CT检查虽然只占X射线检查总人次的7%，但在集体有效剂量中占60%^[1]。一项来自20个国家包含70万患者的研究表明，有0.65%的患者累积有效剂量(cumulative effective dose，CED)≥100 mSv^[2]。Rehani等^[3]的研究中，250万余患者在5年内共有33 407例(1.33%)接受≥100 mSv的CED。低剂量CT扫描技术成为研究热点，对眼晶状体、甲状腺、乳腺等表浅辐射敏感器官的保护也成为辐射防护工作的重要内容之一。为提高器官剂量测量的准确性和可重复性，刘丹丹和牛延涛^[4]将热释光剂量计(thermoluminescence dosimeter，TLD)放在头颅/胸部模体的眼晶状体或乳腺表面，左右各一，测量3次取平均值。本研究预实验发现，螺旋扫描测量表浅器官剂量时，相同扫描参数重复测量多次所得结果都不相同，差异最大时可超过40 %。剂量测量值产生差异的原因很多，既包括剂量计和CT设备输出的可重复性，也包括扫描参数和被检体衰减特性的影响，进而可能影响图像质量。本研究旨在探讨CT扫描时表浅器官剂量测量值和图像噪声的不确定性，为相关的测量和研究提供参考。

1. 实验设备及材料：美国GE公司RevolutionCT(简称Revolution)；荷兰Philips公司Brilliance iCT(简称iCT)；德国Siemens公司Somatom Definition Flash CT(简称Flash)；离体头颅标本1具，日本岛津公司PBU-2成人胸部拟人模体；CT机多功能检测仪(RTI Piranha型)，CT长杆探头CT Dose Profiler (长度169 mm)；荷兰Philips EBW4.5.2(Extended brilliance workstation，EBM)后处理工作站。所有设备在实验前均先做校正。

2. 头颅标本逐层及螺旋扫描：将离体头颅标本置于Revolution CT扫描野中心，分别用逐层和螺旋两种模式对鼻窦区域进行扫描。逐层扫描参数为120 kVp，200 mAs/层，旋转时间1 s/圈，准直宽度120 mm；螺旋扫描参数为智能管电压kV Assist(系统推荐100 kVp)，智能管电流技术Smart mA (10~600 mA)，骨算法(Bone)，层厚0.625 mm，噪声指数(NI)10，旋转时间0.8 s/圈，准直宽度40 mm，螺距0.984。将长杆电离室传感器置于标本右侧眼晶状体处测量剂量。保持容积CT剂量指数(volume CT dose index，CTDI_vol)不变，重复扫描20次并记录测量值D。分别计算扫描3、5、10、20次剂量测量值的平均值(Av)、标准差(SD)、变异系数(CV)和相对极差(relative range，RR)。RR等于极差(range，R)除以平均值。

3. 不同CT设备的胸部螺旋扫描：基于各设备的临床胸部扫描方案，使用3台CT在准直宽度为80 mm(Revolution, iCT)或40 mm(Flash)和螺距1时，保持CTDI_vol不变的情况下对胸部模体进行45次重复扫描(表 1)，在模体上对应模拟人体的右侧乳腺区域前方固定位置放置长杆电离室，传感器位于乳腺中心位置不变(在模体上固定位置做标记)，测量右乳腺器官剂量。重建肺/软组织算法的薄层图像，重组传感器中心所在层面的5 mm层厚横断面图像。在传感器前、胸骨前5 cm处及左、右侧空气区设定感兴趣区(region of interest，ROI)，测量CT值标准偏差(代表图像噪声)。分别计算扫描3、5、10、20、30、45次剂量测量值与CT值标准偏差的Av、SD、CV和RR。

表 1(Table 1)

表 1 3台CT胸部模体螺旋扫描及重建参数 Table 1 The parameters of helical scanning and image reconstruction on the chest phantom of 3 CT scanners 设备 管电压(kV) 准直(mm) 转速(s/圈) 螺距 管电流调制方法 重建算法 迭代等级 Revolution 100 80 0.5 0.992 SmartmA(10~720), NI：15.7 Lung/stnd ASiR-V 50% iCT 100 80 0.5 1.000 Z-DOM(max350 mAs) YC/B iDose3 Flash 100 40 0.5 1.000 CARE Dose 4D(ref.mAs: 51) 170f/131f SAFIRE Strength3   注：Lung、YC、170f分别为3台CT肺算法；stnd、B、131f为软组织算法

表 1 3台CT胸部模体螺旋扫描及重建参数 Table 1 The parameters of helical scanning and image reconstruction on the chest phantom of 3 CT scanners

4.统计学处理：使用SPSS 19.0软件进行分析，数据符合正态分布时采用Pearson相关分析对CT值标准偏差与剂量测量值之间的相关性进行评价，不符合正态分布时采用Spearman相关分析，P < 0.05为差异有统计学意义。

1. 离体头颅标本逐层及螺旋扫描时剂量测量值的变异性：逐层扫描时，头颅标本右眼晶状体位置剂量测量值标准差、变异系数和相对极差均接近于零。与逐层扫描相比，螺旋扫描模式时剂量测量值有较大变化，20次测量相对极差达10.67%。两种扫描模式重复扫描3、5、10和20次剂量测量值的Av、SD、CV和RR见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 头颅标本逐层及螺旋扫描时剂量测量值的变异性 Table 2 The variability of dose measurements of sequential and helical scanning on the skull specimen 重复次数 Av(mGy) SD CV(%) RR(%) 逐层扫描 3 19.147 0.006 0.03 0.05 5 19.148 0.007 0.04 0.10 10 19.152 0.014 0.05 0.16 20 19.154 0.015 0.08 0.21 螺旋扫描 3 10.957 0.228 2.08 4.11 5 10.874 0.260 2.39 5.98 10 11.022 0.295 2.68 9.16 20 11.068 0.300 2.71 10.67   注：Av. 平均值；SD. 标准差；CV. 变异系数；RR. 相对极差

表 2 头颅标本逐层及螺旋扫描时剂量测量值的变异性 Table 2 The variability of dose measurements of sequential and helical scanning on the skull specimen

2. 使用3台CT扫描仪对胸部模体行螺旋扫描时，剂量测量值的变异性及其与图像噪声的关系：相同设备螺旋扫描模式时胸部模体剂量测量值的差异较头颅标本大，3台CT扫描仪45次重复扫描剂量测量值均存在较大差异，相对极差分别达到43.83%、25.31%、14.32%，重复扫描3、5、10、20、30、45次剂量测量值见表 3；3台CT肺/软组织算法图像各位置空气兴趣区的CT值标准偏差也有较大的差异，共有9处与剂量测量值D的相关性有统计学意义(r=0.358、-0.502、-0.515、-0.773、-0.785、-0.480、-0.387、0.506、0.442，P < 0.05，表 4)。

表 3(Table 3)

表 3 3台CT对胸部模体行螺旋扫描时剂量测量值的变异性 Table 3 The variability of dose measurements of helical scanning on the chest phantom for 3 CT scanners 重复次数 Av(mGy) SD CV(%) RR(%) 设备1 3 12.870 0.954 7.41 14.69 5 12.614 0.854 6.77 16.33 10 12.306 1.128 9.17 26.74 20 12.015 1.290 10.74 43.03 30 11.899 1.293 10.86 43.45 45 11.795 1.187 10.06 43.83 设备2 3 10.571 0.604 5.71 11.23 5 10.783 0.642 5.95 16.02 10 10.731 0.779 7.26 18.43 20 11.148 0.999 8.96 25.21 30 11.259 1.012 8.99 25.31 45 11.261 0.946 8.40 25.31 设备3 3 5.298 0.219 4.12 8.34 5 5.275 0.249 4.72 8.28 10 5.326 0.276 5.18 12.09 20 5.446 0.256 4.71 12.24 30 5.526 0.262 4.74 13.06 45 5.480 0.400 7.29 14.32   注：Av. 平均值；SD. 标准差；CV. 变异系数；RR.相对极差

表 3 3台CT对胸部模体行螺旋扫描时剂量测量值的变异性 Table 3 The variability of dose measurements of helical scanning on the chest phantom for 3 CT scanners

表 4(Table 4)

表 4 3台CT扫描仪图像CT值标准偏差与剂量测量值相关性分析 Table 4 Correlation analysis of dose measurements and standard deviations of CT values in images for 3 CT scanners ROI位置 肺算法图像 软组织算法图像 Av SD CV(%) RR(%) r P值 Av SD CV(%) RR(%) r P值 设备1   SDSen 23.92 2.44 10.21 45.57 0.194 0.244 6.23 0.72 11.49 43.35 -0.035 0.835   SDAnt 21.61 2.28 10.57 43.04 0.129 0.440 6.04 1.29 21.29 74.44 0.178 0.285   SDLeft 44.52 6.44 14.46 72.32 -0.138 0.409 11.09 1.65 14.83 73.01 -0.161 0.336   SDRight 28.14 3.06 10.86 39.09 0.358 0.027 7.39 1.20 16.20 64.92 0.011 0.946 设备2   SDSen 8.75 0.96 11.01 43.42 -0.502 0.001 5.26 0.60 11.34 39.95 -0.515 0.000   SDAnt 8.16 1.36 16.63 62.49 -0.773 0.000 4.78 0.81 16.89 77.48 -0.785 0.000   SDLeft 9.76 1.41 14.49 64.54 -0.480 0.001 6.08 1.00 16.45 75.68 -0.163 0.303   SDRight 10.08 1.51 14.97 64.50 -0.078 0.625 6.11 0.94 15.44 70.41 -0.077 0.626 设备3   SDSen 19.75 4.01 20.30 125.03 -0.270 0.073 5.94 1.02 17.14 79.09 -0.172 0.260   SDAnt 18.62 2.99 16.04 68.22 0.246 0.103 5.63 0.85 15.15 71.07 0.293 0.051   SDLeft 20.70 4.52 21.83 89.35 -0.387 0.009 6.20 0.95 15.33 59.70 -0.285 0.057   SDRight 21.33 3.04 14.27 53.44 0.506 0.000 6.65 0.81 12.20 54.15 0.442 0.002   注：Av. 平均值；SD. 标准差；CV. 变异系数；RR. 相对极差；SDSen、SDAnt、SDLeft、SDRight分别为肺/软组织算法图像传感器前、胸骨前5 cm处及左、右侧空气区CT值标准偏差

表 4 3台CT扫描仪图像CT值标准偏差与剂量测量值相关性分析 Table 4 Correlation analysis of dose measurements and standard deviations of CT values in images for 3 CT scanners

将TLD或剂量仪的长杆电离室探头置入剂量模体钻孔中测量，可较精确的评估模体内部的辐射剂量分布。随着多排CT扫描仪的辐射束宽度变宽，使用10 cm长空气电离室(CTDI₁₀₀)测量剂量积分的方法可能不再适用^[5]。TLD被广泛应用但也存在统计涨落较大，易受环境因素影响的缺点。在使用TLD进行比对时，其性能的精确测量和不确定因素的严格控制对测量结果有着直接的影响^[6]，TLD的使用也较为费时费力^[7]。本研究使用的RTI Piranha型CT机多功能检测仪剂量探头可在宽射线束和相关参数下对CT剂量进行测量，便捷地反映眼晶状体或乳腺等表浅器官的入射剂量。

逐层扫描时，X射线管-探测器系统绕被检体旋转1周，获得同一扫描床位的360°投影数据。在X射线管输出稳定的情况下，所采集数据与X射线管开始发出射线束时所在的位置(简称出束位置)无关，由此所产生的被检者器官剂量重复测量值也相同。本研究中，对离体头颅标本进行逐层扫描时，头颅标本右眼晶体表面入射剂量在重复20次扫描的情况下，与重复3次扫描的剂量测量值一致。这也证明，校正后的CT扫描仪和剂量计重复性好，输出稳定。

螺旋扫描时，由于数据采集重建的需要，需增加在扫描起始与结束的数据采集，故扫描范围通常要大于图像重建范围，且准直宽度和螺距越大无效剂量越大。与逐层扫描模式时封闭环绕照射不同，螺旋扫描时机架的旋转和检查床的匀速移动使X射线扫描的轨迹呈螺旋状。当兴趣解剖部位进入射线野时，X射线管在机架内的位置是随机的，同时X射线管开始出束的位置不同，对被检部位器官所产生的照射角度将会不同。因此，尽管扫描参数相同，但位于人体表面的辐射敏感器官所接收到的X射线的衰减程度不同，从而造成器官剂量的差异。本研究中螺旋扫描时的剂量测量结果显示，头颅和胸部重复扫描时表浅器官辐射剂量测量值均有较大的差异，表明相同参数下器官所接受到的辐射剂量是不同的。彭刚等^[8]的研究将胸部模体沿冠状切割面打开，在左右乳腺共放置8个TLD测量乳腺器官剂量。左右侧取均值或在器官内多重布点的方法，在减少辐射剂量测量值的差异方面是有帮助的。这只能在一定程度上改善重复扫描时测量值的一致性，因为多次扫描时左右腺体组织接收到的辐射剂量分布可能不同。结果显示，螺旋扫描时胸部剂量测量值的差异大于头部，说明差异性与被检体形状和密度分布也存在一定关系，因为被检体越接近圆柱形，密度越均匀，不同角度的射线强度差异越小。

不同CT设备使用的参数组合与剂量调制方法不尽相同，检查床的射线衰减能力也存在差异，都可能造成不同设备间所得结果的差异，因此本研究中不同设备间的差异不具备可比性。实验数据显示，3台CT多次重复扫描时剂量测量值和图像噪声均有较大差异，且图像噪声与剂量没有直接对应关系，甚至有的空气兴趣区的CT值标准偏差与剂量测量值D呈现正相关。这不利于剂量测量和对表浅器官的剂量优化，也不利于图像质量的稳定性。实验结果表明，本研究所用3台CT在螺旋扫描时出束位置均不确定，这影响螺旋CT射线分布模式，从而对表浅器官剂量测量值产生影响。辐射剂量值是某一点多角度照射剂量的累积，而图像质量则是所有投影角度数据综合作用的结果。即使剂量测量值接近时，由于出束位置不确定，剂量分布曲线可能表现为单峰、双峰或多峰，从而导致图像噪声与辐射剂量的不一致。

胸部CT扫描中降低成年女性乳腺剂量的技术有：管电流角度调制减少乳腺剂量10%~64%^[9]，部分角度扫描减少50%剂量^[10]，降低X射线kV可减少27%~50%剂量，使用乳腺区铋屏蔽也被证明儿童和成人可以分别减少21%和37%的乳腺剂量^[11]。本研究结果表明，3台CT扫描仪45次重复扫描时相对极差分别达到43.83%、25.31%、14.32%，表明表浅器官剂量测量值的差异可能会超过文献所述技术降低剂量的程度。在CT设备的研发中，有必要开发一种新的技术，扫描前根据定位像确定的扫描范围及邻近的射线敏感器官，系统自动选择最佳的X射线管出束位置，以保证所关注器官的辐射剂量最低，也有利于保持恒定的图像质量。

本研究的局限性在于，没有验证扫描床对辐射剂量重复性的影响；不同线束能量、螺距以及准直宽度对辐射剂量重复性的影响程度，有待于进一步研究。

总之，在CT螺旋扫描模式时，受检者表浅器官的剂量和图像噪声均有一定程度的变异度，在相关剂量优化研究中应考虑这一点。同时，期待一种能确定最佳出束位置的新技术在CT设备中出现。

利益冲突  本研究具有独立性与科学性，研究设计、收集、分析和文章撰写均由本文的共同作者完成，共同作者间无利益冲突关系。本研究与商业机构间无财务往来

作者贡献声明  张永县负责实验实施和论文撰写；牛延涛、鲜军舫负责研究设计、论文修改、审核；郭森林、刘丹丹负责协助扫描与数据采集；虞滨滨、康天良负责数据处理与分析