中华放射医学与防护杂志  2026, Vol. 46 Issue (5): 471-477   PDF    
引用本文
文大光, 宋婷妮, 张晓咏, 彭晶, 宋建安, 叶硕奇, 田毅, 李真林, 夏春潮. 铅单巾放置位置对自动管电流调制技术CT胸部扫描辐射剂量及性腺辐射剂量影响的体模研究[J]. 中华放射医学与防护杂志, 2026, 46(5): 471-477, DOI: 10.3760/cma.j.cn112271-20250812-00290.
铅单巾放置位置对自动管电流调制技术CT胸部扫描辐射剂量及性腺辐射剂量影响的体模研究
文大光1 , 宋婷妮1 , 张晓咏2 , 彭晶2 , 宋建安3 , 叶硕奇4 , 田毅4 , 李真林1 , 夏春潮1     
1. 四川大学华西医院放射科, 成都 610041;
2. 飞利浦医疗临床科研部, 成都 610041;
3. 福禄克测试仪器(上海)有限公司, 上海 200335;
4. 上海西门子医疗器械有限公司, 上海 201318
收稿日期: 2025-08-12
基金项目: 四川大学华西医院学科卓越发展1·3·5工程项目(ZYGD23024)
通信作者: 夏春潮, Email: xiachunchao@wchscu.cn
[摘要] 目的 探究不同铅单巾放置位置对CT胸部扫描中性腺散射剂量、扫描剂量指标及管电流调制的影响, 提出防护距离优化方案。方法 使用5种不同探测器宽度的西门子CT机型(16排Scope/19.2 mm、32排Go Up/22.4 mm、64排Flash/38.4 mm、96排Force/57.6 mm、光子计数CT/57.6 mm与19.2 mm)对仿真人体模型进行胸部CT扫描。设置不同铅单巾放置位置, 铅单巾上缘距扫描野下缘0、2、4、6 cm及无防护组, 记录容积CT剂量指数(CTDIvol)、剂量长度乘积(DLP)、RaySafe X2(RX2)空气电离室测量性腺吸收剂量, 并分析管电流分布。结果 最佳防护位置与探测器宽度密切相关, 探测器宽度在19.2~22.4 mm, 防护位置为2 cm时, 扫描区域整体辐射剂量指标(CTDIvol、DLP)与无防护差异 < 2%;探测器宽度为38.4与57.6 mm, 需防护位置达到6 cm方可消除差异(ΔCTDIvol≤0.072 mGy, ΔDLP≤2.1 mGy·cm)。所有机型在优化防护距离下, 模拟卵巢位置剂量降幅达55.6%~70.3%, 且扫描区域整体辐射剂量指标增幅均控制增幅≤2.1%, 铅单巾各防护位置均使男性性腺剂量低于仪器检测下限。近距离防护时, 扫描野足侧末端层面管电流异常升高(>20%), 受影响层数及范围随探测器宽度增大而增加(如Force在防护位置距离扫描区域0 cm时异常范围达75 mm), 防护位置远离扫描区域可消除此现象。结论 铅单巾放置位置需根据探测器宽度个体化选择(19.2~22.4 mm探测器: 2 cm; 38.4与57.6 mm探测器: 6 cm), 可在确保扫描区域整体辐射剂量指标稳定的前提下, 显著降低卵巢散射剂量(>55%), 为临床辐射防护优化提供实证依据。
[关键词] 计算机体层成像    铅单巾    自动管电流调制技术    
Impact of lead apron placement on radiation dose in automatic tube current modulation CT chest scans and on gonadal radiation dose: A phantom study
Wen Daguang1 , Song Tingni1 , Zhang Xiaoyong2 , Peng Jing2 , Song Jian'an3 , Ye Shuoqi4 , Tian Yi4 , Li Zhenlin1 , Xia Chunchao1     
1. Department of Radiology, West China Hospital of Sichuan University, Chengdu 610041, China;
2. Philips Healthcare Clinical Research Department, Chengdu 610041, China;
3. Fluke Test Instruments (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 200335, China;
4. Siemens Shanghai Medical Equipment Ltd., Shanghai 201318, China
Fund programs: 1 ·3 ·5 Project for Discipline Excellence Development, West China Hospital, Sichuan University (ZYGD23024)
Corresponding author: Xia Chunchao, Email: xiachunchao@wchscu.cn
[Abstract] Objective To investigate the effects of different lead apron placement positions on gonadal scatter dose, scan dose metrics, and interference with tube current modulation during multi-model CT chest scans and to propose an optimized shielding distance protocol. Methods Chest CT scans were performed on an anthropomorphic phantom using five Siemens CT models with varying detector widths: a 16-row Scope (19.2 mm), a 32-row Go Up (22.4 mm), a 64-row Flash (38.4 mm), a 96-row Force (57.6 mm), and a photon-counting CT (57.6 and 19.2 mm). The lead apron was placed with its superior edge at 0, 2, 4, and 6 cm from the inferior edge of the scan field, with an unshielded group serving as control. Recorded parameters included volume computed tomography dose index(CTDIvol), dose length product(DLP), gonadal dose measured with an RaySafe X2(RX2)air ionization chamber, and tube-current distribution. Results The optimal shielding position was closely related to detector width. For detector widths of 19.2-22.4 mm, a 2-cm distance resulted in differences of < 2% in CTDIvol and DLP compared with the unshielded group. For detector widths of 38.4 and 57.6 mm, a 6-cm distance was required to eliminate significant differences (ΔCTDIvol ≤ 0.072 mGy, ΔDLP ≤ 2.1 mGy·cm). At these optimized positions, the simulated ovarian dose reduction ranged from 55.6% to 70.3% across all scanners, while the increase in chest dose was ≤2.1%. Male gonadal doses fell below the detection limit of the instrument for all shielding positions. Close-range shielding (0 cm) caused abnormal tube-current increases (>20%) in the most caudal slices of the scan field. The number and extent of affected slices increased with detector width (e.g., up to 75 mm for Force with lead apron at 0 cm), and this effect was eliminated when the shield was placed farther from the scan area. Conclusions The placement of the lead apron should be individualized according to detector width: 2 cm for detectors of 19.2-22.4 mm, and 6 cm for detectors of 38.4 and 57.6 mm. This strategy ensures stable chest dose metrics while significantly reducing ovarian scatter dose (>55%), providing an evidence-based approach for optimizing clinical radiation protection.
[Key words] Computed Tomography    Lead shielding    Automatic exposure control (AEC)    

CT检查是公众医源性电离辐射的主要来源，其潜在致癌风险备受关注[1-5]。业界持续优化扫描参数及重建算法，力求降低辐射剂量[6-10]。铅屏蔽作为防护手段之一，可减少散射辐射，对敏感器官形成定向保护[11-12]。而铅屏蔽效能有显著位置依赖性。若屏蔽体靠近主射线束，其高衰减特性可被自动曝光控制系统(automatic exposure control，AEC)误判为高密度组织，触发管电流补偿性增加，升高受检者剂量[13-16]。现有共识建议铅屏蔽须置于扫描野外，且距主射线束边界≥5 cm[17-18]。但有研究提示，即使距离达7.5 cm，大螺距扫描时仍可能干扰曝光控制系统[19]。铅屏蔽放置位置对AEC影响及对敏感器官剂量降低效果缺乏基于不同探测器宽度的系统评估。本研究通过多机型体模实验，探究铅屏蔽放置位置对6种不同探测器宽度机型AEC的干扰情况，并测量性腺模拟点剂量变化，旨在建立基于探测器的个体化防护模型，为精准辐射防护提供实证依据。

材料与方法

1. 一般材料：采用成都方拓仿真技术有限责任公司的中国人辐照仿真人体模型，如图 1所示。本研究所用铅单巾铅当量为0.5 mmPb。屏蔽方式均采用360°包裹式屏蔽。

图 1 仿真人体模型(A)与胸部扫描时仿真人体模型的定位图像(B) Figure 1 Anthropomorphic phantom (A) and its scout image during chest scanning (B)

2.CT扫描：使用德国西门子16排Scope、32排Go Up、64排Flash、96排Force、光子计数Alpha等不同探测器宽度的机型对体模进行CT胸部扫描。扫描方向自头向足，扫描范围肺尖至肺底，总长度为251 mm。各设备扫描参数列于表 1。每台设备均使用Care Dose 4D进行自动mA调制。根据铅单巾上缘与扫描野下缘的距离不同分为4组：0(2组)、2(3组)、4(4组)和6 cm(5组)，无防护(1组)作为对照组。每组行10次扫描。使用容积CT剂量指数(volume computed tomography dose index，CTDIvol)和剂量长度乘积(dose length product，DLP)评估每台设备胸部扫描区域整体辐射剂量。采用Raysafe X2空气电离室CT探头(上海Fluke Biomedical公司，RaySafe X2，CT Sensor，简称RX2，量程为10 μGy~999 Gy) 测量体模的女性生殖器平面表面和中心、男性生殖器表面吸收剂量，将探头紧贴男性生殖器(睾丸)及盆腔测量其受照射情况，将探头水平置于在脐与髂前上棘连线的中点与耻骨联合中点间作连线中点层面，模拟女性生殖器(卵巢)受照射情况。使用德国西门子原厂软件重建扫描数据，重建层厚为5 mm，使用西门子自带图像浏览软件记录每层的管电流，计算变化量，反映铅单巾对AEC的影响。

表 1 各设备扫描参数 Table 1 Technical scanning parameters for each CT system

3.统计学处理：使用SPSS 27.0软件进行统计学分析。计量资料符合正态分布，用 x±s表示。数据进行单因素方差分析，组间进行两两比较，方差齐使用Tukey HSD检验，不齐使用Dunnett T3检验。P＜0.05为差异具有统计学意义。计算各组每层管电流均值$\bar{A} $与未防护对应层面管电流均值$\bar{A}_0 $，该层与未防护存在的差异$S=\left(\bar{A}-\bar{A}_0\right) / \bar{A} $, 值超过20%则认为差异较明显[20]。

结果

1.铅单巾放置于不同防护位置的胸部CTDIvol和DLP比较：铅单巾放置于不同防护位置的CTDvol和DLP列于表 2，3。铅单巾距扫描野的距离增加显著影响扫描区域整体辐射剂量指标，CTDIvol与DLP呈现同步变化趋势。Scope (探测器宽度19.2 mm)、光子薄层(探测器宽度19.2 mm)在2 cm距离时，CTDIvol差异＜1%。32排Go up(探测器宽度22.4 mm)在2 cm时CTDIvol较无防护升高1.3%，DLP同步升高1.1%，需增至4 cm距离可使CTDIvol与DLP差异＜1%。64排Flash(38.4 mm)在4 cm时CTDIvol显著升高4.9%，DLP升高4.7%；至6 cm时CTDIvol差异缩小至0.88%，DLP同步缩小至0.97%。96排Force(57.6 mm)在6 cm时CTDIvol差异为2.1%，DLP同步为2.2%。光子常规(57.6 mm)在6 cm时CTDIvol、DLP与无防护差异＜1%。

表 2 铅单巾放置于不同防护位置的胸部扫描区域整体CTDIvol比较(mGy，x±s) Table 2 Comparison of overall chest CTDIvol in the scanning area with lead aprons placed at different protective positions (mGy, x±s)

表 3 铅单巾放置于不同防护位置的胸部扫描区域整体DLP比较(mGy·cm，x±s) Table 3 Comparison of overall chest DLP in the scanning area with lead aprons placed at different protective positions(mGy·cm, x±s)

2.铅单巾放置于不同防护位置各个层面mA分布：西门子16排Scope、64排Flash、96排Force重建层数为51层。32排Go Up与光子计数Alpha为50层。所有机型的管电流均值差异如图 2所示。在近距离防护(0 cm)时，Scope、Flash、Force、光子常规、光子薄层出现管电流异常升高(>20%差异)。Scope机型(19.2 mm)在0 cm防护时管电流异常升高层面为4(长度2 mm)，与探测器宽度相当，距离增至2 cm异常层面消失。Flash(38.4 mm)机型在0 cm时异常层面宽50 mm，至6 cm距离时完全恢复正常。Force (57.6 mm)机型在0 cm时异常层面宽75 mm，6 cm时差异消失。光子常规(57.6 mm)扫描在0 cm时异常层面宽20 mm，2 cm时恢复正常；光子薄层在0 cm时异常层面宽15 mm存在差异，2 cm时恢复。Go up管电流差异未超过20%。

图 2 不同型号CT中铅单巾放置于不同防护位置的各层面mA差异比较  A. Scope；B. Go up；C. Flash；D. Force；E. 光子常规；F. 光子薄层 Figure 2 Tube current (mA) variations with lead aprons placed at different protective in different CT scaner  A. Scope; B. Go up; C. Flash; D. Force; E. Photon-counting CT 144-slice scanning mode; F. Photon-counting CT 96-slice scanning mode

3.性腺的吸收剂量：性腺的吸收剂量列于表 4。无防护时女性性腺剂量在Scope机型仅占胸部扫描剂量0.99%，Go up机型为1.28%，Flash机型为0.88%，Force机型为1.03%，光子常规为0.85%，光子薄层为0.73%。无防护时各机型的男性性腺剂量测量值分别为：Scope为(0.044 5±0.000 5)mGy；Go up为(0.054 2±0.000 9)mGy；Flash为(0.029 8±0.000 8)mGy；Force为(0.028 7±0.000 2)mGy；光子常规为(0.036 7±0.000 3)mGy；光子薄层为(0.032 0±0.000 2)mGy。无防护时男性性腺剂量Scope机型上占胸部扫描剂量0.63%，Go up机型为0.97%，Flash机型为0.67%，Force机型为0.85%，光子常规为0.86%，光子薄层为0.71%。女性卵巢剂量在防护后降低。Scope、Go up、Force、光子常规、光子薄层能在铅屏蔽0 cm获得最大防护收益，最大可达76.9%(Go up)。不同防护距离下，性腺的吸收剂量均值最大差异为0.008 5 mGy。所有防护距离下男性睾丸位置均未检出可测量剂量。

表 4 铅单巾放置于不同防护位置的女性性腺吸收剂量(RX 2测量值)对比(mGy, x±s) Table 4 Female gonadal radiation dose comparison with lead aprons placed at different protective (mGy, x±s)

讨论

本研究系统评估了铅单巾放置位置对不同CT机型胸部扫描中散射至性腺区域剂量的影响，以及其对扫描剂量指标(CTDIvol, DLP)及管电流调制(mA)分布的影响。

研究发现，当铅单巾放置过近，其边缘进入或靠近当前扫描的探测器Z轴有效覆盖范围时，会部分阻挡入射X射线束。Care Dose 4D等自动管电流调制系统误判该区域需要更高剂量以达到预设图像质量，会显著提升相应扫描位置(通常是扫描野足侧末端层面)的管电流(造成>20%差异)。这种现象是自动管电流调制系统遇到非患者解剖结构(如铅单巾)干扰时的直接表现[13-16]，仅有当铅单巾需放置在足够远处，才能避免不必要的mA补偿，降低胸部吸收剂量。铅单巾放置位置是否影响AEC与探测器宽度息息相关。较窄的探测器(如Scope 19.2 mm, Go Up 22.4 mm, 光子薄层19.2 mm)在略大于其探测器宽度的防护距离下可使剂量指标(CTDIvol，DLP)接近无防护水平(差异＜2%)，且管电流异常升高的范围消失。相反，较宽的探测器(如Flash 38.4 mm, Force 57.6 mm, 光子常规57.6 mm)则需要更远的防护位置才能使胸部剂量指标差异降至＜2%(最小值为0.002 mGy，最大为0.072 mGy)。有研究报道，安装时间不同的两台Force对于胸部前后径平均值相近的患者(22.66 cm vs 22.83 cm)胸部扫描剂量差异达到0.25 mGy[21]。合理铅单巾位置引起的差异已明显小于其他因素引起的剂量差异。本研究发现设置铅单巾后，不同机型在不同扫描层面mA所受影响呈现异质性。这种差异可能与各机型所采用的图像重建算法及曝光控制中的自动管电流调制机制有关。

无防护时所有机型的男性、女性性腺模拟位置的吸收剂量均未超过扫描区域整体的剂量指标的1.5%，大部分机型不足1%。针对模拟女性性腺，若铅单巾放置位置不当，虽可降低性腺剂量，但会引起扫描区域整体剂量指标的显著上升。这表明，铅单巾的设置位置应依据受检者所需保护的具体器官进行针对性选择，以实现防护效果与扫描剂量之间的最佳平衡。不同防护位置下，性腺的吸收剂量差异小，最大差异(Go Up：0与4 cm)不足0.009 mGy，此时扫描区域整体CTDIvol差异达到0.11 mGy。对于女性患者，设置铅单巾可以减少性腺55%~76%的吸收剂量，设置后不同位置的吸收差异不大，而扫描区域整体的剂量指标差异较大，此时可以考虑铅单巾放置不同位置对扫描区域整体的剂量指标的干扰。所有机型在保证扫描区域整体的剂量指标增幅≤2.1%，性腺吸收剂量降幅仍可达55.6%~70.3%(如Scope-2 cm降70.3%，Force-6 cm降59.1%)。所有防护距离下紧贴体表睾丸位置的RX 2均未测到可记录剂量。这可能因为睾丸位于扫描野外体表，散射辐射本底本身已很低，且铅屏蔽阻挡效果更直接。以往研究得到相似的结果[12]。这一结果提示，在常规胸部CT中，对于男性患者，设置铅屏蔽后降低性腺吸收剂量，降低的值与铅单巾设置位置相关性不强，可重点考虑扫描区域整体的剂量指标的影响。本研究证实，在胸部CT扫描中，根据不同探测器宽度确定铅单巾合理放置位置，可降低女性性腺区域的辐射剂量且对计划扫描区域的剂量(CTDIvol和DLP)影响较小。

本研究尚存在一定的局限性。首先，实验基于标准体模，可能与真实人体对剂量分布的准确性存在一定的影响。其次，睾丸敏感器官的测量结果为阴性，该结果可能需使用更灵敏的剂量计或在更贴近真实组织深度的条件下进一步验证。第三，所有数据均来源于西门子CT设备及其Care Dose 4D自动曝光控制系统，结论外推至其他设备需谨慎。第四，本研究采用Raysafe X2空气电离室CT探头进行测量，而未使用热释光剂量计，这可能对深部或小视野区域的剂量评估精度造成一定影响，课题组未来将采用热释光剂量计在患者真实场景上进行测量。最后，本研究未探讨管电压、螺距等其他扫描参数对防护效果的影响；实验仅针对特定敏感器官的散射剂量进行测量，未能全面评估非扫描区域的辐射剂量空间分布及其潜在健康风险，有待后续研究进一步完善。

利益冲突  无

作者贡献声明  文大光负责实验设计、数据处理、数据分析、论文撰写和修改；宋婷妮、负责实验设计、论文修改；张晓咏、彭晶参与论文撰写与修改；宋建安、叶硕奇、田毅参与技术指导与论文修改；李真林、夏春潮制定研究方向、负责实验设计、指导论文修改

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