CT有效輻射量該如何計(jì)算？

在進(jìn)行完CT檢查之后，患者都會(huì)得到這樣一張輻射劑量的報(bào)告表。

在這張表格中，我們可以獲得大部分和掃描相關(guān)的信息。與輻射劑量相關(guān)的參數(shù)主要有兩個(gè)，CTDI vol和 DLP。那么哪個(gè)是有效輻射劑量，如果不是，患者的有效輻射劑量如何計(jì)算呢?

這里，先說一些背景知識(shí)：

由于電離輻射的兩大生物學(xué)效應(yīng)：確定性效應(yīng)(具有較大劑量閾值才會(huì)發(fā)生，且其嚴(yán)重程度取決于受照劑量大?。喝巛椛鋵?dǎo)致的白內(nèi)障)和隨機(jī)性效應(yīng)(不存在發(fā)生效應(yīng)的劑量閾值，但發(fā)生幾率與受照劑量大小有關(guān)：如誘發(fā)腫瘤與遺傳效應(yīng))的存在，輻射劑量增加對(duì)人體的危害會(huì)相應(yīng)地增加。一般而言，CT 掃描比普通 X 射線檢查劑量大，照射劑量的增加導(dǎo)致輻射誘發(fā)癌癥等隨機(jī)效應(yīng)的發(fā)生幾率增加。

2009 年，位于美國(guó)洛杉磯的Cedars-Sinai 醫(yī)療中心的一名患者在接受 CT 神經(jīng)灌注掃描后出現(xiàn)頭發(fā)脫落現(xiàn)象。該醫(yī)院經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，自 2008 年 2 月開始在 18 個(gè)月內(nèi)，共 206 名患者在 CT 過程中被錯(cuò)誤施加高達(dá)正常劑量值8 倍的輻射劑量。為了規(guī)范 CT 檢查的行為，美國(guó)食品藥品管理局(FDA)推薦在 CT 檢查中評(píng)估患者的接受的輻射劑量。

中國(guó)衛(wèi)生部于 2012 年公布新版《GBZ165-2012 X 射線計(jì)算機(jī)斷層攝影放射防護(hù)要求》，首次公布了針對(duì)不同人群、不同部位 CT 檢查的診斷參考水平。新版標(biāo)準(zhǔn) 2013 年 2 月 1 日起實(shí)施，舊版標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)廢止。根據(jù)《防護(hù)要求》，典型成年患者 X 射線 CT 檢查頭部、腰椎和腹部的診斷參考水平分別為 50mGy、35mGy 和 25mGy，0 - 1 歲兒童患者胸部和頭部診斷參考水平為 23mGy 和 25mGy，10 歲兒童患者胸部和頭部診斷參考水平為 26mGy 和28mGy?！斗雷o(hù)要求》提出，CT 工作人員應(yīng)在滿足診斷需要的同時(shí)，盡可能減少受檢者所受照射劑量。在開展 CT 檢查時(shí)，做好非檢查部位的防護(hù)，嚴(yán)格控制對(duì)診斷要求之外部位的掃描。要禁止用成人的輻射劑量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)來評(píng)估兒童的輻射劑量。

CT 劑量指數(shù)(CT Dose Index， CTDI)

CTDI 是指在 CT 檢查中，受檢者接收的射線平面內(nèi)的輻射劑量，一般是用 16cm(代表頭部和四肢)和 32cm(代表體部)的圓柱狀的充水體模進(jìn)行測(cè)量(單位：mGy)，1981 年首次由 Shope 提出后，先后被 FDA、IEC、CEC、IAEA 等多個(gè)權(quán)威組織所定義并采用，是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的一種 CT 劑量指標(biāo)，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)亦采用此概念。

目前國(guó)際上對(duì) CT 劑量的表征量和測(cè)量方法(包括模體種類)未有一致意見，ICRP 亦指出為避免混淆，應(yīng)明確各種 CTDI 定義的區(qū)別。

目前公認(rèn)的 CTDI 有以下三個(gè)，三個(gè)指數(shù)并不直接表征各種 CT 掃描所致受檢者的劑量，但與受檢者劑量密切相關(guān)。與吸收劑量有相同的量綱，以毫戈瑞(mGy)為單位。

1、CT 劑量指數(shù) 100(CTDI 100 )

CTDI 100 是迄今廣泛應(yīng)用的最基本的反映 CT 掃描劑量特征的表征量，可用于統(tǒng)一比較 CT 機(jī)性能。其定義為：CT 旋轉(zhuǎn)一周，將平行與旋轉(zhuǎn)軸(z 軸，即垂直于斷層平面)的劑量分布 D (z) 沿 Z 軸從 -50mm 到 +50mm積分，除以層厚 T 與掃描斷層數(shù) N 的乘積之商。即：

CTDI 100 可用熱釋光探測(cè)器(TLD)，在專用的 TLD 插件中進(jìn)行各點(diǎn)劑量分布的測(cè)量，進(jìn)而得出劑量分布曲線 D (z)，再依劑量分布曲線的半高寬(Full Width at Half Maximum，F(xiàn)WHM)通過擬合計(jì)算求得CTDI。CTDI 100 采用積分區(qū)間從 -50mm 到 +50mm，可用有效長(zhǎng)度正好為 100mm 的筆形電離室在通用標(biāo)準(zhǔn)劑量模體中方便地測(cè)量到，從而方便進(jìn)行 CT 機(jī)的驗(yàn)收與經(jīng)常性的質(zhì)量控制檢測(cè)等。

CTDI 100 這個(gè)最基本的表征量反映的是在標(biāo)準(zhǔn)甲基丙烯酸甲酯模體中測(cè)得某點(diǎn)空氣中沉積的 X 射線能量。

2、加權(quán) CT 劑量指數(shù)(CTDI W )

由于在同一個(gè)模體中不同位置的輻射劑量有所區(qū)別，因此為了更好的表達(dá)整體的輻射劑量水平，需要引入加權(quán) CT 劑量指數(shù)(CTDI W )的概念，其可以準(zhǔn)確反映掃描平面中的平均劑量。

CTDI 100 (中心)為在模體中心位置上的測(cè)量值;CTDI 100 (外周)表示在模體周邊四個(gè)不同位置上(至少以 90°為間隔的模體表面下 10mm 處)測(cè)量值的平均值。

目前普遍采用的與有效長(zhǎng)度 100mm 筆形電離室檢測(cè)儀器配套的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)玻璃劑量模體，分頭部模體(直徑160mm)與軀干模體(直徑 320mm)兩種，均呈長(zhǎng)度為140mm 的圓柱體狀，模體中心及其四周表面下 10mm 處都有專用的檢測(cè)電離室插孔(該孔不測(cè)量時(shí)即插入組織等效的有機(jī)玻璃棒)。

加權(quán) CT 劑量指數(shù)(CTDI w )已被選來作為 CT 診斷醫(yī)療照射的指導(dǎo)(參考)水平的表征量之一?？梢苑从扯鄬舆B續(xù)掃描的平均劑量(pitch=1 時(shí))，但對(duì)于不連續(xù)的多層掃描， CTDI w 不能準(zhǔn)確反映其平均劑量。

3、容積 CT 劑量指數(shù)(CTDI vol )

螺旋 CT 問世后，CTDI w 已經(jīng)不能準(zhǔn)確表征輻射劑量的水平，需要考慮螺距對(duì)掃描劑量的影響：

CT 螺距(因子)=Δd / N·T

Δ d 為 X 射線管每旋轉(zhuǎn)一周檢查床移動(dòng)的距離;

N 為一次旋轉(zhuǎn)掃描產(chǎn)生的斷層數(shù);

T 為掃描層厚

容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 反映整個(gè)掃描容積中的平均劑量。這也是我們的劑量報(bào)告表格中與劑量直接相關(guān)的第一個(gè)參數(shù)。

小結(jié)

容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 可由加權(quán) CT 劑量指數(shù) CTDI w 求得，而 CTDI w 則是劑量模體中心位置與周邊四個(gè)不同位置 CTDI 100 測(cè)量值的加權(quán)結(jié)果。因此：

CTDI 100 反映的是 CT 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模體中某一點(diǎn)所沉積的 X射線能量;

CTDI w 描述 CT 所掃描某一斷層平面上的平均劑量狀況;

CTDI vol 是描述多排(層)螺旋 CT 在整個(gè)掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量。

劑量長(zhǎng)度乘積 DLP

DLP 用來評(píng)價(jià)受檢者一次完整 CT 掃描的總的輻射劑量。對(duì)于序列掃描 DLP(單位：mGy·cm)，可以表述為：

DLP=i∑nCTDIw·nT·N·C

i 為 X-CT 掃描序列數(shù);

N 為旋轉(zhuǎn)圈數(shù);

nT 為每旋轉(zhuǎn)一圈的標(biāo)稱限束準(zhǔn)直寬度(cm);

C 為 X 射線管每旋轉(zhuǎn)一周的管電流與曝光時(shí)間之積(mAs);

nCTDI w 則表示與所用管電壓和總標(biāo)稱限束準(zhǔn)直寬度相對(duì)應(yīng)的歸一的加權(quán) CT 劑量指數(shù)(mGy·mA -1 ·s -1 )。

對(duì)于螺旋掃描 DLP 可方便地表達(dá)為：

DLP=CTDI vol × L

CTDI vol 為多排(層)螺旋 CT 掃描的容積 CT 劑量指數(shù);

L 為沿 Z 軸的掃描長(zhǎng)度。

有效劑量D：

在獲得累計(jì)輻射劑量之后，這個(gè)參數(shù)還不是最終患者接受的輻射劑量，受檢者的輻射劑量終將落實(shí)到有關(guān)各組織或器官的吸收劑量(D)，組織或器官的吸收劑量是 X射線積在受檢者單位質(zhì)量組織或器官里的能量。

單位 ： Gy， 1Gy=1 焦?fàn)?middot; 千克 -1 (J·kg -1 )100c Gy=100rad

組織或器官的吸收劑量的嚴(yán)格定義是物理意義上的點(diǎn)量，即吸收劑量是指致電離輻射授予某一體積元內(nèi)物質(zhì)的平均能量除以該體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量而得的商。即：D=dε / dm

組織或器官的吸收劑量是最完整地表征受檢者所接受的X 射線照射的量，然而大多數(shù)情況下是不可能直接測(cè)量的，通過體模模擬研究可以解決：

用仿真人體模型，借助 TLD 和其它發(fā)光劑量計(jì)等探測(cè)器，測(cè)量受檢者組織或器官的吸收劑量及其分布，采用蒙特卡羅(Monte Carlo)方法運(yùn)算，估算組織或器官的吸收劑量。

吸收劑量的生物效應(yīng)決定于射線的種類和照射條件。如相同的吸收劑量，α射線對(duì)生物體危害比 X 線大 20 倍。在輻射防護(hù)中，將個(gè)人或集體實(shí)際接收的或可能接收的吸收劑量根據(jù)組織生物效應(yīng)加權(quán)修正，經(jīng)修正后的吸收劑量在放射防護(hù)中稱為當(dāng)量劑量。

當(dāng)量劑量的單位與吸收劑量一樣，即焦?fàn)?middot; 千克 -1 (J·kg -1 )，專名是 Sv，

1Sv=1J·kg-1 (=1Gy)

比較不同類型放射學(xué)檢查的相對(duì)電離輻射風(fēng)險(xiǎn)，并且考慮到不同組織或器官的不同輻射敏感性時(shí)，采用以希沃特(Sivert， Sv)為單位的有效劑量 E 來表征。全身有效劑量是一個(gè)反映非均勻照射歸一到全身照射危險(xiǎn)度的劑量參數(shù)。

有效劑量(Effective Dose)專指當(dāng)所考慮的效應(yīng)是隨機(jī)性效應(yīng)(例如輻射誘發(fā)的癌癥等)時(shí)，在全身非均勻照射的情況下，人體所有組織或器官的當(dāng)量劑量的加權(quán)總和。即：

E=∑WT·HT

HT 為組織或器官 T 所受的當(dāng)量劑量;WT 為 T 的組織權(quán)重因子。

有效劑量是器官和 / 或組織的當(dāng)量劑量按各組織權(quán)重因子加權(quán)之和。

螺旋 CT 的有效劑量

利用 CTDI vol 及其掃描長(zhǎng)度 L 計(jì)算出劑量長(zhǎng)度乘積 DLP，再乘以特定的轉(zhuǎn)換系數(shù) k 來估計(jì)出有效劑量 E：

E=k·DLP

轉(zhuǎn)換系數(shù) k(mSv·mGy -1 ·cm -1 ) 與檢查部位有關(guān)。

同一個(gè)體的不同部位對(duì)相同輻射劑量的敏感程度不同，具體表現(xiàn)為 K 值的不同。K 值是不同部位的歸一化有效劑量權(quán)重因子。同一解剖部位，年齡越大，K 值越小;同一年齡段個(gè)體的頭頸部 K 值小于腹、盆部。另外不同器官對(duì)射線的敏感性不同，敏感器官包括眼晶體、甲狀腺、乳房、生殖腺和造血系統(tǒng)等。在受到不必要的或過量的放射線照射時(shí)，人體發(fā)生白內(nèi)障、甲狀腺癌及乳腺癌的概率會(huì)增加。

體型特異性掃描劑量評(píng)估(Size-Specific Dose Estimates， SSDE)

以上這些評(píng)估方法主要是根據(jù)模體測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行推測(cè)，由于實(shí)際患者的體型并非圓柱體，且密度有有差別，因此使用上述方法對(duì)于準(zhǔn)確反映患者接受的輻射劑量會(huì)存在誤差。2011 年，美國(guó)醫(yī)學(xué)物理家協(xié)會(huì)(American Association of Physicists in Medicine， AAPM) 提出了體型特異性掃描劑量評(píng)估(Size-Specific Dose Estimates， SSDE)的方法。

SSDE 計(jì)算了有效直徑(Effectivediameter， ED)的概念，指假設(shè)被掃描患者有一個(gè)圓形的橫截面，沿著其頭足方向的某一個(gè)給定位置處的直徑。雖然體部的某些部位有近似的圓截面，但大部分位置不是。因此有效直徑可以被認(rèn)為是與患者體部橫截面面積相等的圓的直徑。SSDE 指經(jīng)過患者體型校正的患者接受的 CT 劑量估算值，是基于 CT 操作界面上顯示的容積 CT 劑量指數(shù) CTDI vol 通過體型相關(guān)轉(zhuǎn)換系數(shù)得到的。相對(duì)于上述評(píng)估方法，SSDE 相對(duì)準(zhǔn)確，不過 SSDE 估算值與患者接受輻射的真實(shí)值之間，仍有一定的差距。

在 CT 檢查中可使用防護(hù)圍脖、眼罩和乳腺表面屏蔽等進(jìn)行防護(hù)。在設(shè)置掃描參數(shù)的時(shí)候，要時(shí)刻注意 ALARA原則，ALARA 原則是全世界醫(yī)學(xué)物理輻射安全計(jì)劃的指導(dǎo)原則，和持續(xù)地、科學(xué)地審視劑量和成像質(zhì)量之間的聯(lián)系以不斷促進(jìn)低劑量、高質(zhì)量的成像技術(shù)發(fā)展的主要?jiǎng)恿??？傊砻嫫帘畏ê颓爸脼V線器方法均可與其他降低劑量的方法聯(lián)合應(yīng)用，如減小掃描覆蓋范圍、管電壓調(diào)節(jié)、管電流調(diào)節(jié)、縮短掃描時(shí)間、迭代算法等技術(shù)，進(jìn)一步降低敏感器官所受輻射劑量。