不同機型PET-CT中CT采集條件與受檢者有效劑量關系的研究*

吳一田 耿建華* 杜召猛 畢高暢 齊雍鶴 張朝坤 鄭 容 吳 寧

不同機型PET-CT中CT采集條件與受檢者有效劑量關系的研究*

吳一田①耿建華①*杜召猛②畢高暢②齊雍鶴②張朝坤②鄭 容①吳 寧②

目的：研究不同機型PET-CT中CT采集條件與受檢者有效劑量的關系，為確定適合不同機型的臨床最優化采集方案提供參考依據。方法：實驗使用GE Discovery ST-16和Discovery Elite兩種機型的PET-CT，CT部分所致劑量使用仿真人體模型(Model RS-550)實驗獲得。CT采集條件：①自動管電流30～250 mA，噪聲指數(NI)值8～30，間隔2，其他采用中國醫學科學院腫瘤醫院臨床實際采集條件，即管電壓120 kV，螺距(Pitch)：Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984，轉速：Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s；②自動管電流低限均為30 mA，高限為210～350 mA，間隔為20 mA，NI值為14，其他臨床實際采集條件同上；③Pitch：Discovery ST-16型分別為1.75、1.375和0.938，Discovery Elite分別為1.375和0.984，管電壓120 kV，自動管電流為30～250 mA，NI值為14，轉速：Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s；④兩機型轉速均分別為0.5 s、0.8 s和1.0 s，管電壓120 kV，自動管電流為30～250 mA，NI值14，Pitch：Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984。模擬臨床PET-CT分段掃描方式使用上述條件分別對仿真人體模型RS-550進行掃描，記錄各種條件下劑量長度乘積(DLP)，并計算有效劑量(EDCT)。結果：①對固定的自動管電流、Pitch及轉速，兩機型CT部分所致有效劑量隨NI值增加而降低，且Discovery ST-16型降低幅度大于Discovery Elite型；②對固定的NI值、Pitch及轉速，兩機型的EDCT隨自動管電流的增加線性增加，Discovery ST-16型增加幅度大于Discovery Elite型；③對固定的自動管電流、NI值及轉速，EDCT隨Pitch的增加而降低；④對固定的管電流、NI值及Pitch，有效劑量隨轉速的增加而增加；⑤不同掃描條件下，兩機型總有效劑量在4.93～24.00 mSv范圍內；⑥在臨床掃描條件下，Discovery Elite型受檢者EDCT均低于Discovery ST-16型。結論：不同型號的PETCT，在臨床使用中多采用不同CT掃描條件，而掃描所致輻射劑量也因此有較大變化。在臨床應用中，應結合臨床需求選擇適用于不同機型的最佳采集方案。

正電子發射斷層掃描；體層攝影術；自動管電流；有效劑量；CT

PET-CT是將提供病灶代謝信息的PET設備和提供精確定位的CT設備融合起來的新型核醫學設備，近年來發展迅速，在心血管疾病及惡性腫瘤等多種重大疾病中的診斷價值不斷提升。臨床中不同機型的PET-CT，在實際使用時，尤其是CT部分，所采用的掃描參數多不盡相同，因此所致有效劑量也存在不小的差異。之前已有梁子威等[1]研究對不同機型固定管電流模式下各種采集條件與有效劑量間的關系進行了詳細論述，其結果顯示，CT采集條件與有效劑量(EDCT)之間密切相關。本研究使用仿真人體模型，探討兩種機型PET-CT中CT自動管電流模式下，各種CT采集條件所致受檢者所受EDCT以及兩者的關系，以期確定適合不同機型的最優化采集方案，合理有效的降低輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 儀器設備

實驗使用Discovery ST-16型(美國GE公司)和Discovery Elite型(美國GE公司)兩種PET-CT。仿真人體模型為The Fission-Product Model RS-550型模體(美國Radiology Support Devices公司)。

1.2 掃描條件

1.2.1 掃描范圍

采用與臨床一致的分段掃描，頭頸部2床位(頭頂至鎖骨上端)，87層，掃描長度為281.22 mm；體部5床位(鎖骨上端至股骨上端)，207層，掃描長度為673.62 mm。

1.2.2 掃描參數

CT掃描均采用自動管電流模式(automatic tube current modulation，ATCM)，兩機型CT使用的重建算法分別為：DiscoveryST-16型，濾波反投影(FBP)，Discovery Elite：自適應統計迭代重建技術(ASiR)。CT采集條件型，①自動管電流30～250 mA，噪聲指數(NI)值8～30，間隔為2，其他采用北京協和醫學院腫瘤醫院臨床實際采集條件，即：管電壓120 kV，螺距(Pitch)：Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984，轉速：Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s，兩機型各12組；②自動管電流低限均為30 mA，高限為210～350 mA，間隔為20 mA，NI值14，其他采用醫院臨床實際采集條件同上，兩機型各8組；③Pitch：Discovery ST-16型分別為1.75、1.375和0.938，Discovery Elite型分別為1.375和0.984，管電壓120 kV，自動管電流為30～250 mA，NI值14，轉速：Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s，Discovery ST-16型3組，Discovery Elite型2組；④兩機型轉速均分別為0.5 s、0.8 s和1 s，管電壓120 kV，自動管電流為30～250 mA，NI值14，Pitch：Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984，兩機型各3組。采用上述條件分別對仿真人體模型RS-550進行掃描。

1.3 CT有效劑量估算

采用劑量長度乘積估算法，在進行PET-CT掃描后，讀取不同采集條件下的劑量報告，記錄其中的劑量長度乘積(dose-length product，DLP)，CT的EDCT的計算為公式1[2-3]：

EDCT=k·DLP (1)式中k為加權因子，其單位為mSv/(mGy.cm)，在不同年齡和不同部位參考值不盡相同，如在成年人頭頸部為0.0031，軀干部為0.015；DLP為CT劑量報告中的吸收劑量與掃描長度乘積。

2 結果

2.1 CT部分EDCT與NI值

對固定的管電壓(120 kV)、自動管電流(30～250 mA)、Pitch(Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984)及轉速(Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s)，12種NI值條件下，計算獲得的兩機型軀干部掃描及頭頸部掃描所致EDCT(mSv)見表1和表2。

兩機型各種掃描條件下，5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致受檢者EDCT計算結果見表3。

在自動管電流模式，對固定的管電壓、管電流及Pitch及轉速，兩機型所致受檢者EDCT均隨NI值的增加而降低。NI值在8～16范圍內，EDCT隨NI增加降幅小，降低趨勢平緩，而NI值在16～30范圍內，EDCT隨NI值增加降幅明顯增大，降低趨勢顯著。且Discovery ST-16型降低幅度大于Discovery Elite型，如圖1所示。

表3 兩機型PET-CT的5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

圖1 不同NI值采集條件下兩機型CT部分所致受檢者EDCT趨勢圖

對表3中NI在16～30范圍內的數據進行分析可見，兩機型EDCT與NI值均呈高度線性相關關系，其計算為公式2和公式3：

利用公式2和公式3可以簡捷估算出NI值在16～30范圍內，兩機型掃描所致受檢者EDCT。

2.2 CT部分有效劑量與自動管電流

在自動管電流模式，對固定的管電壓(120 kV)、NI值(14)、Pitch(Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984)及轉速(Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s)，8種自動管電流條件下，計算獲得的兩機型軀干部掃描及頭頸部掃描所致EDCT(mSv)見表4和表5。

表4 兩機型PET-CT的5床位軀干部掃描所致EDCT(mSv)

表5 兩機型PET-CT的2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

兩機型各種掃描條件下，5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致受檢者EDCT計算結果見表6，如圖2所示。

表6 兩機型PET-CT的5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

圖2 不同自動管電流采集條件下兩機型CT部分所致受檢者EDCT趨勢圖

對固定的管電壓、NI值、Pitch及轉速，兩機型的EDCT隨自動管電流高限的增加而增加，二者呈高度線性相關關系，且Discovery ST-16型增加幅度大于Discovery Elite型，其計算為公式4和公式5：

利用公式4和公式5可以簡捷估算出不同自動管電流高限條件，兩機型掃描所致受檢者EDCT。

2.3 CT部分EDCT與Pitch

對固定的管電壓(120 kV)、自動管電流(30～250 mA)、NI值(14)及轉速(Discovery ST-16型為0.8 s，Discovery Elite型為0.5 s)，不同Pitch采集條件計算獲得的兩機型軀干部掃描及頭頸部掃描所致EDCT(mSv)見表7和表8。

表7 兩機型PET-CT的5床位軀干部掃描所致EDCT(mSv)

表8 兩機型PET-CT的2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

兩機型各種掃描條件下，5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致受檢者EDCT計算結果見表9。

表9 兩機型PET-CT的5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

對固定的管電壓、管電流、NI值及轉速，兩機型的EDCT隨Pitch的增加而降低，如圖3所示。

圖3 不同Pitch兩機型CT部分所致受檢者EDCT趨勢圖

2.4 CT部分EDCT與轉速

對固定的管電壓(120 kV)，自動管電流(30～250 mA)，NI值(14)及Pitch(Discovery ST-16型為1.75，Discovery Elite型為0.984)，不同轉速采集條件計算獲得的兩機型軀干部掃描及頭頸部掃描所致EDCT(mSv)見表10和表11。

表10 兩機型PET-CT的5床位軀干部掃描所EDCT(mSv)

表11 兩機型PET-CT的2床位頭頸部掃描所EDCT(mSv)

兩機型各種掃描條件下，5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致受檢者EDCT計算結果見表12。

表12 兩機型PET-CT的5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

對固定的管電壓、管電流、NI值及Pitch，兩機型的EDCT隨轉速的增加而增加，且由于Elite型PETCT臨床使用的Pitch較小，所以在相同轉速及其他采集條件下，Elite型CT部分所致EDCT高于ST-16型，如圖4所示。

圖4 不同轉速兩機型CT部分所致受檢者EDCT趨勢圖

表13 兩機型PET-CT的5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT(mSv)

2.5 兩機型EDCT比較

不同CT采集條件下，兩機型總EDCT在4.93～24.00 mSv范圍內。在臨床掃描條件下，即Discovery ST-16型：管電壓120 kV，自動管電流30～250 mA，NI值14，Pitch 1.75，轉速0.8 s，Discovery Elite型：管電壓120 kV，自動管電流30～250 mA，NI值14，Pitch 0.984，轉速0.5 s，兩機型5床位軀干部加2床位頭頸部掃描所致EDCT見表13。Discovery Elite型受檢者EDCT低于Discovery ST-16型。

3 討論

PET-CT受檢者所受輻射劑量包括PET部分的放射性藥物所致劑量及CT部分掃描所致劑量兩部分。其中PET部分放射性藥物所致有效劑量與注射劑量及受檢者體重相關，且相對固定。對18F-FDG PET，有研究結果顯示，臨床中大部分實際注射劑量為3.70～5.55 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)[4-7]。對體重45～85 kg的受檢者，PET部分所致有效劑量范圍為3.16～8.96 mSv[1]。而由CT掃描所致的EDCT因掃描時條件選擇不同而有較大變化，且占PET-CT掃描所致總有效劑量的大部分。

自動管電流調制技術可以根據受檢者不同組織對X射線的不同衰減系數，從三維方向上智能調節輸出管電流，既能保障圖像質量，又能降低ED[8]。CT

應用自動管電流模式，首先需預先設定管電流高、低閾值。管電流閾值增大，意味著X射線光子的數量增加，圖像質量隨之變好，但是同時受檢者所受輻射劑量也會一并增加。本研究結果顯示，當固定其他掃描條件時，在實驗中所設定的自動管電流閾值范圍內，兩種機型結論一致：EDCT隨自動管電流高限增加而增加，且呈高度線性相關(r2分別為0.997和0.993)。在實驗設定閾值范圍內，Discovery ST-16型增幅大于Discovery Elite型，自動管電流高限從210 mA增加到350 mA，兩機型有效劑量分別增加7.02 mSv和5.76 mSv。該結論與此前在固定管電流模式下進行研究的變化趨勢類似[1]。

自動管電流模式中，對管電流閾值進行設定之后，還需預設NI值，NI值的設定決定掃描區域內的噪聲水平，即圖像質量。本實驗結果顯示，當其他采集條件固定時，在本研究所設定的NI值范圍內(8～30)，兩種機型PET-CT的CT部分所致的EDCT隨NI值增加而降低，且ST-16型降低幅度大于Elite型。NI在8～16范圍內，EDCT隨NI值的增加降低趨勢平緩，NI值每增加2，Discovery ST-16型EDCT分別降低0.31 mSv、0.20 mSv、0.19 mSv和0.44 mSv，Discovery Elite型分別降低0.21 mSv、0.14 mSv、0.09 mSv和0.16 mSv；而當NI值在16～30范圍內時，EDCT隨NI值增加降低趨勢顯著，呈高度線性相關(r2分別為0.9954和0.993)，NI值每增加2，Discovery ST-16型EDCT分別降低0.98 mSv、1.12 mSv、1.30 mSv、1.40 mSv、1.22 mSv、0.96 mSv和0.78 mSv，Discovery Elite型分別降低0.67 mSv、0.62 mSv、1.15 mSv、1.09 mSv、1.11 mSv、0.89 mSv和0.71 mSv。在NI值較低時，曲線變化較為平緩的原因是此時預期圖像質量較高，但由于受到預設自動管電流高限的限制，系統只能將掃描時的實際管電流上調至一個接近高限的值，以此來盡量滿足達到預設圖像質量所需的較高的管電流。NI值的增加不僅意味著輻射劑量的降低，還與圖像質量密切相關，NI值增加，導致圖像噪聲增加，圖像質量隨之下降。因此選擇NI值時不能僅僅追求低劑量，必須結合圖像質量一并考慮。

患者所受CT部分EDCT還與Pitch及轉速相關，Pitch越大，掃描時間越短，X射線光子量越少，因此EDCT越低。Discovery ST-16型3種Pitch采集條件下，隨著Pitch增大，EDCT分別降低7.30 mSv和3.56 mSv，Discovery Elite型2種Pitch采集條件下，隨Pitch增大，EDCT降低2.92 mSv。而轉速數值越大，EDCT越大，Discovery ST-16型3種轉速采集條件下，隨轉速增大，EDCT分別增加5.05 mSv和3.17 mSv，Discovery Elite型EDCT分別增加6.03 mSv和3.11 mSv。

Elite型在臨床實際掃描中選用較ST-16型小的Pitch及轉速，CT部分所致EDCT小于ST-16型；但如果兩機型保持臨床掃描時使用的Pitch不變，而轉速設置相同，則Elite型所致EDCT將大于ST-16型。其他國內外研究中，因PET-CT機型不同等原因，所使用的Pitch與轉速和醫院所使用的有所不同，Pitch除醫院所用的條件外，還可使用5.0 s、0.75 s、1.0 s、3.75 s、1.5 s等[9-13]；采用的轉速也有0.4 s、0.75 s、1.1 s[14-16]等。

對于掃描參數的選擇，不僅需考慮掃描所致輻射劑量的大小，還應注意保證滿足臨床診斷需求的圖像質量，兩者不可失衡。

[1]梁子威，耿建華，王弈斌，等.PET-CT受檢者的有效劑量及其影響因素的研究[J].中國醫學裝備，2015，12(11)：1-5.

[2]岳保蓉，牛延濤.多排探測器計算機X線體層攝影患者劑量控制[M].北京：人民軍醫出版社，2011.

[3]Larson DB，Wang LL，Podberesky DJ，et al.System for Verifiable CT radiation Dose Optimization Based on image Quality.Part I.Optimization Model[J].Radiology，2013，269(1)：167-176.

[4]付占立，張旭初，范巖，等.18F-FDG PET-CT在Castleman病中的臨床應用價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2014，33(5)：332-335.

[5]孫龍江，茂情，趙龍，等.18F-FDG PET-CT在心臟腫瘤診斷中的臨床應用[J].中華核醫學與分子影像雜志，2013，33(3)：175-178.

[6]陸秀娣，徐文貴，戴東，等.18F-FDG PET-CT顯像對脊柱單發轉移瘤的診斷價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2013，33(3)：179-183.

[7]Chirindel A，Chaudhry M，Blakeley JO，et al.18F-FDG PET-CT Qualitative and Quantitative Evaluation in Neurofibromatosis Type 1 Patients for Detection of Malignant Transformation：Comparison of Early to Delayed Imaging With and Without Liver Activity Normalization[J].J Nucl Med，2015，56(3)：379-385.

[8]梁子威，耿建華，王弈斌，等.PET-CT中CT仿真人體模型的圖像質量與輻射劑量關系的研究[J].中華放射醫學與防護雜志，2016，36(7)：524-529.

[9]Heusch P，Buchbender C，K?hler J，et al.Thoracic Staging in Lung Cancer：Prospective Comparison of18F-FDG PET/MR Imaging and18F-FDG PET-CT[J].J Nucl Med，2014，55(3)：373-378.

[10]Castellucci P，Ceci F，Graziani T，et al.Early Biochemical Relapse After Radical Prostatectomy：Which Prostate Cancer Patients May Benefit from a Restaging11C-Choline PET-CT Scan Before Salvage Radiation Therapy？[J].J Nucl Med，2014，55(9)：1424-1429.

[11]李紅，王曉明，徐微娜，等.肺癌術前18F-FDG PETCT對縱隔淋巴結外科分期的臨床價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2012，32(3)：180-182.

[12]劉德軍，馮彥林，黃偉俊，等.PET-CT聯合高分辨超聲對甲狀腺偶發病灶良惡性鑒別診斷的價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2012，32(3)：183-188.

[13]王麗娟，王全師，陳萍，等.18F-FDG PET-CT顯像鑒別腹腔積液性質的價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2012，32(2)：105-110.

[14]Bondue B，Sherer F，Van Simaeys G，et al.PET-CT with18F-FDG and18F-FBEM–Labeled Leukocytes for Metabolic Activity and Leukocyte Recruitment Monitoring in a Mouse Model of Pulmonary Fibrosis[J].J Nucl Med，2015，56(1)：127-132.

[15]Kwee SA，Lim J，Watanabe A，et al.Prognosis Related to Metastatic Burden Measured by18F-Fluorocholine PET-CT in Castration-Resistant Prostate Cancer[J].J Nucl Med，2014，55(6)：905-910.

[16]謝昌輝，尹吉林，李向東，等.18F-FDG PET-CT顯像對小腸腺癌的診斷價值[J].中華核醫學與分子影像雜志，2013，33(4)：263-266.

[17]吳一田，耿建華.PET-CT、SPECT及SPECT-CT受檢者輻射水平及其生物效應研究進展[J].中國醫學裝備，2017，14(3)：141-146.

Research on the relationship between acquisition conditions of CT and effective dose for subject in different models of PET-CT

/WU Yi-tian, GENG Jian-hua, DU Zhao-meng, et al//
China Medical Equipment,2017,14(10):13-18.

Objective: To study on the relationship between collecting conditions of CT and effective dose for subject in different models of PET-CT in order to provide a reference for the determination of the optimal collecting scheme that could suit different models of PET-CT. Methods: Two models of PET-CT which included GE Discovery ST-16 PET-CT and GE Discovery Elite were adopted as experiment equipment, and the agent dosage of CT part obtained from simulation experiment of anthropomorphic phantom(Model RS-550). Collecting conditions of CT included: (1)auto-tube current was 30-250 mA, noise index(NI) was 8-30,the interval was 2, and the other conditions used actually clinical collecting conditions: tube voltage was 120 kV, and pitches respectively were1.75 for ST-16 and 0.984 for Elite, and rotation speeds respectively were 0.8 s for ST-16 and 0.5s for Elite. (2)both of low limits of auto tube current of the two models of PET-CT were 30 mA, and range of high limit was from 210 to 350 mA, and the interval was 20mA, and NI was 14, and the other conditions were the same with above those in (1).(3)Pitch: ST-16 respectively chose 1.75, 1.375 and 0.938, and Elite respectively chose 1.375 and 0.984, and tube voltage was 120kV, and auto tube current was 30-250 mA, and NI was 14, and rotation speed of ST-16 and Elite were respectively were 0.8s and 0.5s. (4)rotation speed of two models of PET-CT respectively chose 0.5s, 0.8s and 1.0s, and tube voltage chose 120kV, and auto tube current chose 30-250 mA, and NI was 14, and pitches of ST-16 and Elite respectively were 1.75 and 0.984. The above conditions were respectively was applied to scan anthropomorphic phantom(Model RS-550) through simulated step-scan method of clinical PET-CT, and then the dose-length product(DLP) under different conditions were recorded and the effective dose(EDCT)was calculated. Result: 1)When the automatic tube current, Pitch and rotation speed were unchanged, the effective doses caused by CT part of the both of two models of PET-CTs were decreased with the increasing of NI, and the decreasing amplitude of ST-16 was larger than that of Elite. 2)When the NI, Pitch and rotation speed were unchanged, the EDctof the two models of PET-CTs was increased with the increasing of automatic tube current, and the increasing amplitude of ST-16 was larger than that of Elite. 3)When the automatic tube current, NI and rotation speed were unchanged, the EDctof the two models of PET-CTs was decreased with the increasing of Pitch. 4)When the automatic tube current, NI and Pitch were unchanged, the effective dose was increased with the increasing of rotation speed. 5)Under different scanning condition, the totally effective dose of the two models of PET-CTs was in the range of 4.93 mSv and 24.00 mSv. 6)Under the clinical scanning condition, the effective dose of all of the patients who

Elite were lower than that of ST-16. Conclusion: Different model of PET-CT commonly chooses different scanning condition in clinical application, therefore, the radiation dose of scanning in different condition exists obviously difference. In clinical application, the scanning condition should choose the optimal collecting scheme of different model by combining with the clinical requirement.

Positron emission tomography; Body section radiography; Automatic tube current; Effective dose; CT

Department of PET-CT Center and Nuclear Medicine, National Cancer Center/Cancer Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100021,China.

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.10.005

吳一田,女,(1992- ),碩士研究生。國家癌癥中心 中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院PET-CT中心 核醫學科，研究方向：核醫學。

2017-06-20

1672-8270(2017)10-0013-06

R814.2

A

國際科技合作項目(2009DFA32960)“PET-CT腦分子影像研究與應用平臺及針灸中樞機理探索”；中國癌癥基金會北京希望馬拉松專項基金(LC2013A13和LC2016A02)“PET-CT的輻射劑量和圖像質量的模型研究”和“PET-CT及SPECT、SPECT-CT受檢者輻射劑量的研究”

①國家癌癥中心 中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院PET-CT中心核醫學科 北京 100021②國家癌癥中心 中國醫學科學院北京協和醫學院腫瘤醫院PET-CT中心 北京 100021

*通訊作者：gengjean@163.com