影像扫描技术辐射剂量单位与低剂量扫描

••CT扫描受检者的辐射剂量表达及低剂量扫描的应用•医学影像科•张羽•一、CT扫描受检者的辐射剂量表达•CT剂量指数(CTDoseIndex,CTDI)是CT设备辐射剂量特性的实用表征量。•1981年首次由Shope提出后,先后被FDA、IEC、CEC、IAEA等多个权威组织所定义并采用。我国国家标准亦采用此概念。•目前国际上对CT剂量的表征量和测量方法(包括模体种类)未有一致意见,ICRP亦指出为避免混淆,应明确各种CTDI定义的区别：•CTDI100：-50mm~+50mm；•CTDIFDA：-7T~+7T;•CTDIair：-∞~+∞•三者的区别主要在于剂量曲线积分长度、有无模体、及何种模体。•目前公认的CTDI有以下三个：•1、CT剂量指数100（CTDI100）；•2、加权CT剂量指数（CTDIW）；•3、容积CT剂量指数（CTDIvol）。•三个指数并不直接表征各种CT扫描所致受检者的剂量，但与受检者剂量密切相关。与吸收剂量有相同的量纲，以毫戈瑞（mGY）为单位。CT扫描受检者的辐射剂量表达1、CT剂量指数100（CTDI100）•CTDI100是迄今广泛应用的最基本的反映CT扫描剂量特征的表征量，可用于统一比较CT机性能。•定义：CT旋转一周，将平行与旋转轴（Z轴，即垂直于断层平面）的剂量分布D（Z）沿Z轴从-50mm到+50mm积分，除以层厚T与扫描断层数N的乘积之商。即：•CTDI100可用热释光探测器(TLD)，在专用的TLD插件中进行各点剂量分布的测量，进而得出剂量分布曲线D(z)，再依剂量分布曲线的半高宽(FullWidthatHalfMaximum，FWHM)通过拟合计算求得CTDI。•CTDI100采用积分区间从-50mm到+50mm，舍弃原先从-7T到+7T等多种定义，可用有效长度正好为100mm的笔形电离室在通用标准剂量模体中方便地测量到，从而方便进行CT机的验收与经常性的质量控制检测等。•CTDI100这个最基本的表征量反映的是在标准甲基丙烯酸甲酯模体中测得某点空气中沉积的X射线能量。1、CT剂量指数100（CTDI100）的测量2、加权CT剂量指数（CTDIW）•加权CT剂量指数（CTDIW）－－反映扫描平面中的平均剂量。•CTDI100(中心)为在模体中心位置上的测量值；•CTDI100(外周)表示在模体周边四个不同位置上(至少以90°为间隔的模体表面下10mm处)测量值的平均值。•加权CT剂量指数（CTDIW）已被选来作为CT诊断医疗照射的指导（参考）水平的表征量之一。•可以反映多层连续扫描的平均剂量（pitch=1时），但对于不连续的多层扫描，CTDIW不能准确反映其平均剂量。因为加权CT剂量指数是由CT剂量指数100计算出来的，所以其测量的就是旋转一圈曝光一次的辐射量。对于旋转两圈或半圈曝光一次的扫描不可使用2、加权CT剂量指数（CTDIW）的测量•目前普遍采用的与有效长度100mm笔形电离室检测仪器配套的标准有机玻璃剂量模体，分头部模体(直径160mm)与躯干模体(直径320mm)两种，均呈长度为140mm的圆柱体状，模体中心及其四周表面下10mm处都有专用的检测电离室插孔(该孔不测量时即插入组织等效的有机玻璃棒)。3、容积CT剂量指数（CTDIvol）•螺旋CT问世后，需要考虑螺距对扫描剂量的影响：•CT螺距（因子）=Δd/N·T•Δd为X射线管每旋转一周诊视床移动的距离；•N为一次旋转扫描产生的断层数；•T为扫描层厚•事实上N·T就是近似等于X球管照射到人体的宽度。随着多排CT的产生，相应的探测器长度增加，X线球馆准直器的宽度也相应的增加。（准直器宽度）测量所受到的辐射剂量需要实际照射到人体的长度而不是床板移动的距离。•CTDIvol＝CTDIw／CT螺距（因子）＝（N·T/Δd）×CTDIw•容积CT剂量指数CTDIvol反映整个扫描容积中的平均剂量。4、CTDI100、CTDIw与CTDIvol的关系•容积CT剂量指数CTDIvol可由加权CT剂量指数CTDIw求得，而CTDIw则是剂量模体中心位置与周边四个不同位置CTDI100测量值的加权结果。因此：•CTDI100反映的是CT标准测量模体中某一点所沉积的X射线能量；•CTDIw描述CT所扫描某一断层平面上的平均剂量状况；•CTDIvol是描述多排(层)螺旋CT在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量。因为床板移动的长度并非是实际照射长度。5、剂量长度乘积（DoseLengthProduct,DLP)•DLP－－评价受检者一次完整CT扫描的总的辐射剂量。•1.序列扫描DLP(单位：mGy·cm)表达为：DLP=i∑nCTDIw·nT·N·C•i为X-CT扫描序列数；•N为旋转圈数；•nT为每旋转一圈的标称限束准直宽度(cm)；•C为X射线管每旋转一周的管电流与曝光时间之积(mAs)；•nCTDIw则表示与所用管电压和总标称限束准直宽度相对应的归一的加权CT剂量指数(mGy·mA-1·s-1)。•2.螺旋扫描DLP可方便地表达为：DLP=CTDIvol×L•CTDIvol为多排(层)螺旋CT扫描的容积CT剂量指数；•L为沿Z轴的扫描长度。二、吸收剂量与有效剂量•1、吸收剂量的定义•受检者的辐射剂量终将落实到有关各组织或器官的吸收剂量(D)，•组织或器官的吸收剂量是X射线积在受检者单位质量组织或器官里的能量。•单位:Gy,1Gy=1焦尔·千克-1(J·kg-1)100cGy=100rad•吸收剂量是指致电离辐射授予某一体积元内物质的平均能量除以该体积元内物质的质量而得的商。即：•组织或器官的吸收剂量是最完整地表征受检者所接受的X射线照射的量，然而大多数情况下是不可能直接测量的，通过体模模拟研究可以解决•吸收剂量的生物效应决定于射线的种类和照射条件。如相同的吸收剂量，α射线对生物体危害比X线大20倍。在辐射防护中，将个人或集体实际接收的或可能接收的吸收剂量根据组织生物效应加权修正所得到的吸收剂量在放射防护中称为当量剂量。•当量剂量的单位与吸收剂量一样，即焦尔·千克-1(J·kg-1)，专名是Sv，•1Sv=lJ·kg-1（=1Gy）2、组织或器官的吸收剂量（D）的估算•比较不同类型放射学检查的相对电离辐射风险，并且考虑到不同组织或器官的不同辐射敏感性时，采用以希沃特(Sivert，Sv)为单位的有效剂量E来表征。•全身有效剂量是一个反映非均匀照射归一到全身照射危险度的剂量参数。•有效剂量是器官和/或组织的当量剂量按各组织权重因子加权之和。3.全身有效剂量(E)•螺旋CT的有效剂量：利用CTDIvol及其扫描长度L计算出剂量长度乘积DLP，再乘以特定的转换系数k来估计出有效剂量E：•E=k·DLP•转换系数k(mSv·mGy-1·cm-1)全身有效剂量与检查部位有关。3.全身有效剂量(E)•当短时辐射量低于100毫西弗时，对人体没有危害；•如果超过100毫西弗，会对人体造成危害；•100到500毫西弗时，人们不会有感觉，但血液中白细胞数会减少；•1000到2000毫西弗时，可导致轻微的射线疾病，如疲劳、呕吐、食欲减退、暂时性脱发、红细胞减少等；•2000到4000毫西弗时，人的骨髓和骨密度受到破坏，红细胞和白细胞数量大量减少，有内出血、呕吐等症状；•大于4000毫西弗时能危及生命，但依然可以救治，成功率可达90%；•超过6000毫西弗时，救治存在一定困难；•超过8000毫西弗时，救治希望会比较渺茫。•对公众的个人当量剂量限制，及对公众个人所受的辐射照射的年剂量应当低于下列限制：全身：5msv，单个组织或器官：50msv辐射对人体的危害三、低剂量胸部CT•1、低剂量胸部CT扫描的定义•1.什么是胸部低剂量CT（LDCT）？•——是一种辐射剂量低于普通胸部CT，但发现肺部病变能力相当的检查方法。•——标准低剂量CT筛查要求在16层以上的CT进行。120kv以下或以下，40ms或以下，有效剂量小于1msv。•2.低剂量CT筛查的辐射量是多少？•——标准低剂量CT筛查的有效剂量（ED）约1msv（约常规胸部CT检查剂量1/5至1/6），远低于世界平均自然本底辐射3msv。•——进行每年低剂量胸部CT筛查是安全的。2、低剂量胸部CT扫描•（1）扫描参数：•管电压120kVp，管电流20mAs-50mAs（≤30mAs）；扫描层厚5mm，层间距5mm；重建层厚1.0～1.25mm连续（层间隔为0）；（2）扫描范围：•从肺尖到肋膈角（包括全部肺），受检者吸气末一次屏气•完成扫描（检查时应有专人训练受检者屏气）；•（3）图像储存：•将5mm层厚常规CT图像、1.0～1.25mm薄层的连续横断•面图像传入图像储存与传输系统（Picturearchivingand•communicationsystems,PACS）并刻录光盘存档；•（4）开启螺旋CT的“DoseReport（剂量报告）”功能•：记录扫描时的剂量参数：剂量长度乘积（DLP）、容积•CT剂量加权指数（CTDIvol）。疑问：为什么没有改变管电压，而只单单降低了管流流量？•（1）管电压影响了X线的质和量，管电压越高穿透性就越强，当体厚一定时，管电压下降到某一限值，X线的穿透性会立即减弱，产生的CT图像会受到大量散射伪影干扰，图像质量会迅速下降。所以一般保持管电压不变。•（2）管电流量与辐射剂量成线形相关，管电流量降低，X线量减少，量子噪声增加，图像密度分辨率下降，即对比度变差。对于高对比度的肺部来说影响不大，所以是目前降低辐射量的主要方式之一。•（3）通过螺距（PITCH）来降低辐射量，螺距的增加也以降低辐射量，但是螺距的增宽会使得层面敏感曲线增宽，使得影像在Z轴的空间分辨率下降。且螺距的增加会使得管电流的相应补偿，效果不佳。3、CT低剂量胸部筛查所适用的人群•有未定性结节者，需要年度筛查；•无结节者，高危人群（年龄60岁，吸烟史，肺气肿，肺结核，家族肿瘤史等）年度CT筛查是必要的。•无结节者，无高危因素40岁以上人群，可考虑2年1次筛查。4、低剂量在胸部的应用•低剂量螺旋CT图形并未降低肺实质、弥漫性病变的图像质量，未降低CT图像的信噪比。•低剂量螺旋CT的肺结节检出率与结节的大小有关。当结节直径＞5mm时与标准剂量CT之间的差别无统计学意义，敏感度达100%；当肺结节直径≤3mm时，检出率较标准剂量CT低10%；对肺尖≤5mm的结节发现率仅为42%。但总体来说，低剂量CT对肺结节的检出与标准剂量CT之间无明显差异。低剂量对于肺癌的发生率是胸片的8倍，特别是对于周围性小腺癌。•低剂量螺旋CT肺癌筛查还存在一些局限性，如中心型肺癌检出率较低。同时对于软组织、心脏、大血管等噪声有所增加。低剂量螺旋CT肺如中心型肺癌检出率较低CT胸部低剂量扫描CT胸部低剂量扫描四、低剂量在各个部位扫描时的应用•1.胸部低剂量螺旋CT放射剂量的研究[J].医学影像学杂志上提出用20mAs低剂量螺旋CT扫描,获得图像质量和常规剂量扫描差异不大,且患者所接受辐射剂量降低90%,认为20mA是肺部扫描的最佳剂量•2.低剂量CT在颅面部的应用价值：由于鼻窦是位于人体头面部的一系列含气的骨性腔隙,具有良好的自然对比度,这是该部位行低剂量扫描的解剖学基础,且该部位病变主要是以黏膜增生、肥厚及囊肿等炎症性病变为主,使在有良好自然对比度的鼻窦区行低剂量扫描成为可能。鼻窦低剂量CT扫描对图像质量影响的研究[J].中华放射学杂志,2005指出50例鼻窦冠状面CT扫描后指出mA值由200mA减至50mA时,晶体所接受的射线剂量由7339mGy降至1108mGy,而图像质量无明显下降。低剂量在各个部位扫描时的应用•3.成人脑是低对比组织,降低管电流势必影响图像质量，婴幼儿颅骨及脑组织,刘昌盛等[25]研究认为幼儿发育尚不成熟,对应的组织密度不如成人高,且颅骨、脑组织及脑室系统三者自然对比度亦很好,低剂量CT扫描适用于婴幼儿颅脑病变检查.]对13岁以下的儿童用低剂量螺旋CT头颅扫描,结论是862医学影像学杂志2006年