CT固定管電流模式下PET-CT受檢者的有效劑量研究*

梁子威　耿建華　趙 葵　王奕斌　杜召猛　畢高暢　齊雍鶴　吳 寧　鄭 容

正電子發(fā)射斷層掃描-CT(positron-emission tomography，PET-CT)具有同時(shí)獲得功能及解剖影像的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在臨床中已經(jīng)成為不可替代的診斷方式[1-4]。2016年核醫(yī)學(xué)普查[5]結(jié)果顯示，全國(guó)共有PET-CT設(shè)備240臺(tái)，年檢查總數(shù)46.9364萬(wàn)例。然而，臨床中不同機(jī)型的PET-CT，所采用的掃描參數(shù)不盡相同，因此所致有效劑量也存在不小的差異。有研究探討在臨床條件下，對(duì)于固定管電流模式下GE Discovery ST-16型PET-CT所致受檢者有效劑量及影響因素之間的關(guān)系，其中CT部分導(dǎo)致受檢者有效劑量為1.62～27.68 mSv[6]。為此，本研究分析Discovery Elite型PET-CT受檢者CT部分有效劑量，并與已有研究進(jìn)行對(duì)比，旨在探討固定管電流模式下兩種機(jī)型PET-CT有效劑量變化規(guī)律，為臨床中盡可能降低PET-CT輻射劑量提供參考依據(jù)。

1　資料與方法

1.1　檢測(cè)設(shè)備

采用Discovery Elite型PET-CT系統(tǒng)(美國(guó)General Electric公司)；仿真人體模型為The Fission-Product Model RS-550型模體(美國(guó)Radiology Support Devices公司)；CT重建算法為自適應(yīng)統(tǒng)計(jì)迭代重建技術(shù)(ASiR)。

1.2　掃描參數(shù)

分別采用固定管電流模式，采集條件：管電壓(kV)固定為120 kV；管電流(mA)分別為30 mA、50 mA、70 mA、90 mA、110 mA、130 mA、150 mA、170 mA、190 mA、210 mA、230 mA以及250 mA；螺距設(shè)置為0.984和1.375；層厚3.75 mm；掃描速度設(shè)置為0.5 s/轉(zhuǎn)、0.8 s/轉(zhuǎn)。共48組掃描條件，分別對(duì)Model RS-550仿真人體模型進(jìn)行掃描。

1.3　掃描范圍

本研究采用“2+5”頭頸-體分體掃描方式。頭頸部2床位(頭頂至鎖骨)，87層(如圖1A所示)；體部5床位(下顎至股骨上端)，207層(如圖1B所示)。

圖1　分體掃描“2+5模式”示意圖

1.4　CT有效劑量

本研究采用劑量長(zhǎng)度乘積(dose-length product，DLP)[6-8]估算法計(jì)算CT有效劑量(effective dose，ED)，見(jiàn)公式1：

2　結(jié)果

2.1　不同掃描條件下CT部分有效劑量

Discovery Elite型PET-CT中CT部分有效劑量結(jié)果顯示，在固定管電壓為120 kV，不同的管電流，2種螺距條件，2種掃描速度下，計(jì)算獲得的頭頸部掃描+軀干掃描所致的有效劑量(mSv)見(jiàn)表1，如圖2所示。

表1　Discovery Elite型全身掃描所致有效劑量(mSv)

圖2 Discovery Elite型PET-CT中CT部分有效劑量(mSv)

圖2顯示，在固定管電流模式，管電流30～250 mA范圍內(nèi)，在任何螺距下，有效劑量均與管電流成線性關(guān)系。自動(dòng)管電流模式，0.5 s/轉(zhuǎn)下，螺距為0.984和1.375下有效劑量分別為5.45 mSv和5.49 mSv；0.8 s/轉(zhuǎn)下，螺距為0.984和1.375下有效劑量分別為5.08 mSv和5.13 mSv。

對(duì)圖2中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性分析可知，在同一轉(zhuǎn)速、2種螺距下，CT部分有效劑量(EDCT)與管電流(mA)成非常顯著的線性關(guān)系，其計(jì)算為公式2～5：

當(dāng)轉(zhuǎn)速為0.5 s，螺距為0.984時(shí)，EDCT=0.0465×mA(R2=1.0000)(2)

螺距為1.375時(shí)，EDCT=0.0319×mA(R2=1.0000)(3)

當(dāng)轉(zhuǎn)速為0.8 s，螺距為0.984時(shí)：EDCT=0.076×mA(R2=1.0000)(4)

螺距為1.375時(shí)：EDCT=0.0559×mA(R2=1.0000)(5)

為了臨床應(yīng)用中更直接的估算受檢者的輻射劑量，可將上式利用SPSS 22.0將有效劑量對(duì)管電流和螺距進(jìn)行多元線性擬合，得到EDCT隨管電流及螺距的變化關(guān)系，其計(jì)算為公式6～7：

轉(zhuǎn)速=0.5 s時(shí)：EDCT＝0.039×mA－5.245×螺距+6.189(R2=0.97)(6)

轉(zhuǎn)速=0.8 s時(shí)：EDCT＝0.066×mA－7.182×螺距+8.474(R2=0.98)(7)

考慮到采用不同的掃描轉(zhuǎn)速，上述兩式可修正為公式8：

EDCT=0.053×mA－6.214×螺距+12.476×轉(zhuǎn)速(R2=0.935)(8)

適用條件：Discovery Elite型PET-CT，管電壓120 kV，管電流30～250 mA，掃描速度可選任何速度，掃描范圍為PET-CT全身掃描。臨床利用公式(8)可估計(jì)出受檢者的輻射劑量。

2.2　兩種型號(hào)PET-CT固定管電流下有效劑量比較

Discovery Elite型PET-CT與Discovery ST-16型PET-CT的研究結(jié)果[6]比較，考慮到不同機(jī)型設(shè)置的螺距和轉(zhuǎn)速不同，為便于比較兩種型號(hào)PET-CT的研究結(jié)果，本研究使用有效毫安秒(mAs)[12]的概念，其計(jì)算為公式9：

有效mAs=管電流(mA)×旋轉(zhuǎn)速度(s/轉(zhuǎn))÷螺距(9)得到相同有效毫安秒(mAs)下，兩種機(jī)型的有效劑量如圖3所示。

在相同有效毫安秒(mAs)下，Discovery Elite型PET-CT有效劑量較Discovery ST-16型PET-CT更低，有效毫安秒(mAs)越大時(shí)劑量差異越明顯，見(jiàn)表2。

表2　臨床實(shí)際掃描條件下兩種機(jī)型PET-CT有效劑量比較

圖3　相同有效毫安秒(mAs)下兩種機(jī)型的有效劑量(mSv)

3　討論

PET-CT系統(tǒng)的圖像采集是由兩個(gè)并列的裝置-CT機(jī)和PET機(jī)，產(chǎn)生的輻射劑量也分為兩部分，兩者產(chǎn)生原理不同。PET-CT中的CT盡管結(jié)構(gòu)原理與專用CT機(jī)相同，但是由于PET-CT中CT與專用CT臨床需求側(cè)重點(diǎn)不同，因此對(duì)CT的性能要求也有差異，而CT部分的輻射劑量貢獻(xiàn)又占整個(gè)檢查的大部分[9-11]。本研究通過(guò)調(diào)節(jié)CT掃描參數(shù)來(lái)適當(dāng)降低CT部分輻射劑量，PET部分由18F-氟代脫氧葡萄糖(18F-flurodeoxyglucose，18F-FDG)注射劑量產(chǎn)生，與患者體重成正比，且相對(duì)固定。對(duì)18F-FDG PET，注射劑量3.70～5.55 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)，對(duì)體重45～85 kg的受檢者有效劑量為3.16～8.96 mSv[6]。因此，本研究重點(diǎn)探討CT降低部分輻射劑量的可能性。

本研究結(jié)果顯示，當(dāng)其他條件不變時(shí)，在本研究所測(cè)量的管電流范圍內(nèi)(30～250 mA)，與梁子威等[6]對(duì)于Discovery ST-16機(jī)型有效劑量的研究結(jié)論一致，即CT的輻射劑量隨管電流的增加而線性增加，隨螺距的減少而增加。Discovery ST-16機(jī)型，當(dāng)管電壓固定120 kV，掃描速度0.8 s/轉(zhuǎn)，管電流≤190 mA范圍內(nèi)，在任何螺距下，有效劑量均與管電流成線性關(guān)系，而在管電流＞190 mA后，有效劑量隨管電流的增幅明顯提高。Discovery Elite機(jī)型管電流在30～250 mA之間，有效劑量隨管電流均成線性關(guān)系，并不存在190～210 mA有效劑量突然增加的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)速為0.8/s，螺距為0.984和1.375時(shí)，管電流每增加20 mA，有效劑量分別增加1.52 mSv和1.12 mSv，可見(jiàn)Discovery Elite機(jī)型輻射劑量增加的趨勢(shì)要低于Discovery ST-16機(jī)型。多元擬合公式，ST-16機(jī)型：EDCT=(0.075×mA-8.096×螺距+10.965)(轉(zhuǎn)速/0.8)，Elite機(jī)型：EDCT=0.053×mA-6.214×螺距+12.476×轉(zhuǎn)速，也表明Discovery Elite機(jī)型有效劑量隨管電流增幅低于ST-16機(jī)型。

按照某醫(yī)院PET中心實(shí)際臨床患者檢查掃描條件，兩機(jī)型均使用“2+5”掃描方式，得到表2數(shù)據(jù)?？梢?jiàn)Discovery Elite型與Discovery ST-16型有效劑量分別為6.98 mSv和7.45 mSv，單位有效mAs下的有效劑量分別為0.09 mSv/mAs和0.11 mSv/mAs，前者明顯較低。梁子威等[13-14]對(duì)于兩種機(jī)型的輻射劑量與圖像質(zhì)量的關(guān)系也做了探討。Discovery Elite型使用低螺距(0.984：1.75)，會(huì)提高圖像質(zhì)量，噪聲更低、信噪比和質(zhì)量因數(shù)更高。

吳一田等[15]曾應(yīng)用相同體模對(duì)Discovery Elite型PET-CT的自動(dòng)管電流模式下有效劑量做過(guò)研究，在噪聲指數(shù)(NI)8～30及自動(dòng)管電流范圍30～250 mA的條件下，Discovery Elite型PET-CT受檢者CT部分的有效劑量為4.88～11.71 mSv，該結(jié)果在本研究結(jié)果1.05～18.99 mSv范圍內(nèi)。

臨床中，不能只考慮受檢者有效劑量的降低，重要的要考慮圖像質(zhì)量達(dá)到臨床需求。根據(jù)不同受檢者臨床需求，靈活調(diào)整掃描參數(shù)，在保證圖像質(zhì)量的前體下合理降低輻射劑量。

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