数字断层融合技术(digital tomosynthesis，DTS)在X射线管的一次扫描过程中可获得多个角度的投影数据，通过计算机重建得出任意数目、任意层面的图像^[1]，DTS在图像重叠时仍能观察到清晰的解剖结构^[2-3]，常用于颧骨茎突、颈椎寰齿关节、颞下颌关节等特殊解剖结构及肺部结节病变显示不清晰时^[4]。DTS具有成本低、快速成像、辐射剂量低的特点，在临床上受到越来越多的关注^[5-7]。本研究旨在通过仿真人体模型实验，估算数字断层融合扫描时组织、器官的吸收剂量和成年受检者有效剂量，为辐射剂量学提供数据参考并探讨影响受检者有效剂量的主要相关因素。

1.主要仪器设备

(1) 热释光剂量计：LiF(Mg，Cu，P)粉末、TLD2000型粉末分样器、2000B型TLD远红外精密退火炉，均由北京康科洛电子有限公司生产；RGD-3B型热释光剂量仪，中国人民解放军防化研究院生产；以上仪器设备均经中国计量科学研究院检定合格并在有效期内。

(2) 扫描设备：日本岛津公司生产的多功能数字化透视摄影系统Sonialvision Safire Ⅱ。

(3) 男性仿真人体模型：中国医学科学院放射医学研究所研制，四川大学联合制作。体模包括头颈部、胸腹部和臀部，不含上肢和下肢，整个体模被切割成15层并可方便组合。体模按照1.7 m高的成人制作，头顶至臀部高95 cm，头围56 cm，肩宽41 cm，胸围81 cm，腰围69 cm，臀围88 cm，胸部厚度20 cm，腹部厚度21.5 cm，体模各层在相应器官、组织的位置内分布有直径3 mm左右的插孔，可用来放置热释光剂量计。

2.测试方法与步骤

(1) 实验分组及实验条件：按照受检者检查部位(即主射束扫描部位)将体模实验分为头部组、颈椎组、胸椎组、胸部组、腰椎组、腹部组、骨盆组。以医院放射科现场收集的数字断层融合扫描人体不同部位时实时显示的数据作为体模实验的条件，其中，投照角度均为46°，采集图像数均为51帧，X射线管至床面距离均为110 cm，见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 体模实验分组和实验条件 Table 1 Grouped phantom experiments with conditions 组别 管电压(kV) 总mAs 投照时间(ms) 投照范围(cm) 层间距(mm) 重建范围(mm) 长度 高度 头部组 75 1.25 6.3 22.86×22.86 2 100 120 颈椎组 80 1.25 6.3 22.86×22.86 2 80 100 胸椎组 100 0.50 3.2 38.10×38.10 5 200 100 胸部组 100 0.50 3.2 38.10×38.10 5 200 100 腰椎组 80 2.50 6.3 38.10×38.10 5 80 80 腹部组 80 2.50 6.3 38.10×38.10 5 200 100 骨盆组 80 2.50 6.3 43.18×43.18 5 200 100

表 1 体模实验分组和实验条件 Table 1 Grouped phantom experiments with conditions

(2) 制备热释光剂量计：使用2000B型TLD远红外精密退火炉，LiF(Mg，Cu，P)粉末240℃时退火15 min，自然冷却后，密封于直径2 mm的塑料管中待用。

(3) 布放热释光剂量计：根据国际放射防护委员会(ICRP)103号出版物推荐的主要器官、组织的位置，在体模横断面的预留孔中插入热释光剂量计，每孔1个^[8]。剂量计具体分布及数量为肺11个，胃3个，结肠4个，乳腺2个，脾1个，胰腺4个，心壁2个，睾丸2个，食管1个，膀胱6个，肝脏6个，甲状腺4个，骨表面58个，皮肤12个，脑7个，唾液腺3个，共计126个。红骨髓的吸收剂量由骨表面的吸收剂量推算得出，故红骨髓内未布放热释光剂量计。皮肤上的12个热释光剂量计分别布放在头、胸、腹、骨盆等部位。

(4) 仿真人体模型实验：用布放好热释光剂量计的男性标准人体模型代替成年受检者，应用岛津多功能数字化透视摄影系统Sonialvision SafireⅡ的断层融合成像技术，按不同部位对体模分组扫描(扫描条件见表 1)，还原受检者实际检查过程。

(5) 实验室测量：扫描结束后取回热释光剂量计送实验室测量，测量条件如下：剂量量程0~99.99 mGy(mSv)，工作电压780 V，预热温度135℃，预热时间8 s，测量温度240℃，测量时间12 s，升温速率15℃/s，本底为0。测量过程中不得更改上述参数的设定。

(6) 估算体模组织、器官吸收剂量：在光子吸收剂量的计算中，常采用比释动能近似^[9]。光子能量不高时，比释动能(K)为吸收剂量良好的近似值，即D_T≈K_T。公式中，D_T表示X射线在组织、器官T内产生的平均吸收剂量，Gy；K_T=K_空气×(μ_en/ρ)_m/(μ_en/ρ)_空气，式中，K_T表示体模内组织、器官T的比释动能，Gy；(μ_en/ρ)_m/(μ_en/ρ)_空气为单能光子，骨骼、肌肉与空气的质量能量吸收系数比，K_空气=X_i·C_f/1 000。式中X_i为仪器测量读数(扣除本底)；C_f为刻度因子；1 000为mGy和Gy的换算。

本实验使用的热释光剂量计经中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所刻度空气中的比释动能，在标准辐射场中，用替代法检定，被检剂量计置于辐射场中，并对准射线束中心轴线，在测定过剂量值的检定点上，对剂量计正面方向辐照。检定结果：最大非线性偏差6%；在65~662 keV范围内，能量响应的最大偏差20%；65 keV X射线辐射，刻度因子C_f=0.000 42 mGy/Xi，刻度因子的不确定度U=9.0%(k=2)；检验值的偏差为6%。

由于不同部位扫描时，使用的有用线束管电压不同，则相应散射线的能量及与其对应的骨骼、肌肉与空气的质量能量吸收系数比也不同^[10]，具体对应关系见表 2。代替受检者的体模，受检部位受到有用线束的照射，其他部位的受照剂量主要来自散射线的照射，通常散射线能量低于或等于有用线束的能量，本实验近似考虑散射线能量与有用线束能量估计值相同。

表 2(Table 2)

表 2 不同组别有用线束管电压、散射线能量近似值与(μen/ρ)m/(μen/ρ)空气的对应关系 Table 2 Relationship between tube voltage, approximate scattered line energy and (μen/ρ)m/(μen/ρ)空气 组别 有用线束管电压(kVp) 有用线束能量估计值(keV)a 散射线能量近似值(keV) (μen/ρ)m/(μen/ρ)空气b 骨骼 肌肉 头部组 85 43 43 4.55 1.01 颈椎组 85 43 43 4.55 1.01 胸椎组 85 43 43 4.55 1.01 胸部组 100 50 50 3.97 1.03 腰椎组 85 43 43 4.55 1.01 腹部组 80 40 40 4.55 1.01 骨盆组 80 40 40 4.55 1.01   注：a为有用线束管电压平均值(kVp)的1/2；b李士俊2008版《电离辐射剂量学基础》给出了对于单能光子，肌肉(水)、骨骼、脂肪与空气的质量能量吸收系数比，本实验计算组织、器官比释动能时选择肌肉与空气的质量能量吸收系数比作为肺、胃、结肠等的近似值

表 2 不同组别有用线束管电压、散射线能量近似值与(μen/ρ)m/(μen/ρ)空气的对应关系 Table 2 Relationship between tube voltage, approximate scattered line energy and (μen/ρ)m/(μen/ρ)空气

当器官、组织T为红骨髓时，D_红骨髓=∑F_红骨髓·K_骨骼，F_红骨髓为不同骨骼中红骨髓占全部红骨髓的百分含量，其中头颅骨13.1%，颈椎3.4%，胸椎14.1%，胸骨2.3%，肋骨7.9%，上肢带8.3%，下肢带26.1%，腰椎10.9%，骶骨13.9%。

本实验使用的体模无四肢部分，临床上受检者检查时，四肢和头面部常暴露在散射线中，因此在计算全身皮肤吸收剂量时，采用头面部皮肤的吸收剂量作为四肢皮肤吸收剂量的估计值。D_皮肤=∑F_皮肤×K_{各部位皮肤}。式中，F_皮肤为各部位皮肤占体表面积的百分比；K_{各部位皮肤}为头、颈+躯干+双臀、四肢皮肤比释动能平均值的和。依据成人体表面积中国新九分法，成人各部位皮肤占体表面积的百分比见文献[11]。

(7) 估算受检者有效剂量：$E = \sum\limits_{\rm{T}} {{w_{\rm{T}}}} \times {H_{\rm{T}}} = \sum\limits_{\rm{T}} {{w_{\rm{T}}}} \times \sum\limits_{\rm{R}} {{w_{\rm{R}}}} \times {D_{{\rm{T, R}}}}$。式中，E为有效剂量，Sv；w_T为组织权重因子(表 3)；H_T为组织、器官的当量剂量，Sv；H_T=D_T，R×w_R，w_R为辐射权重因子^[9]，本实验是将仿真体模放置于X射线辐射场中，在X射线能量范围内，w_R=1；D_T，R为X射线在组织、器官T内产生的平均吸收剂量，Gy。

表 3(Table 3)

表 3 体模组织和器官的吸收剂量(mGy) Table 3 Absorbed doses to phantom tissues or organs(mGy) 组织、器官 组织权重因子 头部组 颈椎组 胸椎组 胸部组 腰椎组 腹部组 骨盆组 肺 0.12 0.353 0.254 2.628 1.722 0.396 1.030 0.022 胃 0.12 0.018 0.040 1.405 0.926 0.880 1.818 0.086 结肠 0.12 0.022 0.207 0.529 0.168 2.092 4.632 3.340 红骨髓 0.12 1.288 1.450 4.627 2.291 2.464 3.045 6.341 乳腺 0.12 0.023 0.073 5.728 4.223 0.102 0.879 0.006 睾丸 0.08 0.012 0.232 0.146 0.003 0.079 0.091 6.164 食管 0.04 0.023 0.073 5.728 4.223 0.102 0.879 0.006 膀胱 0.04 0.031 0.057 0.027 0.011 1.172 1.257 5.317 肝 0.04 0.028 0.075 1.433 1.205 1.280 2.739 0.104 甲状腺 0.04 1.898 4.480 0.656 1.035 0.037 0.045 0.032 骨表面 0.01 12.596 19.778 62.480 35.008 18.044 29.846 31.579 皮肤 0.01 5.411 0.697 3.068 2.368 2.705 5.608 4.310 脑 0.01 1.523 0.290 0.051 0.058 0.036 0.097 0.023 唾液腺 0.01 3.837 4.316 0.304 0.283 0.062 0.084 0.030 其余组织 0.12a 脾 0.018 0.040 1.405 0.926 0.880 1.818 0.086 胰腺 0.026 0.128 0.482 0.544 1.556 3.031 0.521 心壁 0.028 0.203 0.963 1.314 0.225 0.493 0.008   注：a本实验考虑其余组织、器官时，选择受照部位吸收剂量较大的组织、器官，如胰腺、脾、心壁等计算对有效剂量的贡献，且组织权重因子以三者作为整体计0.12

表 3 体模组织和器官的吸收剂量(mGy) Table 3 Absorbed doses to phantom tissues or organs(mGy)

成年受检者采用数字断层融合扫描时的有效剂量分别为头部组0.524 mSv、颈椎组0.736 mSv、胸椎组2.719 mSv、胸部组1.810 mSv、腰椎组1.240 mSv、腹部组2.317 mSv、骨盆组2.316 mSv。不同组别、不同实验条件下，仿真人体模型组织、器官的吸收剂量见表 3。

7个实验组中，骨表面的吸收剂量均高于其他组织、器官，主要和骨骼分布较广有关，红骨髓的吸收剂量由骨表面吸收剂量推算得出，红骨髓的组织权重因子较大，吸收剂量也较高。皮肤作为浅表组织，吸收剂量也高于内脏器官。受到主射束照射的组织、器官，其吸收剂量明显高于主射束照射范围外的组织、器官。乳腺、甲状腺、唾液腺、胰腺、睾丸等辐射敏感器官，受到主射束照射时，吸收剂量均高于其他组织器官。

数字断层融合扫描时，成年受检者有效剂量的估算结果为胸椎组最高，其次为腹部组，再次为骨盆组，头部组最小。有效剂量主要相关因素有管电压、总mAs、照射野的大小，主射束照射范围，扫描范围内的组织或器官的数量。

本实验使用的体模包括头颈部、胸腹部和臀部，无四肢部分，临床上受检者检查时，四肢和头面部常暴露在散射线中，在计算全身皮肤吸收剂量时，采用头面部皮肤吸收剂量作为四肢皮肤吸收剂量的估计值。头部组扫描时，头面部皮肤位于主射束照射范围内，按此方法估算的皮肤吸收剂量比实际情况偏高，其余6个组扫描时，头面部在主射束照射范围外，主要受散射线的影响，按此方法估算的皮肤吸收剂量与实际情况有差异，但差异较小。

计算骨表面吸收剂量时用锁骨、肩胛骨吸收剂量的平均值来代表上肢骨表面的吸收剂量，用骨盆、股骨头和髋关节吸收剂量的平均值来代表下肢骨表面的吸收剂量，颈椎组、骨盆组使用该方法计算骨表面吸收剂量时，计算值比实际值偏高；红骨髓吸收剂量由骨表面吸收剂量推算得出，也高于实际值，其他组差异不大。

数字断层融合扫描常应用于肺结节，骨科、牙科成像，血管造影，泌尿系统结石等疾病^[12-14]。国外学者使用蒙特卡罗方法计算DTS诊断肺部肿瘤时患者有效剂量分别为0.107 mSv^[15]和0.21 mSv^[16]；尿石病患者使用DTS检查时，有效剂量为0.83 mSv^[17]。国内学者使用仿真胸部体模，计算DTS用于胸部病变筛查时患者有效剂量分别为0.65 mSv^[18]和0.11 mSv^[19]，本研究的估算结果均高于上述结果，相关学者在研究时侧重肺部疾病或泌尿系统疾病，使用体模仅为胸部或腹部，本实验使用的体模包括头颈部、胸腹部和臀部，照射野外的组织、器官也会受到散射线的影响，组织器官当量剂量的增加加大了对有效剂量的贡献。

闵楠等^[20]使用仿真人体模型测量了腹部CT受检者有效剂量，常规剂量组为14.5 mSv，高于DTS各实验组受检者有效剂量。相对于CT扫描，数字断层融合扫描具有辐射剂量低，成本低的特点，可直接获得冠状面和矢状面断层的图像，深部、复杂部位病变及小关节病变建议优先选择数字断层融合扫描。