464.54±51.55 1.01 1.02

表 4 不同扫描模式下胸部、腹部螺旋扫描CTDIvol、DLP计算值与显示值的比较 Table 4 Comparison of calculated and displayed values of CTDIvol and DLP for chest and abdomen helical scanning by different scanning models

4. 不同型号CT计算值与显示值的比较：为验证上述方法的可靠性，本研究选择西门子、通用、飞利浦三大厂家生产的CT进行估算实验，结果如表 5所示。由表 5可知，对于胸部螺旋扫描，计算得到的CTDI_vol与显示值误差在-2%～0，DLP与显示值误差在-2%～3%；对于腹部螺旋扫描，计算得到的CTDI_vol与显示值误差在0～2%，DLP与显示值误差在-2%～2%。将不同型号X射线CT胸部、腹部扫描时的计算值与显示值分别进行配对t检验，结果显示，各型号X射线CT胸部、腹部扫描时，CTDI_vol、DLP的计算值与显示值之间的差异无统计学意义(P>0.05)，可见计算值与显示值有较好的一致性。

表 5(Table 5)

表 5 不同型号X射线CT胸部、腹部螺旋扫描CTDIvol、DLP的计算值与显示值的比较Table 5 Comparison of calculated and displayed values of CTDIvol and DLP for chest and abdomen helical scanning of different X-ray CT types (±s) (±s) 扫描部位 厂商 型号 受检者例数 显示值 计算值 avCTDIvol/CTDIvol DLPc/DLP CTDIvol(mGy) DLP(mGy·cm) avCTDIvol(mGy) DLPc(mGy·cm) 胸部 西门子 Sensation 40 20 8.11±0.75 227.56±31.15 8.17±0.76 234.29±31.20 1.01 1.03 通用 LightSpeed 16 20 3.42±0.22 80.52±9.54 3.42±0.22 80.56±9.54 1.00 1.00 飞利浦 Ingenuity CT 64 20 4.42±0.53 166.10±19.88 4.35±0.58 162.70±19.82 0.98 0.98 飞利浦 iCT 256 20 13.50±2.78 495.40±48.27 13.50±2.78 494.50±48.27 1.00 1.00 腹部 西门子 Sensation 40 20 16.52±2.29 368.40±45.76 16.52±2.29 375.00±45.83 1.00 1.02 通用 LightSpeed 16 20 6.52±1.68 202.96±25.53 6.52±1.68 199.52±25.51 1.00 0.98 飞利浦 Ingenuity CT 64 20 11.64±0.81 291.60±30.24 11.86±0.83 293.46±30.29 1.02 1.01 飞利浦 iCT 256 20 20.27±3.34 672.80±110.76 20.30±3.34 673.55±110.50 1.00 1.00

表 5 不同型号X射线CT胸部、腹部螺旋扫描CTDIvol、DLP的计算值与显示值的比较 Table 5 Comparison of calculated and displayed values of CTDIvol and DLP for chest and abdomen helical scanning of different X-ray CT types

多排螺旋CT已成为不可或缺的医学影像技术，并持续高速发展。以上海为例，到2009年，上海市医用X射线CT检查的应用频率达到137.8人次/千人口，在医用X射线诊断的总频率中占17.7%^［9]。胸部、腹部X射线CT扫描所致成年受检者有效剂量典型值分别达到5.3和7.5 mSv^[10]。在此情况下，进一步加强多排螺旋CT剂量的监测并采取优化措施变得十分重要。对于多排螺旋CT受检者(患者)，最理想的剂量学指标是组织器官吸收剂量^[11]，但该指标只能通过在仿真人模体内布放剂量元件的形式进行测量，或者通过蒙卡等方式模拟计算获得，不能在实际病例进行测量。因此，目前对多排螺旋CT剂量的评价主要基于CTDI和DLP，在此基础上可以通过转化系数等方式计算得到有效剂量^[12]。本文所讨论的剂量，也是基于CTDI_vol和DLP，这两个指标均不是受检者(患者)剂量的直接指标。

尽管多排螺旋CT多数具备了剂量报告功能，提供每次扫描检查的CTDI_vol和DLP，有的还提供有效剂量，但这些剂量信息通常情况下不会上传到PACS、HIS等管理系统，并且随着多排螺旋CT文件清理等而丢失^[13]。通过读取CT原始图像相关信息，回顾性调查评价CT剂量是弥补这种缺陷的可能途径^[14]。基于这种思路，本研究在开发DICOM文件头代码信息批量读取工具的基础上，通过计算获得每次检查的CTDI_vol和DLP。考虑到不同生产厂家，对同一参数赋予的DICOM文件头代码并不完全一致，为增强信息读取工具的适用性，本研究调研了包括西门子、通用、飞利浦等厂商的主要类型X射线CT的参数定义情况，将不同厂商对剂量相关关键参数的定义整合到软件中。此外，也允许使用者自定义某些参数的赋值。本研究用开发的工具分析了西门子、通用、飞利浦3家X射线CT厂商所生产的代表性X射线CT的图像，证实了该工具的普遍适用性。

确定归一化加权CT剂量指数(_nCTDI_w)和不同扫描条件下因重叠扫描对DLP的贡献即[DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎]是获得每次扫描检查总体扫描剂量的基础。本研究结果显示，螺距、准直宽度等直接影响DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎。在螺距或准直条件固定的情况下，胸部、腹部扫描检查时DLP₍₀₎存在一定区别，这种区别主要是因mAs的不同而造成的，因为归一化到100 mAs的_nDLP₍₀₎基本完全相同。值得注意的是，准直条件同时对_nCTDI_w、DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎形成显著影响，而且这种影响作用的方向是相反的，即随着准直宽度的增加，_nCTDI_w呈逐渐降低趋势，而DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎呈逐渐增加趋势，这说明准直条件对剂量参数的影响是综合性的。由于不同厂家生产的多排螺旋CT在内部结构、参数定义、算法等方面存在较大差异，不同型号多排螺旋CT的_nCTDI_w、DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎等基础数据存在明显不同^[8]。因此，对于每台多排螺旋CT，都需要确定_nCTDI_w、DLP₍₀₎和_nDLP₍₀₎等基础数据，在已知常规扫描所使用的准直条件、螺距等条件下，确定这些数据的过程十分简单。

目前，多排螺旋CT基本都具备自动曝光控制(automatic exposure control，AEC)模式，该模式是优化扫描过程中的mAs，以使不同扫描层面的图像质量基本保持一致^[15]。NeuViz 16型多排螺旋CT的ACS和DOM扫描模式，即属于自动曝光控制技术。在这类模式下，每一层图像的CTDI_vol值可能均有所不同，因此，本研究以_avCTDI_vol来表示一次扫描的CTDI_vol。研究结果显示，无论是胸部还是腹部扫描，在常规模式和不同的自动曝光控制模式下，计算得到的_avCTDI_vol和DLP_c与多排螺旋CT的显示值间具有良好的一致性，存在细微差异是可以接受的。从研究结果也可以看出，与常规模式比较，自动曝光控制模式可以不同程度地降低胸部、腹部扫描检查的CTDI_vol和DLP，这与已有的研究结果^[16]相一致。

随着大数据时代的来临，应用云技术等现代化的信息技术^[14]，对X射线CT的剂量进行监控，并在相关的计划照射中贯彻落实放射防护最优化原则，是控制医疗照射水平的重点方向。本研究所提供的方法具有自动化、高效率、准确性好等优点，是一种用于X射线CT剂量调查和估算的实用工具，可用于医院内部X射线CT剂量的回顾与评估，不同类型X射线CT剂量间的比较，以及以建立医疗照射指导水平为目的的全国性或地区性X射线CT剂量调查。

利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，未接受有关公司的任何赞助，不涉及各相关方的利益冲突

作者贡献声明 苑翠红、曲良勇、钮建武、张华明负责现场实验，论文撰写等工作；高林峰负责方法建立、论文审阅等