MDCT冠脈成像與數字冠脈造影對患者受照射劑量影響對比研究

劉彬，魏嵐，費曉璐，白玫

宣武醫院 醫學工程科，北京 100053

MDCT冠脈成像與數字冠脈造影對患者受照射劑量影響對比研究

劉彬，魏嵐，費曉璐，白玫

宣武醫院 醫學工程科，北京 100053

臨床上冠心病常用的影像學檢查方法分為有創性和無創性兩種，分別為冠狀動脈造影（Coronary Angiography, CA）和多層螺旋CT(MDCT)心臟冠脈成像（Coronary CT Angiography,CTA）。兩種檢查方法各有其優缺點，同時都會使患者接受一定量的X射線照射，帶來輻射風險。本次實驗的目的是通過臨床實驗和計算機模擬，探討兩種放射學檢查患者確定性和隨機性輻射效應發生的危險度。為臨床診斷手段的選擇提供客觀量化的輻射劑量指導信息。

冠狀動脈造影；多層螺旋CT；心臟冠脈成像；輻射風險

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是由于冠狀動脈功能性或器質性病變導致冠脈供血和心肌需求之間不平衡所致心肌損害。冠心病是目前致死率最高的疾病之一，嚴重威脅人民群眾健康和生命。因此，對于不同階段冠心病的臨床診斷有著重要的臨床及社會意義。目前，臨床上冠心病常用的影像學檢查方法分為有創性和無創性兩種。冠狀動脈造影（Coronary Angiography, CA）為經典的冠心病檢查方法，準確度較高，被譽為診斷冠心病的金標準，但它為有創檢查，且檢查時間較長。多層螺旋CT(MDCT)心臟冠脈成像（Coronary CT Angiography, CTA）是CT臨床應用領域的一個巨大突破，其檢查時間短，且為無創檢查，已日漸成為疑似冠心病的篩查及術后復查的重要手段。但是由于時間分辨率的限制，CTA在對一些心率不齊或心率過高的患者進行冠脈成像時其成像質量會受到影響，可能導致診斷準確性受到影響或者需要患者再次接受掃描檢查。

在患者受照劑量方面，兩項檢查均會接受一定量的X射線照射。ICRP、UNSCEAR等權威國際組織多次提出多排螺旋CT成像及介入放射學均存在較大輻射安全隱患[1-3]。因此，在評估數字冠脈造影及多排螺旋CT冠脈成像兩種不同的放射學診斷時，對患者輻射風險的評估必不可少。但目前多排螺旋CT與數字血管造影系統有著各自的劑量表征方式。在多排螺旋CT檢查中患者的受照劑量一般使用CT劑量指數CTDIvol，劑量長度乘積DLP進行表征。CTDIvol表征對于某種特定的CT檢查及特定的掃描模式患者接受的平均劑量。DLP由于考慮到掃描長度的因素，可以精確地表征對于某次具體的CT掃描中患者所受劑量[4]。數字血管造影系統中，常用的劑量表征量有劑量面積乘積DAP，累積劑量CD，透視時間等。DAP反映了患者接受射線總能量；CD是參考點處的累積劑量，與DAP的相關性很好；透視時間由于沒有考慮劑量率等因素只是一個比較粗糙的劑量表征量[5]。然而，CT系統與數字血管造影系統的這些常用劑量表征量是無法相互比較的。因此，必須從臨床醫學實際出發，立足輻射防護科學，為不同放射學檢查尋求統一的劑量表征參數。本文以臨床實驗和計算機模擬相結合，分別對兩種放射學檢查中患者的有效劑量和皮膚峰值劑量（PSD）進行評估，為臨床診斷手段的選擇提供客觀量化輻射劑量指導信息。

1 方法

在宣武醫院分別累計84例冠狀動脈造影和40例多排螺旋CT冠脈成像。冠狀動脈造影采用數字平板血管造影系統（AXIOM Artis，Siemens，German）進行實施，采用自動曝光條件采集圖像。CT冠脈造影采用64排（層）螺旋CT（LightSpeed VCT，GE，USA）進行實施，掃描過程采用常規模式，不使用心電門控調節（ECG－modulation）和毫安調制（Smart mA）模式。

患者皮膚峰值劑量（PSD）測試方法：將熱釋光劑量計（TLD）探測器排列成10行9列的矩陣，行間隔5cm，列間隔4cm。為了便于操作及減少對TLD探測器的污染，將探測器用硫酸紙包裹，放置于白布制成的矩陣袋中。由于數字平板血管造影系統為床下管，在實施介入診斷的過程中，X射線管球僅在手術臺下方活動。并且由于患者的病理特征，照射野大小、位置，醫生操作習慣等方面存在諸多差異，患者皮膚劑量分布情況差別很大，無法將患者體表PSD的位置點固定于某個確定的區域。因此，對于CA診斷過程，在每個患者背部均布放一個TLD矩陣。而對于CTA來講，多排螺旋CT曝光條件相同，掃描位置也相同。X射線在360°范圍分布，因此，以ART仿真人體輻照體模（Fluke Biomedical）代替患者，用兩個TLD矩陣將體模軀干部包裹，以模擬獲得患者皮膚峰值劑量PSD。

患者有效劑量估算方法：有效劑量對于估計輻射的隨機性效應危險度是非常方便的，同時也是輻射實踐最優化原則的基礎量，可以用于不同X射線診療輻射風險的比較。然而在臨床實踐中，器官劑量和有效劑量并不能直接測量出來。本次臨床對比研究分別采用兩個基于Monte Carlo代碼的有效劑量估算軟件，對兩種放射學檢查中患者的有效劑量進行估算。對于CA診斷，采用芬蘭輻射原子安全協會研發的PC-Based Monte Carlo program (PCXMC)進行估算[6]。在CA診斷過程中，詳細記錄X射線管球的每個投照角度、DAP和管球到患者體表距離等參數。按不同投照角度，將記錄參數輸入PCXMC軟件，計算器官劑量和有效劑量。對診療過程中的所有投照角度的器官劑量和有效劑量的計算值求和，即得到整個診療過程器官劑量和有效劑量的軟件估算值。對于CTA診斷，采用從NRPB (National Radiological Protection Board，英國國家放射防護局)購買的SR-250軟件進行估計。該軟件也是基于NRPB Monte Carlo代碼計算CT掃描過程中患者器官劑量和有效劑量的軟件。它可以選擇CT的廠家型號、掃描參數、并可以在其“體模界面”上對數學體模設定掃描區域。計算后得到歸一化的器官劑量和有效劑量，其中器官劑量包括：性腺、紅骨髓、大腸、肺、胃、膀胱、乳房、肝臟、食管、甲狀腺、皮膚、骨表面及胸腺，沒有提及的器官均算入剩余器官中顯示。對于兩款軟件的準確性，筆者已經進行了體模實驗（將另文發表）[7]。根據相關標準，軟件準確性在可接受范圍內[8-9]。

2 結果

兩種診斷方法下患者的皮膚峰值劑量和有效劑量如表1所示。在CA診斷過程中，84例患者皮膚峰值劑量差別較大，平均值為(63.96±24.07)mGy。在CTA診斷過程中，由于采用的是統一的常規CTA掃描模式，沒有使用ECG-modulation及Smart mA，掃描過程中的曝光參數不發生變化。因此所得到的皮膚峰值劑量和有效劑量為單一值。由于實驗對象都是成年患者，因此有效劑量的估算沒有考慮年齡導致的體態差別。

表1 CA與CTA皮膚峰值劑量與有效劑量對照表

3 討論與小結

確定性效應（Deterministic Effect）存在產生輻射效應的劑量域值（域值的大小和生物體的特異性有關），只有當生物組織或器官接受超過這一域值的輻射劑量時，才會產生輻射效應，輻射效應的傷害程度隨輻射劑量的增加而加劇。典型的確定性輻射效應導致的輻射傷害包括脫發、皮膚潰爛等。由于照射到皮膚某點的輻射劑量直接決定了確定性效應發生的程度，PSD是監控確定性效應發生的最直觀的量值[9]。本次實驗的結果顯示CA及CTA兩種診斷方法PSD分別為（63.96±24.07）mGy和74.45mGy，在同一量值水平。因此，筆者認為，對于確定性效應來講，兩種檢查方法具有基本等同的輻射風險。另外，根據國際放射防護委員會ICRP第85號出版物的相關建議：產生皮膚傷害的最小劑量閾值為2Gy[2]。在本次調查中，患者PSD的范圍為均未超過這個閾值。因此就目前調查范圍來講，接受CA和CTA這兩種放射學檢查患者所受輻射的劑量范圍是相對安全的。

隨機性效應（Stochastic Effect），不存在發生輻射效應的劑量域值，輻射效應的發生幾率與輻射劑量間存在線性關系，輻射效應的傷害程度與輻射劑量無關。典型的隨機性效應導致的輻射傷害包括癌癥、基因突變等。有效劑量對于估計輻射的隨機危險度是非常方便的。本次實驗結果表明，CTA檢查中患者有效劑量明顯大于CA檢查中患者有效劑量。因此，筆者認為在冠心病的放射學檢查中，CA給患者帶來的隨機性輻射效應危險度相比CTA較低。

[1]Brenner DJ, Hall, EJ. Computed Tomography-An Increasing Source of Radiation Exposure[J].N Eng J Med.2007,357:2277-84.

[2]ICRP. ICRP Publication 85, Avoidance of Radiation Injuries from Medical Intervention Procedures[M]. Oxford: Pergamon Press. 2000.

[3]ICRP. ICRP Publication 73, Radiological Protection and Safety in Medicine[M]. Oxford: Pergamon Press,1996.

[4]Jorg Hausleiter, Tanja Meyer, Martin Hadamitzky. Radiation Dose Estimates From Cardiac Multislice Computed Tomography in Daily Practice : Impact of Different Scanning Protocols on Effective Dose[J]. Circulation.2006,113:1305-1310.

[5]Donald L.Miller, Stephen Balter, Patricia E.Cole. Radiation Doses in Interventional Radiology Procedures: The RAD-IR Study[J]. Vac Interv Radiol,2003,14:711-727.

[6]A. Servomaa, M. Tapiovaara. Organ dose calculation in medical X ray examinations by the program PCXMC[J]. Radiation Protection Dosimetry, 1998,80:213-219.

[7]劉彬,費曉璐,魏嵐,等.PCXMC在介入放射學估算患者受照劑量中的應用[J].中國醫療設備,2008,23(2):3-4.

[8]劉彬,白玫,彭明辰.介入診療過程中的確定性效應監控方法[J].醫療設備信息,2006,21(2):25-27.

[9]S.HEINRICH,A.KELLER:Quasi-Monte Carlo methods in computer graphics,Part II:The Radiance Equation, Technical Report[R].University of Kaiserslautern,1994,94:243-246.

Comparative Research on the Impact of Coronary MDCT Angiography and Coronary on the Patients

LIU Bin, WEI Lan,FEI Xiao-lu, BAI Mei
Biomedical Engineering Department,Xuanwu Hospital, Beijing 100053, China

R814.2；R814.43

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.03.005

1674-1633(2011)03-0013-02

2008-03-28

2011-01-22

國家自然科學基金項目（30870751）；北京市衛生系統高層次衛生技術人才培養計劃項目（2009-3-57）。

本文作者：劉彬，生物醫學碩士。

作者郵箱：biancaliu@sina.com

Abstract:There are two clinical methods to diagnose coronary heart disease: invasive coronary angiography(CA) and noninvasive coronary CT angiography (CTA), with their own advantages and disadvantages, and bringing radiation risk to the patients during the examination. In this paper, the deterministic effect and stochastic effect are discussed in order to give recommendations on different radiological examinations.

Key words:coronary angiography; MDCT; coronary CT angiography; radiation risk