多排螺旋CT剂量效率的体模研究

庄静文，白玫，侯艺威

首都医科大学宣武医院 医学工程处北京 100053

多排螺旋CT剂量效率的体模研究

庄静文，白玫，侯艺威

首都医科大学宣武医院 医学工程处北京 100053

目的 研究CTDI100表征CT检查所致辐射剂量的准确性。方法 使用长杆电离室测量不同准值宽度、螺距以及管电压下体模内剂量分布曲线并计算CT剂量效率。结果 CT剂量效率范围为79%～94%，其中，中心位置的CT剂量效率范围为79%～87%，边缘4个位置的CT剂量效率范围为79%～94%，加权CT剂量效率范围为82%～90%。准直宽度与螺距越大，CT剂量效率越低；CT剂量效率受管电压影响不明显。结论CTDI100与CTDI∞之间存在一定差异，CTDI100、CTDIw表征CT检查所致辐射剂量的准确度随准直宽度和螺距的增大而降低。

CTDI100；多排螺旋CT；准直宽度；CT剂量效率

近十余年来，多排螺旋CT（Multiple Detector Spiral CT，MDCT）的排数迅速增加，自1998年起，4、8、16、32层CT相继出现[1]。2003年，64层螺旋CT开始投入临床应用并得到迅速推广。2005年，具有两套成像系统的双源64层螺旋CT诞生。2007年，320排锥形束CT出现。随着MDCT探测器排数的不断增加，其射线宽度也随之增大，采用传统的100 cm电离室测量MDCT辐射剂量的方法存在一定的局限性[2-4]。因此有必要对现有的CT剂量表征方法的准确性进行研究。本文通过实验测量了多种扫描条件下CT剂量体模中的剂量分布曲线并计算了其CT剂量效率，研究CTDI100表征CT检查所致辐射剂量的准确性及其影响因素。

1 CT剂量指数

为了估算CT检查所致辐射剂量，Shope[5]等于1981年提出了CT剂量指数（Computed Tomography Dose Index，CTDI）的概念，此时这一概念为沿z轴从-∞到+∞长度上的剂量积分，即CTDI∞。其表达式为：

其中，D(z)为平行于旋转轴(Z)的剂量分布，N为扫描断层数，T为层厚。CTDI∞是CT检查所致辐射剂量的准确值。一般可以沿整个分布曲线积分得到CTDI∞。

为了便于测量，国际电工委员会（IEC）将积分范围标准化为沿z轴-50 mm到+50 mm，即CTDI100。CTDI100是CT检查辐射剂量最常用的表征量[6]，其定义为：将平行于旋转轴(Z)的剂量分布沿z轴方向从-50 mm到+50 mm进行积分，然后除以扫描断层数N与层厚T的乘积，其表达式为：

目前人们可以较为方便地使用100 mm笔形电离室对CTDI100进行测量，因此CTDI100被人们广泛应用。

CTDIw也是目前所公认并被使用的CT辐射剂量表征量。CTDIw是通过测量CT剂量体模中5个位置的CTDI100，然后加权获得的[6]，其表达式为：

其中，CTDIc为体模中心位置的CT剂量指数，CTDIp为体模边缘的CT剂量指数。

但是，随着CT排数的不断增加，射线宽度会越变越宽。理论上对于射线宽度较宽的CT来说，其射线宽度会超过CTDI100，这一概念中对于剂量分布100 mm的积分长度，CTDI100的测量与计算范围只能涵盖部分散射线，因此随着CT扫描中射线宽度的增加，CTDI100会变得不够准确，也就是说只涵盖了部分散射线的CTDI100与涵盖了所有散射线的CTDI∞之间会产生一定的差异[7]。有学者使用CTDI100与CTDI∞的比值即CT剂量效率来表征CTDI100的准确性[8]。

2 实验方法

使用西门子公司Definition Flash CT扫描直径为16 cm的体模，使用CT-SD 16长杆电离室测器依次测量体模的中心位置以及12点钟、3点钟、6点钟、9点钟方向的边缘位置剂量分布曲线（下文中分别简称A、B、C、D、E位置），通过剂量分布曲线得到CTDI100、CTDI∞的值，按式(3)计算出CTDIw与加权CTDI∞的值，并计算CT剂量效率和加权CT剂量效率。

使用SPSS软件对数据进行统计学分析：使用Kruscal-Wallis检验分析不同扫描条件下剂量效率在0.05水平上是否有显著差异，计算Spearman秩相关系数以确定准直宽度、螺距、管电压这3个扫描参数与剂量效率在0.05水平上是否有显著的相关性。扫描参数为160 mAs，球管旋转时间1.0 s，层厚5.0 mm；分别设置管电压为100 kV、120 kV、140 kV；螺距为0.5、1.0、1.5；准直宽度为16×0.3 mm、16×0.6 mm、20×0.6 mm、40×0.6 mm、32×1.2 mm和128×0.6 mm。

3 实验结果

实验结果表明，CTDI100与CTDI∞之间存在一定差异，见表1～2。CT剂量效率基本都在79%～94%之间。其中位于中心A位置的CT剂量效率在79%～87%之间，边缘4个位置CT剂量效率在79%～94%之间。加权剂量效率在82%～90%之间。实验结果还表明，CT剂量效率随准直宽度以及螺距增大有下降趋势，而受管电压的影响并不明显。

对实验结果进行统计分析可知，使用不同的准直宽度扫描时剂量效率有显著差异（χ2=13.761，P=0.003<0.05），准直宽度与剂量效率的相关系数为-0.893（P=0.000<0.05），有显著的负相关关系；使用不同的螺距扫描时剂量效率有显著差异（χ2=11.058，P=0.004<0.05），螺距与剂量效率的相关系数为-0.774（P=0.000<0.05），有显著的负相关关系；使用不同管电压扫描时剂量效率无明显差异（χ2=2.391，P=0.302>0.05），管电压与剂量效率的相关系数为-0.328（P=0.184>0.05），管电压与剂量效率无明显关系。

4 讨论

由准直宽度与剂量效率相关系数的绝对值大于螺距与剂量效率相关系数的绝对值可知，准直宽度与剂量效率的相关关系更为显著，对剂量效率的影响更加明显。

根据统计分析结果可知，CT剂量效率与准直宽度有显著的相关性，CT剂量效率随准直宽度的增大而降低。这是由于准直宽度越大，即射线束宽度越宽，CTDI100所能涵盖的射线量与实际总射线量的比值越小，从而使CT剂量效率降低。因此，随射线束宽度的增加，CTDI100表征CT检查所致辐射剂量的准确性也随之下降。

5 结论

由实验结果可知，CT剂量效率随准直宽度增大而降低，而CTDI100表征CT检查所致辐射剂量的准确性也会降低。因此对于射线束宽度较大的MDCT，如果仍采用现有的CTDI100、CTDIw会产生明显的测量误差，从而严重低估MDCT所致辐射剂量水平，并会导致MDCT扫描检查所致受检者实际接受的医疗照射剂量估算过低，从而增加CT检查给受检者带来的辐射安全隐患[9]。

[1] 徐桓,赵庆军.固体切片探测器CT-SD16在CT剂量测量中的应用与研究[J].中国医学装备,2010,7(2):17-20.

[2] McCollough CH.It is time to retire the computed tomography dose index (CTDI) for CT quality assurance and dose optimization[J].Med Phys,2006,33(5):1190-1191.

[3] Perisinakis K,Damilakis J,Tzedakis A,et al.Determination of the weighted CT dose index in modern multi-detector CT scanners[J]. Phys Med Biol,2007,52(21):6485-6495.

[4] Boone JM.The trouble with CTD100[J].Med Phys,2007,34(4):1364-1371.

[5] Shope TB,Gagne RM,Johnson GC.A method for describing the doses delivered by transmission x-ray computed tomography[J]. Med Phys,1981,8(4):488-495.

[6] 白玫,郑均正.多排（层）螺旋CT的辐射剂量表达及其影响因素探讨[J].辐射防护,2008,28(1):1-12.

[7] Ruan C,Yukihara EG,Clouse WJ,et al.Determination of multislice computed tomography dose index (CTDI) using optically stimulated luminescence technology[J].Med Phys,2010,37(7):3560-3568.

[8] Li X,Zhang D,Liu B.Calculations of two new dose metrics proposed by AAPM Task Group 111 using the measurements with standard CT dosimetry phantoms[J].Med Phys,2013,40(8):081914.

[9] 张冠石.医护人员的放射防护[J].中国医疗设备,2013,28(5): 15-16.

Phantom Study of Dose Eff i ciency of MDCT

ZHUANG Jing-wen, BAI Mei, HOU Yi-wei
Department of Medical Engineering, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Beijing 100053, China

Objective To explore the accuracy ofCTDI100in evaluating radiation dose of CT examination. Methods Dose distribution curves of the phantom under the conditions of different collimation widths, pitches and tube voltages were measured with long-pole ionization chamber and thenCTDI100andCTDI∞were calculated to evaluate the dose efficiency of CT examination. Results The range of CT radiation dose efficiency was 79%～94%. The range of CT radiation dose efficiency located at the center was 79%～87% and that of CT radiation dose efficiency located at margins was 79%～94% while that of weighted CT radiation dose efficiency was 82%～90%. The longer the collimation widths and pitches, the lower the CT radiation dose efficiency. The inf l uence of tube voltages on CT radiation dose efficiency was unconspicuous. Conclusion There were certain differences betweenCTDI100andCTDI∞in evaluating radiation dose of CT examination. The accuracy ofCTDI100andCTDIwin evaluating radiation dose of CT examination would be decreased as the increasement of collimation widths and pitches.

CTDI100; MDCT; collimation widths; CT radiation dose efficiency

R197.39；TH774

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.011

1674-1633(2014)11-0041-02

2014-06-16

2014-08-19

国家自然科学基金项目资助（81372923）；国家科技支撑计划课题（2011BAI02B02）。

作者邮箱：jswei65@163.com