PET/CT受检者的有效剂量及其影响因素的研究*

梁子威 耿建华* 王奕斌 杜召猛 毕高畅 齐雍鹤 郑 容 吴 宁

PET/CT受检者的有效剂量及其影响因素的研究*

梁子威①②耿建华①②*王奕斌①杜召猛①毕高畅①齐雍鹤①郑 容①②吴 宁①

目的：研究PET/CT受检者有效剂量及其影响因素，为保证图像质量、降低受检者的辐射剂量提供数据依据。方法：PET/CT受检者的有效剂量为PET放射性药物导致的剂量与CT导致的剂量之和。PET部分由注射的放射性药物活度计算获得，CT部分采用仿真人体模型(Model RS-550)实验获得，成像设备为GE Discovery ST PET/CT。CT采集条件：管电压为120 kV，管电流为30～250 mA范围内固定及自动管电流(ATCM)，螺距分别为0.938、1.375和1.75，模拟临床PET/CT的分段扫描方式对仿真人体模型进行扫描。记录各种扫描条件下的剂量长度乘积(DLP)，计算有效剂量(EDCT)。结果：①PET部分有效剂量：18F-FDG注射剂量为3.70～5.55 MBq/kg，对体重45～85 kg的受检者有效剂量为3.16～8.96 mSv，与注射剂量及体重成正比，与PET的采集条件无关；②CT部分有效剂量：对固定的螺距，有效剂量随管电流的增加呈线性增加；对固定的管电流，随螺距的增加降低。不同的扫描条件下，有效剂量在1.62～27.68 mSv范围内。结论：对确定的受检者，由PET部分导致的有效剂量基本固定，而由CT部分引起的有效剂量随CT扫描条件有较大的差异，因此可根据不同的临床需求，选择不同的CT扫描条件，可有效降低受检者的有效剂量。

正电子发射断层扫描；体层摄影术，X射线计算机；受检者；有效剂量；影响因素

DOI∶ 10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.11.001

[First-author’s address] 1.Department of Nuclear Medicine and PET/CT Center, Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, Beijing 100021, China. 2.Department of Nuclear Medicine, Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, Beijing 100021, China.

PET/CT具有同时获得功能及解剖影像的优势，使之成为临床中不可替代的诊断手段。近年来，PET/CT在临床中应用范围不断扩大到正常人群的肿瘤筛查以及不明原因的肿瘤标志物升高等检查。然而，由全身的CT扫描及放射性药物给受检者造成的高额辐射还没有被足够认识。相比PET检查放射药物所产生的辐射剂量或常规局部CT扫描所产生的辐射剂量，PET/CT对受检者所产生的辐射剂量会明显加大[1]。本研究对不同采集条件PET/CT中CT的性能指标及剂量影响进行研究，进一步探讨在临床条件下PET/CT中CT部分及PET部分对受检者的有效剂量及其影响因素，并且找出有效剂量与影响因素之间的关系，为临床中尽可能降低PET/CT辐射剂量提供参考依据[2-5]。

1 资料与方法

1.1 仪器设备

PET/CT机型为GE公司的Discovery ST-16型，CT部分为LightSpeed16层螺旋CT；仿真人体模型为The Fission-Product Model RS-550模体，由头部、颈部、躯干及大腿上半部组成；器官及组织包括大脑、口咽、甲状腺、肺、纵膈、肝脏、胰腺、脾脏、双肾、肠管、骨骼、脂肪及肌肉等，各种器官组织的大小及密度与标准成年人一致。

1.2 CT扫描条件

1.2.1 扫描范围

扫描范围与临床一致，采用方式：头颈部2床位(头顶至锁骨)，87层，扫描长度281.22 mm；体部5床位(下颚至股骨上端)，207层，扫描长度673.62 mm。

1.2.2 扫描参数

扫描分别采用固定管电流模式和自动管电流模式，采集条件：①固定管电流模式，管电压固定为120 kV，螺距固定分别为0.938、1.375和1.75，层厚3.75 mm，层间距3.27 mm(PET层厚)，扫描速度0.8 s/r，管电流分别为30 mA、50 mA、70 mA、90 mA、110 mA、130 mA、150 mA、170 mA、190 mA、210 mA、230 mA和250 mA。共36组扫描条件；②自动管电流模式(automatic tube current modulation，ATCM)，设置管电压为120 kV，螺距固定分别为0.938、1.375和1.75，管电流区间为30～250 mA，其他扫描参数均选择临床PET/CT中所用值。采用上述扫描条件分别对Model RS-550仿真人体模型进行扫描。

1.3 CT有效剂量计算

采用剂量长度乘积估算法，读取不同扫描条件下的剂量报告，记录其中的剂量长度乘积(dose length product，DLP)并由公式1[6]计算CT有效剂量(ED)：

式中k为加权因子，其单位为mSv/(mGy.cm)；DLP为CT剂量报告读出的剂量长度乘积，与扫描长度成正比。不同年龄、不同部位，k值不同。根据ICRP102报告，对成年人，躯干：k=0.015；头颈部：k=0.0031[6]。

1.4 PET有效剂量计算

PET部分导致的有效剂量由注射放射性药物的剂量决定，放射性药物对患者造成的有效剂量由公式2[7]计算获得：

式中dE为单位活度对受检者造成的有效剂量，对成年人注射18F-FDG，dE=1.9×10-2mSv/MBq[7]；A为对受检者注射的18F-FDG的活度，A=a·W，a为每公斤体重注射的18F-FDG的活度，单位为MBq/kg；W为受检者体重，单位为kg。公式(2)可进一步细化为公式3：

2 结果

2.1 CT部分的有效剂量

在固定管电压为120 kV，不同的管电流，3种螺距条件时，计算获得的头颈部扫描及躯干扫描所致的有效剂量(mSv)见表1、表2。

表1 针对5个床位躯干扫描所致的有效剂量(mSv)

表2 针对2个床位头颈扫描所致的有效剂量(mSv)

各种扫描条件下5个床位的躯干扫描加2个床位的头颈部扫描导致的受检者的有效剂量见表3，如图1所示。

表3 针对5个床位的躯干扫描加2个床位的头颈部扫描所致的有效剂量(mSv)

图1 不同采集条件下CT部分所致受检者的有效剂量趋势图

图1 显示，在固定管电流模式，管电流≤190 mA范围内，在任何螺距下，有效剂量均与管电流成线性关系，而在管电流＞190 mA后，有效剂量随管电流的增幅明显提高。在自动管电流模式，相同螺距下，有效剂量与固定管电流模式下管电流130～150 mA时大致相同。

对表3中管电流≤190 mA的数据进行分析可见，有效剂量均与管电流成非常显著的线性关系为公式4～6：

利用公式4～6，可以简捷估算出受检者的辐射剂量。为更直接的估算受检者的辐射剂量，近似简化式(4)～(6)得到公式7～9：

临床应用中可以利用公式(7～9)更简捷估算出受检者的辐射剂量。

利用SPSS将有效剂量对管电流和螺距进行多元线性拟合，得到受检者有效剂量随管电流及螺距的变化关系(公式10)：

本研究中扫描速度为8.0 s/r，考虑到采用不同的扫描速度，公式(10)可修正为公式11：

公式(4)～(11)的适用条件：机型Discovery ST-16型，管电压120 kV，管电流30～190 mA，扫描速度可选的任何速度，扫描范围为5个床位的体部扫描加2个床位的头颈部扫描。利用公式(4)～(11)可计算出受检者的辐射剂量。

2.2 PET部分导致的有效剂量

不同的机型对注射显像剂的剂量均有建议值，在用的所有机型对18F-FDG注射剂量的建议值在3.0～7.4 MBq/kg(0.08～0.20 mCi/kg)范围内，根据2012年1月至2014年6月《中华核医学与分子影像杂志》和《Journal of Nuclear Medicine》对所有写明PET/CT检查中18F-FDG注射量的报道中18F-FDG注射剂量进行统计，其结果显示，临床中多数18F-FDG PET/CT的注射剂量为3.7～5.5 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)[8-11]；其中较大剂量达7.4 MBq[12-14]。采用公式3计算获得的不同注射剂量下、不同体重的受检者的有效剂量见表4。

表4 不同注射剂量下不同体重受检者所受的有效剂量/mSv

3 讨论

根据PET/CT特点，其扫描范围由PET的床位(轴向视野)来度量。通常PET/CT采用头部和体部(躯干)分段扫描的方式，本研究使用小轴向视野(15～16mm)PET/CT，其扫描方式主要有2种：①头颈部2床位(头顶至锁骨)＋体部(躯干)5床位(锁骨上至股骨中段)，为常规扫描方式，其优点是可以保留颅底及鼻咽部的连续性，适用于大多数肿瘤患者；②头部1床位(头顶至颅底)＋体部(颈部＋躯干)6床位(颈部至股骨中段)，其优点是可以保留颈部淋巴结的连续性，对于淋巴瘤患者主要采用这种方式，对于甲状腺癌患者为确保甲状腺及周围组织的连续性，以该方式为宜；对于恶性黑色素瘤患者，因其病变部位分散、肢体末端多发的特点，也多采用该方式，但扫描范围要适当增加。对受检者所受的剂量，由于这两种方式的扫描范围及总长度一致，因此两种扫描方式下，受检者的有效剂量基本一致。分段扫描的优点在于扫描体部时采用双臂上举的体位，可有效减少双臂对于胸部扫描的影响，减少噪声，提高图像质量。本研究采用5床位(673.62 mm)＋2床位(281.22 mm)的扫描方式，可满足身高＜180 cm所有受检者，对受检者身高的统计结果显示，97%的受检者的身高均＜180 cm。

本研究实验结果显示，当其他条件不变时在所测量的管电流范围内，CT的辐射剂量会随管电流的增加而线性增加，随螺距的减少而增加。X射线球管电流决定了发射X射线的强度，即X射线光子的个数，在CT扫描中发射的X射线光子的数量与管电流及总扫描时间成正比。X射线光子的数量越多，图像的信息量越多，因此图像质量越好，但是受检者的辐射剂量越高。管电流越大，X射线光子的数量愈高，辐射剂量愈大；降低螺距，能增加总扫描时间，因此增加X射线光子的个数，增大辐射量。本实验中，固定其他条件，当管电流增加时，X射线光子的数量增加，因此导致辐射剂量增加。按照实验结果，当管电压固定在120 kV，扫描速度0.8 s/r，管电流≤190 mA范围内，在任何螺距下有效剂量均与管电流成线性关系，如公式(4)～(6)，而当管电流＞190 mA时，有效剂量随管电流的增幅明显提高。以5床位体部有效剂量为例，当管电流在30～190 mA范围内时，螺距为0.938、1.375、1.75时，管电流每增加20 mA，有效剂量分别增加1.85 mSv、1.26 mSv和0.99 mSv。然而，管电流为210 mA时有效剂量较190 mA时分别增加3.77 mSv、2.58 mSv和2.03 mSv，当管电流＞210 mA后，管电流每增加20 mA，有效剂量分别增加2.03 mSv、1.39 mSv和1.09 mSv。可见，当管电流在190～210 mA之间时，有效剂量明显增加；管电流在210 mA以后，有效剂量的增加成新的线性关系。因此，建议PET/CT采集剂量不宜＞190 mA。

在自动管电流采集条件下，设定相同管电流范围为30～250 mA，分别使用螺距为0.938、1.375和1.75，计算得出CT部分有效剂量分别为12.46 mSv、8.52 mSv和7.88 mSv，有效剂量随螺距的增加而降低。在其他扫描条件不变时，自动管电流CT有效剂量与对应螺距下固定管电流130～150 mA时基本相同。

PET/CT受检者所受的辐射剂量为注射的放射性药物与全身CT的辐射剂量之和。对PET而言，不同的检查及不同机型所需注射的显像剂18F-FDG剂量不同。本研究根据2012年1月至2014年6月《中华核医学与分子影像杂志》及《Journal of Nuclear Medicine》中有关PET/CT的报道，注射剂量分别为3.7～7.4 MBq/kg(0.10～0.20 mCi/kg)和3.9～7.4 MBq/kg(0.11～0.20 mCi/kg)，多数为3.7～5.55 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)[8-11]。由此可见，国内外注射剂量基本相一致。对体重在45～85 kg的受检者有效剂量为3.16～8.96 mSv(见表4)。

有文献报道，CT部分的辐射剂量为PET/CT所致的辐射剂量中的大部分，且高达80 mSv[15]。本研究所得CT部分有效剂量为8.12 mSv；PET部分与受检者体重有关，体重为45～85 kg的受检者，其有效剂量为3.16～8.96 mSv；体重为67 kg患者，其有效剂量为4.57～7.38 mSv。因此，CT部分的辐射剂量为PET/ CT检查辐射剂量的大部分，与文献报道结果基本一致。然而，最高辐射剂量与文献80 mSv相差较多[15]。分析其原因为：①本实验CT扫描参数中使用管电流最高为250 mA，较文献报道的低；②受患者体重的影响，PET部分的有效剂量与体重成正比；③胸部诊断，有些PET/CT检查为保证诊断效率常规扫描胸部CT，其对受检者的有效剂量为7～8 mSv，本研究未包括胸部诊断所致有效剂量。

本研究采用仿真人体模型，PET/CT机型为GE公司的Discovery ST-16型，而其他机型采用的扫描参数有所差异，辐射剂量也略有差别，但总体趋势相同，可以反映实际临床受检者所受真实辐射剂量。

4 结语

CT在PET/CT中的作用可分为3种：①只用作PET图像重建时的衰减校正；②解剖定位兼衰减校正；③CT诊断兼解剖定位和衰减校正，这3种情况所需的CT图像质量由低到高，差别较大[16]。通常情况下，较高的辐射剂量获得的图像质量也较好，然而造成受检人群辐射致癌的风险也随之增加[17]；当CT剂量较低时，往往只能提供衰减校正和定位的作用，不能提供足够的诊断信息，需要进一步研究仿真人体模型图像质量与辐射剂量及扫描参数之间的关系，探讨如何在满足临床需求的前提下降低辐射剂量。

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Research on effective dose and influence factors for PET/CT patients

LIANG Zi-wei,GENG Jian-hua, WANG Yi-bin, et al
China Medical Equipment,2015,12(11)∶1-5.

Objective∶ To investigate the effective dose of patient caused by PET/CT to provide data basis for decreasing the radiation dose. Methods∶ The effective dose was the sum of the dose caused by CT and PET. The dose caused by PET was calculated by the radioactivity of the radiopharmaceutical injected. The dose caused by CT was determined by acquisition for the anthropomorphic phantom (Model RS-550). PET/CT system of GE Discovery ST-16 was used to simulate clinical PET/CT situation for the anthropomorphic phantom. CT acquisition conditions were as follows: tube voltage 120kV, tube current 30-250mA, pitch 0.938, 1.375 and 1.75. Scan range was divided into body scan and head-neck scan to simulate clinical PET/CT. The dose-length product (DLP) was recorded and the effective dose (EDCT) was calculated with EDCT=k·DLP. Results∶ 1)The effective dose caused by PET was 3.16-8.96mSv for a patient with 45-85 kg weight with injection dose 3.70-5.55MBq/kg (0.08-0.15mCi/kg) of18F-FDG, increased linearly with weight and injection dose and independent of the PET acquisition conditions. 2)The effective dose caused by CT increases linearly with increasing tube current when the pitch was fixed. However, when the tube current fixed, the effective dose reduce with increasing pitch. Under the different acquisition condition, the effective dose was 1.62-27.68 mSv. Conclusion∶ There is no big variation for effective dose by PET for a certain patient, however there is much difference for the effective dose caused by CT under the different acquisition conditions. It shows that the radiation dose caused by CT in PET/CT could be effectively reduced by appropriate choice of acquisition conditions according to different clinical needs.

Positron-emission tomography; Tomography, X-ray computed; Patient; Effective radiation dose; Influence factors

梁子威，男，(1987- )，硕士研究生，医师。北京协和医学院 中国医学科学院肿瘤医院PET/CT中心，研究方向：核医学图像质量控制。

1672-8270(2015)11-0001-05

R144

A

2015-07-15

国际科技合作项目(2009DFA32960)“PET/CT脑分子影像研究与应用平台及针灸中枢机理探索”；中国癌症基金会北京希望马拉松专项基金(LC2013A13)“PET/CT的辐射剂量和图像质量的模型研究”

①北京协和医学院 中国医学科学院肿瘤医院PET/CT中心 北京 100021

②北京协和医学院 中国医学科学院肿瘤医院核医学科 北京 100021

*通讯作者：gengjean@163.com