不同机型PET-CT中CT采集条件与受检者有效剂量关系的研究*

吴一田 耿建华* 杜召猛 毕高畅 齐雍鹤 张朝坤 郑 容 吴 宁

不同机型PET-CT中CT采集条件与受检者有效剂量关系的研究*

吴一田①耿建华①*杜召猛②毕高畅②齐雍鹤②张朝坤②郑 容①吴 宁②

目的：研究不同机型PET-CT中CT采集条件与受检者有效剂量的关系，为确定适合不同机型的临床最优化采集方案提供参考依据。方法：实验使用GE Discovery ST-16和Discovery Elite两种机型的PET-CT，CT部分所致剂量使用仿真人体模型(Model RS-550)实验获得。CT采集条件：①自动管电流30～250 mA，噪声指数(NI)值8～30，间隔2，其他采用中国医学科学院肿瘤医院临床实际采集条件，即管电压120 kV，螺距(Pitch)：Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984，转速：Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s；②自动管电流低限均为30 mA，高限为210～350 mA，间隔为20 mA，NI值为14，其他临床实际采集条件同上；③Pitch：Discovery ST-16型分别为1.75、1.375和0.938，Discovery Elite分别为1.375和0.984，管电压120 kV，自动管电流为30～250 mA，NI值为14，转速：Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s；④两机型转速均分别为0.5 s、0.8 s和1.0 s，管电压120 kV，自动管电流为30～250 mA，NI值14，Pitch：Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984。模拟临床PET-CT分段扫描方式使用上述条件分别对仿真人体模型RS-550进行扫描，记录各种条件下剂量长度乘积(DLP)，并计算有效剂量(EDCT)。结果：①对固定的自动管电流、Pitch及转速，两机型CT部分所致有效剂量随NI值增加而降低，且Discovery ST-16型降低幅度大于Discovery Elite型；②对固定的NI值、Pitch及转速，两机型的EDCT随自动管电流的增加线性增加，Discovery ST-16型增加幅度大于Discovery Elite型；③对固定的自动管电流、NI值及转速，EDCT随Pitch的增加而降低；④对固定的管电流、NI值及Pitch，有效剂量随转速的增加而增加；⑤不同扫描条件下，两机型总有效剂量在4.93～24.00 mSv范围内；⑥在临床扫描条件下，Discovery Elite型受检者EDCT均低于Discovery ST-16型。结论：不同型号的PETCT，在临床使用中多采用不同CT扫描条件，而扫描所致辐射剂量也因此有较大变化。在临床应用中，应结合临床需求选择适用于不同机型的最佳采集方案。

正电子发射断层扫描；体层摄影术；自动管电流；有效剂量；CT

PET-CT是将提供病灶代谢信息的PET设备和提供精确定位的CT设备融合起来的新型核医学设备，近年来发展迅速，在心血管疾病及恶性肿瘤等多种重大疾病中的诊断价值不断提升。临床中不同机型的PET-CT，在实际使用时，尤其是CT部分，所采用的扫描参数多不尽相同，因此所致有效剂量也存在不小的差异。之前已有梁子威等[1]研究对不同机型固定管电流模式下各种采集条件与有效剂量间的关系进行了详细论述，其结果显示，CT采集条件与有效剂量(EDCT)之间密切相关。本研究使用仿真人体模型，探讨两种机型PET-CT中CT自动管电流模式下，各种CT采集条件所致受检者所受EDCT以及两者的关系，以期确定适合不同机型的最优化采集方案，合理有效的降低辐射剂量。

1 资料与方法

1.1 仪器设备

实验使用Discovery ST-16型(美国GE公司)和Discovery Elite型(美国GE公司)两种PET-CT。仿真人体模型为The Fission-Product Model RS-550型模体(美国Radiology Support Devices公司)。

1.2 扫描条件

1.2.1 扫描范围

采用与临床一致的分段扫描，头颈部2床位(头顶至锁骨上端)，87层，扫描长度为281.22 mm；体部5床位(锁骨上端至股骨上端)，207层，扫描长度为673.62 mm。

1.2.2 扫描参数

CT扫描均采用自动管电流模式(automatic tube current modulation，ATCM)，两机型CT使用的重建算法分别为：DiscoveryST-16型，滤波反投影(FBP)，Discovery Elite：自适应统计迭代重建技术(ASiR)。CT采集条件型，①自动管电流30～250 mA，噪声指数(NI)值8～30，间隔为2，其他采用北京协和医学院肿瘤医院临床实际采集条件，即：管电压120 kV，螺距(Pitch)：Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984，转速：Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s，两机型各12组；②自动管电流低限均为30 mA，高限为210～350 mA，间隔为20 mA，NI值14，其他采用医院临床实际采集条件同上，两机型各8组；③Pitch：Discovery ST-16型分别为1.75、1.375和0.938，Discovery Elite型分别为1.375和0.984，管电压120 kV，自动管电流为30～250 mA，NI值14，转速：Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s，Discovery ST-16型3组，Discovery Elite型2组；④两机型转速均分别为0.5 s、0.8 s和1 s，管电压120 kV，自动管电流为30～250 mA，NI值14，Pitch：Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984，两机型各3组。采用上述条件分别对仿真人体模型RS-550进行扫描。

1.3 CT有效剂量估算

采用剂量长度乘积估算法，在进行PET-CT扫描后，读取不同采集条件下的剂量报告，记录其中的剂量长度乘积(dose-length product，DLP)，CT的EDCT的计算为公式1[2-3]：

EDCT=k·DLP (1)式中k为加权因子，其单位为mSv/(mGy.cm)，在不同年龄和不同部位参考值不尽相同，如在成年人头颈部为0.0031，躯干部为0.015；DLP为CT剂量报告中的吸收剂量与扫描长度乘积。

2 结果

2.1 CT部分EDCT与NI值

对固定的管电压(120 kV)、自动管电流(30～250 mA)、Pitch(Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984)及转速(Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s)，12种NI值条件下，计算获得的两机型躯干部扫描及头颈部扫描所致EDCT(mSv)见表1和表2。

两机型各种扫描条件下，5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致受检者EDCT计算结果见表3。

在自动管电流模式，对固定的管电压、管电流及Pitch及转速，两机型所致受检者EDCT均随NI值的增加而降低。NI值在8～16范围内，EDCT随NI增加降幅小，降低趋势平缓，而NI值在16～30范围内，EDCT随NI值增加降幅明显增大，降低趋势显著。且Discovery ST-16型降低幅度大于Discovery Elite型，如图1所示。

表3 两机型PET-CT的5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

图1 不同NI值采集条件下两机型CT部分所致受检者EDCT趋势图

对表3中NI在16～30范围内的数据进行分析可见，两机型EDCT与NI值均呈高度线性相关关系，其计算为公式2和公式3：

利用公式2和公式3可以简捷估算出NI值在16～30范围内，两机型扫描所致受检者EDCT。

2.2 CT部分有效剂量与自动管电流

在自动管电流模式，对固定的管电压(120 kV)、NI值(14)、Pitch(Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984)及转速(Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s)，8种自动管电流条件下，计算获得的两机型躯干部扫描及头颈部扫描所致EDCT(mSv)见表4和表5。

表4 两机型PET-CT的5床位躯干部扫描所致EDCT(mSv)

表5 两机型PET-CT的2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

两机型各种扫描条件下，5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致受检者EDCT计算结果见表6，如图2所示。

表6 两机型PET-CT的5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

图2 不同自动管电流采集条件下两机型CT部分所致受检者EDCT趋势图

对固定的管电压、NI值、Pitch及转速，两机型的EDCT随自动管电流高限的增加而增加，二者呈高度线性相关关系，且Discovery ST-16型增加幅度大于Discovery Elite型，其计算为公式4和公式5：

利用公式4和公式5可以简捷估算出不同自动管电流高限条件，两机型扫描所致受检者EDCT。

2.3 CT部分EDCT与Pitch

对固定的管电压(120 kV)、自动管电流(30～250 mA)、NI值(14)及转速(Discovery ST-16型为0.8 s，Discovery Elite型为0.5 s)，不同Pitch采集条件计算获得的两机型躯干部扫描及头颈部扫描所致EDCT(mSv)见表7和表8。

表7 两机型PET-CT的5床位躯干部扫描所致EDCT(mSv)

表8 两机型PET-CT的2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

两机型各种扫描条件下，5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致受检者EDCT计算结果见表9。

表9 两机型PET-CT的5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

对固定的管电压、管电流、NI值及转速，两机型的EDCT随Pitch的增加而降低，如图3所示。

图3 不同Pitch两机型CT部分所致受检者EDCT趋势图

2.4 CT部分EDCT与转速

对固定的管电压(120 kV)，自动管电流(30～250 mA)，NI值(14)及Pitch(Discovery ST-16型为1.75，Discovery Elite型为0.984)，不同转速采集条件计算获得的两机型躯干部扫描及头颈部扫描所致EDCT(mSv)见表10和表11。

表10 两机型PET-CT的5床位躯干部扫描所EDCT(mSv)

表11 两机型PET-CT的2床位头颈部扫描所EDCT(mSv)

两机型各种扫描条件下，5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致受检者EDCT计算结果见表12。

表12 两机型PET-CT的5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

对固定的管电压、管电流、NI值及Pitch，两机型的EDCT随转速的增加而增加，且由于Elite型PETCT临床使用的Pitch较小，所以在相同转速及其他采集条件下，Elite型CT部分所致EDCT高于ST-16型，如图4所示。

图4 不同转速两机型CT部分所致受检者EDCT趋势图

表13 两机型PET-CT的5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT(mSv)

2.5 两机型EDCT比较

不同CT采集条件下，两机型总EDCT在4.93～24.00 mSv范围内。在临床扫描条件下，即Discovery ST-16型：管电压120 kV，自动管电流30～250 mA，NI值14，Pitch 1.75，转速0.8 s，Discovery Elite型：管电压120 kV，自动管电流30～250 mA，NI值14，Pitch 0.984，转速0.5 s，两机型5床位躯干部加2床位头颈部扫描所致EDCT见表13。Discovery Elite型受检者EDCT低于Discovery ST-16型。

3 讨论

PET-CT受检者所受辐射剂量包括PET部分的放射性药物所致剂量及CT部分扫描所致剂量两部分。其中PET部分放射性药物所致有效剂量与注射剂量及受检者体重相关，且相对固定。对18F-FDG PET，有研究结果显示，临床中大部分实际注射剂量为3.70～5.55 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)[4-7]。对体重45～85 kg的受检者，PET部分所致有效剂量范围为3.16～8.96 mSv[1]。而由CT扫描所致的EDCT因扫描时条件选择不同而有较大变化，且占PET-CT扫描所致总有效剂量的大部分。

自动管电流调制技术可以根据受检者不同组织对X射线的不同衰减系数，从三维方向上智能调节输出管电流，既能保障图像质量，又能降低ED[8]。CT

应用自动管电流模式，首先需预先设定管电流高、低阈值。管电流阈值增大，意味着X射线光子的数量增加，图像质量随之变好，但是同时受检者所受辐射剂量也会一并增加。本研究结果显示，当固定其他扫描条件时，在实验中所设定的自动管电流阈值范围内，两种机型结论一致：EDCT随自动管电流高限增加而增加，且呈高度线性相关(r2分别为0.997和0.993)。在实验设定阈值范围内，Discovery ST-16型增幅大于Discovery Elite型，自动管电流高限从210 mA增加到350 mA，两机型有效剂量分别增加7.02 mSv和5.76 mSv。该结论与此前在固定管电流模式下进行研究的变化趋势类似[1]。

自动管电流模式中，对管电流阈值进行设定之后，还需预设NI值，NI值的设定决定扫描区域内的噪声水平，即图像质量。本实验结果显示，当其他采集条件固定时，在本研究所设定的NI值范围内(8～30)，两种机型PET-CT的CT部分所致的EDCT随NI值增加而降低，且ST-16型降低幅度大于Elite型。NI在8～16范围内，EDCT随NI值的增加降低趋势平缓，NI值每增加2，Discovery ST-16型EDCT分别降低0.31 mSv、0.20 mSv、0.19 mSv和0.44 mSv，Discovery Elite型分别降低0.21 mSv、0.14 mSv、0.09 mSv和0.16 mSv；而当NI值在16～30范围内时，EDCT随NI值增加降低趋势显著，呈高度线性相关(r2分别为0.9954和0.993)，NI值每增加2，Discovery ST-16型EDCT分别降低0.98 mSv、1.12 mSv、1.30 mSv、1.40 mSv、1.22 mSv、0.96 mSv和0.78 mSv，Discovery Elite型分别降低0.67 mSv、0.62 mSv、1.15 mSv、1.09 mSv、1.11 mSv、0.89 mSv和0.71 mSv。在NI值较低时，曲线变化较为平缓的原因是此时预期图像质量较高，但由于受到预设自动管电流高限的限制，系统只能将扫描时的实际管电流上调至一个接近高限的值，以此来尽量满足达到预设图像质量所需的较高的管电流。NI值的增加不仅意味着辐射剂量的降低，还与图像质量密切相关，NI值增加，导致图像噪声增加，图像质量随之下降。因此选择NI值时不能仅仅追求低剂量，必须结合图像质量一并考虑。

患者所受CT部分EDCT还与Pitch及转速相关，Pitch越大，扫描时间越短，X射线光子量越少，因此EDCT越低。Discovery ST-16型3种Pitch采集条件下，随着Pitch增大，EDCT分别降低7.30 mSv和3.56 mSv，Discovery Elite型2种Pitch采集条件下，随Pitch增大，EDCT降低2.92 mSv。而转速数值越大，EDCT越大，Discovery ST-16型3种转速采集条件下，随转速增大，EDCT分别增加5.05 mSv和3.17 mSv，Discovery Elite型EDCT分别增加6.03 mSv和3.11 mSv。

Elite型在临床实际扫描中选用较ST-16型小的Pitch及转速，CT部分所致EDCT小于ST-16型；但如果两机型保持临床扫描时使用的Pitch不变，而转速设置相同，则Elite型所致EDCT将大于ST-16型。其他国内外研究中，因PET-CT机型不同等原因，所使用的Pitch与转速和医院所使用的有所不同，Pitch除医院所用的条件外，还可使用5.0 s、0.75 s、1.0 s、3.75 s、1.5 s等[9-13]；采用的转速也有0.4 s、0.75 s、1.1 s[14-16]等。

对于扫描参数的选择，不仅需考虑扫描所致辐射剂量的大小，还应注意保证满足临床诊断需求的图像质量，两者不可失衡。

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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

吴一田,女,(1992- ),硕士研究生。国家癌症中心 中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院PET-CT中心 核医学科，研究方向：核医学。

2017-06-20

1672-8270(2017)10-0013-06

R814.2

A

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和LC2016A02)“PET-CT的辐射剂量和图像质量的模型研究”和“PET-CT及SPECT、SPECT-CT受检者辐射剂量的研究”

①国家癌症中心 中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院PET-CT中心核医学科 北京 100021②国家癌症中心 中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院PET-CT中心 北京 100021

*通讯作者：gengjean@163.com