影像掃描技術(shù)輻射劑量單位與低劑量掃描

關(guān)于影像掃描技術(shù)輻射劑量單位與低劑量掃描第1頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、CT掃描受檢者的輻射劑量表達(dá)CT劑量指數(shù)(CTDoseIndex,CTDI)是CT設(shè)備輻射劑量特性的實(shí)用表征量。1981年首次由Shope提出后,先后被FDA、IEC、CEC、IAEA等多個(gè)權(quán)威組織所定義并采用。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)亦采用此概念。目前國(guó)際上對(duì)CT劑量的表征量和測(cè)量方法(包括模體種類(lèi))未有一致意見(jiàn),ICRP亦指出為避免混淆,應(yīng)明確各種CTDI定義的區(qū)別：CTDI100：-50mm~+50mm；CTDIFDA：-7T~+7T;CTDIair：-∞~+∞三者的區(qū)別主要在于劑量曲線(xiàn)積分長(zhǎng)度、有無(wú)模體、及何種模體。第2頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四目前公認(rèn)的CTDI有以下三個(gè)：1、CT劑量指數(shù)100（CTDI100）；2、加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIW）；3、容積CT劑量指數(shù)（CTDIvol）。三個(gè)指數(shù)并不直接表征各種CT掃描所致受檢者的劑量，但與受檢者劑量密切相關(guān)。與吸收劑量有相同的量綱，以毫戈瑞（mGY）為單位。CT掃描受檢者的輻射劑量表達(dá)第3頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、CT劑量指數(shù)100（CTDI100）CTDI100是迄今廣泛應(yīng)用的最基本的反映CT掃描劑量特征的表征量，可用于統(tǒng)一比較CT機(jī)性能。定義：CT旋轉(zhuǎn)一周，將平行與旋轉(zhuǎn)軸（Z軸，即垂直于斷層平面）的劑量分布D（Z）沿Z軸從-50mm到+50mm積分，除以層厚T與掃描斷層數(shù)N的乘積之商。即：第4頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CTDI100可用熱釋光探測(cè)器(TLD)，在專(zhuān)用的TLD插件中進(jìn)行各點(diǎn)劑量分布的測(cè)量，進(jìn)而得出劑量分布曲線(xiàn)D(z)，再依劑量分布曲線(xiàn)的半高寬(FullWidthatHalfMaximum，F(xiàn)WHM)通過(guò)擬合計(jì)算求得CTDI。CTDI100采用積分區(qū)間從-50mm到+50mm，舍棄原先從-7T到+7T等多種定義，可用有效長(zhǎng)度正好為100mm的筆形電離室在通用標(biāo)準(zhǔn)劑量模體中方便地測(cè)量到，從而方便進(jìn)行CT機(jī)的驗(yàn)收與經(jīng)常性的質(zhì)量控制檢測(cè)等。CTDI100這個(gè)最基本的表征量反映的是在標(biāo)準(zhǔn)甲基丙烯酸甲酯模體中測(cè)得某點(diǎn)空氣中沉積的X射線(xiàn)能量。1、CT劑量指數(shù)100（CTDI100）的測(cè)量第5頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIW）加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIW）－－反映掃描平面中的平均劑量。CTDI100(中心)為在模體中心位置上的測(cè)量值；CTDI100(外周)表示在模體周邊四個(gè)不同位置上(至少以90°為間隔的模體表面下10mm處)測(cè)量值的平均值。加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIW）已被選來(lái)作為CT診斷醫(yī)療照射的指導(dǎo)（參考）水平的表征量之一?？梢苑从扯鄬舆B續(xù)掃描的平均劑量（pitch=1時(shí)），但對(duì)于不連續(xù)的多層掃描，CTDIW不能準(zhǔn)確反映其平均劑量。因?yàn)榧訖?quán)CT劑量指數(shù)是由CT劑量指數(shù)100計(jì)算出來(lái)的，所以其測(cè)量的就是旋轉(zhuǎn)一圈曝光一次的輻射量。對(duì)于旋轉(zhuǎn)兩圈或半圈曝光一次的掃描不可使用第6頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、加權(quán)CT劑量指數(shù)（CTDIW）的測(cè)量目前普遍采用的與有效長(zhǎng)度100mm筆形電離室檢測(cè)儀器配套的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)玻璃劑量模體，分頭部模體(直徑160mm)與軀干模體(直徑320mm)兩種，均呈長(zhǎng)度為140mm的圓柱體狀，模體中心及其四周表面下10mm處都有專(zhuān)用的檢測(cè)電離室插孔(該孔不測(cè)量時(shí)即插入組織等效的有機(jī)玻璃棒)。第7頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、容積CT劑量指數(shù)（CTDIvol）螺旋CT問(wèn)世后，需要考慮螺距對(duì)掃描劑量的影響：CT螺距（因子）=Δd/N·TΔd為X射線(xiàn)管每旋轉(zhuǎn)一周診視床移動(dòng)的距離；N為一次旋轉(zhuǎn)掃描產(chǎn)生的斷層數(shù)；T為掃描層厚事實(shí)上N·T就是近似等于X球管照射到人體的寬度。隨著多排CT的產(chǎn)生，相應(yīng)的探測(cè)器長(zhǎng)度增加，X線(xiàn)球館準(zhǔn)直器的寬度也相應(yīng)的增加。（準(zhǔn)直器寬度）測(cè)量所受到的輻射劑量需要實(shí)際照射到人體的長(zhǎng)度而不是床板移動(dòng)的距離。CTDIvol＝CTDIw／CT螺距（因子）＝（N·T/Δd）×CTDIw容積CT劑量指數(shù)CTDIvol反映整個(gè)掃描容積中的平均劑量。第8頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、CTDI100、CTDIw與CTDIvol的關(guān)系容積CT劑量指數(shù)CTDIvol可由加權(quán)CT劑量指數(shù)CTDIw求得，而CTDIw則是劑量模體中心位置與周邊四個(gè)不同位置CTDI100測(cè)量值的加權(quán)結(jié)果。因此：CTDI100反映的是CT標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量模體中某一點(diǎn)所沉積的X射線(xiàn)能量；CTDIw描述CT所掃描某一斷層平面上的平均劑量狀況；CTDIvol是描述多排(層)螺旋CT在整個(gè)掃描容積范圍內(nèi)的平均輻射劑量。因?yàn)榇舶逡苿?dòng)的長(zhǎng)度并非是實(shí)際照射長(zhǎng)度。第9頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、劑量長(zhǎng)度乘積（DoseLengthProduct,DLP)DLP－－評(píng)價(jià)受檢者一次完整CT掃描的總的輻射劑量。1.序列掃描DLP(單位：mGy·cm)表達(dá)為：DLP=i∑nCTDIw·nT·N·C

i為X-CT掃描序列數(shù)；N為旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；nT為每旋轉(zhuǎn)一圈的標(biāo)稱(chēng)限束準(zhǔn)直寬度(cm)；C為X射線(xiàn)管每旋轉(zhuǎn)一周的管電流與曝光時(shí)間之積(mAs)；nCTDIw則表示與所用管電壓和總標(biāo)稱(chēng)限束準(zhǔn)直寬度相對(duì)應(yīng)的歸一的加權(quán)CT劑量指數(shù)(mGy·mA-1·s-1)。2.螺旋掃描DLP可方便地表達(dá)為：DLP=CTDIvol×LCTDIvol為多排(層)螺旋CT掃描的容積CT劑量指數(shù)；L為沿Z軸的掃描長(zhǎng)度。第10頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、吸收劑量與有效劑量1、吸收劑量的定義受檢者的輻射劑量終將落實(shí)到有關(guān)各組織或器官的吸收劑量(D)，組織或器官的吸收劑量是X射線(xiàn)積在受檢者單位質(zhì)量組織或器官里的能量。單位:Gy,1Gy=1焦?fàn)枴でЭ?1(J·kg-1)100cGy=100rad吸收劑量是指致電離輻射授予某一體積元內(nèi)物質(zhì)的平均能量除以該體積元內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量而得的商。即：第11頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四組織或器官的吸收劑量是最完整地表征受檢者所接受的X射線(xiàn)照射的量，然而大多數(shù)情況下是不可能直接測(cè)量的，通過(guò)體模模擬研究可以解決吸收劑量的生物效應(yīng)決定于射線(xiàn)的種類(lèi)和照射條件。如相同的吸收劑量，α射線(xiàn)對(duì)生物體危害比X線(xiàn)大20倍。在輻射防護(hù)中，將個(gè)人或集體實(shí)際接收的或可能接收的吸收劑量根據(jù)組織生物效應(yīng)加權(quán)修正所得到的吸收劑量在放射防護(hù)中稱(chēng)為當(dāng)量劑量。當(dāng)量劑量的單位與吸收劑量一樣，即焦?fàn)枴でЭ?1(J·kg-1)，專(zhuān)名是Sv，

1Sv=lJ·kg-1

（=1Gy）2、組織或器官的吸收劑量（D）的估算第12頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四比較不同類(lèi)型放射學(xué)檢查的相對(duì)電離輻射風(fēng)險(xiǎn)，并且考慮到不同組織或器官的不同輻射敏感性時(shí)，采用以希沃特(Sivert，Sv)為單位的有效劑量E來(lái)表征。全身有效劑量是一個(gè)反映非均勻照射歸一到全身照射危險(xiǎn)度的劑量參數(shù)。有效劑量是器官和/或組織的當(dāng)量劑量按各組織權(quán)重因子加權(quán)之和。3.全身有效劑量(E)

第13頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四螺旋CT的有效劑量：利用CTDIvol及其掃描長(zhǎng)度L計(jì)算出劑量長(zhǎng)度乘積DLP，再乘以特定的轉(zhuǎn)換系數(shù)k來(lái)估計(jì)出有效劑量E：E=k·DLP轉(zhuǎn)換系數(shù)k(mSv·mGy-1·cm-1)全身有效劑量與檢查部位有關(guān)。3.全身有效劑量(E)

第14頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)短時(shí)輻射量低于100毫西弗時(shí)，對(duì)人體沒(méi)有危害；如果超過(guò)100毫西弗，會(huì)對(duì)人體造成危害；100到500毫西弗時(shí)，人們不會(huì)有感覺(jué)，但血液中白細(xì)胞數(shù)會(huì)減少；1000到2000毫西弗時(shí)，可導(dǎo)致輕微的射線(xiàn)疾病，如疲勞、嘔吐、食欲減退、暫時(shí)性脫發(fā)、紅細(xì)胞減少等；2000到4000毫西弗時(shí)，人的骨髓和骨密度受到破壞，紅細(xì)胞和白細(xì)胞數(shù)量大量減少，有內(nèi)出血、嘔吐等癥狀；大于4000毫西弗時(shí)能危及生命，但依然可以救治，成功率可達(dá)90%；超過(guò)6000毫西弗時(shí)，救治存在一定困難；超過(guò)8000毫西弗時(shí)，救治希望會(huì)比較渺茫。對(duì)公眾的個(gè)人當(dāng)量劑量限制，及對(duì)公眾個(gè)人所受的輻射照射的年劑量應(yīng)當(dāng)?shù)陀谙铝邢拗疲喝恚?msv，單個(gè)組織或器官：50msv輻射對(duì)人體的危害第15頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、低劑量胸部CT1、低劑量胸部CT掃描的定義1.什么是胸部低劑量CT（LDCT）？——是一種輻射劑量低于普通胸部CT，但發(fā)現(xiàn)肺部病變能力相當(dāng)?shù)臋z查方法?！獦?biāo)準(zhǔn)低劑量CT篩查要求在16層以上的CT進(jìn)行。120kv以下或以下，40ms或以下，有效劑量小于1msv。2.低劑量CT篩查的輻射量是多少？——標(biāo)準(zhǔn)低劑量CT篩查的有效劑量（ED）約1msv（約常規(guī)胸部CT檢查劑量1/5至1/6），遠(yuǎn)低于世界平均自然本底輻射3msv?！M(jìn)行每年低劑量胸部CT篩查是安全的。第16頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、低劑量胸部CT掃描（1）掃描參數(shù)：管電壓120kVp，管電流20mAs-50mAs（≤30mAs）；掃描層厚5mm，層間距5mm；重建層厚1.0～1.25mm連續(xù)（層間隔為0）；（2）掃描范圍：從肺尖到肋膈角（包括全部肺），受檢者吸氣末一次屏氣完成掃描（檢查時(shí)應(yīng)有專(zhuān)人訓(xùn)練受檢者屏氣）；（3）圖像儲(chǔ)存：將5mm層厚常規(guī)CT圖像、1.0～1.25mm薄層的連續(xù)橫斷面圖像傳入圖像儲(chǔ)存與傳輸系統(tǒng)（Picturearchivingandcommunicationsystems,PACS）并刻錄光盤(pán)存檔；（4）開(kāi)啟螺旋CT的“DoseReport（劑量報(bào)告）”功能：記錄掃描時(shí)的劑量參數(shù)：劑量長(zhǎng)度乘積（DLP）、容積CT劑量加權(quán)指數(shù)（CTDIvol）。第17頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四疑問(wèn)：為什么沒(méi)有改變管電壓，而只單單降低了管流流量？（1）管電壓影響了X線(xiàn)的質(zhì)和量，管電壓越高穿透性就越強(qiáng)，當(dāng)體厚一定時(shí)，管電壓下降到某一限值，X線(xiàn)的穿透性會(huì)立即減弱，產(chǎn)生的CT圖像會(huì)受到大量散射偽影干擾，圖像質(zhì)量會(huì)迅速下降。所以一般保持管電壓不變。（2）管電流量與輻射劑量成線(xiàn)形相關(guān)，管電流量降低，X線(xiàn)量減少，量子噪聲增加，圖像密度分辨率下降，即對(duì)比度變差。對(duì)于高對(duì)比度的肺部來(lái)說(shuō)影響不大，所以是目前降低輻射量的主要方式之一。（3）通過(guò)螺距（PITCH）來(lái)降低輻射量，螺距的增加也以降低輻射量，但是螺距的增寬會(huì)使得層面敏感曲線(xiàn)增寬，使得影像在Z軸的空間分辨率下降。且螺距的增加會(huì)使得管電流的相應(yīng)補(bǔ)償，效果不佳。第18頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、CT低劑量胸部篩查所適用的人群有未定性結(jié)節(jié)者，需要年度篩查；無(wú)結(jié)節(jié)者，高危人群（年齡>60歲，吸煙史，肺氣腫，肺結(jié)核，家族腫瘤史等）年度CT篩查是必要的。無(wú)結(jié)節(jié)者，無(wú)高危因素40歲以上人群，可考慮2年1次篩查。第19頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、低劑量在胸部的應(yīng)用低劑量螺旋CT圖形并未降低肺實(shí)質(zhì)、彌漫性病變的圖像質(zhì)量，未降低CT圖像的信噪比。低劑量螺旋CT的肺結(jié)節(jié)檢出率與結(jié)節(jié)的大小有關(guān)。當(dāng)結(jié)節(jié)直徑＞5mm時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT之間的差別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，敏感度達(dá)100%；當(dāng)肺結(jié)節(jié)直徑≤3mm時(shí)，檢出率較標(biāo)準(zhǔn)劑量CT低10%；對(duì)肺尖≤5mm的結(jié)節(jié)發(fā)現(xiàn)率僅為42%。但總體來(lái)說(shuō)，低劑量CT對(duì)肺結(jié)節(jié)的檢出與標(biāo)準(zhǔn)劑量CT之間無(wú)明顯差異。低劑量對(duì)于肺癌的發(fā)生率是胸片的8倍，特別是對(duì)于周?chē)孕∠侔５蛣┝柯菪鼵T肺癌篩查還存在一些局限性，如中心型肺癌檢出率較低。同時(shí)對(duì)于軟組織、心臟、大血管等噪聲有所增加。低劑量螺旋CT肺如中心型肺癌檢出率較低第20頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CT胸部低劑量掃描第21頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CT胸部低劑量掃描第22頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、低劑量在各個(gè)部位掃描時(shí)的應(yīng)用1.胸部低劑量螺旋CT放射劑量的研究[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志上提出用20mAs低劑量螺旋CT掃描,獲得圖像質(zhì)量和常規(guī)劑量掃描差異不大,且患者所接受輻射劑量降低90%,認(rèn)為20mA是肺部掃描的最佳劑量2.低劑量CT在顱面部的應(yīng)用價(jià)值：由于鼻竇是位于人體頭面部的一系列含氣的骨性腔隙,具有良好的自然對(duì)比度,這是該部位行低劑量掃描的解剖學(xué)基礎(chǔ),且該部位病變主要是以黏膜增生、肥厚及囊腫等炎癥性病變?yōu)橹?使在有良好自然對(duì)比度的鼻竇區(qū)行低劑量掃描成為可能。鼻竇低劑量CT掃描對(duì)圖像質(zhì)量影響的研究[J].中華放射學(xué)雜志,2005指出50例鼻竇冠狀面CT掃描后指出mA值由200mA減至50mA時(shí),晶體所接受的射線(xiàn)劑量由7339mGy降至1108mGy,而圖像質(zhì)量無(wú)明顯下降。第23頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四低劑量在各個(gè)部位掃描時(shí)的應(yīng)用3.成人腦是低對(duì)比組織,降低管電流勢(shì)必影響圖像質(zhì)量，嬰幼兒顱骨及腦組織,劉昌盛等[25]研究認(rèn)為幼兒發(fā)育尚不成熟,對(duì)應(yīng)的組織密度不如成人高,且顱骨、腦組織及腦室系統(tǒng)三者自然對(duì)比度亦很好,低劑量CT掃描適用于嬰幼兒顱腦病變檢查.]對(duì)13歲以下的兒童用低劑量螺旋CT頭顱掃描,結(jié)論是862醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志2006年第16卷第8期寫(xiě)到對(duì)13歲以下的兒童用低劑量螺旋CT頭顱掃描,結(jié)論是采用管電流80mAs或100mAs能保證圖像質(zhì)量,滿(mǎn)足臨床診斷的要求,又可減少兒童在接受CT頭顱檢查時(shí)接受的輻射。第24頁(yè)，共27頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高分辨CT掃描

HRCT包括兩個(gè)