中华放射医学与防护杂志  2019, Vol. 39 Issue (9): 711-714   PDF    
两种剂量估算方法在成人胸部CT辐射剂量评估中的应用价值
王军娜 , 王世威 , 徐志超 , 凌东亚 , 卜阳阳     
浙江中医药大学附属第一医院医学影像科, 杭州 310006
[摘要] 目的 探讨容积CT剂量指数(CTDIvol)与体型特异性剂量估算(SSDE)两种辐射剂量估算方法在评估成人胸部CT扫描辐射剂量中的应用价值。方法 回顾性分析2017年3月至4月浙江中医药大学附属第一医院128例进行胸部CT平扫且所有图像均能满足诊断要求的受检者的CTDIvol与SSDE。将受检者按照不同体质量指数(BMI)分为3组:A组,16 ≤ BMI<21.1 kg/m2,38例;B组,21.1 ≤ BMI<23.9 kg/m2,53例;C组,23.9 ≤ BMI<34.1 kg/m2,37例。在两乳头层面测量每例受检者的前后径(AP)、左右径(LAT),记录每例受检者的CTDIvol值,计算每例受检者的有效直径(ED)、转换因子(fsize)和SSDE。同时,比较不同体质量指数组CTDIvol与SSDE之间的差异。结果 3组受检者的SSDE均高于CTDIvol,A、B、C组分别增加了50.13%、42.83%、33.68%。CTDIvol和SSDE估算方法3组辐射剂量比较差异均有统计学意义(t=-48.873、-57.001、-32.651,P<0.05)。3组受检者间的EDfsize、CTDIvol和SSDE差异均有统计学意义(F=51.456、47.749、113.916、106.449,P<0.05)。结论 SSDE能够评估不同体型的受检者在胸部CT扫描中所受到的辐射剂量,而CTDIvol过低地估计了受检者受到的辐射剂量,且BMI越小的受检者被低估的剂量值越大,实际受到的辐射剂量越多。
[关键词] 辐射剂量    胸部    CT    体型特异性剂量估算    
Application value of the two estimation methods in evaluating the radiation dose of adult chest CT
Wang Junna , Wang Shiwei , Xu Zhichao , Ling Dongya , Bu Yangyang     
Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310006, China
[Abstract] Objective To investigate the application value of CTDIvol and size-specific dose estimate(SSDE) in evaluating the radiation dose of adult chest CT. Methods A retrospective analysis was made on the CTDIvol and SSDE of 128 patients who underwent chest CT scanning in the First Affiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University from March to April 2017 and all images are adequate for diagnosis. The subjects were divided into three groups according to body mass index (BMI):Group A, 38 cases with 16 ≤ BMI < 21.1 kg/m2; Group B, 53 cases with 21.1 ≤ BMI < 23.9 kg/m2; Group C, 37 cases with 23.9 ≤ BMI < 34.1 kg/m2. The diameters of anterior-posterior (AP) and left-right (LAT) of each patient were measured in the slice of nipple level, and CTDIvol, effective diameter (ED), conversion factor (fsize) and SSDE of each patient were recorded and calculated. Meanwhile, the differences between CTDIvol and SSDE in different BMI groups were compared. Results SSDE of each group was higher than CTDIvol, and increased by 50.13%, 42.83% and 33.68% in group A, B and C, respectively. There were significant differences in radiation dose between CTDIvol and SSDE in the three groups (t=-48.873, -57.001, -32.651, P < 0.05). There were significant differences in ED, fsize, CTDIvol and SSDE among the three groups (F=51.456, 47.749, 113.916, 106.449, P < 0.05). Conclusions SSDE can evaluate the radiation dose absorbed by patients with different body types in chest CT, while CTDIvol underestimated the radiation dose.The lower BMI, the greater the underestimated dose value, the more radiation dose absorbed.
[Key words] Radiation dose    Chest    CT    Size-specific dose estimate    

CT影像技术的发展导致了公众电离辐射和癌症风险的显著增加,用于CT诊断的辐射剂量通常比报道出来的更高,需要准确评估并严格控制CT的辐射剂量[1]。目前评估辐射剂量的方法是在扫描设备上直接读取容积CT剂量指数(CTDIvol)[2-3],但CTDIvol是用体模测得的,无法个性化估算受检者的辐射剂量[4-5]。美国医学物理师学会(AAPM)于2011年提出用有效直径(effective diameter, ED)即患者的左右径线与前后径线乘积的平方根(此概念本研究通用)来计算校正系数,对传统的辐射剂量估算方法CTDIvol进行校准,来估算受检者辐射剂量的体型特异性剂量估算(size-specific dose estimate, SSDE)[5-6],以此来弥补体型对CTDIvol和剂量长度乘积(DLP)在评估受检者辐射剂量上的影响。因此,本研究旨在评价CTDIvol和SSDE两种辐射剂量估算方法在评估成人胸部CT平扫辐射剂量中的应用价值。

资料与方法

1.一般资料:回顾性分析浙江中医药大学附属第一医院2017年3月至4月进行胸部CT平扫的成人共128例,其中男60例,女68例,年龄21~77岁,身高150~184 cm,体重45~90 kg,体质量指数(BMI)16 ~34 kg/m2,平均(19.54±1.50)kg/m2,所有图像均能满足诊断要求。将128例受检者按照不同体质量指数分为3组:A组16≤BMI<21.1 kg/m2,38例;B组21.1≤BMI<23.9 kg/m2,53例;C组23.9 ≤BMI<34.1 kg/m2,37例。

2.扫描方法:采用日本东芝Aquilion One 640层容积CT,患者取仰卧位,脚先进,双手上举,扫描前进行呼吸训练,扫描过程中吸气后屏气,扫描范围从肺底到肺尖。扫描参数:管电压100~120 kV,管电流使用智能毫安控制Sure.Exp.3D技术, 噪声指数20.5,管电流40~330 mAs,探测器准直0.5×64 mm,准直螺距1.484/层厚螺距95, X射线球管旋转时间0.35 s, 采集矩阵512×512。重建层厚5.0 mm,重建间隔5 mm,重建函数为肺窗标准算法Lung Std.Axial和纵隔窗标准算法Body Std.Axial。

3.数据采集与测量:测量乳头层面受检者的前后径(AP,cm)和左右径(LAT,cm),参考AAPM 204报告计算受检者的有效直径(ED,cm)及转换因子(fsize),同时记录受检者的CTDIvol计算SSDE[7],如公式1~3所示,式中ab值参考AAPM 204号[7]报告,分别为a=3.7, b=0.037。

$ ED{\rm{ = }}\sqrt {LAT \times AP} $ (1)
$ {f_{{\rm{size}}}}{\rm{ = }}a \times {{\rm{e}}^{ - b \times ED}} $ (2)
$ {\rm{SSDE = }}{f_{{\rm{size}}}} \times {\rm{CTD}}{{\rm{I}}_{{\rm{vol}}}} $ (3)

4.统计学处理:采用IBM SPSS 22.0软件进行统计分析。计量资料满足正态分布,采用x±s表示,多组间比较采用方差分析(ANOVA);对于差异有统计学意义的结果,进一步采用Bonferroni法进行两两比较,观察组间差异。同组内两个主要指标比较采用配对t检验。计数资料用例数和率(%)来表示。P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1.各组径线测量值、有效直径及转换因子比较:3组受检者的AP、LAT、ED平均径线长度分别为(21.65±1.99)、(31.52±2.44)、(26.1±1.98),fsize为(1.42±0.10),各组比较差异有统计学意义(F=27.947、34.714、51.456、47.749,P<0.05),且随着受检者BMI的增大,受检者的前AP、LAT以及ED增大, 而fsize减小(表 1)。

表 1 128例不同体质量指数受检者测量径线值、有效直径及转换因子结果(x±s) Table 1 The results of AP, LAT, ED, fsize for 128 cases (x±s)

2.各组内CTDIvol与SSDE及差异度的比较:3组不同BMI的受检者CTDIvol和SSDE平均剂量分别为(4.60±1.25)和(6.46±1.38),差异均有统计学意义(F=113.916、106.449,P<0.05),而且随着BMI的增大,CTDIvol和SSDE均增大,而差异度减小,其中A组CTDIvol和SSDE之间差异度最大,为50.13%,B组CTDIvol和SSDE之间差异度为42.83%,C组CTDIvol和SSDE之间差异度最小,为33.68%,见表 2

表 2 不同BMI的受检者CTDIvol、SSDE及差异度的比较(x±s) Table 2 Comparison of CTDIvol, SSDE and degree of difference for three groups of patient with different BMI(x±s)

讨论

SSDE是经过患者体型校正的CT剂量估算值,称为体型特异性剂量估算,由CTDIvol通过体型转换因子校正得出。通过有效直径计算转换因子,并将转换因子作为校正系数,对传统的辐射剂量估算方法CTDIvol进行校准,来估算受检者辐射剂量。CTDI是利用单次轴向CT扫描模体内剂量分布的积分除以层厚计算得到的,由于其测量值不能表征受检者的容积剂量分布,进而产生了CTDIvol。CTDIvol是由聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)标准体模测出,反映的是设备的输出能力,随着管电压、管电流、机架的旋转时间、螺距和滤过的变化而变化,与受检者体型因素无关[8]。而患者实际所受到的CT辐射剂量依赖于患者的体型和扫描设备的输出水平[9]。成人体部CTDIvol的测量采用直径32 cm的体模,本研究中受检者的前后径长度范围在20~24 cm,有效直径长度范围在24~28 cm,因此采用32 cm的体模测量CTDIvol来估算辐射剂量是不精确的。SSDE是在CTDIvol的基础上,使用体型转换因子对CTDIvol进行校准,没有经过体型校正因子校准的辐射剂量可能被低估2~3倍[10]

本研究中,随着受检者体型的增大,CTDIvol和SSDE都是增大的,这与Yan等[2]研究结果相同,但fsize是减小的,且fsize都>1。根据SSDE=fsize×CTDIvol[7]可以看出,CTDIVOL 值要小于SSDE。随着受检者体型的增大,CTDIVOL 和SSDE之间的差异度减小,其中体质量指数最小的受检者组两者的差异度达到了50%以上。因此,体型特异性剂量估算(SSDE)能够更好地评估受检者受到的辐射剂量,而CTDIvol过低地估计了受检者受到的辐射剂量,而且体型越小的受检者被低估的剂量值越大,实际收到的辐射剂量越高。本研究中,被低估的辐射剂量值最高达到50%以上。

总之,采用SSDE评估被检者胸部CT平扫辐射剂量更加个性化也更加准确,但是SSDE不能反映不同器官的剂量分布情况[11],而且需要借助先进的计算机软件,才能实现数据的直接读取。Cheng等[12-13]已经可以利用软件提取受检者个体特征参数来更快地获取SSDE数据[14]

本研究也存在一些不足:①样本量太小,需要扩大样本量进一步研究。②本研究结果基于日本东芝Aquilion One 640层容积CT得出,尚未在其他CT机型上进行验证。③该研究只针对BMI>16 kg/m2的成年人,BMI<16 kg/m2的成年人未纳入研究,而儿童因采用16 cm的体模,转换因子与32 cm的体模有异,不适用于此研究。

利益冲突
作者贡献声明 王军娜负责文章的撰写和统计分析;王世威负责文章的指导和审阅;徐志超、凌东亚负责数据的收集;卜阳阳负责数据的分析
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