CT固定管电流模式下PET-CT受检者的有效剂量研究*

梁子威　耿建华　赵 葵　王奕斌　杜召猛　毕高畅　齐雍鹤　吴 宁　郑 容

正电子发射断层扫描-CT(positron-emission tomography，PET-CT)具有同时获得功能及解剖影像的优势，近年来在临床中已经成为不可替代的诊断方式[1-4]。2016年核医学普查[5]结果显示，全国共有PET-CT设备240台，年检查总数46.9364万例。然而，临床中不同机型的PET-CT，所采用的扫描参数不尽相同，因此所致有效剂量也存在不小的差异。有研究探讨在临床条件下，对于固定管电流模式下GE Discovery ST-16型PET-CT所致受检者有效剂量及影响因素之间的关系，其中CT部分导致受检者有效剂量为1.62～27.68 mSv[6]。为此，本研究分析Discovery Elite型PET-CT受检者CT部分有效剂量，并与已有研究进行对比，旨在探讨固定管电流模式下两种机型PET-CT有效剂量变化规律，为临床中尽可能降低PET-CT辐射剂量提供参考依据。

1　资料与方法

1.1　检测设备

采用Discovery Elite型PET-CT系统(美国General Electric公司)；仿真人体模型为The Fission-Product Model RS-550型模体(美国Radiology Support Devices公司)；CT重建算法为自适应统计迭代重建技术(ASiR)。

1.2　扫描参数

分别采用固定管电流模式，采集条件：管电压(kV)固定为120 kV；管电流(mA)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以及250 mA；螺距设置为0.984和1.375；层厚3.75 mm；扫描速度设置为0.5 s/转、0.8 s/转。共48组扫描条件，分别对Model RS-550仿真人体模型进行扫描。

1.3　扫描范围

本研究采用“2+5”头颈-体分体扫描方式。头颈部2床位(头顶至锁骨)，87层(如图1A所示)；体部5床位(下颚至股骨上端)，207层(如图1B所示)。

图1　分体扫描“2+5模式”示意图

1.4　CT有效剂量

本研究采用剂量长度乘积(dose-length product，DLP)[6-8]估算法计算CT有效剂量(effective dose，ED)，见公式1：

2　结果

2.1　不同扫描条件下CT部分有效剂量

Discovery Elite型PET-CT中CT部分有效剂量结果显示，在固定管电压为120 kV，不同的管电流，2种螺距条件，2种扫描速度下，计算获得的头颈部扫描+躯干扫描所致的有效剂量(mSv)见表1，如图2所示。

表1　Discovery Elite型全身扫描所致有效剂量(mSv)

图2 Discovery Elite型PET-CT中CT部分有效剂量(mSv)

图2显示，在固定管电流模式，管电流30～250 mA范围内，在任何螺距下，有效剂量均与管电流成线性关系。自动管电流模式，0.5 s/转下，螺距为0.984和1.375下有效剂量分别为5.45 mSv和5.49 mSv；0.8 s/转下，螺距为0.984和1.375下有效剂量分别为5.08 mSv和5.13 mSv。

对图2中数据进行线性分析可知，在同一转速、2种螺距下，CT部分有效剂量(EDCT)与管电流(mA)成非常显著的线性关系，其计算为公式2～5：

当转速为0.5 s，螺距为0.984时，EDCT=0.0465×mA(R2=1.0000)(2)

螺距为1.375时，EDCT=0.0319×mA(R2=1.0000)(3)

当转速为0.8 s，螺距为0.984时：EDCT=0.076×mA(R2=1.0000)(4)

螺距为1.375时：EDCT=0.0559×mA(R2=1.0000)(5)

为了临床应用中更直接的估算受检者的辐射剂量，可将上式利用SPSS 22.0将有效剂量对管电流和螺距进行多元线性拟合，得到EDCT随管电流及螺距的变化关系，其计算为公式6～7：

转速=0.5 s时：EDCT＝0.039×mA－5.245×螺距+6.189(R2=0.97)(6)

转速=0.8 s时：EDCT＝0.066×mA－7.182×螺距+8.474(R2=0.98)(7)

考虑到采用不同的扫描转速，上述两式可修正为公式8：

EDCT=0.053×mA－6.214×螺距+12.476×转速(R2=0.935)(8)

适用条件：Discovery Elite型PET-CT，管电压120 kV，管电流30～250 mA，扫描速度可选任何速度，扫描范围为PET-CT全身扫描。临床利用公式(8)可估计出受检者的辐射剂量。

2.2　两种型号PET-CT固定管电流下有效剂量比较

Discovery Elite型PET-CT与Discovery ST-16型PET-CT的研究结果[6]比较，考虑到不同机型设置的螺距和转速不同，为便于比较两种型号PET-CT的研究结果，本研究使用有效毫安秒(mAs)[12]的概念，其计算为公式9：

有效mAs=管电流(mA)×旋转速度(s/转)÷螺距(9)得到相同有效毫安秒(mAs)下，两种机型的有效剂量如图3所示。

在相同有效毫安秒(mAs)下，Discovery Elite型PET-CT有效剂量较Discovery ST-16型PET-CT更低，有效毫安秒(mAs)越大时剂量差异越明显，见表2。

表2　临床实际扫描条件下两种机型PET-CT有效剂量比较

图3　相同有效毫安秒(mAs)下两种机型的有效剂量(mSv)

3　讨论

PET-CT系统的图像采集是由两个并列的装置-CT机和PET机，产生的辐射剂量也分为两部分，两者产生原理不同。PET-CT中的CT尽管结构原理与专用CT机相同，但是由于PET-CT中CT与专用CT临床需求侧重点不同，因此对CT的性能要求也有差异，而CT部分的辐射剂量贡献又占整个检查的大部分[9-11]。本研究通过调节CT扫描参数来适当降低CT部分辐射剂量，PET部分由18F-氟代脱氧葡萄糖(18F-flurodeoxyglucose，18F-FDG)注射剂量产生，与患者体重成正比，且相对固定。对18F-FDG PET，注射剂量3.70～5.55 MBq/kg(0.10～0.15 mCi/kg)，对体重45～85 kg的受检者有效剂量为3.16～8.96 mSv[6]。因此，本研究重点探讨CT降低部分辐射剂量的可能性。

本研究结果显示，当其他条件不变时，在本研究所测量的管电流范围内(30～250 mA)，与梁子威等[6]对于Discovery ST-16机型有效剂量的研究结论一致，即CT的辐射剂量随管电流的增加而线性增加，随螺距的减少而增加。Discovery ST-16机型，当管电压固定120 kV，扫描速度0.8 s/转，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。Discovery Elite机型管电流在30～250 mA之间，有效剂量随管电流均成线性关系，并不存在190～210 mA有效剂量突然增加的特点。转速为0.8/s，螺距为0.984和1.375时，管电流每增加20 mA，有效剂量分别增加1.52 mSv和1.12 mSv，可见Discovery Elite机型辐射剂量增加的趋势要低于Discovery ST-16机型。多元拟合公式，ST-16机型：EDCT=(0.075×mA-8.096×螺距+10.965)(转速/0.8)，Elite机型：EDCT=0.053×mA-6.214×螺距+12.476×转速，也表明Discovery Elite机型有效剂量随管电流增幅低于ST-16机型。

按照某医院PET中心实际临床患者检查扫描条件，两机型均使用“2+5”扫描方式，得到表2数据。可见Discovery Elite型与Discovery ST-16型有效剂量分别为6.98 mSv和7.45 mSv，单位有效mAs下的有效剂量分别为0.09 mSv/mAs和0.11 mSv/mAs，前者明显较低。梁子威等[13-14]对于两种机型的辐射剂量与图像质量的关系也做了探讨。Discovery Elite型使用低螺距(0.984：1.75)，会提高图像质量，噪声更低、信噪比和质量因数更高。

吴一田等[15]曾应用相同体模对Discovery Elite型PET-CT的自动管电流模式下有效剂量做过研究，在噪声指数(NI)8～30及自动管电流范围30～250 mA的条件下，Discovery Elite型PET-CT受检者CT部分的有效剂量为4.88～11.71 mSv，该结果在本研究结果1.05～18.99 mSv范围内。

临床中，不能只考虑受检者有效剂量的降低，重要的要考虑图像质量达到临床需求。根据不同受检者临床需求，灵活调整扫描参数，在保证图像质量的前体下合理降低辐射剂量。

[1]李红，王晓明，徐微娜，等.肺癌术前18F-FDG PET/CT对纵隔淋巴结外科分期的临床价值[J].中华核医学与分子影像杂志，2012，32(3)：180-182.

[2]孙龙江，茂情，赵龙，等.18F-FDG PET/CT在心脏肿瘤诊断中的临床应用[J].中华核医学与分子影像杂志，2013，33(3)：175-178.

[3]刘德军，冯彦林，黄伟俊，等.PET/CT联合高分辨超声对甲状腺偶发病灶良恶性鉴别诊断的价值[J].中华核医学与分子影像杂志，2012，32(3)：183-188.

[4]何信佳，王康，王静，等.PET/CT代谢体积对进展期肠型胃癌新辅助化疗疗效的价值[J].中华核医学与分子影像杂志，2014，34(3)：183-187.

[5]中华医学会核医学分会.2016年全国核医学现状普查结果简报[J].中华核医学与分子影像杂志，2016，36(5)：479-480.

[6]梁子威，耿建华，王弈斌，等.PET-CT受检者的有效剂量及其影响因素的研究[J].中国医学装备，2015，12(11)：1-5.

[7]岳保荣等译.(2011)国际放射防护委员会(ICRP)第102号出版物.多排探测器计算机X线体层摄影患者剂量控制[M].北京：人民军医出版社，2011.

[8]Deak PD，Smal Y，Kalender WA.Multisection CT protocols：sexand age-specific conversion factors used to determine effective dose from dose-length product[J].Radiology，2010，257(1)：158-166.

[9]Shuman WP，Chan KT，Busey JM，et al.Standard and Reduced Radiation Dose Liver CT Images：Adaptive Statistical Iterative Reconstruction versus Model-based Iterative Reconstruction-Comparison of Findings and Image Quality[J].Radiology，2014，273(3)：793-800.

[10]Pinho DF，Kulkarni NM，Krishnaraj A，et al.Initial experience with single-source dual-energy CT abdominal angiography and comparison with single-energy CT angiography：image quality，enhancement，diagnosis and radiation dose[J].Eur Radiol，2013，23(2)：351-359.

[11]Brix，Lechel U，Glatting G，et al.Radiation exposure of patients undergoing whole-body dual-modality18F-FDG PET/CT examinations[J].J Nucl Med，2005，46(4)：608-613.

[12]徐晓东，邵军明，孔军.西门子多排螺旋CT新技术[J].CT理论与应用研究，2006，15(2)：22-27.

[13]梁子威，耿建华，王奕斌，等.PET/CT中CT仿真人体模型的图像质量与辐射剂量关系的研究[J].中华放射医学与防护杂志，2016，36(7)：524-529.

[14]张连宇，梁子威，耿建华，等.管电压对PET/CT中CT剂量及图像质量影响的模体研究[J].中国医学装备，2015，12(4)：1-5.

[15]吴一田，耿建华，杜召猛，等.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[J].中国医学装备，2017，14(10)：13-18.