2019, Vol. 39
近年来，PET逐渐应用于临床，但由于其空间分辨率有限，准确定位放射性示踪剂摄取增加的部位具有很高的挑战，PET-CT的出现很好地解决这些问题[1-2]。PET-CT检查可同时获得功能和解剖信息，可提供两种影像模态的图像配准[3-5]。CT用于PET衰减校正改善了PET扫描的校正质量[6-7]。PET-CT检查尽可能多地获取图像信息，为患者提供准确的诊断，从而制定最佳的治疗方案。然而，PET-CT检查致患者的辐射剂量是患者和临床医生非常关心的问题。因此，本研究旨在利用OLINDA/EXM(version 1.1)软件计算18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA 3种正电子药物致前列腺癌患者的有效剂量和器官剂量；利用ImPACT(version 1.0.4) CT计算CT扫描所致的有效剂量和器官剂量，以二者之和表征总辐射剂量，并分析比较不同检查的辐射剂量。
资料与方法1.临床资料：回顾性分析2017年5月至2018年6月间于广西医科大学附属肿瘤医院行PET-CT检查的150例前列腺癌患者，根据注射正电子药物的类型分18F-Choline组、11C-Choline组和68Ga-PSMA组，每组50例。3组患者平均年龄分别为(66±9)、(65±11)、(68±8)岁，差异无统计学意义(P>0.05)。平均体质量分别为(71.9±12.6)、(74.1±7.9)、(71.6±9.4)kg，差异无统计学意义(P>0.05)。
2. PET-CT扫描仪：采用美国GE公司生产的配备64排CT(Optima CT660)的PET-CT(Discovery 710)进行图像采集，它由256 PET探头和宝石平台CT组成。PET数据经过校正后采用有序子集最大期望值算法(OSEM)进行重建。
3. PET-CT显像：检查前患者无需特殊准备。18F-Choline组按体重静脉注射3.7 MBq/kg显像剂，60~70 min后排空小便即可上机显像。11C-Choline组按体重静脉注射5.55 MBq/kg显像剂，10~15 min后排空小便即可上机显像。68Ga-PSMA组按体重静脉注射1.85 MBq/kg显像剂，50~60 min后排空小便即可上机显像。采集过程主要分为3步：定位扫描：从头到脚方向进行扫描，用于规划CT和PET的扫描范围；CT全身扫描：扫描范围为颅顶至股骨上段；PET全身扫描：扫描范围跟CT相同，采用3D采集模式，速度为1 cm/s。图像采集过程中记录每位患者的注射活度、扫描起始和终止位置。CT的扫描参数列于表 1。
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表 1 PET-CT扫描使用的CT定位和衰减扫描参数(x±s) Table 1 The CT localization and attenuation scan parameters for PET-CT scans(x±s) |
4.内照射剂量(PET)：患者受到18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA辐射的内照射剂量使用医学内照射剂量委员会(MIRD)推荐的方法，根据MIRD方法[8]，靶器官的吸收剂量计算公式为：
| $ D=k \widetilde{A} \sum\limits_{i} n_{i} E_{i} \phi_{i} / m $ | (1) |
式中，D为靶器官的吸收剂量，Gy；
根据MIRD计算方法[8]，吸收剂量公式为：
| $ D=\widetilde{A} \cdot S=A_{0} \cdot \tau \cdot S $ | (2) |
式中，τ为滞留时间，h;
| $ S=k \sum\limits_{i} n_{i} E_{i} \phi_{i} / m $ | (3) |
各种放射性核素的S值可从MIRD手册查到。
本研究中，PET部分的剂量利用基于MIRD计算方法的OLINDA软件计算(Version OLINDA/EXM 1.1)[9]，标准成年男性模型用于计算剂量的转换因子(mSv/MBq)。利用国际放射防护委员会(ICRP) 128号报告的动力学参数计算18F-Choline的有效剂量和器官剂量[10]；利用Tolvanen等[11]在人体的分布和辐射剂量研究的生物动力学参数计算11C-Choline的有效剂量和器官剂量；利用Afshar-Oromieh等[12]在前列腺癌患者体内分布研究的动力学参数计算68Ga-PSMA的有效剂量和器官剂量。各组的有效剂量也分别利用ICRP 128号报告[10]、Tolvanen等[11]及Afshar-Oromieh等[12]研究结果提供的剂量系数进行计算。
5.外照射剂量(CT)：CT剂量指数(CTDI)是反映CT辐射剂量的表征量，主要包括CT剂量指数100(CTDI100) (mGy)、加权CT剂量指数(CTDIw) (mGy)和容积CT剂量指数(CTDIvol) (mGy)[13]。CTDI100是目前应用最广的表征量，它指的是CT旋转1周，将平行于旋转轴(z轴)方向的剂量分布D(z)沿z轴从-50~50 mm的积分，除以扫描断层数N与层厚T的乘积[14]，即：
| $ \mathrm{CTDI}_{100}=\int_{-50}^{50} D(z) /(N \cdot T) d z $ | (4) |
可用长度为100 mm的笔形电离室测出CT剂量检测体模中心[CTDT100(center)]和外周[CTDI100(perphery)]值。CTDIw的计算公式为[15]：
| $ {\rm{CTD}}{{\rm{I}}_{\rm{w}}} = \left[ {{\rm{CTD}}{{\rm{I}}_{100({\rm{center}})}} + 2 \cdot {\rm{CTD}}{{\rm{I}}_{100({\rm{perphery}}}}} \right)]/3 $ | (5) |
CTDIvol计算公式为：
| $ \mathrm{CTDI}_{\mathrm{vol}}=\mathrm{CTDI}_{\mathrm{w}} /\mathrm{pitch} $ | (6) |
式中，pitch为CT螺距，计算公式为[15]：
| $ \mathrm{pitch}=\Delta d /(N \cdot T) $ | (7) |
式中，Δd为X射线管旋转1周检查床移动的距离，mm；N为1次旋转扫描的断层数；T为扫描的层厚，mm。CTDIvol为整个扫描容积的平均剂量。
剂量长度乘积(DLP, mGy ·m)用来评价受检者的辐射剂量，计算公式为：
| $ \mathrm{DLP}=\mathrm{CTDI}_{\mathrm{vol}} \cdot \mathrm{L} $ | (8) |
式中，L为扫描长度，cm。根据有效剂量转换因子(头部为2.2 μSv ·mGy-1 ·cm-1，体部为18 μSv ·mGy-1 ·cm-1)和剂量长度乘积，可估算出有效剂量[16]。
本研究将每位患者的CT扫描参数和扫描范围作为参数输入ImPACT(version 1.0.4)[17]，利用成年男性模型和ICRP 103号文献中的组织权重因子，计算CT的有效剂量和器官当量剂量。
6.统计学处理：采用SPSS 20.0软件进行数据分析。计量资料符合正态分布，用x±s表示。经方差齐性检验，采用单因素方差分析比较正电子药物辐射所致的有效剂量和器官当量剂量的平均值。P < 0.05为差异有统计学意义。
结果1.内照射(PET)的有效剂量和器官当量剂量计算结果：18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA组注射的平均活度分别为(279.2±13.2)、(350.2±39.9)和(186.8±19.4)MBq。患者的平均有效剂量分别为(5.0±0.2)、(1.6±0.2)和(3.0±0.3)mSv，3组均值差异有统计学意义(F=837.0, P < 0.001)。利用文献报道的剂量系数(18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA分别为0.02、0.004 4和0.021 mSv/MBq)[10-12]计算得到3组的有效剂量分别为(5.6±0.3)、(1.5±0.2)和(3.9±0.4)mSv，本研究结果与文献[10-12]报道分别相差10.7%、6.7%和23.1%。3组器官当量剂量分布列于表 2，3组间差异有统计学意义(F=381.2~1 637.7，P < 0.001)。
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表 2 注射18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA后患者的器官当量剂量分布(mGy, x±s) Table 2 Organ equivalent dose distribution in patients after 18F-choline, 11C-Choline and 68Ga-PSMA injection (mGy, x±s) |
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表 3 CT扫描剂量表征量测量值与ImPACT计算值比较 Table 3 Comparison of measured and ImPACT computed values of CT dose estimation quantities |
2.外照射剂量(CT)的有效剂量和器官当量剂量计算结果：由于CT采集参数相同，所以本研究中CT剂量统一计算。利用ImPACT和CTDIw的测量结果计算CT剂量，结果列于表 3。从表 3中可以看出，ImPACT的计算结果与根据CTDIw测量值的计算结果具有很好的一致性，两者相差10%左右，ImPACT的计算结果略高于测量结果。
3. PET-CT扫描的总有效剂量和器官当量剂量：PET-CT扫描的总有效剂量为PET剂量与CT剂量之和。3组患者受到的辐射剂量列于表 4。18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA PET-CT扫描患者受到总有效剂量分别为(16.4±0.3)、(13.0±0.3)和(14.4±0.4)mSv。由于这3项检查的扫描范围均为颅顶至股骨上段，导致患者大部分器官受到不同程度的照射，器官当量剂量分布列于表 5。从表 5可知，18F-Choline和68Ga-PSMA PET-CT扫描当量剂量最高的器官为肾脏，而11C-Choline PET-CT扫描当量剂量最高的器官为甲状腺。
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表 4 18F-Choline、11C-Choline和68Ga-PSMA PET-CT检查致患者的总有效剂量(mSv, x±s) Table 4 Effective doses from18F-Choline, 11C-Choline and 68Ga-PSMA PET-CT scans (mSv, x±s) |
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表 5 18F-Choline、11C-Choline和68 Ga-PSMA PET-CT检查患者的器官当量剂量分布(mGy, x±s) Table 5 Organ equivalent dose distribution in patients after 18F-Choline, 11C-Choline and 68Ga-PSMA PET-CT scans (mGy, x±s) |
讨论
随着核医学和放射诊断检查中越来越多地使用电离辐射，辐射引起的远期辐射效应及无剂量阈值的癌症风险，使得患者的辐射剂量研究变得尤为重要[18]。PET-CT扫描患者受到的辐射剂量不仅来自PET的正电子药物，还有来自高剂量的显像模式-CT，因此，有辐射诱导远期效应(如癌症)的潜在风险，应对其进行量化处理，以便进行风险效益评估。患者的辐射剂量主要与放射性药物类型、注射活度、扫描参数、扫描协议、组织权重因子及计算方法等有关[19]。
本研究采用OLINDA/EXM计算人体器官剂量，它具有各种成人、小孩及孕妇模体，允许用户修改模体的器官质量，以便进行更精确地计算器官剂量[9]。根据18F-Choline、11C-Choine和68Ga-PSMA的生物动力学参数及其注射活度，得到PET的平均有效剂量分别为(5.0±0.2)、(1.6±0.2)和(3.0±0.3) mSv，3组比较差异有统计学意义。本研究结果与文献报道[分别为(5.6±0.3)、(1.5±0.2)和(3.9±0.4)mSv]相一致[10-12]，但68Ga-PSMA的计算结果差异较大(23.1%)，这可能与计算参数的取值方法有关。本研究取文献中4例患者的68Ga-PSMA动力学参数的平均值计算PET剂量，而文献则是根据4例患者各自动力学参数计算出剂量系数的平均值进行计算[12]，这可能是导致结果差异较大的原因。3组的器官剂量分布趋势大体一致，18F-Choline组器官受到的辐射剂量最大，68Ga-PSMA次之，11C-Choine最小，这是由于11C半衰期(20.4 min) <68Ga半衰期(68.1 min) <18F半衰期(109.8 min)。3组的器官剂量比较差异均有统计学意义。18F-Choline和68Ga-PSMA的器官剂量最高均为肾脏，11C-Choine的器官剂量最高为胰腺，肾脏次之，这是由于这3种正电子药物主要是通过泌尿系统排出体外，主要聚集和经过肾脏等排泄器官，所以注射药物之后患者应多喝水，多排尿，减少不必要的内照射。
ImPACT根据特定CT的辐射传输数据模型计算器官剂量，跟以前的计算方法相比具有更高的准确性[17]。本研究使用ImPACT计算不同扫描方式的CT剂量且通过使用笔型电离室对剂量检测模体测量验证，在定位扫描中，头部与体部的归一化加权CT剂量指数(nCTDIw)的测量值分别为0.149和0.074，ImPACT的标准值分别为0.169和0.081；在低剂量CT扫描中，两者测量值分别为0.139和0.068，标准值分别为0.154和0.074，测量值与标准值差异为8.3%~12.1%，其他CT剂量特征量差异为10%左右，总有效剂量的差异只有3.5%。本研究结果与文献报道一致[20-21]。
PET-CT检查的辐射风险可以通过辐射防护量和有效剂量进行量化[22]。本研究中，患者受到18F-Choline、11C-Choine和68Ga-PSMA辐射的有效剂量为1.6~5.0 mSv，CT的有效剂量为11.4 mSv，总有效剂量为13.0~16.4 mSv，CT剂量占总有效剂量的69.5%~87.6%，与以往研究报道(54%~81%)一致[22]。组织产生确定性效应的剂量阈值为1 000~2 000 mGy[23]，而本研究结果显示器官吸收剂量为2.8~38.9 mGy，远远小于剂量阈值，说明PET-CT检查是安全的，患者受到的辐射危害十分有限。根据辐射防护实践的正当性原则，患者行PET-CT扫描所获得的诊断价值远远高于其带来的辐射危害，然而，可通过优化PET-CT扫描协议，比如根据患者体重注射放射性药物活度和根据患者体型大小调整CT的扫描参数，进一步减少患者的受照剂量。
利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展，不涉及任何利益冲突，排名无争议作者贡献声明 李宁负责数据收集和论文撰写；姚忠强、杨志负责研究过程指导；杨鸿宇、何正中、廖光星协助文献收集和数据处理；肖国有负责方法建立和论文审阅
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