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a、b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)。
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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。
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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 无作者贡献声明 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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